好好,咱们换个说法:打个比方,飞机倒飞时,弹射座椅会直接向地面弹射,这下明白了吧?

类似同理,大滚转、大侧飞、倒飞、俯仰角为大负值、高下沉率,都会导致高度损失急剧增加,最终结果就是救生失败。

在下图6中,我们看到,国产某三代弹射座椅在相关测试中显示,飞行速度是比较适合弹射的450公里。但飞机俯仰角为-60°,滚转角度大于45°时,座椅弹射后一秒左右,弹射高度就会损失到0,意味着弹射后无法进入降落伞拉直和打开阶段,弹射完全失败。

在下图中,我们看到,国产某三代弹射座椅在相关测试中显示,飞行速度是比较适合弹射的250公里。但飞机下沉率为50米/秒,滚转角度大于45°时,座椅弹射后弹射高度也会有很大损失,可能导致弹射失败。

咱们小结一下:

1 弹射座椅在零-零弹射时,轨迹高度最高,座椅姿态最稳定,救生性能最好。

2 高速弹射时,俯仰角变化,座椅姿态稳定性下降,救生性能下降。

3 低空低速大下沉率,或者低空高速俯冲时,由于滚转角变化和飞机速度分量的变化,救生性能急剧下降。低空大滚转高速弹射,最难以控制的救生姿态,

总之,三代座椅难以保证这些不利姿态的救生质量。

因此,有些媒体宣扬什么“某型国产座椅具有零-零弹射功能,技术先进”,就很让人无语了。因为所谓零-零弹射,就是没高度,没速度的弹射,难度其实是很低的,根本就谈不上什么先进。中国早在1970年代研制的HTY-3就解决了零零弹射,从歼7-III和歼8、强五改等机型就已经能够实现这个目标。而现如今,哪个弹射座椅做不到零-零弹射啊?

当然,看了上面的难点解释,我们知道,其实速度和高度这两个零还不是最容易的弹射条件,如果俯仰、倾斜、下沉率这三个也是零,也就达到了某航空专家说的“五零弹射”,那才是最理想的弹射姿态。

有人问了?五个零,那是什么情况才会发生这样的弹射啊?

嗯,是很奇葩,不过还真有——就是飞机在地面上停着,飞行员误操作,拉了弹射手柄。就是教科书标准的“五零弹射”。

因此在实践中,如果飞机需要弹射,那么弹射前,飞行员都会尽量调整飞机,使飞机转入平飞或爬升状态。这样的目的只有两个,一是获得较高弹射轨迹,二是获得有利的飞行姿态,然后再启动弹射。反过来说,飞行员会极力避免在大坡度盘旋、或高速俯冲等大过载、大滚转条件下进行弹射,道理是一样的。

曾经有一个双座机弹射案例,战机失去平衡滚转失控,需要弹射。后座飞行员先弹射,因座椅姿态不利而弹射失败牺牲;反倒是前座飞行员带杆修正姿态,然后再弹射,因为姿态稍好,虽然晚一点弹射,却获得了更高的救生高度而最终获救,就是这个意思。

不过,也有反例。如果弹射战机已经存在较大的下沉率和负仰角,则飞行员需要争取弹射时间,尽早弹射离机。尤其对于抛盖方式和多乘员型飞机,由于抛盖机指令弹射系统延时,会进一步加剧高度损失,对弹射时机的把握更是毫秒必争。

此外,在弹射时,人椅的重心位置应与推力轴线保持住一定范围之内,避免重心过于靠前或者靠后,以获得良好的弹射弹道。

五:降落伞拉直-降落伞张满

弹射的第四阶段,即所谓“降落伞拉直”阶段,则是从降落伞从头靠伞箱射出,乘员与座椅的各种约束接触,人-椅分离瞬间开始,到救生伞系统全长拉直为止。那么,什么又算是降落伞全长拉直呢?在专业上,降落伞拉直定义为:

伞绳拉直长度=伞绳长度+伞衣半径

也就是说,当降落伞的全长达到伞绳长与伞衣半径长度之和的时候,降落伞就拉直了。

再往下,就是弹射的第五阶段——“救生伞张满阶段”。是从降落伞拉直开始,直到降落伞第一次充满为止。

降落伞拉直阶段和降落伞张满阶段,人-椅系统的研究对象,变化为人-伞系统。而且大家完全可以理解,随着降落伞的充气体积增大,这个人-伞系统的外形、质量在充气过程中连续显著变化。因此,充气过程的人-伞系统轨迹和开伞动载的计算方法非常复杂,而且到今天都远未完美。国内外关于这两个阶段的模型,其模拟程度并不高。

实际上,空中自由飞阶段如果是正常的,即高度条件、姿态条件、速度条件良好,就能够为后续的降落伞拉直和充满提供有利的条件,那么这两个阶段就会比较顺利。而这些约束条件是有严格规定的。比如,GJB1800A-2007 《弹射座椅型乘员应急离机救生系统通用规范》就规定:救生伞第一次张满时,乘员离地高度不得低于6米。这样的细则,我们就不赘述了,

与出舱的时候类似,在出舱之后到开伞,为了避免飞行员身体受到损伤,同样要求适时做出防护动作。即收紧身体,抵抗冲击。但如果弹射过程中飞行员已受伤,就可能无法完成这些动作,导致受到二次伤害。如果造成脊柱损伤,即使跳伞成功,也无法恢复飞行,甚至造成终身残疾。我国著名飞行员徐勇凌在1987年第一次遇险弹射前,准备时间相对充裕,做出了必要的防护动作:蜷曲手脚,保持脊柱直立。身体基本没有受到损伤。而1999年低空、高速弹射时,来不及做出防护动作,出舱时受到冲击而身体受损,开伞时更无力作出防护动作,造成腰部肌肉被严重拉伤。经过康复治疗,徐勇凌后来得以重返蓝天,这已经是非常幸运的了。

六、低空复杂弹射的首要关键因素

结合前面的讨论,最后再强调一点。这就是,虽然弹射高度对安全弹射具有非常重要的意义,但仍非低空复杂姿态安全弹射的首要关键。

首先,从上面的讨论我们知道,弹得更“高”其实是弹得离飞机“远”,但复杂姿态下未必是离地面更高。这也是为什么,俄罗斯的K36系列最新改型弹射座椅,在速度小于650公里/小时,且滚转角度大于90度时,主动力火箭包根本不工作,就是为了避免形成高度损失。退一步,即使弹的确实离地面有高度,如果弹射时飞机下沉率很高,安全高度也会迅速损失。最后,如果仅仅弹射高就能解决一切,那只要增大火箭包弹射力量就好了。但短时间弹射太高,说明弹射载荷很大,飞行员身体也未必受得了。

那么,低空复杂弹射的关键要素究竟是什么呢?

这就是:从启动弹射到降落伞张满这五个阶段的总时长。缩短这个总时长,才是低空弹射的设计关键。只要能够让降落伞尽快张满,哪怕飞行员有每秒60米的下沉率,也会迅速降低到每秒5-10米左右。请大家记住这个关键,我们下一篇分析时要用到它。