浅谈中外航空弹射座椅的发展（四）
在前述《历史篇》、《技术篇》和《飞豹篇》当中，我们对前三代弹射座椅的发展历史、技术难度和飞豹事故的弹射因素进行了分析和探讨，那么这一篇，我们将重点讨论第四代弹射座椅的技术和研发进展情况。用官方八卦体来说，也算是回顾过去，展望未来吧，呵呵。
一、第四代弹射座椅的名义包线
在前两篇——《历史篇》和《技术篇》中，我们谈到：第三代弹射座椅能够实现亚音速的速度和高度双态弹射控制。
目前，英、美、俄、中等国现役第三代弹射座椅的双态名义性能包线为：在平飞条件下，飞行高度0～15公里，飞行速度0～1100千米/时。倒飞时安全弹射最低高度，ACESII为46米，中国的HTY-5也是这个水平，K-36最新改型是36米——那是真牛啊。
细心的读者会注意到弹射包线中“名义”这个词。这个词的意思是——有前提条件。而这个前提条件，是指“在平飞条件下”。
通过第二篇的介绍，大家会理解，平飞当然可以大大提高弹射座椅出舱后的姿态有利性，但却严重限制了弹射的实际场景。在那些不属于平飞的不利条件下，即便在包线内弹射，也不能保证弹射的安全。
比如名义包线时速1100公里。但是，从公开数据看，三代弹射座椅在550公里以上弹射时，43%的弹射者死亡或重伤；950公里以上弹射时，69%死亡或重伤，而1100公里以上无统计意义的成功弹射记录。只有俄罗斯的K-36实现过超1马赫（资料原文为1.2马赫）的弹射救生个案。而其他国家在1100千米/时（0.9马赫）以上，连成功弹射的个案都没有。
从国外的总体弹射数据看，大致在1970年代之前，第三代座椅的平均救生成功率为80%。1980年代之后，弹射成功率在90%左右。但是，在实施弹射之后的飞行员，仍然有大约18%受到致命伤害，22%的人员受到重伤导致很难继续飞行。因此实施弹射后的飞行员安全率只有60%左右，依然是个很大的问题。
现在来看看四代座椅。
第四代弹射座椅的名义性能包线，需要扩大到0～1400千米/时（1.15马赫），高度0～21千米，即实现真正的超音速安全弹射。同时倒飞时安全弹射最低高度为15米，并对各种不利姿态的弹射提供有效保障。座椅的平均救生成功率要达到90-95%以上，飞行员弹射后的身体安全也必须大幅提高到85-90%以上。
然而，第四代座椅历经四十年，仍然没有完全实现座椅姿态的有效控制。
谈到这里，我们要看看第一篇就提到的，俄罗斯著名的K-36系列弹射座椅。其最新改进型号K-36Д--3.5是到目前为止，唯一正式列装具备部分第四代座椅特征的“三代半”弹射座椅。（有些媒体和杂志，不知是懒得去找“Д”这个特殊字符还是怎么，直接写K-36II,或者K-36D，因此表述方式与兵器迷不一致，在此特别说明下）。我们下面就参照四代弹射座椅的需求包线目标，来看看四代座椅要达到这些目标，需要哪些技术难关要攻克，顺便介绍一下K-36系列的设计特点。
二、第四代弹射座椅的主要技术
1、自适应控制技术
第三代弹射座椅，也有弹射控制技术，分为低速状态和高速状态，进行弹射操作（比如火箭点火、开伞时间）的控制。但是，其低速状态是按0速度极限状态设计的，而高速状态又是按最大速度极限状态设计的。而且座椅火箭包的推力大小和方向是不变的。以美国的ACESⅡ弹射座椅为例，其主要弹射模式只有低空低速、低空高速和高空三种模式，因此对多种不同姿态适应性远远不足。
