Матвеенко А.М. (ред.) - Системы оборудования летательных аппаратов - 2005

Средства аварийного спасения экипажей самолетов и вертолетов 489

3. В ращ ение с угловой скоростью сох ^ = 5 р ад /с в течение 3 м ин (при сни ж ении систем ы с больш их вы сот).

Л ю бое вращ ение катапультируем ой систем ы в свободном п о ­ лете обусловливает наличие дополнительны х перегрузок.

П ри одноврем енном действии линейной перегрузки, угловой скорости и углового ускорения в расчет приним ается м аксим аль­ ное суммарное значение линей ной перегрузки в области головы — ж и зн ен н о важ ного органа, находящ егося в наибольш ем удалении от центра вращ ения.

В м ом ент катапультирования, при выходе систем ы из кабины , человек подвергается ударном у воздействию воздуш ного потока. Н аибольш ее воздействие воздуш ного потока проявляется во вре­ м я движ ени я К К по нап равляю щ им рельсам и в первы е доли се­ кунды после отделения его от самолета.

П р и воздействии воздуш ного потока н а откры тое кресло с ч е ­ ловеком последний будет приж им аться потоком к спи нке кресла. П р и нахож дении экипаж а в закры той герм етической капсуле (от­ деляем ой кабине) он, наоборот, в силу торм ож ения систем ы в о з­ душ ны м потоком будет испы ты вать действие и н ерцион ны х сил, направленны х против потока.

И з условия защ иты экипаж а от воздействия воздуш ного потока при катапультировании в откры том К К установлена предельная скорость его п ри м ен ен и я Vt = 1100 к м /ч , а при исп ользован ии средств аэродинам и ческой защ иты — 1400 км /ч .

А эродинам и ческая защ ита — деф лектор представляет собой устройство, вы двигаю щ ееся из н и ж ней части кресла перед туло­ вищ ем летчика. За деф лектором образуется сры вная зона, харак­ теризую щ аяся пон иж ен ны м давлением воздуш ного потока.

П ри поки дан и и JIA в откры том катапультном кресле н а ско ­ рости Vf—700...750 к м /ч требуется стандартная п р и вязн ая систем а без дополнительны х средств защ иты конечностей и л и ц а при н а ­ л и ч и и н а лице летчика кислородной маски.

рук и защ ита л и ц а см отровы м щ итком защ итного ш лем а (ЗШ ). П ри Vj > 1000 к м /ч требуется защ ита головы и л и ц а ш лем ом

с опускаю щ им ся при катапультировании светоф ильтром .

П р и Vj > 1200 к м /ч требуется стандартная систем а ф и ксац и и туловищ а и кон ечн остей летчика в сочетании с защ итой от во з­ душ ного потока (В К К с ГШ или ВС).

П ри Vt - 1200... 1400 км /ч для обеспечения надежного спасения экипаж а также рекомендованы катапультные установки открытого типа с дополнительной защ итой от воздуш ного потока дефлектором.

П р и катапультировании в отдельны х случаях могут возникать столкновени я частей тела человека с деталям и кон струкции ката­

490 Системы аварийного спасения экипажей и пассажиров JIA

пультируем ой систем ы . Это сопровож дается локальны м и удара­ м и, которы е н а м аксим альн ой скорости полета могут достигать больш их величин. Д опустим а сила удара не более 2000...2500 Н при наличии н а голове защ итного ш лема.

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

К СИСТЕМАМ АВАРИЙНОГО ПОКИДАНИЯ ЭКИПАЖЕМ ЛА

О сновны м и требовани ям и , предъявляем ы м и к систем ам ава­ рий ного поки дан и я, являю тся:

■обеспечение безопасности абсолю тны х и относительны х тр а­ екторий К К ;

лив их н а следую щ ие три группы .

1. О беспечение безопасности траекторий, определяемой безопас­ ностям и откры тия аварийного выхода, движ ения кресла с летчиком после отделения от JIA, движ ения летчика относительно кресла пос­ ле отделения их друг от друга, призем ления (приводнения), а также забросом на высоту, достаточную для раскры тия параш ю та, при к а ­ тапультировании из самолета, находящ егося н а земле.

2. О беспечение ф изиологической переноси м ости проц есса к а ­ тапультирования, достигаем ой ограничением перегрузки от си л о ­ вого воздействия энергодатчика, перегрузок при торм ож ении К К потоком воздуха после отделения от ЛА, угловых скоростей кр ес ­ л а с летчиком в свободном полете, а такж е защ итой летчика от воздействия скоростного напора.

3. О беспечение безотказности срабаты вания катапультирую ­ щ их устройств исклю чением возм ож ности ош ибочны х действий (ум еньш ение числа операци й, необходим ы х для катапультирова­ н и я до одной-двух; использование ун и ф и цированн ого привода катапультирования; введение указателя необходим ости катапуль­ тировани я); безотказны м срабаты ванием систем К К при воздейс­ твии всех возм ож ны х сочетаний парам етров ф изических условий; м аксим альн ой простотой эксплуатационного обслуж ивания.

