Системы обеспечения жизнедеятельности и спасения экипажей летательных аппаратов

Раздел: Учебники

К катапультным установкам как средству покидания летательных аппаратов предъявляются следующие основные требования:

1. Безопасность катапультирования на всех этапах. Сюда относится обеспечение надежного сброса фонаря кабины или крышки люка для открытия аварийного выхода, безопасного движения кресла с летчиком по направляющим рельсам в кабине и в свободном полете после отделения от летательного аппарата, движения летчика относительно кресла после их отделения друг от друга.

2. Ограничение перегрузок, скоростного напора и других факторов при катапультировании пределами, обусловленными физиологическими возможностями человеческого организма.

Во время покидания летательного ап-парата путем катапультирования на человека действуют значительные ударные перегрузки >и давление встречного потока воздуха. В процессе движения кресла давление газов в стреляющем механизме, а следовательно, и перегрузка непостоянны.

После отделения от летательного аппарата при торможении кресла с летчиком в воздушном потоке действуют поперечная перегрузка пх в направлении спина—грудь и отрицательная продольная перегрузка. Величина поперечной перегрузки зависит от скорости полета ( 15.5). При скорости полета 900—1000 км/ч величина перегрузки торможения пх достигает 20—25. С увеличением скорости полета на каждые 15% выше 900 км/ч перегрузка возрастает примерно на 50°/о. Скорость нарастания перегрузки торможения в момент отделения от летательного аппарата достигает больших величин. Время действия максимальной перегрузки исчисляется долями секунды. По мере торможения через несколько секунд она снижается до нуля.

Величина отрицательной продольной перегрузки зависит от скорости полета при катапультировании и аэродинамических» характеристик кресла и может достигать яу=—(4-ь-6). Ее максимальное значение имеет место лишь в момент отделения кресла от 'летательного аппарата, затем перегрузка быстро уменьшается и через несколько секунд ее действие прекращается.

В момент покидания летательного аппарата летчик подвергается ударному воздействию воздушного потока. Несмотря на непродолжительное время действия, давление потока может оказать на человека крайне неблагоприятное влияние.

Граница переносимости прямого воздействия воздушного потока при катапультировании обусловливается наличием у .летчика специального снаряжения и средствами защиты от потока, которыми оснащается катапультируемое кресло.

Кресло с летчиком, выброшенное в воздушный поток на -большой скорости полета, особенно при отсутствии стабилизирующих устройств, не сохраняет устойчивого положения и может беспорядочно вращаться с большой угловой скоростью.

Величина угловой скорости вращения не безразлична для человека. При угловой скорости вращения со = 1,5 оборота в секунду человек ощущает тошноту и головокружение. При .о = 2 -г- 2,5 об/с человек через несколько секунд теряет сознание. На основании физиологических исследований установлены следующие предельно допустимые величины угловой скорости вращения: w = 2 об/с при времени действия t = 1 -ь 2 с, о> = = 1,5 об/,с при времени действия 30—60 с.

3.         Соответствие конструкции катапультной установки летно- тактическим характеристикам летательного аппарата. Катапультные установки должны обеспечивать безопасное покидание летательного аппарата в широком диапазоне высот, скоростей и положений в пространстве.

4.         Надежность всех элементов катапультной установки. Отказ в работе любого элемента, начиная с приводного устройства и кончая любым замком привязной системы, может принести к гибели человека.

При этом необходимо иметь в виду, что особенностью катапультных установок по сравнению с другими агрегатами летательного аппарата является то, что они могут прослужить весь свой срок, не будучи использованы как средство спасения, или могут быть использованы незадолго до окончания своего ресурса. Поэтому должна предусматриваться периодическая проверка работоспособности всей установки и отдельных ее элементов.

