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

520 Системы аварийного спасения экипажей и пассажиров JIA

СИСТЕМА АВТОМАТИКИ КАТАПУЛЬТНОГО КРЕСЛА К-36Д -3.5

Система автоматики катапультного кресла К-36Д-3.5 разраба­ тывалась с учетом всего предыдущего опыта создания катапуль­ тных кресел, значительных достижений самолетостроительных фирм в области совершенствования навигационных и информа­ ционных систем самолетов последних разработок и больших ус­ пехов в области микроэлектроники и вычислительной техники, позволивших предложить и реализовать не только новые прин­ ципы построения такой системы, но и существенно изменить ее конструкцию, уменьшить массогабаритные характеристики и су­ щественным образом повысить точность.

Последовательность работы систем КК К-36Д-3.5, обеспечи­ ваемая вновь разработанной системой автоматики, представлена на рис. 14.35.

Использование информации с борта о параметрах полета само­ лета в момент катапультирования позволяет оптимальным образом изменять функциональную схему КК с целью реализации мини­ мальных уровней воздействия на летчика условий катапультирова­ ния и уменьшения минимально безопасной высоты катапультиро­ вания. В то же время в системе автоматики предусмотрена возмож­ ность автоматического выбора режима функционирования при отсутствии или недостоверности части используемой информации.

14.4. РАСЧЕТ ТРАЕКТОРИИ ДВИЖЕНИЯ КАТАПУЛЬТНОГО КРЕСЛА

Соответствие системы аварийного покидания требованиям по обеспечению безопасности траекторий и физиологической перено­ симости процесса катапультирования можно проанализировать пу­ тем расчета траекторий движения системы летчик — кресло. При анализе непременно учитываются физиологические возможности человека по перенесению вредных факторов, сопровождающих катапультирование: линейных ускорений (перегрузок), угловых ускорений и скоростей, скоростного напора, а также выясняется безопасность движения системы летчик — кресло относительно JIA (относительная траектория) и земли (абсолютная траектория).

На безопасность относительной траектории будут оказывать влияние режим полета JIA в момент катапультирования, балли­ стические характеристики энергодатчика, аэродинамические и массовые параметры катапультируемой системы, динамические характеристики ЛА после катапультирования.

Безопасность абсолютной траектории будет зависеть также от положения ЛА в пространстве и запаса высоты в момент ката­ пультирования.

ВЫБОР РАСЧЕТНОГО РЕЖИМА КАТАПУЛЬТИРОВАНИЯ

Анализ безопасности траекторий движения катапультируемой системы целесообразно проводить для некоторых — наиболее опасных — режимов полета. Расчетным случаем для безопасного перелета катапультируемой системы через вертикальное опере­ ние из всех режимов установившегося прямолинейного движе­ ния JIA является полет на максимальной скорости и заданной высоте. Из криволинейных режимов наиболее опасны вираж и вертикальный маневр JTA.

Для катапультируемой системы летчик — кресло (для заданных аэродинамических характеристик, начальной скорости катапуль­ тирования, угла наклона вектора начальной скорости и т.д.) вы­ сота ее траектории будет зависеть от индикаторной скорости и числа М в момент катапультирования.

При расчете необходимо выбирать такие высоту и скорость по­ лета, при которых траектория движения КК относительно самолета и его выступающих частей оказываются наиболее критичными.

УРАВНЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ КАТАПУЛЬТНОГО КРЕСЛА

Катапультируемая система после ее отделения от JIA имеет шесть степеней свободы. Иногда для упрощения рассматривают движение только в вертикальной плоскости, и тогда число степе­ ней свободы уменьшается до трех.

При исследовании характера движения КК используются че­ тыре (иногда три) системы координат. Земная система О х у z (рис. 14.36) жестко связана с Землей. Движение центра масс КК с летчиком в этой системе координат называется абсолютным. Вторая система координат Оу Ху уу Zy жестко связана с центром масс JIA. Движение КК в этих координатах называется относи­ тельным. Движение системы координат Оу Ху уу Z\ относительно системы О х у z называется переносным.

