一弹化去关头险,青鸟乘风再入云(一)

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/29 00:37:59
一弹化去关头险,青鸟乘风再入云

——浅谈中外航空弹射座椅的发展(一)


近两周,空军之翼网站先后发表了两篇关于弹射座椅的文章。即王立杰先生的《飞行安全的最后防线——浅谈弹射逃生》和侯知健先生的《谈谈我国战斗机的弹射座椅》。兵器迷看了,实在手痒。

手痒的原因有两个,一是这两篇文章都非常专业,兵器迷认同其中的很多的资料和观点,同时学习到很多相关的知识。二是兵器迷对此道也略知一二,因此非常希望谈出来做个分享,既补充一些个人的不同意见,也借此表达对同道的敬意。

与前两篇相比,兵器迷的本系列文章,有两个不同的特点。一是会侧重介绍中国研制弹射座椅的相关工作,并更多的探讨飞豹战机事故的弹射因素。二是会从总体脉络上,将几代弹射座椅的发展历程做个总结性的介绍。希望感兴趣的军迷,能够结合这三篇文章的内容,相互印证,判断取舍,对弹射座椅有个更加全面准确的了解。

开聊!
一、世界航空弹射座椅的发展历程简述

其实在二战之前,战机是没有自动救生设备的,飞行员或其他飞行器成员遇到弃机的紧急情况,只有跳伞。也就是说,战斗机飞行员需要自行爬出座舱,跳离飞机并开伞降落。但是,这个办法很快遇到了一个致命的问题。

这个问题就是迎面高速气流。

随着技术的发展,战斗机的速度越来越快,因此飞行员自行出舱时面临的迎面气流速度也随着提高。飞机到了600公里时速时,飞行员靠自身体力,已经难以克服迎面气流出舱。就算好不容易出舱了,也容易在离机时被高速气流刮到机尾,因而碰到尾翼或平尾。这时候的翼面,如同大刀,足可以把飞行员劈成两半,二战时很多飞行员就是这样死于非命的。统计表明,当空速大于360公里/时,飞行员自行出舱跳伞的存活率仅约2%。

在任何一个国家,飞行员都是极其宝贵的战斗资产,因此对航空自动救生设备的需求日益高涨,弹射座椅就是在这个背景下应运而生的。

最早的弹射座椅诞生于二战末期,德国空军首先于1943-1944年将以火药为动力的弹射座椅用于He 219型双座夜间战斗机,在此后的七十多年里,弹射座椅的发展按照技术特征划分,大概经历了以下四代。

第一代:弹道式弹射座椅
1940年代中期-1950年代中期的弹道式弹射座椅:先利用类似滑膛炮的原理,将人-椅整体弹出,待人椅分离后打开救生伞。一代座椅的主要贡献,就是解决了自动弹射有无的问题。。这一代的代表产品如英国马丁贝克公司的MK.1和MK.5,以及俄罗斯的米格-15、17的弹射座椅。

第二代:火箭弹射座椅
1950年代中期-60年代中期的火箭弹射座椅:弹射分为两个过程,首先弹射机构将人-椅弹射出舱,然后由火箭包继续推动人-椅向上运动。这第二个过程,有效的提高了弹射高度,为低空弹射、甚至地面弹射的飞行员解决了低空开伞的问题。因此,二代座椅的主要贡献,就是解决了零高度-零速度弹射(即大家耳熟能详的零-零弹射)问题。这一代的代表产品,如英国马丁.贝克公司70年代为狂风研制的二代弹射座椅MK.10。

第三代:双态弹射座椅
1960年代中期-今的双态弹射座椅:所谓双态,即速度状态和高度状态。三代座椅的弹射包线,达到飞行时速0-1000公里,飞行高度0-20公里。因此,三代座椅的主要贡献,主要是解决了亚音速全高度的弹射问题。这一代的代表产品如下:

--首推俄罗斯“星”联合体大名鼎鼎的K-36系列——讨论现代弹射座椅必须知道K36这个名字(这个座椅将在后文的叙述中大放异彩)——装备SU-17,SU-24,SU-25,SU-27,Mig-29,Mig-31,Tu-160,雅克-36,雅客-38。

--美国麦道公司1970年代设计的“先进概念弹射座椅”ACESII(Advanced Concept Ejection Seat),是美国空军的通用型弹射座椅,装备F15,F16,F117,A10,B1B,和B2。其改进型的速度包线已经达到0-1300公里。

--英国马丁贝克公司1980年代设计的NACES MK14,采用微机双态控制的典型三代产品,也是美国海军的通用型弹射座椅。装备F14,F/A-18系列,T-45等机型。

图1:装备美军F14的马丁贝克公司MK.14弹射座椅



马丁.贝克公司的MK16,则在MK14基础上更上一层楼,将低成本、高性能和重量轻结合在一起,成为欧洲三代半机型的通用弹射座椅,装备包括双风(台风和阵风)、EF2000,F35也选用了这一型号。

细心的朋友问了,奇怪,为什么美国海军的三代机和四代机都不用本国产品,反而选用了英国的弹射座椅呢?

这里边有一个英国马丁贝克公司的励志故事:该公司创立于1928年,开始时只在英国市场打拼,在美国其实默默无闻。后来1950年代,马丁贝克在大西洋对岸开了一家分公司,并在1946年7月24日,该公司第一次完成了真人空中弹射试验。这在当时是非常惊人的,因为弹射座椅尚属创新事务,安全性如何大家都没底,因此都使用假人模型做弹射试验。敢用真人做弹射试验,说明马丁贝克对MK-5的产品可靠性非常自信。这种标新立异的自信也打动了美国人,甚至允许英国人在美国航母上做弹射试验。舰载机飞行员们饶有兴趣的观看了成功的弹射,并且在一片喝彩声中为马丁贝克打开了美利坚海军市场的大门。从此至今,美海军弹射座椅,就大多采用其产品甚至成为一种传统。而山姆大叔的订单,又等于为该公司提供了通向全球市场的通行证。仅其二代弹射座椅MK.10,后来就被62个国家47个不同机型选用。当然,MK.10产品也确实过硬,仅在海湾战争期间就挽救过28名飞行员的生命。而回顾历史,该公司生产的69000多套座椅,迄今为止(材料显示是2014年底)一共挽救了6994名飞行员生命,成为弹射座椅行业的大腕,这是后话。

