Что такое катапульта в самолете
Немного о катапультировании из падающего самолета
Порой спасение жизни означает риск преждевременной смерти.
Ранее в среду британский истребитель F35 упал в Средиземное море во время выполнения рутинных операций, в результате чего островное государство понесло убытки на сумму не менее 134 миллионов долларов (100 миллионов фунтов стерлингов). К счастью, никто не пострадал, поскольку пилот катапультировался до столкновения и был впоследствии подобран из воды. Но все могло пойти совсем по-другому. Пилотов учат относиться к катапультированию как к крайней мере, не только потому, что боевые самолеты дороги, но и потому, что нет никакой гарантии, что это не окажется фатальным.
реклама
Катапультирование из истребителя состоит из двух этапов
После начальной фазы катапультирования прямо под сиденьем срабатывает стреляющий механизм. Как правило, это ряд небольших стволов, каждый из которых имеет небольшие сопла, служащие выхлопными отверстиями. В каждом из них находится твердое ракетное топливо, способное гореть примерно 0,2 секунды. Это может показаться очень коротким промежутком времени, но этого достаточно, чтобы поднять пилота на высоту 30 метров над летательным аппаратом, в зависимости от положения самолета и типа кресла. После завершения второй фазы из верхней части кресла вылетает парашют. Этот первый стабилизирующий парашют не замедлит движение кресла настолько, чтобы безопасно приземлиться, но стабилизирует положение пилота в нужном направлении и предотвратит опасное вращение.
Катапультирование на большой высоте может привести к смерти через удушье
Катапультируемые кресла: история появления
Вам это может показаться удивительным, но сама идея катапультирования летчика из самолета появилась еще на самой заре авиации вместе с первыми самолетами конструкции братьев Райт. При этом произведенная тогда простейшая конструкция работала, но использовать ее на самолетах-бипланах было почти невозможно, поэтому долгое время летчики покидали машину просто, вываливаясь из кабины. Однако теперь для этого используются специальные катапультируемые кресла, которые с момента своего массового появления смогли спасти жизнь тысячам летчиков. Катапультируемое кресло — это последний шанс пилота или других членов экипажа самолета (а теперь и вертолетов: Ка-50, Ка-52) спасти свою жизнь при возникновении на борту аварийных ситуаций.
При этом подобными средствами спасения сегодня оснащаются далеко не все самолеты. В большинстве своем речь идет о военных и спортивных машинах. Первое катапультируемое кресло на вертолете было установлено на отечественном Ка-50 «Черная акула». В дальнейшем они стали появляться и на других летательных аппаратах, вплоть до космических кораблей. Для того чтобы максимально повысить возможность выживания пилота после аварии летательного аппарата или даже его падения на землю, начали выпускать такие катапультируемые кресла, которые обеспечивают выживание пилота и защищают его во всем диапазоне высот и скоростей полета.
Современные системы катапультирования обеспечивают выброс несколькими способами:
1) По типу кресла К-36ДМ, когда катапультирование осуществляется при помощи реактивного двигателя.
2) По типу кресла-катапульты КМ-1М, когда выбрасывание осуществляется за счет срабатывания порохового заряда.
3) Когда для выбрасывания кресла с пилотом применятся сжатый воздух, как на самолетах Су-26.
Обычно после катапультирования современное кресло самостоятельно отсоединяется, а летчик приземляется на парашюте. При этом в последнее время ведутся разработки целых катапультируемых капсул или кабин, которые в состоянии самостоятельно приземлиться при помощи парашютов, а экипаж не покидает катапультируемого модуля.
Вот лишь два наглядных примера из недавнего прошлого, когда катапультируемые кресла спасали летчикам жизни. 12 июня 1999 года в день открытия 43-го Парижского авиационно-космического салона, новейший российский истребитель Су-30МК поднялся в небо для демонстрации тысячам зрителей возможностей сверхманевренности машины за счет использования управляемого вектора тяги.
Однако летную программу не удалось выполнить до конца: летчик Вячеслав Аверьянов неправильно оценил высоту полета при выходе машины из плоского штопора и поздно начал выводить машину из пикирования. Истребителю не хватило буквально метра высоты и машина хвостовой частью задела землю, повредив при этом левый двигатель. На правом двигателе уже горящий истребитель смог набрать высоту в 50 метров, после чего пилот и его штурман Владимир Шендрик катапультировались.
