В авиации катапультируемое кресло или кресло-эжектор — это система, предназначенная для спасения пилота или другого члена экипажа самолета (обычно военного) в чрезвычайной ситуации. В большинстве конструкций кресло выталкивается из самолета взрывчатым веществом или ракетным двигателем , унося с собой пилота. Также была опробована концепция катапультируемой спасательной капсулы для экипажа . (См. B-58 Hustler ) После того, как кресло покидает самолет, оно раскрывает парашют . Катапультные кресла распространены на некоторых типах военных самолетов.
01.jpg/1280px-Martin_Baker-WY6AM-Ejection_Seat(Impala_Mk2)01.jpg)
В 1910 году произошел случай эвакуации с самолета с помощью эластичного троса . В 1916 году Эверард Кэлтроп , один из первых изобретателей парашютов , запатентовал катапультируемое кресло, работающее на сжатом воздухе . [1]
Современная схема катапультируемого кресла была впервые представлена румынским изобретателем Анастасом Драгомиром в конце 1920-х годов. Конструкция представляла собой парашютируемую ячейку (сбрасываемое кресло с самолета или другого транспортного средства). Она была успешно испытана 25 августа 1929 года в аэропорту Париж-Орли недалеко от Парижа и в октябре 1929 года в Бэнясе недалеко от Бухареста . Драгомир запатентовал свою «катапультируемую кабину» во Французском патентном ведомстве. [примечание 1]
Конструкция была усовершенствована во время Второй мировой войны . До этого единственным способом спасения из неисправного самолета был прыжок с парашютом («выпрыгивание»), и во многих случаях это было затруднительно из-за травм, сложности выхода из замкнутого пространства, перегрузок , воздушного потока вокруг самолета и других факторов.
Первые катапультируемые кресла были разработаны независимо друг от друга во время Второй мировой войны компаниями Heinkel и SAAB . Ранние модели работали на сжатом воздухе, и первым самолетом, оснащенным такой системой, был реактивный истребитель - прототип Heinkel He 280 в 1940 году. Один из летчиков-испытателей He 280, Хельмут Шенк, стал первым человеком, который покинул подбитый самолет с катапультируемым креслом 13 января 1942 года после того, как его управляющие поверхности обледенели и вышли из строя. Истребитель использовался для испытаний импульсных реактивных двигателей Argus As 014 для разработки летающей бомбы V-1 . С него сняли обычные турбореактивные двигатели Heinkel HeS 8A , и его отбуксировали из центрального испытательного полигона Люфтваффе Erprobungsstelle Rechlin в Германии парой тягачей Messerschmitt Bf 110 C в сильный снегопад. На высоте 7875 футов (2400 м) Шенк обнаружил, что не может управлять самолетом, сбросил буксирный трос и катапультировался. [2] He 280 так и не был запущен в производство. Первым эксплуатируемым типом, построенным где-либо с катапультируемыми креслами для экипажа, был ночной истребитель Heinkel He 219 Uhu в 1942 году.
В Швеции версия, использующая сжатый воздух, была испытана в 1941 году. Пороховое катапультируемое кресло было разработано Bofors и испытано в 1943 году для Saab 21. Первое испытание в воздухе было проведено на Saab 17 27 февраля 1944 года [3] , а первое реальное использование произошло с лейтенантом Бенгтом Йоханссоном [примечание 2] 29 июля 1946 года после столкновения в воздухе между J 21 и J 22. [4]
Как первый действующий военный реактивный самолет в конце 1944 года, когда-либо имевший такой, победитель немецкого конкурса на проектирование истребителя самообороны «народный истребитель» Volksjäger ; легкий Heinkel He 162 A Spatz , имел новый тип катапультируемого кресла, на этот раз срабатывающего с помощью разрывного патрона. В этой системе кресло ехало на колесах, установленных между двумя трубами, проходящими вверх по задней части кабины . При опускании в положение крышки в верхней части сиденья надевались на трубы, чтобы закрыть их. Патроны, в основном идентичные патронам для дробовика , помещались в нижнюю часть труб, обращенными вверх. При выстреле газы заполняли трубы, «выталкивая» крышки с конца и тем самым заставляя кресло подниматься по трубам на колесах и выезжать из самолета. К концу войны Dornier Do 335 Pfeil (в первую очередь из-за того, что у него был установлен двигатель сзади (из двух двигателей, приводивших в действие конструкцию), приводивший в действие толкающий винт , расположенный в задней части фюзеляжа, что представляло опасность для обычного «катапультирования»), а также несколько прототипов самолетов поздней войны также были оснащены катапультируемыми креслами.