第四代弹射座椅:咳咳,说到这个四代,就有点奇怪了。

四代做引从1970年代末就开始研发,其实与第三代座椅的后期发展可以说是相互交织,平行推进。三代座椅解决了速度和高度的双态控制,但是没有解决“第三态”,就是多飞行姿态的弹射问题。因此四代座椅的主要贡献,是解决两个问题。第一个,就是利用可控推力技术和可控飞行技术,实现战机复杂姿态的安全弹射,这是大气层内全状态弹射座椅的最后一个里程碑。四代座椅另外一个任务,就是扩大弹射的速度包线,实现超音速飞行的弹射保障。

奇怪在哪儿呢?

虽然前三代座椅的研制大致以10年为一个周期,可到了四代,就是这最后一个里程碑,一直从1970年代末走了快40年,直到今天,也没走完。这就是兵器迷说的奇怪之处。

为什么这么奇怪呢?

莫急,待俺细细道来:

前面说过,三代座椅的飞行包线,从高度和速度看,已经相当全面。如果飞机呈水平飞行,姿态稳定,飞行员的弹射可以说是十拿九稳的。

但是,问题来了——飞机要是呈水平飞行,姿态稳定,飞行员干吗要弃机跳伞呢?难道说飞着高兴过了钟点儿,一直飞到没油了不成?

可以理解,大多数弹射,都是发生在飞机受损、飞控异常、动力停车、飞行失速等飞机已经脱离控制的异常情况,其姿态、速度与高度都不利于弹射跳伞程序。在某些场景下,甚至飞行员都可能已经受伤,无法有效操控飞机的飞行。而在这些恶劣条件下,三代座椅的控制能力有限。而四代座椅要想解决这一问题,必须具有推力矢量可控和飞行可控技术,并在基础上发展自适应救生能力和生命威胁逻辑控制……等等关键技术。

这些技术,哪一项也不是白给的,而且还要集成起来。这四代座椅几乎就是一个自动飞行器了。研发难度之大,可想而知。也正因为这个,四代座椅的研发快半个世纪了,却始终“在路上”。

技术性的问题,比较晦涩。愿意和兵器迷一起啃墙皮的同学,咱们第二篇再细聊。

有性子急的朋友问了,美德俄法都让你说遍了,那中国的弹射座椅进展到第几代了呢?

二、中国航空弹射座椅发展简史
1950年代-60年代末期,我国主要是装备仿制苏联战机,因此在弹射座椅上,也自然是生产苏联米格飞机系列的弹射座椅,满足装备需求。

1964年,中国航空工业试飞中心(以下简称“试飞中心”)才正式展开了飞机高空设备和防护救生飞行的试验研究。同年,航空救生系统组全面调试后,验收了全国首个大型立式弹射台,并正式交付使用。不过,面对试验台的科技人员却犯愁了。

这不是好事吗,愁啥呢?

唉,愁钱呗,TG当年的家底儿比纸还薄。而如同所有航空试验,弹射座椅试验的费用是很高的。有了设备,这试验经费不足,又摆在了中国航空人的面前。

既要省钱,又要得到可靠的救生系统数据。1965年,试飞中心创新性提出,开发弹射试验遥测记录系统,这样可以在一次记录弹射试验中,尽可能多的记录各项数据。这个当初仅仅为了“抠门”而产生的灵光一现,成就了我国第一代弹射试验遥测系统。这个技术此后被中国一代代航空人发扬光大,一直到现在,仍然应用在试飞中心的各项遥测项目中。

1969年,试飞中心首次进行了某型火箭弹射座椅的性能弹射试验,随后用3个月的时间,完成了包括零高度-零速度地面弹射试验及空中弹射试验。并进一步攻克了火箭滑车试飞技术,生产出中国的低速和高速火箭滑车。

这些技术和设备的研发成功,对弹射座椅是至关重要的。新中国就是从这一刻开始,大踏步进入了自主研制替代进口航空弹射座椅的全新领域,并且跨越了第一代弹道式弹射座椅的落后技术,第一个装备型号就直接进入了第二代火箭弹射座椅的研制。

在地面弹射技术发展的同时,另一条技术研发路线——空中弹射试飞技术也有很大进展。

1968年,试飞中心开始研究空中弹射试验机。
1972年,中国研制的空中弹射机进行了空中弹射试验,解决了我国弹射救生系统零高度-小速度下的飞行员安全救生问题。
1973年,空中弹射试验机结合火箭弹射座椅定型,首次成功的进行了空中真人弹射试验,并圆满完成了数十项弹射救生系统的定型和预研课题任务。
1978年,该空中弹射机系统获得全国科学大会奖。
1981年,弹射试验机在地面滑跑状态下进行弹射试验成功,扩大了试验使用范围。

改革开放后,特别是1996年后,中国军力的发展日新月异,弹射座椅的发展也加快了步伐:
1993年,颁布GJB1800-93《弹射座椅型乘员应急离机救生系统通用规范》
2000年,颁布GJB4049-2000《飞机应急离机系统通用规范》
2007年,颁布GJB1800A-2007 《弹射座椅型乘员应急离机救生系统通用规范》

今天的中国空军,已经大批量装备了国产第三代弹射座椅,这是值得每个军迷骄傲和自豪的。

有朋友说,不就是个座椅吗,说得那么神秘兮兮的,还“全国科学大会奖”,还“骄傲和自豪”,至于吗?

呵呵,您知道,就这么一把椅子,全球能够研制的国家有多少?

