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在我国的现役战略飞机中,歼轰七飞豹曾经屡次呈现过先后座航行员双双殉难的严峻事故。天真从技艺角度来解析的话,气动形状/航行操纵的整体策画过于保守、双座舱抛盖策画不利于弹射救生、配套的通用型弹射座椅本能欠安,是致使这类场面的三个最紧急道理。
一:机翼对附着气流的操纵才略不够,易于激发飞豹失速
飞豹基本策画成型于年,受限于那时技艺程度,较为先进的气动和操纵策画比如经由边条翼引入涡流升力、翼身合并处置、电传飞控系统等均未思量。而在那时的计划取舍中,为了将策画难度和危害减到至少,策画单元又采取了此中最为保守的一个计划,这便是后来飞豹易于失速的祸胎。
图:歼轰7A型的号底细机,留意机翼前缘没有灵巧襟翼
升力归根结柢来自升力面(如下均以机翼为例)高低表面气流由速率差引发的压力差,遵照气流速率高的地点压力较小的规律,增大升力就要想法提升机翼上表面气流的流速。当机翼的与当面气流的夹角(迎角)增大时,气流经由机翼高低表面的途程之差也随之增大;这便象征着机翼高低表面气流速率差的增大,也许说升力的增大。
这便是为甚么战争秘要强调大迎角才略。但迎角太大此后,庞大的压力差就会扯破、揉碎底本附着在机翼上的法则气流,留在机翼上表面的都是不少混乱的小别离旋涡;这功夫机翼高低表面的法则气流之间的压力差就会火速减小,飞机就加入遗失升力的失速形态。
图:升力的实质便是机翼高低表面的压力差(上),加大迎角能加大升力,但过火就会引发气流别离致使失速(下)
失速局势在扇叶策画欠安的劣质电风扇上也能见到:气流俄然没法连续附着在扇叶上,风扇俄然声响变得很大,振荡也强烈起来(别离旋涡的振荡);纵使还在高速滚动,但风力却变得极为微漠。试想一下,在空气中吃不住力的不是扇叶,而是飞机的机翼,那会产生甚么样的事故?谜底便是飞机打着转往下掉,俗称尾旋,不能准时改出这个形态就只可坠毁。
图:号样机航行扮演时的坠毁进程片时,后舱航行员弹射胜利,前舱航行员壮烈殉难
推延机翼失速极限的想法有不少,战争机里最罕用的伎俩便是灵巧襟翼;它能够经由灵巧改动机翼的弯度,统筹平飞时的低阻力与大迎角时的高失速极限。然则灵巧襟翼须要举行电气化的积极操纵,它是遵循空速等传感器数据来自开做事的;那时策画单元认为危害较大,抛却了这一策画。
图:F16的襟翼操纵政策。死板飞控飞机也能够采取灵巧襟翼,好比我国在歼7E/G上的运用就很胜利。
最后飞豹由于缺少灵巧襟翼(它后缘的襟翼不同意高速下利用,也没法积极调度,只可用于升空和起飞),况且自己机翼策画受期间程度束缚并不很好;航行中机翼浅显孕育气流别离,对失速对照敏锐,很浅显孕育不受操纵的翻腾(单侧机翼失速)也许加入尾旋(双侧机翼失速)。纵使在机翼外侧设有锯齿,老飞豹上尚有翼刀,但都没有太显然的改进影响。
二:双座抛盖策画须要耗费更多的救生工夫
飞豹做为战争轰炸机,在施行职责时大批存在中低空、乃至是超低空行动。一旦呈现失速,经常没有抢救飞机的机会,而是务必马赶上行弹射逃生。但双座飞机的弹射自己就相当费事,后、前座务必拉开弹射时的间隙,不然弹射座椅的火箭喷流彼此销毁座椅伞具烧伤航行员、先后航行员相撞、伞具地面轇轕的概率会尤其高。
图:K36系列座椅为了适应并列双座布局,在后续型号改良中,增加了弹射轨迹散发机能
针对这类题目开拓的弹射轨迹散发技艺最先呈目前美国,在坐椅弹射此后经由侧向火箭等动力使先后座椅向左右不同的方位交叉航行,使弹射间隙能够收缩到0.5秒。
