Новые конструктивные решения, направленные на повышение спасаемости при авариях самолетов

Неоднократная смена поколений самолетов истребительной авиации, в процессе которой резко возросли скорости полета, перегрузки, маневренность и усложнились условия применения на малых высотах, поставила перед создателями средств аварийного покидания весьма сложные проблемы, решение которых улучшило характеристики новых катапультных кресел. Результаты этих улучшений прослеживаются по характеристикам кресел (см. табл. 4.8). Однако достижения в этой области уже не удовлетворяют потребности современных самолетов и, тем более, истребителей следующих поколений, выпуск которых намечается на 1990...2000 гг.

На примере деятельности специализированной английской фирмы «Мартин-Бейкер», являвшейся долгие годы монопольным поставщиком кресел, выше уже приводились последствия запоздалого решения по модернизации своих кресел.

Американские самолетные фирмы «Стенсел», «Дуглас», «Грум-ман» и др. начали в 1972 г. выпуск своих собственных кресел S-III-S-3 и ACES-II, обеспечивавших спасение с минимальных высот до 60 м при горизонтальном полете самолета в положении кабиной вниз. Это и заставило фирму «Мартин-Бейкер» изменить свою первоначальную позицию и срочно провести совершенствование кресла Mk. 10. В результате с большим опозданием появилось кресло Mk.12, удовлетворяющее требованию по спасению с высоты 60 м из перевернутого положения самолета.

Система определения скорости кресла Mk.12 стала способна функционировать в трех режимах — на малой скорости и малой высоте, на большой скорости и малой высоте и на любой скорости на большой высоте. В качестве повышения надежности работы системы принята одна из следующих предосторожностей: если из трех режимов система выберет высокую скорость, кресло будет работать в этом режиме. Если в систему не поступит сигнала о скорости (повреждение системы), она будет работать на наиболее безопасном высокоскоростном режиме. В режиме малой скорости тормозной и спасательный парашюты вводятся через 0, 35 с после начала катапультирования, в результате чего парашют полностью наполнится уже через 1, 9 с. При режиме высоких скоростей ленточный тормозной парашют диаметром 1, 7 м вводится для того, чтобы стабилизировать и тормозить кресло перед тем, как введется спасательный парашют. Если катапультирование происходит на большой высоте, тормозной парашют диаметром 1, 7 м вводится через 0, 3 с, и кресло вместе с летчиком совершают стабилизированный спуск до высоты 5000 м. На этой высоте автоматически вводится спасательный парашют. В начале катапультирования включается система запасного кислорода, находящегося в кресле, которая обеспечивает летчика до ввода спасательного парашюта и отделения кресла.

Из публикуемых материалов видно, что новые системы кресла Mk.12 обеспечивают лучшую работу, чем кресла Mk. 10, даже в режиме больших скоростей, так как спасательный парашют вводится через 1 с после начала катапультирования, а не через 1, 5 с, как у Mk. 10.

Кресло Mk.12 выполнено так, что оно взаимозаменяемо с креслом Mk. 10. Для этого все новые устройства вмонтированы в кресло Mk.12 так, что не влияют на конструкцию корпуса кресла и его габариты. Проблема размещения трубки Пито была решена, как и на других креслах последнего поколения размещением складных подвесок, которые в нормальных условиях упрятаны вместе с трубкой Пито в заголовник кресла. Во время катапультирования трубки механически выдвигаются сразу после сброса фонаря и измеряют скорость воздушного потока до того, как кресло отделится от самолета. Такой метод замера скорости самолета в момент катапультирования дает более точное значение, чем система ПВД, смонтированная на самолете.

Давление, оказываемое воздушным потоком, проходя по трубке Пито, действует на селектор, который включает систему на кресле на один из режимов, соответствующий скорости катапультирования. В качестве дополнительной меры предосторожности селектор включает в себя измеритель величины торможения, который реагирует на показатели, регистрирующие величину замедления, производимую потоком воздуха, действуя на площадь кресла после отделения от катапульты. Измеритель величины торможения может превалировать в выборе порядка работы системы, если скорость воздушного потока более 550 км/ч.

На кресле применен новый парашют AIM (Automatic Inflation Modulation) с двойной пористой структурой, имеющий регулятор автоматического надувания, поэтому он может быть раскрыт на значительно большей скорости без риска быть слишком нагруженным.

Однако пока фирма «Мартин-Бейкер» решалась на замену однорежимного кресла на многорежимное, фирма «Стенсел» нашла пути для создания однорежимного кресла, которое удовлетворяло американскому стандарту.

В начале 1980-х гг. центр разработки авиационной техники ВМС США приступил к исследованиям по программе S²R (Stability, Segnencing and Recovery), направленной на улучшение аэродинамической устойчивости, последовательности выполнения операций и процесса ввода основного парашюта для современных катапультных кресел. Исследования велись с учетом существовавшего уровня техники. Результаты исследований были использованы при разработке нового кресла с оптимальными характеристиками для самолетов ВМС США. Целями программы S²R явились:

улучшение устойчивости существующих кресел при катапультировании для уменьшения вероятности получения травм летчиками;

улучшение характеристик катапультных кресел за счет усовершенствования системы программирования по времени операций процесса катапультирования;

обеспечение правильной траектории при катапультировании из двухместного самолета с тандемным расположением и установленных рядом кресел для уменьшения возможности их столкновения в воздухе при сокращенном интервале времени между уходом кресел из кабин.