只有五个。和航空发动机一样,就是安理会五大常任理事国,中美英法俄。能够研制第三代弹射座椅的国家,更是只有四个(法国后来放弃独立研制,直接采用英国的产品了)。

别的不谈,就只说火箭弹射的关键地面设备之一:火箭撬滑轨试验场。这种设备是在火箭撬下面装滑块,然后依靠弹射座椅系统的火箭包的推力,在一个高精度轨道上高速滑行,最高可以达到超音速,用于测试零高度全速度的弹射效果。

这种轨道的建设,首先对选址的要求就不一般,而且地基要打好,最重要轨道的长度、承载能力、水平和垂直精度要求极高。几千米的滑轨轨道,必须全部精细焊接。投资很大。一开始只有美国有,现在也就只有五常才有。

中国试飞中心的航空救生研究所,具有亚洲唯一的火箭撬滑轨试验场(就这么个轨道,做轨道高铁起家的大日本帝国可没有这个东东,呵呵),长3132米(预计扩建到6132米长),在滑撬重4吨时运行速度1.2马赫。由中国航宇公司在襄北平原建造,投资6700万元,经10年建设于1997年12月正式建成。主轨相对于基准线、副轨相对于主轨在水平方向和垂直方向的允许偏差分别为±0.18和±0.20毫米,优于美国霍洛曼滑轨最优段±0.32和±0.29毫米的精度,轨道精度世界先进。见图2。

图2:中国的火箭撬滑轨试验场


看着是不错,可话又说回来,就这样,中国弹射座椅研制的其他很多设备,与美俄的差距,依然很大。看下图3:您瞧瞧美国的火箭撬试验场。

图3:美国1963年建成占地7400英亩5条长度为1.8-2.3公里的火箭撬试验滑轨试验场




所以说,谁才够当安理会的五魁首?像阿三这样从步枪到炮弹都要进口的国家,居然也做这个梦,呵呵。就不掂量掂量,手里没几样硬货,就是人家让他坐了,那位子可坐得住?

扯远了,咱接着聊。

从1964年算起,到去年整整五十年,中国历经了地面弹射、火箭滑车弹射和空中弹射的发展过程,一共研制了八个型号的弹射座椅(批次改进型不算),其代号都以HTY开头,是“航(空)逃(生)椅”的拼音首字母。它们分别是:

HTY-1:第二代火箭弹射座椅,1960年代末研制。装备歼6-II,歼7,强五等机型。

HTY-2:第二代火箭弹射座椅,1960-1970年代研制。是HTY-1的大改型号,改善了火箭包,改装了分离操纵系统,装备了救生10甲救生伞和稳定-3减速稳定伞,弹射包线为时速250-850公里。装备歼6-III、歼7-II等机型。

HTY-3: 第二代火箭弹射座椅,1970年代研制,是中国第一个解决了零高度-零速度(即零-零弹射)的座椅。弹射包线为平飞时速0-850公里,飞行高度0-20公里。装备歼7-III和歼8、强五改等机型

HTY-4:第二代火箭弹射座椅,1980年代研制。是中国首个达到时速0-1000公里救生包线的弹射座椅,同时可以控制在4000米以上不开伞,防止伞的破碎,因此加强了高空跳伞的安全性。但是并未做到对高速开伞的控制,而高速开伞也可能导致伞破。

HTY-6:准三代火箭弹射座椅,1980-1990年代研制。采用QKS-14速度-高度双态控制器。救生包线为时速0-1000公里,高度0-21公里。装备于歼8-II和飞豹等型号。其分支型号HTY6C装备歼7MG等型号。其分支型号HTY-6F成为轰六救生系统STZ-7的一部分,一架轰六装备3套该型座椅,并应用了侧向轨迹发散火箭,防止多套座椅弹射时相互碰撞。见图4

图4:HTY-6C型座椅



HTY-7:第二代火箭弹射座椅,1980-1990年代研制,是我国第一款采用穿盖弹射技术的座椅。装备于K8和国内教练8教练机等型号。这是一款很不错的产品。由于K8本来就是教练机,故障率比较低,速度和过载都不大,加上HTY-7的性能也很不错,因此K8没有发生过一等事故。HTY-7的缺点是,依靠座椅自身侧角的冲力撞破座舱盖,舱盖产生的碎片大小不一,容易划伤乘员。
       
眼尖的朋友问,兵器迷,怎么HTY4完了就是HTY-6和HTY-7,没有HTY-5呢?

是这样,HTY-5是有的,而且是我国第一款第三代弹射座椅,为了装备歼10研制。它的立项时间很早,但是定型时间很晚,因此比HTY-6和HTY-7要晚装备。咱们这就聊到它了。

HTY-5:第三代多(双)态控制弹射座椅,1980年代末-2000年代研制。采用了新型椅背火箭技术、微爆穿盖技术——舱盖中央有导爆索,碎片大小均匀、座椅出舱稳定, 可根据弹射离机时的速度、高度选择不同的延迟时间,控制射出救生伞及人椅分离的时机。弹射救生包线时速0-1200公里,高度0-21公里。 2000年,该型号座椅首弹成功。2001年,在定型试验中,试飞中心首次在弹射试验机上进行了多项不利飞行状态下的座椅空中弹射试验,这是我国第一次进行机动状态和高速状态下的座椅弹射试飞。型号定型后顺利装备歼10系列战机。HTY-5的性能也非常出色。截止2014年,歼10所有的二等以上事故中,除一起之外,所有飞行员均安然无恙。而且这一起一等事故,还不是因为弹射座椅造成的。2006年1月9日,在北京召开的全国科技大会暨2005年度国家科技奖励大会上,HTY-5弹射救生装置荣获国家科技进步二等奖。见图5.