而缺少这类策画的飞机,不光是飞豹,也囊括苏27、苏30在内,须要0.9~1.2秒的工夫。况且飞豹系列飞机一贯沿袭了抛盖弹射策画,抛除座舱盖自己又须要0.3~0.4秒的工夫。而这多出的零点几秒、一秒多的工夫,在战争机低空弹射时经常便是生与死的区别。
图:抛盖弹射工夫都市慢一点,除非学f22用较大分量和成本价钱,安设额外的助推火箭
我国曾有一次教八飞机双座弹射,后舱航行员先行弹射赢得胜利;而前舱航行员弹射时就曾经错过期机可怜殉难。如此的事故,在飞豹上也呈现过。年10月14日,陕西蒲城,试飞院一架编号的JH7A底细机在航行扮演时坠毁,前舱试飞员余锦旺殉难,后舱航行员在触地前一刻弹射逃生
图:国内好些年前就做过飞豹的穿盖弹射实验,实验终于改进显著,但一贯没有见到遍及到飞豹现役飞机上的公然的报导也许论文材料
三:HTY-6通用型弹射座椅本能欠安
我国自助开拓了两款从军的第三代弹射座椅,歼10的配套工程中,特地引进西方技艺开拓了一款本能较高的HTY-5三代座椅;中枢技艺是三因素(高度、速率、工夫)的祈望机芯片操纵开伞,极大加强了低空繁杂情形下的弹射救生才略。
而歼11B/歼15等型号,则配备了苏27系列原装的K36D座椅基本上开拓的仍旧型,这个系列的弹射座椅本能也是国内最佳的。尤其是高速救生才略,K36系列的本能在全全国畛域内的现役型号中,都是唯一无二的跨越。
图:HTY-6弹射座椅
而新飞豹上合用于另一款表面上也是第三代的HTY-6弹射座椅,它由于紧要做为配备二代机的通用型配备开拓,中枢方针便是为了低沉成本;是以本能对照有限,不管是高速救生才略仍旧低空救生才略,都和歼10上配备的HTY-5差异显著。
被人们津津有味的零零弹射才略,本来可是第二代弹射座椅的基本请求。而第三代弹射座椅的关键,在于遵循弹射时的高度、速率、姿势等前提不同,取舍最符合的开伞方法和推延工夫,尽大概减短航行员从启滚动射到开伞的工夫。
好比飞机高速弹射时,纵使航行员一弹出去就开主伞,庞大的气动阻力和延缓过载能够直接就把伞衣撕碎、把航行员甩扯到致伤致死;务必先开波动伞,再经由一段工夫的延时,姿势波动速率减小此后才力开主伞。但纵使低空弹射还照搬这些行为挨次和延时,航行员等不及开伞就要摔到地上。
相较于HTY-5的三因素(速率、高度、工夫)电子程控器,HTY-6采取了简化的双因素死板操纵器,只可遵循弹射时的高度、速率来肯定开伞,操纵程度在三代弹射座椅里是最简易的。这使它在面对低空繁杂姿势——好比飞机侧翻、乃至倒扣形态下的弹射时,本能展现对照弱,须要更大的高度才力实现对航行员的平安救生。
由于气动和操纵策画过于保守,缺少对机翼气流的操纵才略,飞豹自己就浅显加入失速尾旋形态。而由于它紧要在中低空乃至超低空行动,一旦失速航行员就很难有回旋飞机的机会,务必弹射。而弹射系统自己本能的不够,又显然低沉了航行员的救生胜利率。飞豹的再三严峻事故,都是由这三个成分毗连营用激发的。
歼10的HTY-5座椅,高速救生才略存在显著的毛病
图:HTY-5弹射实验,留意座椅与座舱之间有根波动绳,它对座椅出舱姿势举行波动
歼10上配备的HTY-5弹射座椅,在基本策画风致上和我国恒久利用的苏联座椅齐全不同。好比积极力火箭的体例,俄式产物喜爱做成火箭包,平铺在坐椅最底部;而HTY5则采取椅背火箭,贴着靠椅安设,这是尤其模范的西方风致——尤其是马丁贝克风致。
翻阅~年我国波及到弹射救生的研讨材料,本来习体例和引用数据、论证思绪、蓝图本能操办等方面,都显然是在进修西方;理论上这一畛域,苏联的现役产物在策画思绪上,比西方产物要良好不少。
囊括HTY-5在内,一共的西方法初期三代弹射座椅都存在一个尤其致命的策画毛病:高速航行时的波动性尤其差,极易使航行员在高速弹射时受伤、殉难。美国水兵统计了-年间的弹射事故,此中弹射速率高出千米的弹射总计10人;就在这10人中,伤亡高达6死2重伤,只遭到柔和损伤的唯一2人。