В соответствии с этим предусматривались: разработка и испытания установленных на кресле складывающихся килей для увеличения устойчивости по рысканию; оценочные испытания на различных скоростях ввода парашюта AIM с автоматической системой раскрытия, установленного на катапультном кресле;

проектирование и демонстрация улучшенной системы обеспечения правильной траектории кресел при катапультировании из двухместного самолета;

проектирование, разработка и изготовление опытного программируемого микропроцессорного блока для катапультного кресла с целью оптимизации последовательности действий при катапультировании в экстремальных условиях.

Программируемый блок разрабатывался и испытывался на воздействие окружающей среды в соответствии с требованиями ВМС.

В рамках программы S²R были проведены испытания модели кресла SJU-8/A фирмы «Стенсел» в аэродинамической трубе (АДТ). Целью испытаний была оценка влияния килей с различной площадью (рис. 90) на устойчивость кресла по рысканию. Результаты получены положительные.

Рис. 90. Применение килей на катапультных креслах для обеспечения устойчивости при рыскании: а — кили большой и малой площади; б — зависимость коэффициента момента рыскания от угла рыскания для модели кресла с килями малой площади; в, г — сравнение устойчивости кресел без килей и с килями малой площади (QКр=15°, М=0, 75); 1 — исходное кресло без килей; 2, 3 — кресло с килями, углы установки 75, 80, 60° соответственно; о, +, * — данные экспериментов

Кресло без килей было статически неустойчивым при всех условиях проведения испытаний в АДТ. Кресло с килями становилось аэродинамически устойчивым.

Второй частью исследований по программе S²R была разработка двух опытных, полностью дублированных программируемых блоков с размерами 228× 127× 51 мм каждый и двух приборов для оценки их работы. Программируемый блок связан с помощью переходного устройства с системой датчиков полного и статического давления, установленных на катапультном кресле. Программа для микропроцессора составлена с учетом летных характеристик самолета и парашюта и позволяет получить оптимальные по времени команды для срабатывания отдельных систем кресла.

По результатам исследований сделано заключение, что установкой стабилизаторов достигнута достаточная устойчивость для получения правильной траектории.

Ряд технических усовершенствований, полученных по программе S²R, фирма «Стенсел» применила на разработанном ею полностью автоматизированном катапультном кресле S4S (рис. 91). Программа кресла S4S явилась результатом проводившихся исследований, включавших данные большого числа испытаний натурных систем, установленных на катапультных креслах, и 19 катапультирований с человеком.

Рис. 91. Катапультное кресло S4S фирмы «Стенсел» (США)

Фирма «Стенсел» поставила целью создать, применяя современную технологию, кресло с максимальной вероятностью успешного катапультирования с самолетов, которые будут эксплуатироваться до 1995 г. Разработка велась с учетом обеспечения простой конструкции небольших размеров и массы, низкой стоимости и хорошей ремонтопригодности. Высокая надежность кресла достигнута за счет резервирования его основных систем. Благодаря применению автоматической системы стабилизации DART и складывающихся килей кресло S4S обладает запасом статической устойчивости по рысканию от начала катапультирования до отделения летчика от кресла. На кресле S4S установлена система, которая вводит основной парашют сразу после того, как скорость полета кресла становится меньше той, при которой возникают ударные перегрузки выше допустимых.

На кресле S4S впервые установлен парашют AIM, имеющий по сравнению с существующими парашютами самую большую скорость безопасного раскрытия. Характеристики кресла приведены в соответствие с физическими пределами человека.

Конструкции кресла S4S и отдельные его системы (СМ, ракетные ускорители, РДТТ ориентированной по скоростному напору системы раскрытия основного парашюта, система DART и аварийная кислородная система) остались такими же, как и на выпускающихся ранее катапультных креслах фирмы «Стенсел».

Характеристики кресла S4S при катапультировании на малых высотах значительно превосходят требования стандарта MIL-S-9479 ВВС США (табл. 5.1)

Т а б л и ц а 5.1

Ниже приведены преимущества кресла S4S по сравнению с существующими креслами:

Масса полностью автоматизированного кресла S4S составляет 66 кг. Конструкция кресла S4S состоит из четырех фрезерованных боковых сборных и одной передней кованой панелей, выполненных из алюминиевого сплава с антикоррозионным покрытием. Вверху и внизу боковые панели соединены с помощью фрезерованных алюминиевых балок, а в средней части — балкой, к которой крепится стабилизирующий парашют. В задней части кресла установлена панель из алюминия, а в нижней — перегородка.

Верхняя поперечная балка кресла крепится к приводу регулировки кресла по высоте и внешним звеньям двух телескопических СМ, что уменьшает нагрузку на чашку кресла при катапультировании и вертикальные нагрузки при аварии; к этой же балке крепятся кили кресла. Нижняя поперечная балка воспринимает нагрузки при работе ракетных ускорителей и системы DART, а совместная с передней панелью балка — силу тяжести летчика.