第四代弹射座椅，将根据飞行速度、飞行高度、战机姿态、环境温度、乘员质量等等多种不同维度的数据，选择不同的弹射程序。而弹射程序也将包括力大小、推力方向、推力时间和推力频率等多要素的调整，通过数字式飞行控制弹射程序系统和先进传感器，实现智能化的推力矢量控制。
比如,在K-36Д--2.06基础上研制的三代半的K-36Д--3.5,就引入了高度、地速、表速、动压、下沉率、横滚角、横滚角速度等7个参数值，并映射到50种弹射模式，来决定各弹射执行机构的动作。采用的自适应控制技术包括：电子程控技术，可控推力技术（座椅的火箭包喷口方向，实现了三级可调），横滚姿态控制技术，等等。战机倒飞的最低安全弹射高度，从原来的95米降低到46米。目前，该K-36Д--3.5已经装机苏-30MK、苏-37等机型。
2、座椅稳定技术
三代弹射座椅，因为战机和环境的问题，导致座椅出舱后失稳翻滚，人-椅系统的过载超限，既会导致弹射高度下降（见第二篇），可能伤害飞行员——有座椅翻滚把人甩的死亡的案例。
四代弹射座椅，可以利用稳定技术，进行快速调姿稳定座椅。
在低速弹射时，因环境中的气动力较小，可以采用推力矢量控制进行座椅修正；而在高速时，仅仅用气动力控制已经不足，可以采用稳定伞（stabilizer drogue）进行姿态调整。比如国产HTY-2，就采用了稳定-3型减速稳定伞。
更进一步的，俄罗斯的K-36系列弹射座椅，采用了稳定杆+稳定伞的特殊技术。即在座椅两边分别伸出两根1.8米的长杆，长杆的末端伸出两个小型旋转稳定伞。弹射时，座椅从机载陀螺仪获得姿态信息，进行长杆和稳定伞伸出时间、长短和稳定伞旋转的控制。这种设计的目的，是让飞行员得以立姿稳定在座椅上。过去三代座椅也会用稳定伞来稳定座椅姿态，人体能够承受20G的过载。而K-36系列的立姿稳定，可以让人体承受30G的过载。
俄罗斯K-36Д系列弹射座椅（注意座椅后部的两根稳定杆和稳定杆末端的稳定伞）
K-36的这种硬式稳定效果好，但是重量较大。英国MK系列用的是软式稳定。展望四代的座椅稳定技术，除了继续采用稳定伞技术外，主要的技术路线是两条，或者这两条的结合。一是，在座椅椅头部的两侧装高压气体喷嘴，并实现可控推力。二是采用改变推力方向的球形火箭发动机，并调整多喷管的推力大小与方向，实现矢量推力，在出舱条件先天不足的情况下，最大限度、最快速度的稳定座椅。
在座椅稳定技术当中，有一个技术分支，就是环境感知技术。因为弹射座椅离机后，姿态可能不稳定，因此确定火箭包的推力方向就尤为重要。在第三代座椅上，已能做到距地面60米时，即使座舱朝向地面仍可确保弹射座椅离开战斗机后，凭借推力矢量把弹射座椅由下坠姿态转向上升姿态并获得足够的开伞高度，确保人员安全逃生。比如1970年代，美国海军测试的弹射座椅，就在倒置弹射后能迅速扭转姿态爬升。
苏-24的K-36弹射座椅弹射后进行姿态纠正
俄罗斯在战机上安装陀螺仪，将姿态信息在弹射前发给K-36座椅，而西方则大多直接在弹射座椅上安装陀螺仪进行姿态监控，美国还曾设想用大地辐射原理，用微波辐射来感知。座椅完全处于倒飞状态，倒也好办。问题是对于倾斜和滚动状态的座椅，对于在夜间和再海面上的座椅，如何快速感知天地方位和周边环境，就是一个更复杂的技术问题。
3、高速气流防护技术