Осуществление катапультирования с небольших высот — это очень тяжелая ситуация. Считается удачным, если летчик после этого просто остается в живых. Поэтому специалисты с большим удивлением смотрели на приземлившихся российских летчиков, которые самостоятельно шли по полю аэродрома. Это произвело столь сильное впечатление на гендиректора парижского авиасалона Эдмона Маршеге, что во время своего выступления на пресс-конференции по случаю авиакатастрофы он сказал: «Я не знаю никаких других средств, которые могли бы спасти экипаж в этих условиях».
Российских летчиков спасло отечественное катапультируемое кресло К-36ДМ, созданное НПП «Звезда». Придумать ему лучшую рекламу было бы трудно.
Второй раз это кресло доказало свои высокие характеристики в 2009 году, когда при подготовке к авиасалону «Макс-2009» в воздухе произошло столкновение двух истребителей — Су-27 и спарки Су-27УБ из пилотажной группы «Русские Витязи». Все пилоты истребителей успели катапультироваться, двое из них выжили, хотя и получили очень серьезные травмы. Третий летчик — командир пилотажной группы Игорь Ткаченко — погиб, его парашют сгорел.
История создания катапультируемых кресел
До 30-х годов прошлого века скорости всех летательных аппаратов были невысоки и не создавали пилоту особых проблем, он просто откидывал фонарь кабины, отстегивался от привязной системы, переваливался через борт кабины и прыгал. Но к началу Второй мировой войны боевые самолеты преодолели невидимый барьер: при скорости полета более 360 км/ч летчика воздушным потоком прижимало к самолету с огромной силой — почти 300 кгс. А ведь в этот момент необходимо было еще как следует оттолкнуться, для того чтобы не удариться о крыло или киль, да и летчик уже мог быть ранен, а сам самолет сильно поврежден. Самое простое решение — отстегнуться, после чего подать ручку вперед, для того чтобы самолет «клюнул» и под действием перегрузки пилота выкинуло из кабины, — срабатывало далеко не всегда, только на небольших скоростях.
Катапультируемые кресла тех лет относят к креслам первого поколения, хотя данная классификация и условна. Они решали лишь одну задачу — выбросить летчика из кабины. Достигалось это за счет использования пневматики, хотя встречались и пиротехнические, и механические (подпружиненные рычаги) решения. Отлетев от самолета, пилот должен был самостоятельно отстегнуть ремни, оттолкнуть от себя кресло и раскрыть парашют — тот еще экстрим…
Второе поколение катапультных кресел появилось уже после окончания войны в 1950-е годы. В них процесс покидания самолета стал уже частично автоматизированным: достаточно было повернуть рычаг, для того чтобы пиротехнический стреляющий механизм выбросил кресло вместе с пилотом из самолета, также вводился парашютный каскад (стабилизирующий парашют, затем тормозной и основной). Использование самой простой баровременной автоматики позволяло обеспечить лишь блокировку по высоте (на большой высоте полета парашют открывался не сразу) и по времени. При этом задержка времени была постоянной и могла обеспечить оптимальный для спасения летчика результат лишь на максимальной скорости полета.
Так как один лишь стреляющий механизм (который был ограничен габаритами кабины и физиологическими возможностями летчика по переносимым нагрузкам) не мог выбросить пилота на необходимую высоту, к примеру, на стоянке самолета, в 60-е годы прошлого века катапультируемые кресла начали оснащать 2-й ступенью — твердотопливным ракетным двигателем, который начинал работать уже после выхода кресла из кабины пилота.
Катапультируемые кресла, оснащенные такими двигателями, принято относить к 3-му поколению. Они оснащены более совершенной автоматикой, при этом вовсе необязательно электрической. К примеру, на первых моделях данного поколения, созданных в СССР НПП «Звезда», парашютный автомат КПА был соединен с самолетом при помощи 2-х пневмотрубок и таким образом настраивался на высоту и скорость полета. С того момента техника сделал огромный шаг вперед, однако все современные серийно выпускаемые катапультные кресла относятся именно к 3-му поколению — американские Stencil S4S и McDonnell Douglas ACES II, английские Martin Baker Mk 14 и знаменитые российские К-36ДМ.
При этом стоит отметить, что изначально на данном рынке было представлено достаточно много компаний, но со временем на Западе остались лишь американские Stencil и McDonnell Douglas, а также английская Martin Baker. В СССР, а затем и в России катапультные кресла, как и другое полетное снаряжение, начиная с 1960-х годов, производит НПП «Звезда». Унификация кресел положительным образом сказалась на бюджете тех, кто эксплуатирует боевую технику (особенно, если в частях находится на вооружении не один тип самолетов, а сразу несколько).