После Второй мировой войны потребность в таких системах стала насущной, поскольку скорости самолетов становились все выше, и вскоре был преодолен звуковой барьер . Ручное спасение на таких скоростях было бы невозможным. Военно-воздушные силы армии США экспериментировали с системами катапультирования вниз, работающими от пружины , но именно работа Джеймса Мартина и его компании Martin-Baker оказалась решающей.
Первое испытание системы Martin-Baker в реальном времени состоялось 24 июля 1946 года, когда слесарь Бернард Линч катапультировался из реактивного самолета Gloster Meteor Mk III . Вскоре после этого, 17 августа 1946 года, первый сержант Ларри Ламберт стал первым живым катапультировавшимся американцем. Линч продемонстрировал катапультируемое кресло на авиашоу Daily Express Air Pageant в 1948 году, катапультируясь из самолета Meteor. [5] Катапультируемые кресла Martin-Baker устанавливались на прототипы и серийные самолеты с конца 1940-х годов, а первое аварийное использование такого кресла произошло в 1949 году во время испытаний реактивного экспериментального летающего крыла Armstrong Whitworth AW52 .
Ранние кресла использовали твердотопливный заряд для катапультирования пилота и кресла путем воспламенения заряда внутри телескопической трубы, прикрепленной к креслу. По мере того, как скорость самолета увеличивалась еще больше, этот метод оказался недостаточным для того, чтобы пилот оказался достаточно далеко от планера самолета. Увеличение количества топлива рисковало повредить позвоночник пассажира, поэтому начались эксперименты с ракетным двигателем . В 1958 году Convair F-102 Delta Dagger стал первым самолетом, оснащенным креслом с ракетным двигателем. Martin-Baker разработал похожую конструкцию, используя несколько ракетных установок, питающих одно сопло. Большая тяга этой конфигурации имела преимущество в том, что позволяла катапультировать пилота на безопасную высоту, даже если самолет находился на земле или очень близко к ней.
В начале 1960-х годов началось внедрение катапультных кресел с ракетным двигателем, предназначенных для использования на сверхзвуковых скоростях, в таких самолетах, как Convair F-106 Delta Dart . Шесть пилотов катапультировались на скорости, превышающей 700 узлов (1300 км/ч; 810 миль/ч). Самая высокая высота, на которой было развернуто кресло Martin-Baker, составила 57 000 футов (17 400 м) (с бомбардировщика Canberra в 1958 году). После аварии 30 июля 1966 года при попытке запуска беспилотника D-21 два члена экипажа Lockheed M-21 [6] катапультировались на скорости 3,25 Маха на высоте 80 000 футов (24 000 м). Пилот был успешно спасен, но офицер управления запуском утонул после приводнения. Несмотря на эти рекорды, большинство катапультирований происходит на довольно низких скоростях и высотах, когда пилот видит, что нет никакой надежды восстановить управление самолетом до столкновения с землей.
В конце войны во Вьетнаме ВВС США и ВМС США были обеспокоены тем, что их пилоты катапультируются над вражеской территорией, и эти пилоты либо попадают в плен, либо погибают, а также потерями в людях и самолетах при попытках их спасти. Обе службы начали программу под названием Air Crew Escape/Rescue Capability или Aerial Escape and Rescue Capability (AERCAB) катапультные кресла (оба термина использовались в армии и оборонной промышленности США), где после катапультирования пилота катапультное кресло должно было доставить его в место, достаточно удаленное от места катапультирования, где его можно было бы безопасно подобрать. Запрос предложений по концепциям катапультных кресел AERCAB был опубликован в конце 1960-х годов. Три компании представили документы для дальнейшей разработки: конструкция крыла Rogallo от Bell Systems; конструкция автожира от Kaman Aircraft ; и мини-обычный самолет с фиксированным крылом, использующий крыло Princeton Wing (т. е. крыло из гибкого материала, которое раскатывается, а затем становится жестким с помощью внутренних стоек или опор и т. д. развертывания) от Fairchild Hiller . Все три после катапультирования будут приводиться в движение небольшим турбореактивным двигателем, разработанным для целевых беспилотных летательных аппаратов. За исключением конструкции Kaman, пилоту все равно придется спускаться на парашюте на землю после достижения точки безопасности для спасения. Проект AERCAB был прекращен в 1970-х годах с окончанием войны во Вьетнаме. [7] Конструкция Kaman в начале 1972 года была единственной, которая должна была достичь стадии аппаратного обеспечения. Она была близка к испытаниям со специальной платформой шасси, прикрепленной к катапультному креслу AERCAB для наземных взлетов и посадок первой ступени с летчиком-испытателем. [8]
,_2_July_1970_(NH_90350).jpg/1280px-Pilot_ejects_from_a_Douglas_A-4E_Skyhawk_of_VA-152_aboard_USS_Shangri-La_(CVS-38),_2_July_1970_(NH_90350).jpg)
Цель катапультного кресла — выживание пилота. Обычно пилот испытывает ускорение около 12–14 g . Западные кресла обычно нагружают пилотов меньше; советские технологии 1960–70-х годов часто достигают 20–22 g (с катапультными креслами SM-1 и KM-1 gunbarrel-type). Компрессионные переломы позвонков являются повторяющимся побочным эффектом катапультирования.