5.         Автоматизация процесса катапультирования. Учитывая малое время процесса катапультирования, возможность неправильных действий, а также вероятность потери сознания (даже кратковременной), необходимо обеспечить возможно более пол- яую автоматизацию процесса покидания летательного аппарата. После включения рукоятки катапультирования все остальные операции в нужной последовательности через определенные интервалы, зависящие от высоты и скорости движения,, должны происходить без участия человека. На случай выхода из строя автоматической системы должна предусматриваться возможность ручного управления основными, наиболее ответственными, механизмами катапультируемого кресла.

Щомимо перечисленных требований, конструкция катапультируемого кресла, а также индивидуальные средства защиты экипажа должны обеспечивать необходимые удобства управления летательным аппаратом. Требования в отношении удобства управления и безопасности аварийного покидания летательного аппарата в значительной мере являются противоречивыми..

структурная схема катапультируемого кресла, где показаны основные его элементы, срабатывающие в определенной последовательности при покидании летательного аппарата.

Схема процесса спасения экипажа при покидании летательного аппарата путем катапультирования зависит от режима полета при аварийной ситуации, от конструкции катапультируемого кресла. Основные этапы процесса спасения сводятся к следующему. Перед катапультированием летчик принимает определенную позу. С помощью рычага или от защитной шторки включается механизм принудительного подтяга плечевых ремней, .исправляющего позу летчика, если она неверна, и устраняющего слабину привязной системы. Одновременно осуществляется открытие аварийного выхода — сброс фонаря или* открытие лкжа, включение ограничителей рук и ног и ввод в- действие стреляющего механизма.

Для исключения несвоевременного и самопроизвольного взрыва пиропатрона стреляющего механизма в схему управления вводится блокировка. Стреляющий механизм с помощью  специальной рукоятки может быть включен лишь после того, как откроется аварийный выход, например, будет сброшен фонарь.

Чтобы обеспечить безопасность отделения катапультируемого кресла с летчиком и исключить его столкновение с выступающими частями летательного аппарата, относительная скорость кресла при отделении от кабины, называемая обычно начальной скоростью катапультирования, для современных летательных аппаратов должна быть не менее 18—24 м/с. Такую скорость кресло приобретает при движении по направляющим рельсам за время, меньшее 0,2 с. Поэтому катапультирование «связано с действием на летчика значительных перегрузок.

В процессе движения кресла по -направляющим рельсам осуществляется включение автоматов кресла и средств индивидуальной защиты летчика (аварийного регулятора подачи кислорода и компенсирующей одежды).

После отделения от летательного аппарата кресло тормозится под действием давления встречного потока воздуха. Под действием силы веса и составляющей силы аэродинамического -сопротивления, направленной вниз, подъем кресла через 0,4— 0,8 с прекращается и начинается его падение вниз. За это время сиденье успевает перелететь через хвостовое оперение.

В первый момент после выхода кресла в поток для предотвращения недопустимых значений угловой скорости и для устранения поворота кресла головной частью вперед, а также для обеспечения требуемого положения кресла к моменту начала следующего этапа необходима стабилизация катапультируемого кресла. С этой целью еще до момента выхода кресла из кабины вводится в действие стабилизирующий парашют и раскрываются стабилизирующие щитки.

После того цак скорость кресла уменьшится до 500 — <600 км/ч, вводится в действие тормозной парашют, обеспечивающий стабилизированный спуск до высоты 3—4 км, благодаря чему устраняется длительное вращение кресла при беспорядочном падении. По достижении этих высот автоматически или, вручную вводится в действие основной парашют, открываются замки привязной системы, человек отделяется от кресла и спускается на землю.

Несмотря на то, что катапультные установки в зависимости от типа летательного аппарата, режима применения и т. п. отличаются друг от друга по конструкции и составляющим элементам, основная конструктивная схема для большинства типов таких установок имеет много общего. Основными элементами катапультируемой установки, общий вид' которой приведен на  1.8, являются: собственно кресло, приводное устройство кресла, система фиксации летчика в кресле, элементы защиты от скоростного напора, стабилизирующие устройства, система управления, привязная и подвесная системы, парашютная система и вспомогательные элементы.