УСЛОВИЯ ВЫБОРА САС И ЕЕ КОМПОНОВКИ НА ЛА

Д ля вы бора систем ы спасени я при п роекти ровании JIA н ео б ­ ходим о учитывать:

1)тип JIA, реж им ы полета, скоростны е и вы сотны е характерис­ тики в м ом ент катапультирования;

2)условия работы членов эки п аж а в самолете;

Средства аварийного спасения экипажей самолетов и вертолетов 491

Рис. 14.11. Возможный вари ант компоновки кабины J1A

3)позу, которую необходим о при н ять экипаж у перед катапуль­ тированием ;

ны м и при проекти ровании каб и н JIA и разм ещ ен ии в них членов экипаж а. Главное вни м ан ие при определении разм еров кабин ы обы чно сосредоточено н а неи збеж н ом ком п ром иссе между созда­ нием м аксим альны х удобств членам эки п аж а и отведением им м иним альны х объемов.

Д л я о б есп еч ен и я п о л о ж ен и я глаза н а л и н и и в и зи р о в а н и я (рис. 14.11) н еоб ходи м о п редусм отреть регу л и р о вку ч аш к и К К в п ределах 180 м м в в ер ти кал ьн о м н ап р ав л ен и и . Н а рис. 14.11 и в табл. 14.4 представлен возмож ны й вариант разм ещ ения К К в ка­ бине J1A.

492 Системы аварийного спасения экипажей и пассажиров JIA

*У маневренных JIA с большой энерговооруженностью угол наклона кресла в полете может увеличиваться до 30...60° для лучшей переносимости перегрузок при мане]вре или может быть заранее установлен на определенную величину. При этом действие перегрузок в направлении голова — таз уменьшается, а в направле нии спина — грудь увеличивается.

СПАСЕНИЕ ЭКИПАЖА ВЕРТОЛЕТА

О собенно трудно реш ается проблем а спасения экипаж а верто­ лета, в то врем я когда количество смертны х случаев н а 100 ООО лет­ ны х часов при авариях вертолетов приблизительно в три раза вы ­

ше, чем при авариях самолетов.

Часто встречаю щ аяся аварийн ая посадка вертолета н а реж име авторотации несущ его вин та возм ож на только при достаточном

запасе вы соты полета в м ом ент во зн и кн овен и я летного п р о и с ­ ш ествия, управляем ости вертолета (исправности систем ы управ­ лен и я) и достаточно вы соком м астерстве летчика. П ри этом с к о ­ рость сни ж ения вертолета мож ет достигать 30 м /с (при потере р о ­ тора — до 190 м /с).

Средства аварийного спасения экипажей самолетов и вертолетов 493

С пасени е катапультировани ем членов эк и п аж а вертолета с в я ­ зан о с р еш ен и ем ряда слож ны х технических задач. В частности, катапультировани е из вертолета вверх возм ож н о только после отстрела л оп астей несущ его ви н та вертолета, которы й н еобходи ­ м о осущ ествить, во -первы х, для всех л оп астей о дноврем енно, во -вторы х, без п овреж дени я отстреливаем ы м и л о п астям и друго ­ го вертолета (при полете боевы х вертолетов звеном ). К атап уль­ тироваться вн и з не см огут эк и п аж и вертолетов, находящ ихся на м алой вы соте полета в м ом ент во зн и к н о в ен и я авар и й н о й ситу ­ ации . С огласн о статистике такое случается в 80 ...95% летны х прои сш ествий .

Н аиболее прием лем ы м реш ен ием проблем ы спасени я членов эки п аж а вертолета является сниж ение действую щ их на человека перегрузок за счет п р и м ен ен и я энергопоглощ аю щ их кресел, а

конструкций сидений является наиболее опасной и часто встреча­ ю щ ейся причиной травм ирования человека. О чень важ но сохра­ нить при ударе о землю ж изненное пространство в кабине экипаж а. С читается, что объем кабины экипаж а не долж ен ум еньш аться бо­ лее чем н а 15 %. В этой же связи необходимо предотвратить сры в и прон и кн овен и е в кабину эки п аж а двигателя или вала редуктора вертолета.

Ещ е одна опасность — возни кн овен ие пож ара при аварийном призем лении (он возни кал приблизительно в 40 % аварийны х п о ­ садок вертолетов на сушу). В связи с этим необходим ы м ер о п р и ­ яти я по защ ите членов эки п аж а от пож ара.

В настоящ ее врем я созданы энергопоглощ аю щ ие кресла, обес­ печиваю щ ие сниж ение ударной перегрузки, зам еренной н а полу вертолета, с более чем 40 еди ниц до 20...25 еди ниц перегрузки, за ­ м еренной в области таза человека. Д ля поглощ ен ия эн ерги и кр ес ­ ло снабж ается ам ортизаторам и, которы е долж ны им еть возм ож но м еньш ие м ассу и объем при м аксим альной эн ергоем кости, сохра­ нять заданное усилие при обж атии с различны м и начальны м и скоростям и . Во всех случаях посадки уровень перегрузок н а кр ес ­ ле не долж ен превы ш ать заданное значение, а это возм ож но лиш ь в том случае, когда усилие ам ортизации не зависит от скорости нагруж ения.