На раннем этапе предполагалось, что катапультирование на сверхзвуковой скорости будет невыносимым; были проведены обширные испытания, включая проект Whoosh с участием шимпанзе , чтобы определить, осуществимо ли это. [10]
Возможности НПП «Звезда К-36» были непреднамеренно продемонстрированы на авиасалоне в Фэрфорде 24 июля 1993 года, когда пилоты двух истребителей МиГ-29 катапультировались после столкновения в воздухе. [11]
Минимальная высота катапультирования для кресла ACES II в перевернутом полете составляет около 140 футов (43 м) над уровнем земли на скорости 150 узлов, в то время как у российского аналога — К-36ДМ минимальная высота катапультирования из перевернутого полета составляет 100 футов (30 м) над уровнем земли. Когда самолет оборудован катапультным креслом НПП «Звезда» К-36ДМ, а пилот надет защитный костюм КО-15, он может катапультироваться на скорости полета от 0 до 1400 километров в час (870 миль в час) и высоте от 0 до 25 км (16 миль или около 82 000 футов). Катапультное кресло К-36ДМ оснащено тормозными парашютами и небольшим щитком, который поднимается между ног пилота, чтобы отклонять воздух вокруг него. [12]
Пилоты успешно катапультировались из-под воды в нескольких случаях, после того как их заставили совершить приводнение в воде. Первый зарегистрированный случай был лейтенант Б. Д. Макфарлейн из Королевского военно- морского флота , когда он успешно катапультировался под водой, используя свое катапультное кресло Martin-Baker Mk.1 после того, как его Westland Wyvern совершил приводнение при взлете и был разрезан надвое авианосцем 13 октября 1954 года. [13] Также существуют документальные свидетельства того, что пилоты ВМС США [14] и Индии также совершили этот подвиг. [15] [16]
По состоянию на 20 июня 2011 года [update], когда два пилота испанских ВВС катапультировались над аэропортом Сан-Хавьер, количество спасенных жизней с помощью продукции Martin-Baker составило 7402 человека из 93 воздушных сил. [17] Компания управляет клубом под названием «Клуб катапультируемых галстуков» и дарит выжившим уникальный галстук и значок на лацкан. [18] Общее количество всех типов катапультируемых кресел неизвестно, но может быть значительно выше.
Ранние модели катапультного кресла были оснащены только верхней ручкой катапультирования, которая выполняла двойную функцию, заставляя пилота принять правильное положение и заставляя его опустить экран, чтобы защитить как лицо, так и кислородную маску от последующей воздушной струи. Мартин Бейкер добавил вторичную ручку в передней части сиденья, чтобы позволить катапультирование, даже если пилоты не могли дотянуться вверх из-за высокой перегрузки. Позже (например, в MK9 Мартина Бейкера) верхняя ручка была отброшена, поскольку нижняя ручка оказалась проще в использовании, а технология шлемов также продвинулась, чтобы защитить от воздушной струи. [19]
«Стандартная» система катапультирования работает в два этапа. Сначала весь фонарь или люк над летчиком открывается, разбивается или сбрасывается, а сиденье и пассажир выбрасываются через отверстие. В большинстве ранних самолетов для этого требовалось два отдельных действия летчика, в то время как более поздние конструкции систем эвакуации, такие как катапультное кресло Advanced Concept Ejection Seat model 2 (ACES II), выполняют обе функции как единое действие.
Катапультное кресло ACES II используется в большинстве истребителей американского производства. В самолете A-10 используются соединенные рукоятки, которые активируют обе системы сброса фонаря, а затем катапультирование кресла. В самолете F-15 такая же соединенная система, как и в самолете A-10. Обе рукоятки выполняют одну и ту же задачу, поэтому достаточно потянуть любую из них. В самолете F-16 есть только одна рукоятка, расположенная между коленями пилота, поскольку кабина слишком узкая для боковых рукояток.