Для изучения вращательного движения КК вводится система координат 0 2 х2 у2 Zj, жестко связанная с центром масс КК. Чет­ вертой системой координат является скоростная, широко исполь­ зуемая в аэродинамике [40].

При выходе из JIA на КК будут действовать (рис. 14.37): сила тя­ жести G — mg кресла с летчиком; аэродинамическая сшгасопротивления Х = cxFq, направленная против вектора скорости V; подъем­ ная сила Y= CyFq, направленная перпендикулярно вектору скоро­ сти V (сх, су — коэффициенты сопротивления и подъемной силы КК, F — площадь миделя КК с летчиком, q = ph V2/2 — скоростной напор); сила тяги R порохового ракетного двигателя, направленная под углом ф к оси 02У2, сила сопротивления Хс п стабилизирующего парашюта, также направленная против вектора скорости V КК.

ловая скорость КК относительно центра масс; Jz — момент инер­ ции КК относительно оси Оz, Mz = mzlFq = m*q — момент аэ­ родинамических сил относительно оси Oz, MR —момент тяги ПРД относительно центра масс КК; ф — угол между направле­ нием вектора тяги ПРД и осью О2У2; 0 — угол поворота КК от­ носительно земной системы координат; 0 = & —a; mz — коэф­ фициент момента М аэродинамических сил; / — характерный линейный размер (обычно высота КК с летчиком).

Поскольку в систему (14.1) входят пять неизвестных: Vx, Vy, coz, 0, 0, для решения необходимо добавить два уравнения: кинема­ тическую связь dS'/dx = (oz и соотношение, определяющее угол на­ клона траектории к горизонту: 0 = arctgFy/ Vx.

Система уравнений принимает вид

dV

= -X cos0 + 7sin0 +i?sin (9 - 0) - Xc ncos0;

dV

= ~ 2fsin0 + 7cos0 + i?cos(9 - 0) - G— Xc nsin0; (14.2)

- Mz + MR + Mc n]

0 = arctg Vy/ Vx.

Система дифференциальных уравнений (14.2) может быть ре­ шена одним из методов численного интегрирования. Входящие в уравнения значения параметров cxF, CyF, т*, полученные экс­ периментальным путем, представлены на рис. 14.38.

Для построения относительной траектории режима горизон­ тального полета необходимо дополнительно вычислить

где V— скорость полета JIA в момент катапультирования; т — вре­ мя движения КК после отделения от JIA.

Значения вертикальных абсолютной и относительной коорди­ нат центра масс совпадают, т. е. у = у\. Решая третье и четвертое уравнения системы (14.2), определяют угловые скорости сог и угол поворота кресла. Находят перегрузки, возникающие при ката­ пультировании (обычно вычисляются перегрузки в области голо­ вы летчика). Так как КК может вращаться вокруг центра масс со скоростью wz, то суммарные перегрузки будут складываться из перегрузок, вызванных действующими силами и вращением.

526Системы аварийного спасения экипажей и пассажиров ЛА

14.5.СИСТЕМЫ АВАРИЙНОЙ ЭВАКУАЦИИ ПАССАЖИРОВ

Современные пассажирские самолеты являются надежным ви­ дом транспорта, так как их эксплуатации предшествует большой цикл испытаний и доводок систем и агрегатов.

Несмотря на это, для повышения безопасности экипажа и пас­ сажиров современный пассажирский самолет оснащен кислород­ ными приборами и масками на случай аварийной разгерметиза­ ции ГК при полете на большой высоте (см. гл. 5). В то же время, по данным статистики, до 70...80 % летных происшествий в граж­ данской авиации происходит на земле (воде) или у земли. В этих случаях снижения тяжести исходов происшествий можно добить­ ся системой конструктивных мероприятий, направленных на уменьшение числа и тяжести травм.