图5:HTY-5弹射座椅



这里咬文嚼字一下:侯知健先生的文章,说歼10的座椅是“三态控制,即速度、高度和时间三要素”,而飞豹战机用的是“简化的双要素机械控制器,只能根据弹射时的高度、速度来确定开伞,控制水平在三代弹射座椅里是最简陋的”,这是一种值得商榷的说法。因为在技术上,弹射双态控制器的意思,就是根据速度-高度这两个飞行状态的条件不同,进行弹射操作的程序控制。而程序控制中,就包含了如火箭点火时间、开伞时间、火箭包弹射方向等一系列控制要素。因此“时间”并不是控制的输入条件,而是控制弹射流程的输出要素之一。歼10的座椅比飞豹再先进,也还是速度-高度双态控制器,但是在输出的控制要素上比飞豹的多,这是事实。

图6:HTY-5,HTY-6和HTY-7弹射座椅



HTY-8:第三代多(双)态控制弹射座椅,2007年12月定型。该型号是610所在俄罗斯K36座椅的基础上研制的。弹射包线达到时速0-1400公里,高度0-25公里,弹射筒工作最大过载≤20G,射救生伞时间0.7-2.45秒,救生性能可满足美军标MIL-S-18471GD要求。装备国产歼11B系列、歼15/S、歼16等型号。HTY-8的性能很高,国产双方三代机飞行员的伤亡率很低。见图7

图7:弹射座椅HTY-8



既然中国的弹射座椅已经装备到第三代了,那么在研制弹射座椅时,又遇到了哪些技术难题呢?中国第四代弹射座椅的研制情况又如何呢?

预知后事如何,且听下回分解。

注:所有资料来自于互联网公开报道和公开出版物,如:
    《弹射座椅性能研究》
《弹射座椅性能仿真分析》
《飞行姿态对弹射座椅的影响》
空军之翼侯知健先生的《谈谈我国战斗机的弹射座椅》
空军之翼王立杰先生的文章《飞行安全的最后防线——浅谈弹射逃生》
本文还引用了《兵器知识》等多份军工杂志和铁血论坛的信息和图片,在此一并致谢!
更多文章,请见个人博客
http://blog.sina.com.cn/s/articlelist_1455885643_0_1.html
一弹化去关头险,青鸟乘风再入云
——浅谈中外航空弹射座椅的发展(一)

近两周,空军之翼网站先后发表了两篇关于弹射座椅的文章。即王立杰先生的《飞行安全的最后防线——浅谈弹射逃生》和侯知健先生的《谈谈我国战斗机的弹射座椅》。兵器迷看了,实在手痒。

手痒的原因有两个,一是这两篇文章都非常专业,兵器迷认同其中的很多的资料和观点,同时学习到很多相关的知识。二是兵器迷对此道也略知一二,因此非常希望谈出来做个分享,既补充一些个人的不同意见,也借此表达对同道的敬意。

与前两篇相比,兵器迷的本系列文章,有两个不同的特点。一是会侧重介绍中国研制弹射座椅的相关工作,并更多的探讨飞豹战机事故的弹射因素。二是会从总体脉络上,将几代弹射座椅的发展历程做个总结性的介绍。希望感兴趣的军迷,能够结合这三篇文章的内容,相互印证,判断取舍,对弹射座椅有个更加全面准确的了解。

开聊!
一、世界航空弹射座椅的发展历程简述

其实在二战之前,战机是没有自动救生设备的,飞行员或其他飞行器成员遇到弃机的紧急情况,只有跳伞。也就是说,战斗机飞行员需要自行爬出座舱,跳离飞机并开伞降落。但是,这个办法很快遇到了一个致命的问题。

这个问题就是迎面高速气流。

随着技术的发展,战斗机的速度越来越快,因此飞行员自行出舱时面临的迎面气流速度也随着提高。飞机到了600公里时速时,飞行员靠自身体力,已经难以克服迎面气流出舱。就算好不容易出舱了,也容易在离机时被高速气流刮到机尾,因而碰到尾翼或平尾。这时候的翼面,如同大刀,足可以把飞行员劈成两半,二战时很多飞行员就是这样死于非命的。统计表明,当空速大于360公里/时,飞行员自行出舱跳伞的存活率仅约2%。

在任何一个国家,飞行员都是极其宝贵的战斗资产,因此对航空自动救生设备的需求日益高涨,弹射座椅就是在这个背景下应运而生的。

最早的弹射座椅诞生于二战末期,德国空军首先于1943-1944年将以火药为动力的弹射座椅用于He 219型双座夜间战斗机,在此后的七十多年里,弹射座椅的发展按照技术特征划分,大概经历了以下四代。

第一代:弹道式弹射座椅
1940年代中期-1950年代中期的弹道式弹射座椅:先利用类似滑膛炮的原理,将人-椅整体弹出,待人椅分离后打开救生伞。一代座椅的主要贡献,就是解决了自动弹射有无的问题。。这一代的代表产品如英国马丁贝克公司的MK.1和MK.5,以及俄罗斯的米格-15、17的弹射座椅。

第二代:火箭弹射座椅
1950年代中期-60年代中期的火箭弹射座椅:弹射分为两个过程,首先弹射机构将人-椅弹射出舱,然后由火箭包继续推动人-椅向上运动。这第二个过程,有效的提高了弹射高度,为低空弹射、甚至地面弹射的飞行员解决了低空开伞的问题。因此,二代座椅的主要贡献,就是解决了零高度-零速度弹射(即大家耳熟能详的零-零弹射)问题。这一代的代表产品,如英国马丁.贝克公司70年代为狂风研制的二代弹射座椅MK.10。

第三代:双态弹射座椅
1960年代中期-今的双态弹射座椅:所谓双态,即速度状态和高度状态。三代座椅的弹射包线,达到飞行时速0-1000公里,飞行高度0-20公里。因此,三代座椅的主要贡献,主要是解决了亚音速全高度的弹射问题。这一代的代表产品如下:

--首推俄罗斯“星”联合体大名鼎鼎的K-36系列——讨论现代弹射座椅必须知道K36这个名字(这个座椅将在后文的叙述中大放异彩)——装备SU-17,SU-24,SU-25,SU-27,Mig-29,Mig-31,Tu-160,雅克-36,雅客-38。

--美国麦道公司1970年代设计的“先进概念弹射座椅”ACESII(Advanced Concept Ejection Seat),是美国空军的通用型弹射座椅,装备F15,F16,F117,A10,B1B,和B2。其改进型的速度包线已经达到0-1300公里。

--英国马丁贝克公司1980年代设计的NACES MK14,采用微机双态控制的典型三代产品,也是美国海军的通用型弹射座椅。装备F14,F/A-18系列,T-45等机型。

图1:装备美军F14的马丁贝克公司MK.14弹射座椅

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2015-8-17 08:21 上传




马丁.贝克公司的MK16,则在MK14基础上更上一层楼,将低成本、高性能和重量轻结合在一起,成为欧洲三代半机型的通用弹射座椅,装备包括双风(台风和阵风)、EF2000,F35也选用了这一型号。

细心的朋友问了,奇怪,为什么美国海军的三代机和四代机都不用本国产品,反而选用了英国的弹射座椅呢?

