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

внекоторых ситуациях, зависящих от параметров движения JIA

вмомент аварии.

Традиционно в понятие функциональной схемы КК включа­ ется не только перечень функционирующих в данных условиях покидания систем КК, но и определенная временная последова­ тельность их работы на этапах подготовки к катапультированию, движения по направляющим и после отделения КК от самолета.

Формирование функциональной схемы катапультного кресла осуществляется системой автоматики, которая может включать в себя как автоматику собственно КК, так и элементы автомати­ ки, входящие в системы самолета.

Система автоматики КК при формировании функциональной схемы может вырабатывать команды следующих четырех типов:

■команды I типа, которые всегда подаются на определенные системы КК на этапе подготовки к катапультированию, неза­ висимо от режимов покидания. К таким командам относятся, например, команды на включение системы фиксации, система образования аварийного выхода, включение стреляющего ме­ ханизма и т. п.;

■команды II типа, которые подаются на определенные системы

ККв зависимости от параметров движения JIA в момент ава­ рии и формируемые перед катапультированием. К таким ко­ мандам, например, может относиться команда на блокировку ввода дефлектора, команда изменения направления тяги и т. п.;

■команды III типа, подаваемые на определенные системы КК до отделения от самолета при определенном перемещении КК по направляющим в кабине. К таким командам относятся команды на включение системы стабилизации, включение РДТТ и т.п.;

■команды IV типа, подаваемые в определенное время после от­ деления от самолета, которое определяется движением КК и его торможением в атмосфере. К таким командам могут отно­ ситься команды на включение тормозных парашютных каска­ дов, команды на ввод основного спасательного парашюта лет­ чика и отделения от кресла.

Взависимости от летно-технических характеристик катапуль­ тного кресла, состава его систем и особенностей их работы изме­ няются задачи, решаемые системой автоматики, принципы ее построения и функционирования.

За последние 50 лет по мере роста высотно-скоростных харак­ теристик самолетов постоянно совершенствовалась конструкция катапультного кресла как средства принудительного покидания летчиком самолета в аварийной обстановке.

На первом этапе — в конце 1940-х и начале 1950-х гг. — со­ зданные катапультные кресла 1-го поколения предназначались для решения лишь одной задачи — обеспечить с помощью стре­

510 Системы аварийного спасения экипажей и пассажиров ЛА

ляющего механизма покидание кабины самолета и последующее безопасное движение летчика относительно элементов конструк­ ции, прежде всего относительно крыла, горизонтального и вер­ тикального оперения после отделения от самолета. Через неко­ торое время после отделения от самолета летчик должен был вручную открепиться от кресла и впоследствии вручную ввести парашют.

Поэтому можно считать, что катапультные кресла 1-го поко­ ления не имели системы автоматики. Все основные операции, оп­ ределяющие последовательность катапультирования, — приве­ дение в действие стреляющего механизма, отделение летчика от кресла и ввод парашюта — выполнялись самим летчиком.

Созданные во второй половине 1950-х и начале 1960-х гг. ка­ тапультные кресла второго поколения уже имели в своем составе системы принудительной фиксации летчика перед катапультиро­ ванием, ракетный двигатель, позволивший обеспечить спасение летчика на стоянке и режимах разбега-пробега самолета, стаби­ лизирующие и тормозные парашютные каскады, обеспечиваю­ щие горизонтальную («чашкой к потоку») стабилизацию кресла и более быстрое его торможение, системы автоматического ввода спасательного парашюта и отделения летчика от кресла. Система автоматики этих кресел обеспечивала определенную временную последовательность работы этих систем и полностью автоматизи­ ровала процесс катапультирования. Но при этом реализовывалась строго определенная заранее установленная временная последо­ вательность работы всех систем кресла, независимо от режима по­ лета самолета в момент катапультирования. Поэтому можно счи­ тать, что кресла 2-го поколения имели «жесткую», совершенно неадаптивную систему автоматики.