Можно выделить три главных направления в этих мероприя­ тиях: сохранение жесткости пространства кабины, фиксацию чле­ нов экипажа и пассажиров в кресле в момент соударения J1A с землей и снижение перегрузок до переносимого уровня. Сни­ зить перегрузки на членов экипажа и пассажиров до приемлемого уровня можно путем увеличения тормозного пути введением сми­ нающихся элементов в конструкцию фюзеляжа, пола кабины и сидений.

Результаты расследований аварий и катастроф пассажирских самолетов показывают, что большое число пассажиров выдержа­ ли удар при аварии, но погибли от удушья, так как не могли по­ кинуть самолет. Поэтому в послевоенные годы с вводом в эксплу­ атацию многомоторных самолетов появилась необходимость в со­ здании эффективных конструкций аварийных выходов, устройств для эвакуации пассажиров (трапов, люлек), плавучих средств (плотов, жилетов), противопожарного оборудования и систем сигнализации пожара (см. гл. 13), средств обнаружения и выжи­ вания (радиомаяков, фонарей, аптечек, опреснителей морской воды и т. д.).

Аварийно-спасательное оборудование современного пасса­ жирского самолета представлено на рис. 14.41.

В данном разделе рассматривается применение систем аварий­ ной эвакуации пассажиров.

Подготовка средств эвакуации, скорость эвакуации пассажи­ ров являлись основными трудностями, с которыми пришлось столкнуться в начале разработок.

Все простейшие средства эвакуации (веревочные и приставные лестницы, матерчатые желоба) пассажиров были предназначены

528 Системы аварийного спасения экипажей и пассажиров JIA

для молодых здоровых людей, способных перенести большую фи­ зическую нагрузку. Люди пожилого возраста, дети не могли вос­ пользоваться такими средствами. Жесткие лестницы также не обеспечивали безопасного покидания самолета неподготовлен­ ными пассажирами и, кроме того, имели большие габариты, что было неудобно для размещения их на борту самолета.

Действительно эффективным для осуществления аварийной эвакуации оказался трап, выполненный из толстого брезента, ко­ торый одним концом прикреплялся к фюзеляжу у аварийного вы­ хода, а другой его конец выталкивался из самолета [21].

Единственным существенным недостатком такого трапа явля­ лось то, что два сильных человека должны натягивать трап, держа его за нижний конец, обеспечивая остальным пассажирам воз­ можность относительно безопасного спуска.

Брезентовый трап как наиболее эффективный из простейших средств аварийного покидания самолета явился прообразом при создании более совершенных способов покидания самолета.

Для современных самолетов-аэробусов были разработаны на­ дувные трапы и трапы-плоты.

Если первые конструкции оболочек трапов изготавливались из прорезиненных хлопчатобумажных тканей, то в дальнейшем кап­ рон вытеснил хлопчатобумажные ткани, так как большая удель­ ная прочность капрона позволила применить более тонкие ткани, а меньшая волнистость поверхности давала возможность приме­ нить более тонкие герметизирующие покрытия.

Современные трапы изготавливают из тканей типа кевлар, ко­ торые легче, прочнее, более стойки к разрыву, имеют хорошую ад­ гезию к любым покрытиям. Важно и то, что материал сохраняет свои свойства до температуры 450 К. Капрон же теряет прочность при температуре 430 К. Кевлар имеет хорошие эксплуатационные свойства, стоек к истиранию, огнестоек, менее токсичен при по­ жаре.

Трапы и плоты с большими рабочими объемами (до 10 м3) в сложенном состоянии имеют очень небольшие размеры и могут размещаться в зависимости от конструкции и размеров у выходов на потолке, на полу кабины или на двери. Наполнение трапа сжа­ тым газом происходит автоматически при открывании двери.

Трап в рабочем состоянии представляет одно-, двухили трех­ дорожечный желоб, одним концом закрепленный на борту само­ лета, а другим — свободно опертый на землю частью своей по­ верхности. Такая конструкция обеспечивает наиболее безопасную и быструю эвакуацию пассажиров независимо от их массы и лов­ кости, дает возможность передвигаться пешком по желобу при малых углах наклона и катиться по нему при больших углах на­ клона (рис. 14.42).