图:HTY-5的动力火箭,装在椅背的外侧。
而HTY-5的救素本能,并未高出美国水兵这一期间所采取的配备程度。尤其是在一些对材料、工艺、策画请求较高的方面,HTY-5受制于国内产业和科研基本还要弱一些,好比救生伞的最敞开伞速率等本能。
由于一贯找不到冲破的法子,西方在弹射救生理论中恒久认为,开放式弹射座椅的速率极限不能高出千米/小时,这也成为了HTY-5策画时的目标极限。而美国更是在年下定了庞大的决心,开展了新的研发操办,要把弹射座椅的最大救生速率做到千米/小时。
但是苏联配备于苏27/米格29的K36弹射座椅具有极为超卓的高速波动性策画,其最大弹射速率能够到达千米/小时。时至本日,除了K36座椅自己的盗窟仍旧货;仍旧没有任何一型西方法的弹射座椅,囊括f22的座椅在内,能在高速弹射救生畛域与之一战。
图:不少人误认为弹射座椅是靠火箭动力出舱的,本来它是用活塞弹射筒给弹出去的。依托火箭做二级动力,弹射座椅才力在人受患有的情形下飞更高;这便是所谓零高度、零速率弹射的本能冲破。00弹射,可是第二代弹射座椅的准则,果然不是甚么先进才略。
首先最浅显了解的便是高速气流的吹袭,纵使不加以波动和管束来掩护的话;高空速率到达千米/小时(文件中压力千克/平米,祈望出高度~米间;若在海平面只要千米/小时)此后,不到0.1秒就可以让髋关节齐全外展。一个身强体壮的大汉,会在片时(不到0.1秒,人体视觉都看不到进程)被气流强掰一字马究竟没法抵抗,乃至直接脱臼骨折。
纵使当代弹射座椅都市很厚情味的用管束带绑住航行员的腿,用铁架子(限臂器向下偏转)盖住航行员的手;但在理论高速弹命中,仍旧没法阻挠航行员的肢体甩打。
高速弹射失利中最紧急的死因,便是座椅弹出座舱后遭到庞大的气动阻力,带着航行员在地面以很大过载举行延缓时,又极为激烈的朝各个方位举行翻腾;同时肢体和头部受气流吹袭和翻腾的影响,强烈的歪曲甩制孕育头、脖子、胸部的严峻内伤。
图:留意卡住航行员小腿的束缚机构,大腿边上有挡板,肩臂不光有挡板还增加了拦阻网
究竟上西方三代弹射座椅的波动策画赶快进展是在90年月此后,那时他们曾经猎取了苏联K36座椅的材料和什物,美国还与俄罗斯举行了K36的毗连改良研发。囊括HTY-5在内,西法策画绝大多半现役的三代弹射座椅对高速波动性并非没有思量,但详细策画经常并没有甚么用。
比如HTY5的波动策画有两个,一个是7米长的波动绳,对座椅弹射出座舱的进程有确定成绩;另一个是在坐椅的面前,有一个两点毗邻式的波动伞。
由于波动伞一贯处于座椅反面的紊流区内,它究竟上不能起到蓄意义的成绩。这一点最先在试飞判定中被确认:“高速弹射实验中人椅系统波动性较差,三向角速率值较大且改动激烈,应取舍办法,提升座椅在高速形态下弹射时人椅系统的波动性。”那时的弹射速率还不到千米/小时。
图:f35弹射座椅的波动伞,HTY-5策画与之尤其宛如
图:HTY-5
后来研发单元在天下平安救生学术调换会上也坦承,HTY-5的波动伞“有一点点偏航波动成绩,高速时基本起不到偏航波动的影响”;况且座椅朝各个方位翻腾时的角速率“最高到达度/秒,这类情形下航行员纵使生还,其受伤概率也确定是很高的”。
这象征着航行员会在片时峰值到达35~40倍重力、况且重力方位连续赶紧改动的情形下,保持2~2.5秒的高倍重力赶紧延缓形态,每秒钟还要转上热诚四圈,曾经严峻高出了美国水兵准则中的平安极限(度/秒)。