Созданное в середине 1960-х гг. катапультное кресло 3-го поко­ ления типа К -36 в своем составе имело ряд принципиально новых систем, существенно расширивших летно-технические характерис­ тики кресла и повысивших травмобезопасность процесса катапуль­ тирования, особенно при большой скорости полета. Система авто­ матики этого кресла обеспечивала ввод основного парашюта с пе­ ременной задержкой в зависимости от скорости и высоты полета самолета в момент катапультирования.

Система автоматики модификации этого кресла для вертикаль­ но взлетающих самолетов позволяла дополнительно обеспечивать автоматическое катапультирование и проводить коррекцию тра­ ектории катапультного кресла в зависимости от тангажа самолета в момент катапультирования.

Созданное в 1990-е гг. на основе кресла К-36Д кресло следу­ ющего поколения К-36Д-3.5 имеет в своем составе систему авто­ матики, которая позволяет изменять функционирование кресла

не только в зависимости от скорости и высоты полета, но и от уг­ лового положения самолета по тангажу и крену, а также в зависи­ мости от массы летчика. Применение на этих креслах адаптивной автоматики позволило оптимизировать для конкретной аварийной ситуации перечень функционирующих систем катапультного крес­ ла и порядок их работы, обеспечивающий наиболее благоприят­ ный исход катапультирования.

Ниже приведено более подробное обсуждение принципов пос­ троения, особенностей работы и основных характеристик систе­ мы автоматики вышеуказанных типов катапультных кресел.

«ЖЕСТКАЯ» АВТОМАТИКА КАТАПУЛЬТНЫХ КРЕСЕЛ 2-ГО ПОКОЛЕНИЯ

Такая автоматика реализует строго определенную последова­ тельность работы систем КК, приведенную на рис. 14.31.

Выработка команды на ввод парашюта и отделение летчика от кресла обеспечивается баровременными приборами, имеющими в своем составе механический часовой механизм и анероид. При катапультировании часовой механизм этого прибора запускается и начинается отсчет времени до ввода парашюта. Если высота ка­ тапультирования оказывается больше разрешенной, на которую настраивается прибор, то анероид блокирует выполнение коман­ ды. И только после достижения разрешенной высоты, если при этом была реализована заданная временная задержка, происходит ввод парашюта.

Для дублирования команда на ввод парашюта вырабатывается двумя такими приборами, один при этом настраивается на высоту 1,5...2 км и реализует меньшую временную задержку, второй при­ бор настраивается на высоту 4...5 км и имеет большую временную задержку. Поэтому при катапультировании на малых высотах ре­ ализуется всегда меньшая временная задержка.

Выбор временной задержки производится таким образом, что­ бы ввод парашюта в любых ситуациях не происходил на скорости, превышающей максимально допустимую скорость для применя­ емого парашюта. Поэтому величина временной задержки выби­ рается исходя из следующих условий:

■максимально возможной индикаторной скорости самолета в момент катапультирования на высоте, соответствующей на­ стройке анероида прибора;

■максимально возможного угла пикирования самолета на этой скорости;

■максимальной массы катапультируемой системы и наиболее неблагоприятной аэродинамики;

■«теплой» атмосферы.

512 Системы аварийного спасения экипажей и пассажиров JIA

в момент катапультирования

Рис. 14.31. Жесткая последовательность работы систем КК 2-го поколения

При этом учитывается и максимально возможная временная погрешность прибора.

Поэтому в условиях, отличных от перечисленных выше, такая система автоматики реализует излишне большую задержку. Для са­ молетов, имеющих максимальную скорость полета Vf = 1300 км/ч, такое превышение задержки может составлять более 1...2 с.

Но вместе с тем такая система автоматики проста по конструк­ ции, имеет малые габариты и массу, проста в эксплуатации и име­ ет небольшую стоимость. Поэтому она по-прежнему применяется при создании катапультных кресел для малоскоростных самоле­ тов, имеющих максимальную скорость Vt — 700...800 км/ч.

Так, при создании в России в 1990-х гг. катапультного кресла для учебно-тренировочного самолета МиГ-AT была применена автоматика указанного типа.