Чашка кресла — сотовой конструкции из алюминиевого сплава. Подушка из пеноматериала, установленная на сиденье, принимает форму тела летчика и надежно фиксирует таз при катапультировании. Аналогичные подушки, установленные на спинке и заголовнике кресла, фиксируют поясную часть туловища летчика и ослабляют ударные нагрузки на голову при авариях.

В зависимости от установки кресла на самолете угол катапультирования может достигнуть 35°. Угол между плоскостью катапультирования и спинкой кресла составляет 4°.

Рис. 92. Схема соединения приемников статического и динамического давления с программными устройствами: 1 — приемник статического давления; 2 — приемник динамического давления; 3 — сильфон статического давления; 4 — сильфон динамического давления; 5 — программное устройство		Рис. 93. Схема передачи сигналов от приемников давления через программные устройства к исполнительным пиромеханизмам ввода стабилизирующего и основного парашютов: 1 — от приемников давления, установленных с левой стороны кресла; 2 — от приемников давления, установленных с правой стороны кресла; 3 — правое программное устройство; 4 — левое программное устройство; 5 — подвод пороховых газов от пиропатрона левого СМ; 6 — подвод пороховых газов от пиропатрона правого СМ; 7 — трубки TLX (в системе всего восемь трубок); 8 — пироустройство ввода стабилизирующего парашюта; 9 — гильотинное устройство для перерезания привязной системы и отделения летчика от кресла; 10 — пироустройство ввода основого парашюта; 11 — механическое запальное устройство трубок TLX; 12 — механическое звено; 13 — ручка аварийного катапультирования

На кресле установлены два телескопических СМ с одним пиропатроном. Внешние звенья телескопических СМ имеют два выступа: передний крепится к креслу, а задний при катапультировании до выхода кресла из кабины скользит по направляющим башмакам, установленным на шпангоуте кабины. Механизм создает максимальную перегрузку 15g при скорости нарастания менее 200 ед/с. Для безопасных траекторий при одновременном катапультировании двух или четырех кресел на них установлены РДТТ, воспламеняющиеся одновременно с ракетными ускорителями. Стабилизация кресла по тангажу обеспечивается системой DART, по рысканию — килями.

Кресло S4S не имеет фиксированных по высоте и скорости полета режимов ввода парашютной системы. При катапультировании на высоте более 4270м и скорости более 550 км/ч вначале вводится тормозной парашют, затем при достижении высоты 4270 м и скорости 550 км/ч автоматически вводится основной парашют. На высотах менее 4270 м и скорости менее 550 км/ч тормозной и основной парашюты вводятся последовательно сразу после отделения катапультного кресла от самолета.

Вместо механизма временной задержки и баростата на кресле S4S установлены дублированные датчики непрерывного измерения скорости и высоты полета и электронное дублированное программное устройство для выполнения операций при катапультировании. Приемники давления установлены у контейнера с основным парашютом.

Программное устройство обеспечивает безопасный с точки зрения физических ограничений ввод основного парашюта. Оно состоит из трех сильфонов (два — для измерения динамического и один — статического давления), электронного блока и выключателей. Сильфоны настроены на динамическое давление при скорости 550 км/ч и статическое давление на высоте 4270 м. При понижении давления до величин, соответствующих указанным скорости и высоте, сильфоны замыкают контакты и приводят в действие парашютную систему. На рис. 92 показана схема соединения приемников давления с программными устройствами, а на рис. 93 — схема передачи сигналов от приемников давления через программные устройства к исполнительным пиромеханизмам ввода стабилизирующего и основного парашютов. Программные устройства питаются от термобатареи напряжением 10...30 В, обеспечивающим при сопротивлении проводника более 1 Ом минимальную силу тока 1 А.

На кресле был установлен и испытан при скоростях от нуля до 1110 км/ч парашют AIM с автоматической системой раскрытия, изготовленной фирмой «Ирвин Индастри оф Кэнада».

На рис. 94 показана последовательность этапов катапультирования летчика с креслом S4S при скоростях 370 (рис. 94, а) и 1110 км/ч (рис. 94, б).

29 марта 1983 г. на испытательной базе фирмы «Стенсел» были проведены испытания с одновременным катапультированием установленных рядом дцух кресел S4S на скорости 550 км/ч и высоте ноль метров (на уровне земли). Работа систем кресла и расхождение траекторий подтвердили его работоспособность и возможности одновременного катапультирования.

Совместное одновременное катапультирование выполнено и с креслом ACES-II, установленным на новом серийном стратегическом бомбардировщике В-1В фирмы «Рокуэлл». На рис. 95 иллюстрируется схема катапультирования из самолета В-1В на стоянке. Имеются сообщения об успешном применении этой системы на малых высотах.

По оценке некоторых зарубежных специалистов новое кресло S4S фирмы «Стенсел» превосходит по своим техническим характеристикам кресло ACES-II и является в настоящее время, возможно, самым совершенным. Предполагается, что это кресло будет широко применяться на самолетах ВВС США и ВВС западноевропейских стран.