К нестандартным системам эвакуации относятся система Downward Track (используется для некоторых мест экипажа в бомбардировщиках, включая B-52 Stratofortress ), система Canopy Destruct (CD) и система проникновения через фонарь (TCP), система Drag Extraction, инкапсулированное сиденье и даже капсула экипажа .
Ранние модели истребителя F-104 Starfighter были оснащены катапультируемым креслом Downward Track из-за опасности Т-образного хвоста . Чтобы это работало, пилот был оснащен «шпорами», которые были прикреплены к тросам, которые тянули ноги внутрь, чтобы пилот мог катапультироваться. После этого развития некоторые другие системы эвакуации начали использовать ретракторы ног как способ предотвращения травм размахивающих ног и обеспечения более стабильного центра тяжести . Некоторые модели F-104 были оснащены катапультируемыми вверх креслами.
Аналогично, два из шести катапультируемых кресел на B-52 Stratofortress стреляют вниз, через люки в нижней части самолета; люки вниз отсоединяются от самолета с помощью двигателя, который отпирает люк, в то время как гравитация и ветер открывают люк и взводят кресло. Четыре кресла на передней верхней палубе (два из них, EWO и Gunner, обращены к задней части самолета) стреляют вверх, как обычно. Любая такая система стрельбы вниз бесполезна на земле или около нее, если самолет находится в горизонтальном полете во время катапультирования.
Самолеты, предназначенные для использования на малой высоте, иногда имеют катапультные кресла, которые выстреливают через фонарь, так как ожидание выброса фонаря слишком медленное. Многие типы самолетов (например, линейка самолетов BAE Hawk и Harrier ) используют системы Canopy Destruct, которые имеют взрывной шнур (MDC — Miniature Detonation Cord или FLSC — Flexible Linear Shaped Charge), встроенный в акриловый пластик фонаря. MDC инициируется при вытягивании ручки выброса и разрушает фонарь над сиденьем за несколько миллисекунд до его выброса. Эта система была разработана для семейства самолетов VTOL Hawker Siddeley Harrier , так как катапультирование может быть необходимо, когда самолет находится в зависании, и сброс фонаря может привести к удару пилота и сиденья об него. Эта система также используется в T-6 Texan II и F-35 Lightning II .
Проникновение через фонарь похоже на разрушение фонаря, но острый шип на верхней части сиденья, известный как « зуб ракушки », ударяет по нижней части фонаря и разбивает его. Самолет A-10 Thunderbolt II оснащен разбивателями фонаря по обе стороны от подголовника на случай, если фонарь не сбросится. Самолет T-6 также оснащен такими разбивателями, если MDC не сдетонирует. В наземных чрезвычайных ситуациях наземный член экипажа или пилот может использовать нож-разбиватель, прикрепленный к внутренней стороне фонаря, чтобы разбить прозрачность. Сиденья самолетов A-6 Intruder и EA-6B Prowler могли катапультироваться через фонарь, при этом сброс фонаря был отдельной опцией, если было достаточно времени.
Системы CD и TCP нельзя использовать с навесами из гибких материалов, такими как навес из поликарбоната Lexan, используемый на F-16.
Советские истребители ВМС США с вертикальным взлетом и посадкой, такие как Як-38, были оснащены катапультируемыми креслами, которые автоматически активировались, по крайней мере, на некотором участке диапазона режимов полета. [ необходима цитата ]
Drag Extraction — самая легкая и простая из имеющихся систем эвакуации, которая использовалась на многих экспериментальных самолетах. На полпути между простым «выпрыгиванием» и использованием систем взрывного катапультирования Drag Extraction использует поток воздуха, проходящий мимо самолета (или космического корабля), чтобы вывести летчика из кабины и прочь от пострадавшего корабля по направляющему рельсу. Некоторые из них работают как стандартное катапультируемое кресло, сбрасывая фонарь, а затем раскрывая тормозной парашют в воздушный поток. Этот парашют вытягивает пассажира из самолета, либо вместе с сиденьем, либо после освобождения ремней сиденья, который затем съезжает с конца рельса, выступающего достаточно далеко, чтобы помочь преодолеть конструкцию. В случае со космическим челноком астронавты проехали бы по длинному изогнутому рельсу, который ветер обдувал бы их тела, а затем раскрыли бы свои парашюты после свободного падения на безопасную высоту.