Российское катапультируемое кресло К-36ДМ
Российское катапультируемое кресло К-36ДМ является лучшим в своем роде, это очень сложная система, которая не имеет аналогов в мире. В чем же уникальность российского подхода к спасению пилотов? Ныне покойный главный конструктор НПП «Звезда» Гай Северин так отвечал на этот вопрос: «Стоимость обучения профессионального, хорошо подготовленного военного летчика составляет около 10 млн. долларов, что составляет до половины стоимости некоторых машин. Поэтому мы с самого начала задумались над тем, чтобы не просто спасти летчика любой ценой, как это делают на Западе, а еще и спасти его без травм, для того чтобы в будущем он снова встал в строй. После катапультирования при помощи российских кресел 97% пилотов продолжают поднимать самолеты в небо».
В российском кресле все сделано для того, чтобы минимизировать возможность травмы пилота. Для того чтобы минимизировать риск травмы позвоночника, необходимо заставить пилота принять правильное положение. Именно поэтому механизм К-36ДМ притягивает плечи летчика к спинке кресла. Пиропритяг плеч сегодня есть на всех катапультных креслах (такие ремни используются даже в современных автомобилях), однако на К-36 имеется еще и поясной ремень. Еще одной степенью фиксации кресла являются боковые ограничители рук, которые обеспечивают боковую поддержку пилота и дополнительную защиту.
Еще один опасный фактор — это воздушный поток, который встречает пилота после выхода его из кабины. На все выступающие части тела летчика действуют колоссальные перегрузки, к примеру, воздушный поток запросто может сломать ноги. Именно поэтому все современные катапультируемые кресла оснащены специальными петлями, которые фиксируют голени, при этом российское кресло оснащено также и системой подъема ног — кресло сразу же «группирует» летчика (в таком положении снижает риск получения травм). Также кресло К-36 обладает выдвижным дефлектором, который защищает голову и грудь летчика от встречного потока воздуха при катапультировании на очень высоких скоростях полета (до 3 Махов). Все эти защитные механизмы приводятся в действие без участия летчика, а время приготовления занимает всего 0,2 секунды.
Помимо этого, российское кресло К-36 оснащено специальными двигателями коррекции по крену, которые находятся за заголовником и способны придать ему вертикальное положение. Вертикальное положение позволяет максимально использовать импульс ракетного двигателя, а также набрать высоту. Помимо этого, такое положение позволяет пилоту выдержать большие нагрузки при торможении (по направлению «грудь-спина»).
Катапультирование из самолета. Спасательная капсула самолета.
Спасательная капсула – это катапультируемое закрытое устройство, которое предназначено для спасения летчика из летательного аппарата в сложных аварийных ситуациях. В практике применяются герметичные капсулы, позволяющие лететь без скафандра и парашюта, обладающие непотопляемостью.
Существует две схемы капсульного спасения:
Отделяемая кабина для экипажа.
Катапультируемая индивидуальная закрытая капсула для летчика.
История
Только герметичные спасательные капсулы получили практическое применение. Они защищают человека от динамического воздействия давления, аэродинамического нагрева от перегрузок при торможении. Кроме того, такая капсула позволяет летать без скафандра, парашюта и обеспечивает нормальное приводнение.
Самой первой капсулой считается разработанная в США для военно-морского самолета F4D «Skyray». Но на тот момент капсула так и не применялась. После этого разработкой спасательных капсул для бомбардировщиков В-58 и ХВ-70 занялась компания Stanley Aviation. Для Valkyrie диапазон скоростей для отсоединения капсулы начинается со 150 км/ч и варьируется в пределах скоростей до М=3.
Катапультирование на Hustler
Применяемая в капсуле самолета автоматика осуществляет подготовку к покиданию, катапультированию и приземлению. В качестве подготовки имеется в виду придание телу летчика фиксированного положения, закрытие и герметизация капсулы. Механизм катапультирования срабатывает при помощи рычагов, которые расположены на подлокотниках.
Испытания спасательных капсул на бомбардировщике Convair B-58 Hustler
Сначала зажигается пороховой заряд. Его газы попадают в механизм герметичного закрывания – создается давление, соответствующее 5000-метровой высоте. Когда капсула закрывается, у пилота есть возможность управлять самолетом, поскольку штурвал остается в нормальном положении непосредственно внутри капсулы. У нее есть иллюминатор, который дает возможность наблюдать за приборами.
Видео топ-5 катапультирований в последний момент.
Катапультирование на ХВ-70
Отделяемая кабина
При создании отделяемой кабины для экипажа главной задачей считалось разработать более легкий и удобный в эксплуатации тип спасения. Кабина должна была повысить устойчивость в полете и уменьшить время подготовки в сравнении с катапультируемыми капсулами и сиденьями.