Фирма «Мартин-Бейкер» выполнила два типа кресел для учебно-тренировочных самолетов (УТС): Mk.ll и Mk.15 (рис. 96). Они обеспечивают спасение летчика на земле при скоростях около 110 км/ч и при индикаторных скоростях до 740 и 650 км/ч соответственно на высотах до 12 000 м. Кресло Mk.15 (см. рис. 96, б) допускает катапультирование через фонарь. Масса кресел 40 кг. Процесс катапультирования мало отличается от процесса катапультирования существующих кресел.

Рис. 94. Последовательность этапов катапультирования летчика с креслом S4S (I — фал системы DART): 1 — обеспечение статической устойчивости кресла, измерение скорости и высота полета, отделение стабилизирующего парашюта; 2 — ввод основного парашюта (0, 4 с); 3 — отделение летчика от кресла (0, 89 с); 4 — снижение на парашюте (2 с); 5 — вытягивание зарифонанного основного парашюта (0, 98 с); 6 — ввод основного парашюта (1, 2 с); 7 — снижение на парашюте (2, 4 с)

Рис. 95. Траектории катапультирований членов экипажа бомбардировщика В-1В при катапультировании на стоянке

На креслах применены парашюты GQ фирмы «Аэроконикал». На них отсутствуют ракетные ускорители и установлены заголовники уменьшенных размеров для лучшего обзора из задней кабины при расположении кресел «тандем».

Ожидается также, что в период до 1995 г. будут выполняться три крупные программы

Рис. 96. Катапультные кресла Mk.ll (а) и Mk. 15 (б) фирмы «Мартин-Бейкер»

модификации самолетов ВМС США и будут разработаны истребитель ATF ВВС США и западноевропейский истребитель EFA, что вызовет усиление конкурентной борьбы между фирмами-разработчиками катапультных кресел.

Кресло NACES получило индекс Mk.14 и является логическим развитием кресла Mk.12. Оно также будет иметь электронное программное устройство, управляющее режимом работы систем кресла и устанавливающее различное время задержки ввода основного парашюта, т.е. кресло по своим возможностям будет близко к поколению кресел ACES-II, S-III-S-3 и Mk.12, эксплуатируемых в настоящее время.

Трудно предположить, что кресло Mk.12 найдет широкое применение, так как не имеет преимуществ по отношению к уже освоенным и с успехом эксплуатируемым креслам S-III-S-3 и ACES-II. Ранее приводилась статистика по применению кресла ACES-II, из которой следует, что оно обеспечило наибольший процент спасшихся за все годы эксплуатации катапультных кресел. Следует также учитывать, что уже несколько лет фирма «Грумман», а также фирмы «Стенсел» и «Дуглас» работают над дальнейшим совершенствованием своих кресел, оснащая их микропроцессорными системами, способными обеспечить управление величиной и направлением вектора тяги двигателя. Эти кресла позволяют еще снизить необходимую высоту для спасения из перевернутого положения или из снижающегося самолета, находящегося в неблагоприятных условиях: крен, тангаж, вращение и др.

Фирме «Мартин-Бейкер» пока остается наверстывать упущенное. Она включилась в объявленный ВМС США конкурс для американских и иностранных фирм-изготовителей кресел на создание единого усовершенствованного кресла нового поколения (общего, единого катапультного кресла ВМС).

В конструкции кресла Mk.14 максимально использованы композиционные материалы, из которых изготовлены ручки и боковые ограничители разброса ног, спинка кресла изготовлена из кевлара, чашка — из алюминиевого сплава. На кресле установлен двухтрубный телескопический СМ, который легче трехтрубного и имеет такие же характеристики. Основной парашют располагается в заголовнике, который на 10% меньше и уже, чем заголовники предшествующих кресел, низкая спинка и достаточная свобода движений верхней части тела обеспечивают летчику хороший обзор задней полусферы.

На рис. 97 изображена компоновочная схема катапультного кресла Mk.14. Автоматическая система фиксации рук срабатывает во время движения кресла по направляющим. В случае отказа автоматического открытия системы фиксации летчика к креслу можно произвести отсоединение вручную.

На кресле Mk.14 впервые установлена полностью электронная система управления подсистемами кресла. Установленное программное устройство на микропроцессорах обеспечивает в зависимости от скорости и высоты полета выбор соответствующего режима катапультирования и последовательности срабатывания систем кресла. При катапультировании вблизи земли при неблагоприятном положении самолета в пространстве процессор заблокирует команду на воспламенение ракетных ускорителей, что значительно улучшит условия покидания. Фирма предполагает, что кресло Mk.14 позволит спастись из перевернутого положения самолета (кабиной вниз) с высоты порядка 35 м при скорости 240 км/ч.

На рис. 98 показана последовательность операций при катапультировании на большой высоте.

На рис. 99 представлена диаграмма, имитирующая предполагаемые возможности кресла Mk.14 при катапультировании у земли, а на рис. 100 — области применения режимов катапультирования.

Следует отметить, что фирма «Мартин-Бейкер», стремясь сохранить свое главенствующее положение в создании катапультных кресел, не только совершенствовала характеристики существующих кресел, но и разрабатывала кресло, способное повысить переносимости больших, длительно действующих эволютивных перегрузок. Фирма предполагала провести установку кресла под углом 25...30°, считая этот угол наиболее приемлемым для переносимости перегрузок, не подвергая кресло и кабину существенным переделкам.