Рассмотрим более подробно отдельные элементы катапультируемой установки.

Кресло состоит из каркаса, чашки, спинки, заголовника и механизма регулирования их относительного положения по росту летчика.

Каркас является основным силовым элементом катапультируемого кресла и представляет собой две продольные балки, соединенные между собой в верхней и нижней частях кресла. На верхней перемычке устанавливается приводное устройство 11. К каркасу крепятся чашка сиденья 1, заголовник 5 и спинка кресла 8. Спинка кресла и заголовник предназначены для фиксации рабочего положения летчика, а при катапультировании летчик подтягивается и прижимается к ним плечевыми ремнями.

На чашке кресла обычно монтируются органы управления, замки привязной и подвесной систем, а также устройства фиксации ног летчика. На передней стенке чашки сиденья или же по бокам передней части кресла укреплены ручки регулирования подтяга привязной системы, привод для сбрасывания фонаря и для катапультирования. На чашке монтируется рукоятка ручного раскрытия привязной системы.

За счет горизонтальной составляющей силы тягй двигателя Rx, направленной вперед по полету (против действия силы лобового сопротивления Q), снижается перегрузка торможения. Это — большое преимущество использования реактивного двигателя, так как имеется возможность расширить диапазон скоростей самолета, при которых обеспечивается безопасность ка- т anyл ьтиров а ния.

Однако применение реактивных двигателей в чистом виде встречает ряд затруднений, главные из которых состоят в следующем:

1.         Опасное действие факела реактивного двигателя, начинающего работать в кабине летательного аппарата. Например, для многоместных самолетов такой привод неприемлем, так как струя горячих газов (факел длиной 4—5 м) может сжечь других членов экипажа. Для одноместной кабины факел, отражаясь от стенок, может повредить костюм, нанести летчику ожоги.

2.         Трудность стабилизации кресла с летчиком. Если тяга двигателя не проходит через 'центр тяжести катапультируемой системы, то при работе двигателя кресло повернется на неко>- торый угол, а главное, приобретает угловую скорость, которую необходимо гасить каким-либо стабилизирующим устройством.. Обеспечить точное прохождение направления тяги через центр тяжести катапультируемой системы практически невозможно*, так как при смене летчиков или изменении позы центр тяжести перемещается. Поэтому необходима индивидуальная регулировка угла установки двигателя, а также использование дополнительных стабилизирующих устройств.

3.         Сложность обеспечения своевременного включения двигателя. Если включение запоздает, то перегрузка торможения может достигнуть недопустимой величины, так как в первый момент, когда она имеет максимальное значение, невключен- ный двигатель не будет уменьшать ее.

«В чистом виде» реактивные двигатели могут быть применены для катапультирования (для отделения от летательного» аппарата) кабин или отсеков. В этом случае факел не представляет такой опасности и исключаются трудности стабилизации, поскольку эксцентриситет а может быть значительно уменьшен.

Для привода катапультируемых кресел реактивные двигатели применяются главным образом в сочетании со стреляющими механизмами (комбинированный привод)* В этом случае сначала работает стреляющий механизм, выбрасывающий кресло из кабины со скоростью 12—16 м/с, а затем включается реактивный двигатель. Влияние факела на летчика исключается. Поскольку к моменту включения двигателя катапультируемая система уже имеет скорость, то для получения необходимой ее величины при той же тяге двигателя требуется меньшее время его работы. Скорость порядка 30 м/с достаточна для обеспечения безопасности траектории при скорости летательного аппарата 1200 — 1300 км/ч и для спасения летчика при аварии на взлете или при посадке. За более короткое время работы двигателя кресло не успевает повернуться на значительный угол и проблема стабилизации при применении комбинированного привода может быть решена сравнительно просто.