这里边有一个英国马丁贝克公司的励志故事:该公司创立于1928年,开始时只在英国市场打拼,在美国其实默默无闻。后来1950年代,马丁贝克在大西洋对岸开了一家分公司,并在1946年7月24日,该公司第一次完成了真人空中弹射试验。这在当时是非常惊人的,因为弹射座椅尚属创新事务,安全性如何大家都没底,因此都使用假人模型做弹射试验。敢用真人做弹射试验,说明马丁贝克对MK-5的产品可靠性非常自信。这种标新立异的自信也打动了美国人,甚至允许英国人在美国航母上做弹射试验。舰载机飞行员们饶有兴趣的观看了成功的弹射,并且在一片喝彩声中为马丁贝克打开了美利坚海军市场的大门。从此至今,美海军弹射座椅,就大多采用其产品甚至成为一种传统。而山姆大叔的订单,又等于为该公司提供了通向全球市场的通行证。仅其二代弹射座椅MK.10,后来就被62个国家47个不同机型选用。当然,MK.10产品也确实过硬,仅在海湾战争期间就挽救过28名飞行员的生命。而回顾历史,该公司生产的69000多套座椅,迄今为止(材料显示是2014年底)一共挽救了6994名飞行员生命,成为弹射座椅行业的大腕,这是后话。

第四代弹射座椅:咳咳,说到这个四代,就有点奇怪了。

四代做引从1970年代末就开始研发,其实与第三代座椅的后期发展可以说是相互交织,平行推进。三代座椅解决了速度和高度的双态控制,但是没有解决“第三态”,就是多飞行姿态的弹射问题。因此四代座椅的主要贡献,是解决两个问题。第一个,就是利用可控推力技术和可控飞行技术,实现战机复杂姿态的安全弹射,这是大气层内全状态弹射座椅的最后一个里程碑。四代座椅另外一个任务,就是扩大弹射的速度包线,实现超音速飞行的弹射保障。

奇怪在哪儿呢?

虽然前三代座椅的研制大致以10年为一个周期,可到了四代,就是这最后一个里程碑,一直从1970年代末走了快40年,直到今天,也没走完。这就是兵器迷说的奇怪之处。

为什么这么奇怪呢?

莫急,待俺细细道来:

前面说过,三代座椅的飞行包线,从高度和速度看,已经相当全面。如果飞机呈水平飞行,姿态稳定,飞行员的弹射可以说是十拿九稳的。

但是,问题来了——飞机要是呈水平飞行,姿态稳定,飞行员干吗要弃机跳伞呢?难道说飞着高兴过了钟点儿,一直飞到没油了不成?

可以理解,大多数弹射,都是发生在飞机受损、飞控异常、动力停车、飞行失速等飞机已经脱离控制的异常情况,其姿态、速度与高度都不利于弹射跳伞程序。在某些场景下,甚至飞行员都可能已经受伤,无法有效操控飞机的飞行。而在这些恶劣条件下,三代座椅的控制能力有限。而四代座椅要想解决这一问题,必须具有推力矢量可控和飞行可控技术,并在基础上发展自适应救生能力和生命威胁逻辑控制……等等关键技术。

这些技术,哪一项也不是白给的,而且还要集成起来。这四代座椅几乎就是一个自动飞行器了。研发难度之大,可想而知。也正因为这个,四代座椅的研发快半个世纪了,却始终“在路上”。

技术性的问题,比较晦涩。愿意和兵器迷一起啃墙皮的同学,咱们第二篇再细聊。

有性子急的朋友问了,美德俄法都让你说遍了,那中国的弹射座椅进展到第几代了呢?

二、中国航空弹射座椅发展简史
1950年代-60年代末期,我国主要是装备仿制苏联战机,因此在弹射座椅上,也自然是生产苏联米格飞机系列的弹射座椅,满足装备需求。

1964年,中国航空工业试飞中心(以下简称“试飞中心”)才正式展开了飞机高空设备和防护救生飞行的试验研究。同年,航空救生系统组全面调试后,验收了全国首个大型立式弹射台,并正式交付使用。不过,面对试验台的科技人员却犯愁了。

这不是好事吗,愁啥呢?

唉,愁钱呗,TG当年的家底儿比纸还薄。而如同所有航空试验,弹射座椅试验的费用是很高的。有了设备,这试验经费不足,又摆在了中国航空人的面前。

既要省钱,又要得到可靠的救生系统数据。1965年,试飞中心创新性提出,开发弹射试验遥测记录系统,这样可以在一次记录弹射试验中,尽可能多的记录各项数据。这个当初仅仅为了“抠门”而产生的灵光一现,成就了我国第一代弹射试验遥测系统。这个技术此后被中国一代代航空人发扬光大,一直到现在,仍然应用在试飞中心的各项遥测项目中。

1969年,试飞中心首次进行了某型火箭弹射座椅的性能弹射试验,随后用3个月的时间,完成了包括零高度-零速度地面弹射试验及空中弹射试验。并进一步攻克了火箭滑车试飞技术,生产出中国的低速和高速火箭滑车。

这些技术和设备的研发成功,对弹射座椅是至关重要的。新中国就是从这一刻开始,大踏步进入了自主研制替代进口航空弹射座椅的全新领域,并且跨越了第一代弹道式弹射座椅的落后技术,第一个装备型号就直接进入了第二代火箭弹射座椅的研制。