Рис. 97. Компоновочная схема катапультного кресла Mk.14.

Рис. 99. Диаграмма возможностей кресла Mk.14 при катапультировании у земли

Рис. 100. Области применения режимов катапультирования кресла Мк.14 (в скобках — время задержки в сек. до начала ввода парашютной системы): I — на малых высотах; II — на средних высотах; III — на больших высотах

Предлагаемый самолетными фирмами угол установки, равный 65°, по мнению фирмы, мог создать много проблем, в частности затруднения в считываниях показаний приборов и ухудшение обзора в задней полусфере. Такое однозначное решение было преждевременным, оно, так же как и решение по однорежимному креслу, не удовлетворило самолетные фирмы.

Осознав, что решение этой проблемы остается открытым, фирма «Мартин-Бейкер» предложила установить на перспективном истребителе ATF ВВС США шарнирно-сочлененное катапультное кресло, разрабатываемое этой фирмой на основе кресла Mk.14. Фирма изготовила макет такого кресла для испытаний на центрифуге, предполагая в рабочем варианте его массу порядка 90 кг.

По мнению фирмы «Мартин-Бейкер» она способна разработать такое кресло в короткие сроки, поскольку имеется возможность использовать опыт, накопленный в 1970-х гг. Исследования катапультного кресла с системой отклонения спинки, проведенные в этот период, показали, что для значительного увеличения переносимости летчиком действия больших перегрузок или перегрузок с большой скоростью нарастания необходимо уменьшить по высоте положение головы относительно сердца, что достигается при угле наклона спинки по меньшей мере 65°.

Несколько лет назад фирмой «Мартин-Бейкер» была разработана концепция нового шарнирно-сочлененного кресла с углом наклона его спинки 65°. Однако в этом положении летчику довольно трудно пилотировать самолет, считывать показания приборов в кабине, а также и производить, в случае необходимости, катапультирование. Последние усовершенствования в области системы индикации не изменили этого положения к лучшему.

Шарнирно-сочлененное кресло, названное Mk.14L, имеет изменяемые положения чашки и спинки, которые с помощью электромотора могут устанавливаться таким образом, чтобы обеспечить наклонное расположение тела летчика. При горизонтальном полете без перегрузок летчик сидит в обычной позе, но как только электронные датчики получают сигнал о возникновении больших перегрузок, кресло с летчиком отклоняется до угла спинки 65°.

Перед катапультированием чашка и спинка кресла устанавливаются за 0, 9 с в первоначальное положение, обеспечивающее летчику позу, необходимую для покидания самолета. При изменении положения чашки и спинки кресла голова и плечи летчика остаются в исходном положении относительно приборов управления в кабине. Сектор обзора летчика также остается неизменным.

Все эти кресла (S-IH-S-3, ACES-II и Mk.14) работают по жесткой программе, которая обеспечивает последовательность и задержку в срабатывании механизмов кресла в зависимости от высоты и скорости самолета в момент катапультирования. Программа, заложенная в современные кресла, не учитывает фактического положения самолета во время аварийного покидания.

Стреляющий механизм и ускоритель кресла работают на режимах, вызывающих предельно допустимые нагрузки на человека. Это происходит даже в тех случаях, когда в этом нет необходимости, например при катапультировании на средних скоростях при достаточном запасе высоты.

Ранее уже отмечалась необходимость создания нового поколения катапультных кресел, принципиально отличающихся от создававшихся до сего времени. Программа создания таких кресел долгосрочная, она выходит за рамки решения задач по выбору различных задержек ввода основного парашюта и различных режимов работы систем кресел NACES и Mk.14, которые должны поступить на вооружение в начале 90-х гг.

Относительно высокое число (89%) благополучных катапультирований на трехрежимных креслах ACES-II, применение четырехрежимного кресла S-HI-S-3 и кресла Mk.12 фирмы «Мартин-Бейкер», казалось, могло бы успокоить американские самолетные фирмы, но они продолжают активные поиски.

Упомянутые ранее значительные потери и предполагаемый их рост в связи с увеличившимся числом тренировочных полетов у земли на больших скоростях заставили эти фирмы активизировать свои поиски новых конструкторских решений по совершенствованию средств спасения. Был создан ряд программ. Новые программы ставили своей целью создание кресла, которое в зависимости от начальных условий катапультирования управляло бы траекторией движений и оптимизировало характеристики СМ и ускорителя в целях снижения перегрузок, действующих на летчика.

Специалисты по средствам аварийного покидания, пользуясь материалами исследований, о которых упоминалось ранее, считают, что в ближайшем будущем средствами спасения экипажей станут катапультные кресла, у которых будут изменяться вектор тяги и величина импульса двигателя в зависимости от режима полета самолета в момент катапультирования. Это позволит покинуть самолет в самых экстремальных условиях. Разработку таких устройств ведут американские фирмы с 1970-х гг., используя уже имеющиеся наиболее качественные серийные кресла с малой массой (60...65 кг), малым импульсом энергодатчика (450 кг/с) и имеющие малое время (1, 9...2, 2) с для срабатывания всех систем от момента приведения в действие до наполнения купола спасательного парашюта.