Элементы защиты летчика от скоростного напора. Как уже отмечалось, при скорости летательного аппарата в момент катапультирования ис>700 --750 км/ч для защиты летчика от прямого воздействия скоростного напора встречного потока воздуха применяются специальные защитные устройства. Катапультируемое кресло снабжается защитной лицевой шторкой, ограничителями, фиксирующими положение ног и рук. От скоростного напора летчика защищают и средства индивидуальной защиты (скафандры, гермошлемы, ,вьгсотнонкомпеней ру ю- щие костюмы). Защита от скоростного ,напора может быть также обеспечена ориентацией кресла по потоку. Для обеспечения быстрого поворота и достаточно устойчивого положения кресла вдоль потока служат аэродинамические стабилизирующие щитки, расположенные вдоль вертикальных балок каркаса.

Система фиксации летчика в кресле. Система фиксации летчика в кресле служит для предохранения летчика от 'повреждений при вынужденной посадке и обеспечения правильной позы при катапультировании. Система фиксации летчика в кресле должна допускать некоторую подвижность верхней части туловища, свободно движение конечностей и головы. В то же время должно обеспечиваться быстрое подтягивание плеч летчика к спинке кресла перед катапультированием или перед резким торможением.

Система фиксации летчика включает в себя привязную систему с механизмами рабочего и аварийного подтяга.

Система управления катапультируемым креслом. Система управления креслом включает в себя рукоятки управления катапультированием, автоматы и прочие механизмы, обеспечивающие заданную последовательность работы всех элементов катапультной установки.

Управление катапультированием, как правило, почти полностью автоматизируется. На случай отказа отдельных элементов системы управления предусматривается дублирование с ручным управлением этими элементами.

Катапультирование осуществляется при нажатии рычага на оручнях или при выдвижении защитной шторки, или * же or центральной ручки катапультирования, расположенной на передней стенке чашки кресла. Обычно во избежание ошибочных действий и непроизвольных катапультирований предусматриваются два движения. Первым движением включается механизм аварийного подтяга, сброс фонаря и снимается предохранитель рукоятки катапультирования. Вторым движением включается процесс катапультирования, осуществляемый в большинстве случаев механическим выдергиванием чеки стреляющего механизма.

По мере движения кресла по направляющим приводятся в рабочее положение средства фиксации рук и ног летчика, срабатывает «пушка» принудительного ввода стабилизирующего парашюта, открываются стабилизирующие щитки (или выдвигаются стабилизирующие штанги), включаются автоматы времени, датчики скорости и барометрические автоматы.

Автоматы, применяемые на катапультируемых креслах, служат для обеспечения определенной последовательности срабатывания отдельных систем и механизмов кресла.

Для открытия замков системы фиксации летчика в креслеу ввода в действие элементов парашютной системы и т. п. применяются автоматы времени, например, автомат типа АД-3. Он представляет собой часовой механизм, который начинает работать в момент выдергивания чеки. Через определенное время, заранее установленное на шкале автомата, он срабатывает; при этом под действием пружины трос автомата натягивается. Ход троса обычно равен 70—80 мм.

При катапультировании вблизи земли необходимо как можно быстрее ввести в действие спасательный парашют. В этом случае импульс на ввод может исходить от датчика скорости» настроенного на максимальную допустимую скорость ввода парашюта.

При катапультировании на средних и больших высотах основной спасательный парашют целесообразно вводить на задан

ное ной высоте (3—4 км) или через заданный промежуток времени после отделения летчика от кресла.

Для 'ввода парашюта в этих случаях применяется автомат времени -с коррекцией по высоте (например, комбинированный автомат парашюта КАП-3). Он представляет собой комбинированный прибор со взаимно связанными между собой часовым механизмом и анероидным устройством. Анероидное устройство блокирует часовой механизм и не дает ему возможности сработать выше заданной высоты. При достижении этой высоты анероид освобождает часовой механизм. Такой комбинированный автомат времени, расположенный ,на кресле, может быть применен для ввода в действие каскадной парашютной системы на заданной высоте и раскрытия замков системы фиксации летчика в кресле.