今朝HTY-5今朝的救生胜利率照样尤其高,关键道理在于歼10的坠机事故绝大多半来自鼓动机失灵;航行员仍旧对弹射机会有很大的操纵才略,能够低沉到平安速率畛域内弹射。纵使然举行千米/小时以上的高速弹射,以HTY-5在判定试飞中的展现,不会媲美国水兵统计中高速弹射的60%殉难率低。
年HTY-5的电子操纵器举行了一次技艺进级,进一步优化了低空救生才略;但并没有改良座椅基本策画、加强高速波动性的公然动静。而我国二代机(囊括飞豹系列)上配备的通用型HTY-6座椅,由于本能定位较低,则齐全没有波动性策画。
自然期间总在前进,HTY-5终归是我国第一次自研弹射座椅,加之80年月确切没有甚么技艺基本,本能上存在较时势限性才是公道的情形。况且从低空救生才略来讲,HTY-5的展现是能够说不错的。
从今朝歼20暴光相片中的座舱细节研判,今朝歼20采取的弹射座椅头靠下方没有呈现波动杆包含筒,能够消除是K36眷属系列型号。是以歼20高概率采取的是HTY-5座椅的改良型号,然则详细的本能照样有待于关连材料的公然。
国内最佳的弹射座椅系列,是引进俄罗斯的K36系列
图:K36座椅,前哨防备板伸出,手肘处限臂器挡板放下,座椅双侧波动杆伸出,留意航行员的腿被吹捧了
K36座椅研发于上世纪60年月,苏联在汲取大批事故阅历此后,将新一代弹射座椅的策画中枢锁定在了两个方位。
第一个方位与西方不异,也是第三代弹射座椅的协同准则:遵循详细的弹射情形,好比高度、速率,灵巧的调度开伞行为与机会;保证纵使是在低空低速、飞机处于极为不利(飞机有很大下降速率、侧翻、倒扣)的情形仍旧有很强的救生才略。在这一方面,K36相同尤其先进;纵使是在采取了带有0.3~0.4秒延时的抛盖弹射方法此后,它的低空低速救生展现照样使人蔚为大观。
尤其是K-36的救生伞和开伞策画也尤其先进。它的ПСУ-36救生伞采取了开缝组织,由8个对称开缝实现高下速双模做事:低速时开缝很小,救生伞性格与未开缝、未收口的起飞伞热诚,阻力大,延缓快,很低的高度就可以举行平安救生。而高速时,开缝会在大速压下强迫翻开,直接排出一部份气流来削减开伞载荷,防止毁坏。
图:ПСУ-36救生伞
ПСУ-36救生伞的最敞开伞高度到达米,最敞开伞速率到达千米/小时。而歼10采取的HTY-5最敞开伞高度米,最敞开伞速率千米/小时(初期实验终于还达不到这个目标)。飞豹、歼八等二代机采取的HTY-6座椅最敞开伞高度和速率则唯一米、千米/小时。
而K36座椅的第二个策画方位,是西方现役弹射座椅都不具有的;便是将弹射座椅做为一个自力的航行器对待,采取特别的策画使座椅弹射出座舱此后能够大幅改动自己的气动形状,孕育波动可控的航行形态。
在这个基本上,K36得以极大程度的和缓了弹射座椅在延缓进程中对航行员孕育的庞大过载,况且极大的和缓了高速气流对航行员的吹袭损伤。这便是K36座椅在高速救生畛域独步天下的法门。
而宛如的将弹射座椅做为自力航行器、实现航行姿势能积极操纵的思绪,曾经是第四代弹射座椅的本能特性,在西方做的对照好的,都是先进座椅的考证型号——迄今为止,人类尚未有真实这甲第其余产物投入现役。最为热诚的现役三代半座椅,仍旧是K36眷属的最新改型。
图:K36座椅,留意大腿的托架,弹射时会升高。头靠双侧的圆筒里藏着合拢形态的波动杆
K36座椅的气动操纵策画分为两个部份,气流防备系统与姿势波动系统。气流防备系统有两个影响,首先是松开高速气流对航行员吹袭,其次是减小座椅的团体阻力,防止延缓过于赶紧,高出航行员生理承袭才略的极限。
高速气流具有尤其大的能量和摧残性——爆炸孕育的冲锋波从实质上讲,便是气流的高速疏通。当航行员走漏在高速气流中时,纵使是佩带有护目镜、氧气面罩;仍旧尤其浅显被气流吹伤脸部、顺着呼吸和消化系统组织吹伤肺部以及食道肠胃。