Первой в этом направлении начала работать фирма «Грумман». Добиваясь дальнейшего совершенствования средств аварийного покидания, она провела исследования модернизированного кресла S-III-S-3 фирмы «Стенсел» с размещенной на нем системой управления вектором тяги ускорителя MPES (Maximum Performance Escape System), обеспечивающей максимальные характеристики катапультирования. Это позволило фирме начать принципиально новые разработки для решения вопроса по катапультированию на сверхмалых высотах, с большими углами крена, вплоть до полностью перевернутого положения (вниз кабиной) (см. рис. 82, 6). В одном из экспериментов с манекеном оказалось достаточным и 13 м высоты над землей.

Осуществляется это с помощью карданно подвешенного в нижней части кресла сферического ракетного двигателя, управляемого системой микроволновых антенн с сервоприводами. В заголовнике кресла установлены четыре антенны, которые измеряют излучение земли как абсолютно черного тела с температурой 290 К и излучение неба как абсолютно холодного тела с температурой 15 К. Три антенны из четырех ориентированы горизонтально через 120° и определяют положение кресла по тангажу и крену. Четвертая антенна, перпендикулярная к первым трем, определяет, в нормальном или перевернутом положении находится кресло, и действует в качестве нуля всей антенной системы.

В момент катапультирования антенная система последовательно измеряет разницу в микроволновом излучении «теплой» земли и «холодного» неба. При отклонении верхней антенны от ее обычно направленного в зенит положения вырабатываются сигналы рассогласования, которые после отработки подаются на следящие системы с управлением по тангажу и крену для управления карданно подвешенным ракетным двигателем.

Положительным фактором настоящего устройства являются его полная автономность, независимость от бортового радиоэлектронного оборудования самолета. Современные указатели положения самолета в пространстве, например гироскопы, имеют сравнительно большое время раскрутки или, в случае постоянной работы, требуют непрерывной коррекции от бортового радиоэлектронного оборудования. Автономность обладает рядом преимуществ, однако сложность в отработке и отсутствие опыта работы с антенной такого типа заставляет вести дальнейшие исследования и накопление опыта по обеспечению ее надежной работы. Поиски новых путей для решения подобной проблемы продолжаются.

При приведении в действие системы управления катапультированием включается сдвоенная система электропитания, состоящая из основной никель-кадмиевой и вспомогательной термической батарей. Никель-кадмиевая батарея обладает малым временем реакции и почти мгновенно включается в работу. Термическая батарея включается в работу медленнее и служит резервным источником, действующим на протяжении оставшегося цикла катапультирования.

От первого импульса тока срабатывает система управления карданно подвешенным ракетным двигателем по крену и тангажу, причем отклонение двигателя (или его сопла) обеспечивается в пределах ±20° от нейтрального положения в обеих плоскостях. Кресло, пройдя по направляющим рельсам заданное расстояние, включает пиропатрон, от которого срабатывает маршевый ракетный двигатель.

Разблокировка карданно подвешенного двигателя происходит только в том случае, когда микропроцессор получает от антенн сигналы определенного диапазона (пригодные для управления ракетным двигателем). В случае, если сигналы, поступающие от антенн, в силу какой-либо неисправности не соответствуют установленному диапазону, ракетный двигатель остается заблокированным в положении, при котором вектор его тяги проходит через центр масс системы кресло — человек (см. рис. 82). В этом случае катапультирование производится по «жесткой» схеме, как и на предшествующих обычных креслах с фиксированными режимами управления.

Кроме программы фирмы «Грумман» разработаны 5 и 10 летние программы совершенствования кресла ACES-II фирмы «Дуглас Аэркрафт» (США).

Ввод этого кресла в эксплуатацию приостановил ежегодный рост неблагополучных исходов катапультирований, рекордно снизив процент потерь летного состава. Поэтому кресло ACES-II было принято как объект для дооборудования системами управления вектором по направлению и величине тяги, способными повысить разрешающие возможности спасения при аварийном покидании самолета, находящегося в тех же экстремальных условиях, что и кресла S-III-S-3 (большой крен, перевернутое положение на малой высоте и большая скорость снижения). При этом для определения положения самолета при катапультировании использовался принцип, отличный от примененного фирмой «Грумман». С этой целью фирма «Сайнтифик Системе» (SSI) провела исследования установленной на кресле электронной системы управления вектором тяги, определяющим траекторию движения кресла в зависимости от положения самолета в пространстве. Широкие границы условий применения катапультных кресел со значительной степенью нелинейности системы кресло — человек делают обычные методы управления недостаточно устойчивыми. Задача создания системы с законом управления катапультным

Рис. 101. Схема катапультного кресла CREST: 1 — привязная система с одним замком; 2 — объединенный разъем, 3 — конструкция кресла из композиционных материалов, оснащенная боковыми панелями и обеспечивающая защиту летчика от травм; 4 — сетка для предотвращения разброса рук; 5 — выдвижной обтекатель для торможения воздушного потока; 6 — приемники давления; 7 — реактивные двигатели системы газодинамического управления по трем осям; 8 — емкости с реактивным топливом; 9 — два сопла ракетных ускорителей с системой управления вектором тяги; 10 — выдвижные панели для предотвращения разброса ног

креслом, по мнению исполнителей, вполне разрешима, а будучи целиком смонтированной на кресле, такая система при необходимости способна функционировать независимо от самолетных систем и комплексов. Применяемая элементная база соответствует современному уровню развития электроники. Уже имеющиеся легкие и малогабаритные датчики и вычислители делают, по мнению изготовителей, предложенную схему системы управления вполне реальной.