СИСТЕМА АВТОМАТИКИ БАЗОВОГО КАТАПУЛЬТНОГО КРЕСЛА К-36Д

Система автоматики кресла К-36Д, устанавливаемого на само­ леты традиционного взлета-посадки, реализует последовательность работы системы кресла, приведенную на рис. 14.32.

Система автоматики базового кресла К-36Д использует элект­ росигнал релейного типа, характеризующий скоростной режим са­ молета в момент катапультирования Vt < 900 км/ч или Vt > 900 км/ч. Этот сигнал используется для исключения ввода дефлектора при малых скоростях полета, когда воздействие воздушного потока на летчика при катапультировании неопасно.

Для выработки потребной временной задержки на ввод пара­ шюта система автоматики кресла использует два пневмосигнала от приемника воздушного давления самолета.

Эти два пневмосигнала по гибким шлангам подаются к специ­ альному пневмомеханическому прибору КПА-4, устанавливае­ мому на кресле, который реализует временную задержку Ат, за­ висящую от скорости Vj самолета в момент катапультирования (рис. 14.33).

При катапультировании, на начальном ходе кресла около 35 мм, происходит механическое включение прибора КПА-4 и отсоеди­ нение пневмошлангов от кресла. После реализации необходимой временной задержки Atj КПА-4 механически включает баровре­ менной прибор, реализующий постоянную временную задержку Дт2 = 0,7 с, которая с помощью анероида блокируется на высотах Н > 2000 м. Этот баровременной прибор подает команду на ввод парашюта.

Таким образом, команда на ввод парашюта на высоте Н< 2000 м подается с задержкой Лт^ = Лт[ + Дт2 после начала движения ка­ тапультного кресла в кабине самолета.

Команда на ввод парашюта дублируется с помощью второго баровременного прибора, имеющего настройку по высоте Н = = 5000 м и реализующего постоянную временную задержку 4 с. Такая система автоматики ввода парашюта позволила обеспечить более ранний ввод основного парашюта на малых и средних ско­ ростях полета самолета в момент катапультирования и, в итоге,

514 Системы аварийного спасения экипажей и пассажиров JIA

Рис. 14.32. Последовательность работы систем базового кресла К-36Д

значительно уменьшить значения минимально безопасной высо­ ты покидания самолета.

Весь опыт эксплуатации катапультного кресла К-36Д и его мо­ дификаций подтвердил высокую надежность работы прибора КПА-4 и всей системы выработки команды на ввод основного спасательного парашюта.

Рис. 14.33. Зависимость временной задержки ввода парашюта от скорости Vt

Во всей практике многочисленных катапультирований с ис­ пользованием кресла типа К-36Д не было отмечено ни одного случая отказа этой системы.

СИСТЕМА АВТОМАТИКИ КАТАПУЛЬТНОГО КРЕСЛА К-36ВМ

Катапультное кресло К-36ВМ является модификацией базово­ го кресла К-36Д и предназначено для установки на вертикально взлетающие самолеты.

Особенности динамики этого типа самолетов в аварийных си­ туациях на режимах вертикального взлета и посадки потребовали некоторого изменения системы автоматики катапультного кресла. Эти изменения были обусловлены следующими обстоятельствами:

■необходимостью обеспечения автоматического катапультиро­ вания по команде, вырабатываемой системами борта;

■необходимостью коррекции траектории катапультного кресла в продольной плоскости из-за возможно больших углов пики­ рования или кабрирования самолета в момент катапультиро­ вания летчика;

■необходимостью блокировки системы ввода стабилизирующих штанг в случае катапультирования летчика при несброшенном

фонаре.

Модифицированная система автоматики катапультного кресла К-36ВМ реализует последовательность работы систем кресла, приведенную на рис. 14.34.