超音速弹射时，高速气流对飞行员可能造成身体伤害。航空医学研究表明，人体对动压承受的安全阀值是0.316公斤/平方厘米，超过这个阀值人体就会受伤。如果超过0.598公斤/平方厘米，就可能造成死亡。
有朋友问，这样的动压阀值对应多高的气流速度呢？
这是好问题。给大家提供两个参考数据：
1. 800公里表速对应的气流动压流是0.31公斤/平方厘米——这已经是人体动压安全阀值。
2. 三代弹射座椅的1100时速，是0.58公斤/平方厘米——几乎正好达到造成死亡的动压标准。因此第三代座椅都会为飞行员提供各种防护措施，如限臂板（MK14有限臂网）和限腿带等上肢和下肢约束系统，用于固定飞行员的四肢。又如美国海军的充气颈圈，固定头颈。这些都是为了防止甩打，减轻动压伤害。同时弹射系统还会限制在高速时启动弹射。
四代弹射座椅的气流防护技术，也是围绕控制头颈部载荷，控制四肢甩打，控制人椅减速过载进行的。一种思路，是类似K-36的导流板，安装在椅盆前梁中部，可以减小人椅系统上作用于胸颈部的动压，目前已经实用化。另一种思路，是美国的滞留布帘（凯夫拉织物）方案，安装在椅背侧面，阻滞高速气流，目前在CREST座椅计划中进行测试。
4、弹射座椅技术
三代弹射座椅，是按飞行员身体尺寸的5-95百分位设计的。也就是说，对身材最高大的那4%和最矮小的那4%， 弹射座椅的尺寸并不合适。
四代弹射座椅，要按3-98百分位设计设计，也就是说，只有身材最高大的那2%和最矮小的那2%不在设计范围内。这样可以扩大4个百分点飞行员的座椅适应性。为弹射效果的提升做出贡献。
四代弹射座椅的技术还有很多，不能一一赘述。不过，话唠的兵器迷，还是想将一个有趣的技术谈一谈，作为四代弹射技术讨论的收尾。说它有趣，是因为该技术具有高度的不确定性，而且也第一篇发出后,CD网友也就此展开了激烈讨论，故此可以让大家有更多的思考空间，这就是——
5、弹射预警技术
三代弹射座椅，其弹射都是由飞行员发出弹射指令，即拉动弹射手柄启动弹射程序的。问题是，有些需要弹射的场景，是飞行员无法预知的，比如两机相撞或中弹，比如舰载机着舰失败等特殊情况，有时根本来不及手拉弹射。还有一种情况，就是飞行员确实想弹射，但因为受伤或+G机动，已经无力拉动弹射手柄。或者飞行员已经受伤暂时失去意识，无法人为实施弹射。三代座椅并未涉及主（自）动弹射技术。
四代弹射座椅，期望建立一种智能化的自动弹射机制，即弹射预警技术。根据战机的飞行参数、动力参数、飞行员身体参数、燃料参数、外部环境威胁（如空空导弹和地空导弹）参数等建立预警模型。当预警值高于模型的阀值时，由弹射系统自行启动弹射程序。
听起来很美好，一切都自动化了，对吧？
不过，这个技术在四代座椅的开发中是存在很大争议的。其实这个思路并非新鲜出炉——苏联很早就曾经试验过舰载机自动弹射。但预警弹射模型的不够完善。试验时，正常情况下飞行员做了高G机动，有时也被莫名其妙的弹射了。因而导致试验失败，最终没有投入列装产品。
今天的人工智能技术和计算机计算能力、建模能力、遗传算法和自动学习机制都非苏联时期可比。但是，自动弹射的可靠性，敌方电子战诱发战机错误弹射的危险性，都是不容回避的课题。如同美国今天仍未允许无人机主动选择和主动发起攻击目标一样，四代弹射座椅能否允许弹射系统自行决定飞行员放弃飞行器，这仍然是一个不仅仅在技术层面的争议。