在地面弹射技术发展的同时,另一条技术研发路线——空中弹射试飞技术也有很大进展。

1968年,试飞中心开始研究空中弹射试验机。
1972年,中国研制的空中弹射机进行了空中弹射试验,解决了我国弹射救生系统零高度-小速度下的飞行员安全救生问题。
1973年,空中弹射试验机结合火箭弹射座椅定型,首次成功的进行了空中真人弹射试验,并圆满完成了数十项弹射救生系统的定型和预研课题任务。
1978年,该空中弹射机系统获得全国科学大会奖。
1981年,弹射试验机在地面滑跑状态下进行弹射试验成功,扩大了试验使用范围。

改革开放后,特别是1996年后,中国军力的发展日新月异,弹射座椅的发展也加快了步伐:
1993年,颁布GJB1800-93《弹射座椅型乘员应急离机救生系统通用规范》
2000年,颁布GJB4049-2000《飞机应急离机系统通用规范》
2007年,颁布GJB1800A-2007 《弹射座椅型乘员应急离机救生系统通用规范》

今天的中国空军,已经大批量装备了国产第三代弹射座椅,这是值得每个军迷骄傲和自豪的。

有朋友说,不就是个座椅吗,说得那么神秘兮兮的,还“全国科学大会奖”,还“骄傲和自豪”,至于吗?

呵呵,您知道,就这么一把椅子,全球能够研制的国家有多少?

只有五个。和航空发动机一样,就是安理会五大常任理事国,中美英法俄。能够研制第三代弹射座椅的国家,更是只有四个(法国后来放弃独立研制,直接采用英国的产品了)。

别的不谈,就只说火箭弹射的关键地面设备之一:火箭撬滑轨试验场。这种设备是在火箭撬下面装滑块,然后依靠弹射座椅系统的火箭包的推力,在一个高精度轨道上高速滑行,最高可以达到超音速,用于测试零高度全速度的弹射效果。

这种轨道的建设,首先对选址的要求就不一般,而且地基要打好,最重要轨道的长度、承载能力、水平和垂直精度要求极高。几千米的滑轨轨道,必须全部精细焊接。投资很大。一开始只有美国有,现在也就只有五常才有。

中国试飞中心的航空救生研究所,具有亚洲唯一的火箭撬滑轨试验场(就这么个轨道,做轨道高铁起家的大日本帝国可没有这个东东,呵呵),长3132米(预计扩建到6132米长),在滑撬重4吨时运行速度1.2马赫。由中国航宇公司在襄北平原建造,投资6700万元,经10年建设于1997年12月正式建成。主轨相对于基准线、副轨相对于主轨在水平方向和垂直方向的允许偏差分别为±0.18和±0.20毫米,优于美国霍洛曼滑轨最优段±0.32和±0.29毫米的精度,轨道精度世界先进。见图2。

图2:中国的火箭撬滑轨试验场

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2015-8-17 08:21 上传



看着是不错,可话又说回来,就这样,中国弹射座椅研制的其他很多设备,与美俄的差距,依然很大。看下图3:您瞧瞧美国的火箭撬试验场。

图3:美国1963年建成占地7400英亩5条长度为1.8-2.3公里的火箭撬试验滑轨试验场

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所以说,谁才够当安理会的五魁首?像阿三这样从步枪到炮弹都要进口的国家,居然也做这个梦,呵呵。就不掂量掂量,手里没几样硬货,就是人家让他坐了,那位子可坐得住?

扯远了,咱接着聊。

从1964年算起,到去年整整五十年,中国历经了地面弹射、火箭滑车弹射和空中弹射的发展过程,一共研制了八个型号的弹射座椅(批次改进型不算),其代号都以HTY开头,是“航(空)逃(生)椅”的拼音首字母。它们分别是:

HTY-1:第二代火箭弹射座椅,1960年代末研制。装备歼6-II,歼7,强五等机型。

HTY-2:第二代火箭弹射座椅,1960-1970年代研制。是HTY-1的大改型号,改善了火箭包,改装了分离操纵系统,装备了救生10甲救生伞和稳定-3减速稳定伞,弹射包线为时速250-850公里。装备歼6-III、歼7-II等机型。

HTY-3: 第二代火箭弹射座椅,1970年代研制,是中国第一个解决了零高度-零速度(即零-零弹射)的座椅。弹射包线为平飞时速0-850公里,飞行高度0-20公里。装备歼7-III和歼8、强五改等机型

HTY-4:第二代火箭弹射座椅,1980年代研制。是中国首个达到时速0-1000公里救生包线的弹射座椅,同时可以控制在4000米以上不开伞,防止伞的破碎,因此加强了高空跳伞的安全性。但是并未做到对高速开伞的控制,而高速开伞也可能导致伞破。

HTY-6:准三代火箭弹射座椅,1980-1990年代研制。采用QKS-14速度-高度双态控制器。救生包线为时速0-1000公里,高度0-21公里。装备于歼8-II和飞豹等型号。其分支型号HTY6C装备歼7MG等型号。其分支型号HTY-6F成为轰六救生系统STZ-7的一部分,一架轰六装备3套该型座椅,并应用了侧向轨迹发散火箭,防止多套座椅弹射时相互碰撞。见图4

图4:HTY-6C型座椅

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HTY-7:第二代火箭弹射座椅,1980-1990年代研制,是我国第一款采用穿盖弹射技术的座椅。装备于K8和国内教练8教练机等型号。这是一款很不错的产品。由于K8本来就是教练机,故障率比较低,速度和过载都不大,加上HTY-7的性能也很不错,因此K8没有发生过一等事故。HTY-7的缺点是,依靠座椅自身侧角的冲力撞破座舱盖,舱盖产生的碎片大小不一,容易划伤乘员。
       
眼尖的朋友问,兵器迷,怎么HTY4完了就是HTY-6和HTY-7,没有HTY-5呢?