СИСТЕМА АВТОМАТИКИ, ПОСТРОЕННАЯ НА БАЗЕ РАСПОЛОЖЕННЫХ НА КК

ПРИЕМНИКОВ ВОЗДУШНОГО ДАВЛЕНИЯ

Система автоматики КК К-36Д, вырабатывающая команду на ввод парашюта спасения летчика с использованием пневмосигна­ лов, поступающих с борта, при всех своих достоинствах имела ряд очевидных недостатков:

■эта система реализовывала задержку на ввод парашюта, необ­ ходимую для торможения кресла до допустимой для ввода па­ рашюта скорости при худшем сочетании массы и аэродинами­ ческого сопротивления, т. е. при (т/ CxS)max, поэтому во мно­ гих случаях эта задержка была чрезмерной;

■механические часовые механизмы приборов КПА и ППК име­ ли большие инструментальные погрешности, поэтому задерж­ ка на ввод парашюта КК искусственно завышалась с учетом возможной реализации минусового допуска;

■прибор КПА имел сравнительно большую массу и габариты.

Всвязи с этим в середине 1980-х гг. была предпринята попытка разработки автоматики, вырабатывающей команду на ввод пара­ шюта по реальной скорости движения КК, определяемой с помо­ щью приемников воздушного давления, расположенных на крес­ ле. При этом использовались традиционные зависимости инди­ каторной I7i и истинной V скорости движения КК от параметров потока

V;= 1,07МJ P ^ = 1,07/(^р) М)

где М — число Маха; РСТ — статическое давление, Па; Р0 — Дав~ ление полного торможения, Па; Тст — статическая температура потока, К; / 2(/)ст) — зависимость статической температуры воз­ духа от Р ст для различных моделей атмосферы.

Были проведены обширные исследования в аэродинамических трубах с целью:

■выбора оптимальных схем ПВД;

■определения влияния положения ПВД на их показания;

■исследования влияния возможных нестационарных колебаний КК по углу атаки на показания ПВД;

■исследования влияния отклонений геометрии кресла, позы пилота, угла атаки и скольжения КК на измеряемые пара­ метры.

518 Системы аварийного спасения экипажей и пассажиров JIA

Исследования были выполнены в широких диапазонах чисел М(0,2...2,3), углов атаки КК (—15...—60°) и углов скольжения (±30°).

На основании экспериментальных и теоретических исследова­ ний были выбраны схемы ПВД и места их установки, создана ма­ тематическая модель давлений, разработан алгоритм системы из­ мерения давлений и определения параметров движения КК, про­ верена работоспособность алгоритма и оценены его методические и инструментальные погрешности.

При углах атаки кресла —10...—30° точность определения ско­ рости за счет методических погрешностей алгоритма оказалась

± 1 0 км/ч, погрешность принятия решения на высоте при М < < 0,6 оказывается 50...70 м.

Точность определения параметров несколько ухудшается при углах атаки кресла, превышающих 30°, а также за счет нестацио­ нарных колебаний угла атаки КК в потоке.

Несмотря на достаточно высокие точностные характеристики такой системы автоматики в дальнейшем на российских катапуль­ тных креслах она не применялась. Это было обусловлено рядом причин. Во-первых, при отказе системы стабилизации КК такая система автоматики могла выдать преждевременную команду на ввод парашюта при недопустимо большой скорости. Для ис­ ключения этой ситуации становится необходимым применение контрольной системы, например, с использованием датчиков ус­ корений, что ухудшает точностные характеристики основной сис­ темы.

Во-вторых, размещение приемников воздушного давления на достаточном удалении от тела летчика и элементов катапультного кресла, а также исключение влияния их конструкции на процесс отделения летчика от кресла дополнительно усложняет конструк­ цию катапультного кресла.

В-третьих, определение воздушно-скоростных параметров движения КК с необходимой точностью привело к разработке до­ статочно сложных алгоритмов, базирующихся на результатах, в основном, модельных экспериментов в аэродинамических трубах и для их надежного подтверждения потребовался бы большой объем натурных летных исследований.

Учитывая, что система автоматики КК на базе приемников воздушного давления может быть использована лишь для форми­ рования команд на ввод тормозного и спасательного парашюта после отделения КК от самолета, для последующих после К-36Д катапультных кресел, предназначенных для скоростных самоле­ тов, была разработана система автоматики, основанная на иных принципах.