K36的气流防备系统由导流板、抬腿机构、限臂器挡板三者协同构成。在弹射时,导流板和抬腿机构都市腾越,导流板和限臂器挡板会盖住相当一部份当面气流,使其绕开航行员的头胸部和手臂;而抬腿机构会抬起航行员的大腿进取过高,减小顶风面积。K-36D在千米/小时下的延缓过载,仅与美国第三代ACESII座椅(配备F15等)在千米/小时下相当;而统一款座椅在千米/小时下的受力,险些三倍于千米/小时。
图:K36的波动杆/伞系统何如躲开座椅后方的紊流区,这个角度更直觉
K-36D不光高速过载低,况且姿势波动性尤其好。这收获于它采取了两根展开后长达1.8米的波动杆、以及可扭转的波动伞系统。两根波动杆在航向基本上外展15度,使波动伞处于椅面前的紊流区除外;不管姿势何如改动,一贯有一根的波动机能处于强而有用的形态下,能够火速把座椅拽回寻常姿势。这使K-36D座椅能够一贯保持着“立姿”形态,这个形态下延缓过载的方位一贯是航行员的胸背方位,人体耐受才略最高,受伤概率最小。
K36座椅的本能之精良,就连美国也口服口服赞不停口,及至于在90年月毗连俄罗斯研发K36座椅的改良型,并参与其下一代战争机的竞标。这一项目前催生的K-36D-3.5座椅,一改俄式配备笨重、操纵机能浅显的劣势,集俄美之长获患有部份四代弹射座椅的本能。
K-36D-3.5的改良紧要来自三个方面:
首先是从头策画了一遍组织,采取新的材料和工艺;这使它在增进了不少部件此后,整体尺寸更小,分量大幅削减25千克,况且座椅靠背角度可调,能够配备在更多飞机型号上。尤其是新火箭包经由改良燃料配方和工艺,其寿命和一切座椅相等,保护成本比从来K36低不少。
图:K-36-D-3.5弹射座椅,看上去就瘦了不少
其次K-36D-3.5大幅改良了操纵系统等机构的本能,开伞速率反映极快。新的电子程控系统中计划了高达50种弹射体例,在弹射片时会遵循飞机总线上供应的7种参数举行取舍,实现开伞高度、工夫的最优化。好比在速率小于即是千米/小时(能够直接开救生伞),飞机的侧翻角度大于90度时,K36-D-3.5的积极力火箭包就不再做事,防止孕育高度损失。
图:苏35上有两个东西比国内的好,一个是s鼓动机,再一个便是新款的美国技艺改良过的K36弹射座椅
同时K36-D-3.5还在头靠部位增进了两个姿势调度火箭,喷口指向双侧;如此在飞机处于侧翻弹射形态时,朝下的姿势火箭就会启动,协助弹射座椅往高处飞,赢得更大的开伞高度。依托开伞程序优化和姿势积极操纵才略,它的低空低速射伞工夫从0.7秒收缩到了0.2秒;飞机在千米/小时下倒飞弹射的高度从米撙节到了50米。
图:K-36D-3.5与K-36D在千米/小时速率下的倒飞弹射本能对照
纵使和四代弹射座椅的完好积极操纵航行才略比起来,三代半型号的K36-D-3.5本能尚有所不够,但其技艺程度曾经遥遥跨越别的任何一种现役座椅。
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我对HTY-6这类型号的操办思绪认为深深的战栗、不行了解、以及悲伤;我乃至认为这个型号的存在是一种屈辱——并不是由于它的本能也许策画程度。纵使是最大航行速率低、况且自己分量又尤其轻的训练机,为之开拓一款本能缩水版的轻型座椅是能够了解的,也是公道的。
然则对极限航行速率并没有低几何,相同要到达-千米/小时的二代机,去特地做一天本能显著缩水的型号就为了省点钱,这面前是一种甚么样的心态?二代机航行员和三代机航行员相同,谁不是一个活生生的人啊。更况且特地研发一个型号的耗费、其它确立一套保护体制的成本,都不是少量字,着末真能省几何钱下来吗?
候知健每份赞美都是有力协助,感动不尽