是这样,HTY-5是有的,而且是我国第一款第三代弹射座椅,为了装备歼10研制。它的立项时间很早,但是定型时间很晚,因此比HTY-6和HTY-7要晚装备。咱们这就聊到它了。

HTY-5:第三代多(双)态控制弹射座椅,1980年代末-2000年代研制。采用了新型椅背火箭技术、微爆穿盖技术——舱盖中央有导爆索,碎片大小均匀、座椅出舱稳定, 可根据弹射离机时的速度、高度选择不同的延迟时间,控制射出救生伞及人椅分离的时机。弹射救生包线时速0-1200公里,高度0-21公里。 2000年,该型号座椅首弹成功。2001年,在定型试验中,试飞中心首次在弹射试验机上进行了多项不利飞行状态下的座椅空中弹射试验,这是我国第一次进行机动状态和高速状态下的座椅弹射试飞。型号定型后顺利装备歼10系列战机。HTY-5的性能也非常出色。截止2014年,歼10所有的二等以上事故中,除一起之外,所有飞行员均安然无恙。而且这一起一等事故,还不是因为弹射座椅造成的。2006年1月9日,在北京召开的全国科技大会暨2005年度国家科技奖励大会上,HTY-5弹射救生装置荣获国家科技进步二等奖。见图5.

图5:HTY-5弹射座椅

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2015-8-17 08:21 上传




这里咬文嚼字一下:侯知健先生的文章,说歼10的座椅是“三态控制,即速度、高度和时间三要素”,而飞豹战机用的是“简化的双要素机械控制器,只能根据弹射时的高度、速度来确定开伞,控制水平在三代弹射座椅里是最简陋的”,这是一种值得商榷的说法。因为在技术上,弹射双态控制器的意思,就是根据速度-高度这两个飞行状态的条件不同,进行弹射操作的程序控制。而程序控制中,就包含了如火箭点火时间、开伞时间、火箭包弹射方向等一系列控制要素。因此“时间”并不是控制的输入条件,而是控制弹射流程的输出要素之一。歼10的座椅比飞豹再先进,也还是速度-高度双态控制器,但是在输出的控制要素上比飞豹的多,这是事实。

图6:HTY-5,HTY-6和HTY-7弹射座椅

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2015-8-17 08:21 上传




HTY-8:第三代多(双)态控制弹射座椅,2007年12月定型。该型号是610所在俄罗斯K36座椅的基础上研制的。弹射包线达到时速0-1400公里,高度0-25公里,弹射筒工作最大过载≤20G,射救生伞时间0.7-2.45秒,救生性能可满足美军标MIL-S-18471GD要求。装备国产歼11B系列、歼15/S、歼16等型号。HTY-8的性能很高,国产双方三代机飞行员的伤亡率很低。见图7

图7:弹射座椅HTY-8

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2015-8-17 08:21 上传




既然中国的弹射座椅已经装备到第三代了,那么在研制弹射座椅时,又遇到了哪些技术难题呢?中国第四代弹射座椅的研制情况又如何呢?

预知后事如何,且听下回分解。

注:所有资料来自于互联网公开报道和公开出版物,如:
    《弹射座椅性能研究》
《弹射座椅性能仿真分析》
《飞行姿态对弹射座椅的影响》
空军之翼侯知健先生的《谈谈我国战斗机的弹射座椅》
空军之翼王立杰先生的文章《飞行安全的最后防线——浅谈弹射逃生》
本文还引用了《兵器知识》等多份军工杂志和铁血论坛的信息和图片,在此一并致谢!
更多文章,请见个人博客
http://blog.sina.com.cn/s/articlelist_1455885643_0_1.html
好文好资料,顶一个
好文,谢谢。请继续加油
不知道有没有可能进行自动弹射?
科普好文顶一下,不错
小小的弹射座椅 绝对的高精尖啊,好文章  看的我眼睛疼 等着看下一篇
docliu 发表于 2015-8-17 08:50
不知道有没有可能进行自动弹射?
自动弹射不好,是否要弹射要由飞行员来控制,如果自动控制,飞行员会被莫名其妙地弹射还了得。
中国的军机弹射跳伞成功率,几乎是世界末位的。某次严重的生产质量问题,某厂的主要领导被一撸到底。
docliu 发表于 2015-8-17 08:50
不知道有没有可能进行自动弹射?
显然不能有这个功能啊
不错的文章,让俺又涨了不少姿势!谢谢
科普好文,捧场!
科普好文,32个赞
科普好文,捧场!
下文什么时候出啊
兵器迷的文章 都是精品啊 留名待下一篇
显然不能有这个功能啊
应该说这是个研究方向吧。比如判断飞行员丧失意志,或者飞机坠毁不可避免等等
docliu 发表于 2015-8-17 11:22
应该说这是个研究方向吧。比如判断飞行员丧失意志,或者飞机坠毁不可避免等等
那不如加一个地面指挥机关遥控弹出功能了,虽然有信息外泄风险
高手好文,赞
HTY8是否可能装备J10改进型?
说到这个,xxxx厂那一帮傻x害死了两飞行员。
好文,请继续
中国的军机弹射跳伞成功率,几乎是世界末位的。某次严重的生产质量问题,某厂的主要领导被一撸到底。
著名的造谣账号  一共说了两句话  第一句纯扯淡  第二句是说的你家门口的卫生巾厂?


HTY-5共有三种型号
(1)HTY-5基本型:用于歼教-8改型飞机,由航空610所于1989年4月开始研制,2003年定型,现已装备部队。该座椅采用多项新技术,如座椅状态控制、出舱稳定装置并首次增加椅背火箭等
(2)HTY-5A型:用于歼-10飞机,由航空601所于1998年4月开始研制,现已量产装备部队。由于该座椅属于较高保密级别,不便透露更多细节。
(3)HTY-5B型:用于枭龙飞机,由601所研制,2003年与飞机首飞同时定型,现已选装巴基斯坦空军的FC-1飞机上。该座椅解决了几项关键救生技术,使飞行员使用舒适方便。