Системы аварийного выхода с помощью капсулированных сидений были разработаны для использования в сверхзвуковых бомбардировщиках B-58 Hustler и B-70 Valkyrie . Эти сиденья были заключены в управляемую воздухом раскладушку, которая позволяла экипажу покидать самолет на скоростях и высотах, достаточно больших, чтобы в противном случае нанести телесные повреждения. Эти сиденья были разработаны так, чтобы пилот мог управлять самолетом даже при закрытой раскладушке, а капсула могла плавать в случае посадки на воду.
Некоторые конструкции самолетов, такие как General Dynamics F-111 , не имеют индивидуальных катапультируемых кресел, но вместо этого вся секция планера, содержащая экипаж, может быть катапультирована как одна капсула . В этой системе используются очень мощные ракеты, а для спуска капсулы используются несколько больших парашютов, аналогично системе аварийного спасения космического корабля Apollo . При посадке система подушек безопасности используется для смягчения посадки, и она также действует как плавучее устройство, если капсула экипажа приземляется в воду.
Катапультное кресло zero-zero предназначено для безопасного подъема вверх и посадки его пассажира из неподвижного положения на земле (т. е. нулевой высоты и нулевой воздушной скорости ), в частности из кабин самолетов. Возможность zero-zero была разработана, чтобы помочь экипажам спасаться вверх от неустранимых чрезвычайных ситуаций во время полета на малой высоте и/или малой скорости, а также наземных происшествий. Парашютам требуется минимальная высота для раскрытия, чтобы дать время для замедления до безопасной скорости посадки. Таким образом, до введения возможности zero-zero катапультирование могло выполняться только выше минимальных высот и скоростей полета. Если кресло должно было работать с нулевой (самолетной) высоты, оно должно было бы подняться на достаточную высоту.
Эти ранние сиденья выстреливались из самолета пушкой, обеспечивая высокий импульс , необходимый на очень короткой длине ствола пушки внутри сиденья. Это ограничивало общую энергию, а значит и возможную дополнительную высоту, поскольку в противном случае высокие необходимые силы раздавили бы пилота.
Современные технологии zero-zero используют небольшие ракеты для подъема сиденья на нужную высоту и небольшой взрывной заряд для быстрого раскрытия купола парашюта для успешного спуска с парашютом, так что правильное раскрытие парашюта больше не зависит от скорости полета и высоты. Пушка сиденья отрывает сиденье от самолета, затем ракетный блок под сиденьем срабатывает, чтобы поднять сиденье на высоту. Поскольку ракеты срабатывают дольше, чем пушка, они не требуют таких же больших усилий. Ракетные сиденья zero-zero также уменьшают силы, действующие на пилота во время катапультирования, уменьшая травмы и сдавливание позвоночника.
Вертолет Kamov Ka-50 , который поступил на ограниченную службу в российские войска в 1995 году, был первым серийным вертолетом с катапультируемым креслом. Система похожа на систему обычного самолета с фиксированным крылом; однако основные винты оснащены разрывными болтами для сбрасывания лопастей за несколько мгновений до срабатывания кресла.
Единственным коммерческим реактивным лайнером, когда-либо оснащенным катапультируемыми креслами, был советский Туполев Ту-144 . Однако кресла присутствовали только в прототипе и были доступны только для экипажа, а не для пассажиров. Ту-144, потерпевший крушение на Парижском авиасалоне в 1973 году, был серийной моделью и не имел катапультируемых кресел.
Исследовательский аппарат для посадки на Луну (LLRV) и его преемник, учебный аппарат для посадки на Луну (LLTV), использовали катапультируемые кресла. Нил Армстронг катапультировался 6 мая 1968 года, вслед за Джо Альгранти и Стюартом М. Презентом. [20]
Единственными космическими кораблями, которые когда-либо летали с установленными катапультируемыми креслами, были «Восток» , «Джемини» и « Спейс Шаттл» . [21]
Ранние полеты Space Shuttle, которые использовали Columbia , были с экипажем из двух человек, оба были снабжены катапультируемыми креслами ( STS-1 по STS-4 ), но кресла были отключены и затем сняты по мере увеличения размера экипажа. [22] Columbia и Enterprise были единственными двумя орбитальными кораблями Space Shuttle, оснащенными катапультируемыми креслами. Орбитальные корабли класса Buran планировалось оснастить креслами K-36RB (K-36M-11F35), но поскольку программа была отменена, кресла так и не были использованы.
Ни одно реальное наземное транспортное средство не было оснащено катапультируемым сиденьем, хотя это распространенный троп в художественной литературе. Ярким примером является Aston Martin DB5 из фильмов о Джеймсе Бонде , в котором было катапультируемое пассажирское сиденье.