В мае 1984 г. фирма «Дуглас Аэркрафт», филиал фирмы «Макдоннелл-Дуглас-Боинг Миллитари Аэркрафт», заключила контракт на разработку и демонстрацию новой технологии спасения экипажа CREST (рис. 101, а).

Фирма «Боинг» предполагает использовать на кресле CREST стреляющий механизм с одним или двумя пирозарядами и автоматической системой отвода излишка пороховых газов (для регулирования тяги) в зависимости от массы летчика и перегрузки, действующей на самолет, с целью получения стабильных характеристик процесса катапультирования. Работа этой системы была продемонстрирована в 1985 г.

Каждый из двух ракетных ускорителей, установленных в нижней части кресла, будет иметь свои системы управления тягой и общую топливную систему с регулируемым расходом. За спинкой кресла CREST будут установлены семь баков с ракетным топливом, соединенных между собой трубопроводами (рис. 101, б); запуск ракетных ускорителей может быть осуществлен последовательно или параллельно.

Управление траекторией полета и стабилизация кресла будут осуществляться с помощью четырех небольших управляющих РДТТ, три из которых установлены в верхней части заголовника (направление тяги двух РДТТ перпендикулярно вертикальной оси кресла, а одного — параллельно), а один — под креслом. Эти РДТТ будут работать только с полной тягой, однако предусмотрено их индивидуальное включение.

Центральный вычислитель с помощью усовершенствованных датчиков обеспечит с учетом пространственного положения самолета, внешних условий и массы летчика требуемый режим катапультирования и оптимальную траекторию полета кресел. В случае, покидания самолета при «благоприятных» полетных условиях (например, при небольшой скорости на достаточной высоте) по команде от вычислителя будет снижена тяга ракетных ускорителей, что уменьшит начальную перегрузку и вероятность получения травм летчиком при катапультировании. Кроме того, тяга ракетных ускорителей может быть уменьшена в случае катапультирования при высокой температуре окружающей среды, когда повышение температуры пиропатрона и реактивного топлива может привести к возникновению перегрузок, превосходящих допустимый уровень.

Для управления траекторией полета на кресле CREST будут установлены акселерометры, которые в настоящее время применяются на управляемых ракетах (УР); кроме того, на кресле будут установлены датчики скорости и высоты полета, информация от которых будет передаваться центральному вычислителю.

Для защиты от набегающего воздушного потока и фиксации тела летчика на кресле CREST предполагается использовать выдвижной тканевый обтекатель, для предотвращения разброса рук — сетку, разброса ног — выдвижные панели и ремни (см. рис. 101, б).

Таким образом, основной упор в этой программе делается на адаптивность в следующем:

способности самостоятельно и практически мгновенно определять аварийную обстановку, используя данные датчиков, встроенных в кресло или самолет;

автоматически оценивать и устанавливать требуемую тягу ракетных двигателей кресла, продолжительность их работы и направления вектора тяги с использованием цифрового электронного {242} оборудования управления полетом для стабилизации движения кресла и управления его траекторией;

регулировать работы системы притяга и защиты от встречного потока воздуха с учетом расширенного диапазона режимов и способности изменять параметры системы управления катапультированием применительно к экстремальным условиям (низкая скорость, малая высота, неблагоприятное положение в пространстве), чтобы обеспечить переносимость больших перегрузок в виде компромисса для повышения шансов на спасение.

Учитывается более простое обслуживание кресла в эксплуатации на самолете и меньшая его стоимость. Повышение спасаемости при новой системе основывается на принципиальном изменении методов, позволяющих решать задачу по катапультированию.

Эти методы заключаются в следующем:

до сих пор управление креслом рассматривалось только для активного участка катапультирования, т.е. когда система кресло — человек находится вне самолета, на участке работы ракетного ускорителя. В новых условиях система управления связана с участком движения катапультного кресла в направляющих при работе СМ. Именно на этом участке движения кресла должны происходить все подготовительные операции: включение системы, введение в воздушный поток датчиков, определение условий полета, назначение последовательности работы механизмов и парашютной системы, назначение номинального значения тяги ракетного ускорителя, выбор или расчет, соответствующий оптимальной эталонной траектории;

к моменту выхода из направляющих в кабине последней пары роликов кресла ракетный ускоритель должен создавать требуемую тягу и момент вокруг поперечной оси;

на кресле предусматривается система ориентации, которая совместно с микропроцессорами и ориентируемыми ускорителями (или ускорителем) обеспечит выполнение нужной траектории;

сразу после включения механизма, совместно с системой фиксации летчика в кресле должны сработать устройства для защиты его от потока (производятся исследования различных шторок, дефлекторов, надувного воротника, ограничителей для рук и т.п.).