HTY-6由航空601所研制,共有7种型号。该型座椅采用先进的双态稳定程序控制,并首次按国际通用性设计,适应国产多种机型配备,是我国最可靠的弹射救生座椅。
(1)HTY-6基本型:用于歼-8III、歼-8F飞机,于1990年开始研制,2003年3月定型。该座椅首次采用双状态程序控制器,缩短了开伞时间,改善了低空不利姿态下的救生系统。
(2)HTY-6A型:用于歼-7E、歼-7G飞机,于2000年开始研制,2001年1月定型。该座椅首次实现国产主战机型弹射座椅的通用化。
(3)HTY-6B型:用于歼轰-7A型飞机,于2000年3月开始研制,2002年1月定型。该座椅符合前后舱双座椅程序控制。
(4)HTY-6C型:用于歼-7MG型飞机,于1994年4月开始研制,2001年定型。该座椅在-6基本型基础上,实现该型号穿盖弹射。
(5)HTY-6D型:用于教-9型飞机,于2001年12月开始研制,2003年12月定型。该座椅实现前后座椅凭一套指令系统协调。
(6)HTY-6E型:用于歼教-7出口型飞机,于2003年开始研制,2005年12月定型。该座椅在国内首创采用弹射轨迹发散技术和组合式火箭包点火技术等。
(7)HTY-6F型:用于轰-6K型飞机,于2004年8月开始研制,现已装备部队。该机三台座椅由一套指令系统控制,成功解决三个座椅弹射出舱后,其空间轨迹可能发生的干扰。
(8)HTY-6G型:用于L-15及“山鹰”型教练机,于2004年3月开始研制,已完成试飞定型。增加了座椅坐高调整范围(适应不同身高飞行员使用),弹射火箭筒采用滑块组件,提高可靠性。

HTY-5共有三种型号
(1)HTY-5基本型:用于歼教-8改型飞机,由航空610所于1989年4月开始研制,2003年定型,现已装备部队。该座椅采用多项新技术,如座椅状态控制、出舱稳定装置并首次增加椅背火箭等
(2)HTY-5A型:用于歼-10飞机,由航空601所于1998年4月开始研制,现已量产装备部队。由于该座椅属于较高保密级别,不便透露更多细节。
(3)HTY-5B型:用于枭龙飞机,由601所研制,2003年与飞机首飞同时定型,现已选装巴基斯坦空军的FC-1飞机上。该座椅解决了几项关键救生技术,使飞行员使用舒适方便。

HTY-6由航空601所研制,共有7种型号。该型座椅采用先进的双态稳定程序控制,并首次按国际通用性设计,适应国产多种机型配备,是我国最可靠的弹射救生座椅。
(1)HTY-6基本型:用于歼-8III、歼-8F飞机,于1990年开始研制,2003年3月定型。该座椅首次采用双状态程序控制器,缩短了开伞时间,改善了低空不利姿态下的救生系统。
(2)HTY-6A型:用于歼-7E、歼-7G飞机,于2000年开始研制,2001年1月定型。该座椅首次实现国产主战机型弹射座椅的通用化。
(3)HTY-6B型:用于歼轰-7A型飞机,于2000年3月开始研制,2002年1月定型。该座椅符合前后舱双座椅程序控制。
(4)HTY-6C型:用于歼-7MG型飞机,于1994年4月开始研制,2001年定型。该座椅在-6基本型基础上,实现该型号穿盖弹射。
(5)HTY-6D型:用于教-9型飞机,于2001年12月开始研制,2003年12月定型。该座椅实现前后座椅凭一套指令系统协调。
(6)HTY-6E型:用于歼教-7出口型飞机,于2003年开始研制,2005年12月定型。该座椅在国内首创采用弹射轨迹发散技术和组合式火箭包点火技术等。
(7)HTY-6F型:用于轰-6K型飞机,于2004年8月开始研制,现已装备部队。该机三台座椅由一套指令系统控制,成功解决三个座椅弹射出舱后,其空间轨迹可能发生的干扰。
(8)HTY-6G型:用于L-15及“山鹰”型教练机,于2004年3月开始研制,已完成试飞定型。增加了座椅坐高调整范围(适应不同身高飞行员使用),弹射火箭筒采用滑块组件,提高可靠性。
atvbtvyhz 发表于 2015-8-17 13:07
HTY-5共有三种型号
(1)HTY-5基本型:用于歼教-8改型飞机,由航空610所于1989年4月开始研制,2003年定型 ...
感谢您的专业指教!

有些内容打算后面几篇写的,您不但提出来,而且掌握的比我详细,非常佩服!

我将在后文中对您的资料进行引用,再次感谢!
docliu 发表于 2015-8-17 08:50
不知道有没有可能进行自动弹射?
您提到了一个非常有趣的问题,我们将在后文中进行讨论。看进度......估计要在第四篇了,呵呵。
Bearcat 发表于 2015-8-17 09:30
中国的军机弹射跳伞成功率,几乎是世界末位的。某次严重的生产质量问题,某厂的主要领导被一撸到底。
这个.......说得有点太夸张了。后文详评吧。
好,谢谢科普。
这个.......说得有点太夸张了。后文详评吧。
他后面一句说的没错。。一个不可饶恕的简单错误
好文,谢谢。请继续加油
兵器迷出品,必属精品!{:soso_e179:}
dany-LC 发表于 2015-8-17 11:07
下文什么时候出啊
爬格子呢,快了,希望周末吧。
兵器迷太剥削了,是偶重拍的偶像
提到这事就咬着座椅不放
也不去问问飞机为啥爬在了海滩上
heart888 发表于 2015-8-17 18:06
兵器迷出品,必属精品!
多谢鼓励!一定再接再厉
带路党的下场 发表于 2015-8-17 17:13
他后面一句说的没错。。一个不可饶恕的简单错误
是关于飞豹吗?愿闻其详。
太精彩了,给楼主点赞
是关于飞豹吗?愿闻其详。
这是我在内部报告上看到的,不知道公开能说多少。待我有空了查查资料再告诉您
带路党的下场 发表于 2015-8-18 09:04
这是我在内部报告上看到的,不知道公开能说多少。待我有空了查查资料再告诉您
老大,不能公开的千万别说。我们军迷,爱国优先,爱好其次。

再谢!
学习了
一口气看完,写的非常好。