Всему ком плексу излож енны х требований в настоящ ее врем я лучш е всего соответствую т ам ортизаторы одноразового действия, работаю щ ие н а п ри нци пе разруш ения кон струкции при ударе (соты , пенопласты , деф орм ируем ы е трубы и т .п .) [52].

Из этого выражения следует, что Ккк0 можно увеличить лишь посредством увеличения длины активного участка L. Возможным

вариантом решения данной задачи является применение телеско­ пического стреляющего механизма (ТСМ).

ТСМ состоит из трех-четырех вложенных друг в друга труб, раз­ двигающихся при выстреле. Применение ТСМ позволяет увеличить начальную скорость катапультирования при увеличении массы по­ рохового заряда. Однако с увеличением числа труб коэффициент полноты диаграммы ц уменьшается из-за потерь давления в местах соединения труб. Кроме того, искривление ТСМ в результате воз­ действия воздушного потока на кресло может вызвать его заклини­ вание. Поэтому общая длина ТСМ обычно не превышает 2,5 м.

С помощью ТСМ длиной 2,5 м можно разогнать КК до скоро­ сти Ккк0 = 22...24 м/с, что в ряде случаев обеспечивает безопасный перелет через киль самолета при скорости полета до 1200 км/ч.

Использование пороха в энергодатчиках катапультных уст­ ройств объясняется тем, что он имеет высокую объемную концен­ трацию энергии. В единице объема пороха в 200...500 раз больше энергии, чем у обычных горючих смесей, и в 1000 раз больше, чем у смеси водорода с кислородом.

Помимо высокой объемной концентрации энергии для пороха характерна большая скорость ее выделения. Этим объясняется большая мощность взрыва. Так, при взрыве 1 кг тротила выделя­ ется 4 • 106 Дж (950 ккал), время взрыва равно 1 • 10~5 с. Мощ­ ность, развиваемая при этом, составляет приблизительно 400 млн кВт • 0,1 (КПД) = 40 млн кВт!

В современных энергодатчиках используются бездымные по­ роха, так как они имеют значительно большую «силу пороха» и способность гореть параллельными слоями, что позволяет уп­ равлять притоком газов, образующихся при его горении. Под си­ лой пороха понимают работу, которую могли бы совершить газы, образующиеся при сгорании 1 кг пороха, если их нагреть от 273 К до температуры горения и дать им расшириться при постоянном атмосферном давлении. Сила нитроглицериновых порохов изме­ няется в пределах 8 • 105...12,5 • 105 Дж/кг.

Для характеристики работоспособности ракетных порохов ис­ пользуют единичный импульс реактивной силы или удельную тя­ гу (приращение количества движения за счет сгорания 1 кг топ­ лива). Единичный импульс зависит от природы, состава пороха и в некоторой степени от условий истечения продуктов горения из камеры двигателя. Для применяемых порохов единичный им­ пульс изменяется от 2000 до 2500 Н • с/кг.

Получить необходимую скорость катапультирования при сохра­ нении допустимого значения перегрузки можно было бы с помощью РД, но поскольку включение РД непосредственно в кабине JIA опас­

496 Системы аварийного спасения экипажей и пассажиров JIA

но из-за возможности ожога летчика, повреждения его снаряжения или оборудования кресла факелом, отражающимся от стенок, не­ обходимо предварительно катапультировать систему из JIA.

Эта задача успешно решается с помощью комбинированного стреляющего механизма (КСМ), состоящего из СМ и порохового РД, который обычно включается в действие после прохождения креслом 2/3 пути в направляющих рельсах. Вредное воздействие газов от реактивного двигателя на экипаж в многоместных само­ летах исключается применением перегородок или устройств для отвода газов за борт самолета. РД обеспечивает разгон кресла до скорости 30 м/с и более от начальной (12... 14 м/с). Указанной скорости достаточно для безопасного перелета через киль совре­ менного самолета при скоростях полета до 1400 км/ч.

Для исключения вращающего момента от тяги во время работы РД вектор тяги должен проходить через центр масс системы (рис. 14.13). Данное обстоятельство определяет появление не только вертикальной, но и горизонтальной составляющей тяги. Из-за действия горизонтальной составляющей уменьшается пере­ грузка торможения пх:

пх = (X — Rx)/G.

Уменьшение перегрузки ихпри скорости полета свыше 1100 км/ч необходимо, так как она достигает при этом своих предельно пе­ реносимых значений (40).

Применение в катапультных устройствах РД позволяет решить задачу спасения экипажа при малых (нулевых) высотах полета JIA. Для успешного катапультирования из JIA, находящегося на ма­ лой высоте, требуется больший импульс, чем для перелета крес­ ла через киль самолета на большой скорости.

Рис. 14.13. Силы, действующие на КК при катапультировании:

R — тяга РД; Rx, R — проекции вектора тяги R на оси х и у; л — аэродинамическая сила лобового сопротивления; G— вес КК с летчиком