Стремлением обязательного завоевания превосходства в воздухе объясняется планирование многомиллиардных затрат на исследование, проектирование и строительство новых поколений истребительной авиации.

Уже несколько лет ведутся подготовительные работы по новому истребителю. ВВС США Предложили американским самолетостроительным фирмам включиться в конкурсную работу по созданию нового истребителя ATF. В конце февраля 1986 г. ВВС США были получены технические предложения от семи ведущих авиакосмических фирм США: «Боинг», «Дженерал Дайнемикс», «Грумман», «Локхид», «Макдоннелл-Дуглас», «Нортроп» и «Рокуэлл».

Отделение авиационных систем на авиабазе Райт-Паттерсон в течение трех месяцев углубленно исследовало эти проекты. Министерство обороны США в 1986 г. выдало контракты двум группам скооперировавшихся фирм на этап демонстрации и оценки выполненных ими новых машин («Нортроп» и «Макдоннелл-Дуглас» составили одну группу, «Боинг», «Дженерал Дайнемикс» и «Локхид» — другую).

По заявлению руководителя программы ATF на авиабазе Райт-Паттерсон ВВС США полковника Пиччирилло, группа представителей ВВС, ведущая эту программу, уже имеет ясное представление о каждом проекте, но он считает, что реальный самолет появится в конце 1990 г. или в начале 1991 г. По словам Пиччирилло, возможно, теперь проект ATF будет скрывать тот же занавес секретности, который охраняет работы над усовершенствованным бомбардировщиком В-2.

Фирмы, получившие контракты, более трех лет проводят работы по этапу демонстрации и оценки, включающие испытания подсистем, моделирование с человеком и др. В 1991 г. один из проектов должен быть выбран для полномасштабного проведения испытаний и серийного производства.

Главными требованиями к проекту ATF являются способность полета с большой скоростью на малой высоте и обеспечение низкого уровня демаскирующих признаков, или «малозаметности». Усовершенствованные электронные системы позволят истребителям ATF действовать наполовину или полностью автономно, глубоко в воздушном пространстве противника.

Имеется попытка кооперации ВВС и ВМС США в программе создания перспективного истребителя. Оба ведомства заключили соглашение о координации работ по созданию истребителя ATF для ВВС и истребителя АТА для ВМС. Оба ведомства подтвердили, что производство самолетов АТА и ATF будет осуществляться на конкурсной основе с целью снижения расходов на серийное изготовление.

В интересах выполнения работ по созданию истребителя ATF, ВВС США опубликовали перечень программ, который в дальнейшем в процессе проектирования может быть дополнен. В перечне имеется программа, предусматривающая разработку нового поколения катапультного кресла CREST. Программа должна обеспечить технологическую базу для проектирования катапультного кресла следующего поколения, включающую ракетные двигатели, регулируемые СМ, систему фиксации и защиты летчика от набегающего воздушного потока, электронное оборудование управления пространственным положением кресла и т.д.

В дополнение к ранее перечисленным техническим требованиям к креслу добавляется следующее требование: кресло на 90% должно исключать демонтажные операции при работе в кабине, что будет экономить 10 чел/ч по сравнению с тем, когда демонтаж необходим. Это требование, вероятно, исключит возможность использования кресла ACES-II, на котором до этого проводились все работы.

Отдельным пунктом в перечне указана программа технологии автоматизированной кабины CAT (Cockpit Automation Technology). Программа направлена на уменьшение рабочей загрузки экипажа путем оптимальной автоматизации кабины. В тяжелых условиях полетов с большими перегрузками кресло должно создать экипажу необходимый комфорт.

Даже частичное внедрение перечисленных мероприятий, не требующих больших изыскательских работ, способно расширить возможность по спасению экипажей различных боевых самолетов, а создание систем кресел с управляемым по величине и направлению вектором тяги двигателей с микропроцессорным управлением позволит еще больше расширить возможности по спасению экипажей самолетов в усложнившихся условиях аварийного покидания, снизить травматизм и уменьшить число смертельных случаев.

Однако, несмотря на столь широкий фронт работ по совершенствованию открытых систем кресел, продолжаются поиски новых решений для расширения диапазона применения средств покидания в ранее не завершенных конструкциях.

Начиная с 1980 г. фирма «Боинг» занималась исследованиями в области средств аварийного покидания на дозвуковых и сверхзвуковых скоростях, оценивая перегрузки, устойчивость и возможность катапультирования до скоростей 1300 км/ч и величин скоростного напора 7800 кгс/м² на высотах до 21 500 м и менее 150 м.

Около 12-ти вариантов кресел с различными изменениями исследовано в аэродинамических трубах с измерениями по трем осям. Варианты изменений предназначены для повышения динамической устойчивости кресел и защиты экипажей от воздействия воздушного потока.

Другими фирмами-разработчиками катапультных кресел проводились исследования устройств, выполнявших одинаковые функции, но с различными конструктивными решениями. Так например, фирма «Стенсел» на кресле S4S установила боковые кили для повышения устойчивости по рысканию; на кресле, выполняемом по программе CIEST, установлены выдвижные обтекатели для торможения воздушного потока и обеспечения защиты экипажа от потока на сверхзвуковой скорости.