杜绝初教-6悲剧再现!揭秘我国新型教练机的火箭牵引救生系统

今年5月13日,海军航空兵学院一架初教-6飞机在起飞以后遭遇发动机空中起火。飞行员判定已经无法维持飞行后,操纵飞机进行大角度转弯,以避让紧靠机场的人口密集居住区域,随后以很大的俯角坠向地面树林,飞行员英勇牺牲。事故虽由发动机引起,但初教-6在救生性能上的缺陷也无法忽视。

从技术角度来说,本次初教-6事故中即使是到了最后关头,飞行员的生命依然是可以依靠优秀的弹射救生设备所挽回的。但是初教-6没有弹射救生功能,飞行员要跳伞必须自己解开安全带、推开座舱盖跳出飞机。这一方面的空白主要源于时代局限,初教-6是我国最早设计制造的飞机之一,设计始于1957年,定型于1962年,而我国当年并没有弹射救生系统的研制能力。

我国目前已经在发展新一代的初级教练/运动两用飞机L-7,用于替代初教-6飞机。为了在克服初教-6没有弹射救生能力缺陷的同时,更好的针对初教机飞行高度低、速度低、而且不能容纳过重救生设备的特点进行针对性设计;L-7并没有采用传统战斗机的弹射座椅技术,而是采用了另一种相近的技术,火箭牵引救生。

火箭牵引救生和常见战斗机的弹射座椅救生的最大不同,在于前者只把飞行员牵引出去,而座椅仍然保留在座舱内。由于缺乏座椅赋予的牢固约束和保护,火箭牵引救生不能用于高速弹射救生,因此在战斗机中没有采用这种设计的型号。

这种技术由美国斯坦利航空公司研发于上世纪60年代中期(扬基系统,Yankee system),截止1982年底交付了720套产品。而到1983年为止,总共有83人使用该系统,77人获救,救生成功率达到92.8%,比美国空军当时总救生率高10%。应该说是一种比较可靠有效的技术。

L-7飞机采用的是SQZ-1型牵引救生装置,这是我国第一套火箭牵引救生系统,于2009年开始研制。在飞机保持平飞状态时,它能够满足0-400公里/小时速度范围内、4000米高度以下的救生需要,可以实现零——零弹射。

这种救生方式有不少的优点,包括采用穿盖弹射,没有抛盖过程带来的延迟;飞行员空中姿态稳定性好,对脊椎损伤的危险性较低;不会出现人、座椅之间或者座椅与稳定伞/救生伞互相干扰的问题;而且结构简单紧凑,对飞机内的空间和重量占用都很小,可以很容易的装载在各种小型飞机上。当然,从采购成本上来说也要低很多。

当飞行员拉动中央拉环以后,SQZ-1的爆燃机构开始工作:一方面把伞箱锁、飞行员腰带/负过载带释放掉;同时启动弹射筒,牵引火箭穿破座舱盖、将飞行员拽出座舱。当飞行员离开座舱一定距离以后,弹射筒牵引带被释放掉,射出牵引火箭、并拉直火箭牵引带。牵引火箭总共燃烧0.7秒,最后0.1秒牵引火箭会与飞行员分离并顺势拉开伞箱的封包,释放救生伞并充气张满,飞行员就可以乘伞稳降着陆。

火箭牵引技术对于教练机这样的双座机型来说,有个特别重要的优势:座椅的弹射筒可以设计成朝一侧倾斜的状态。比如SQZ-1系统的前椅右倾13度,后椅左倾13度。由于前后飞行员弹射时的初始轨迹就能形成26度的角度差,大大降低了两名飞行员在空中相互干扰的可能性,因此前后座的弹射间隔时间要远远小于普通的双座战斗机,这在低空弹射中尤为重要。

不过令人有些奇怪的就是,L-7飞机作为一款技术上并不复杂的型号,公开已经多年;然而时至今日,既不见它定型量产,也未见关于它的更多报道。作为一款兼具民间和出口市场定位的产品来说,这实在是颇有些奇怪。

如论如何,初教-6已经服役数十年,确实到了该让一代新人换旧人的时候了。希望L-7飞机能早日顺利完成定型,给我国的飞行员训练工作带来更大的安全保障。

控制简陋、双座抛盖、座椅不佳——飞豹事故伤亡率高的三大主因

在我国的现役战术飞机中,歼轰七飞豹曾经多次出现过前后座飞行员双双牺牲的严重事故。单纯从技术角度来分析的话,气动外形/飞行控制的总体设计过于保守、双座舱抛盖设计不利于弹射救生、配套的通用型弹射座椅性能不佳,是导致这种局面的三个最重要原因。

一:机翼对附着气流的控制能力不足,易于引发飞豹失速

飞豹基本设计成型于1977年,受限于当时技术水平,较为先进的气动和控制设计例如通过边条翼引入涡流升力、翼身融合处理、电传飞控系统等均未考虑。而在当时的方案选择中,为了将设计难度和风险减到最少,设计单位又选取了其中最为保守的一个方案,这就是后来飞豹易于失速的祸根。

升力归根结底来自升力面(以下均以机翼为例)上下表面气流由速度差引起的压力差,依照气流速度高的地方压力较小的规律,增大升力就要设法提高机翼上表面气流的流速。当机翼的与迎面气流的夹角(迎角)增大时,气流通过机翼上下表面的路程之差也随之增大;这便意味着机翼上下表面气流速度差的增大,或者说升力的增大。

这就是为什么战斗机要强调大迎角能力。但迎角太大以后,巨大的压力差就会撕裂、揉碎原本附着在机翼上的规则气流,留在机翼上表面的都是很多紊乱的小分离漩涡;这时候机翼上下表面的规则气流之间的压力差就会迅速减小,飞机就进入丧失升力的失速状态。

失速现象在扇叶设计不佳的劣质电风扇上也能见到:气流突然无法继续附着在扇叶上,电扇突然声音变得很大,振动也强烈起来(分离漩涡的振动);虽然还在高速转动,但风力却变得极其微弱。试想一下,在空气中吃不住力的不是扇叶,而是飞机的机翼,那会发生什么样的事情?答案就是飞机打着转往下掉,俗称尾旋,不能及时改出这个状态就只能坠毁。

推迟机翼失速极限的办法有很多,战斗机里最常用的手法就是机动襟翼;它可以通过灵活改变机翼的弯度,兼顾平飞时的低阻力与大迎角时的高失速极限。但是机动襟翼需要进行电气化的自动控制,它是根据空速等传感器数据来自动工作的;当时设计单位认为风险较大,放弃了这一设计。

最终飞豹由于欠缺机动襟翼(它后缘的襟翼不允许高速下使用,也无法自动调节,只能用于起飞和降落),而且本身机翼设计受时代水平限制并不很好;飞行中机翼容易形成气流分离,对失速比较敏感,很容易进入尾旋。虽然在机翼外侧设有锯齿,老飞豹上还有翼刀,但都没有太明显的改善作用。

二:双座抛盖设计需要消耗更多的救生时间