В практике эксплуатация аварийной системы покидания летательного аппарата очень сложное занятие. Механические связи, провода и бортовое оборудование в обычных условиях должны соответствовать требованиям полноценного функционирования и надежности, при этом разъединение должно происходить за доли секунды.
Самым рациональным считается отделение кабины с носовой частью фюзеляжа или с частью фюзеляжа, который образует вместе с кабиной легко разъединяемый герметизированный модуль. В конструктивном плане оба варианта могут сильно отличаться в зависимости от способа приземления. Посадка может осуществляться на воду или на сушу. В некоторых вариантах экипаж должен покинуть капсулу на определенной высоте до момента приземления. Проведенные испытания показали, что самым приемлемым типом кабины может быть цельноприземляемый, поскольку он более надежен.
Первые кабины применялись в экспериментальных экземплярах Bell X-2 и Douglas D-558-2 Skyrocket. В Х-2 применялась кабина, которая отделялась вместе с носовой частью. Она опускалась на парашюте до конкретной высоты, и пилот покидал ее привычным способом при помощи парашюта.
Рычаг для катапультирования
В 1961 году во Франции запатентовали отделяемую кабину, оборудованную надувными поплавками. Предполагалось, что во время аварии электрический механизм отделит кабину от летательного аппарата, включит ракетные двигатели и откроет стабилизаторы. В самой высокой точке полета при понижении скорости до нуля предусматривалось открытие парашюта.
В США разрабатывались два варианта отсоединяемых кабин. Stanley Aviation конструировала кабину для F-102, Lockheed – F-104 Starfighter. Практическое применение так и не реализовалось.
Современные кабины нашли практическое использование только в 2 сверхзвуковых самолетах В-1 Lancer и F-111. С такой кабины первое покидание осуществилось в 1967 году, когда F-111 попал в аварию. Экипаж произвел катапультирование на высоте 9 км на скорости 450 км/ч. Приземление благополучное.
Фирма McDonnell разрабатывала полностью герметизированную кабину самолета. Пилоты могли летать без специального оборудования. Покидание самолета было полностью безопасным. Отсоединение кабины происходило после нажатия рычага, который располагался между креслами экипажа. Когда команда была подана, вся система начинала работать в автоматическом режиме. Кабина отделяется, элементы управления и проводов разъединяются. Ракетный двигатель включается.
В зависимости от скорости и высоты полета двигатель отбрасывает кабину на 110-600 метров от самолета. В самой верхней точке полета кабина выбрасывает стабилизирующий парашют и станиолевые полоски, которые облегчают радиолокационное обнаружение для спасательных служб. После 0,6 секунд выбрасывания работа двигателя прекращается и происходит выпуск главного парашюта.
При разработке программы конструирования В-1 предусматривалось применение отделяемой трехместной кабины, как и у самолета F-111. Но из-за внушительной стоимости кабины, необходимости проведения исследований, сложности самой конструкции и обслуживания приняли решение о применении таких кабин только в трех первых экземплярах самолета. Во всех остальных экземплярах эксплуатировали сугубо катапультируемые сиденья.
История создания спасательной капсулы. Видео.
Катапультируемое кресло самолета
Катапультируемое кресло – специальное устройство, которое предназначено для спасения летчика или экипажа из летательного аппарата в сложных аварийных ситуациях. Такие кресла эксплуатируются в основном на спортивных и военных самолетах. Кроме того, первым вертолетом, на котором установили катапультируемое кресло, был Ка-50.
Самые совершенные модели кресел обеспечивают оптимальную жизнеспособность пилота на всех высотах и скоростях летательного аппарата, даже если катапультирование совершено с земли. Кроме самолетов, катапультные кресла устанавливались на космических кораблях «Восток». Их эксплуатация предусматривалась в аварийных ситуациях и для приземления в нормативных условиях, когда полет завершался.
1 — заголовник; 2 — стабилизирующая штанга; 3 — пиромеханизм системы стабилизации; 4 — пряжка ремня механизма эксплуатационного притягивания плечевых ремней; 5 — лопасть ограничителя рук; 6 — пряжка ремня механизма эксплуатационного притягивания поясных ремней; 7 — ручка механизма эксплуатационного притягивания поясных ремней; 8 — механизм эксплуатационного притягивания поясных ремней; 9 — кресло; 10 — кнопки системы регулирования сиденья; 11 — ручка аварийного включения кислорода; 12 — НАЗ; 13 — ограничитель ноги; 14 — ложемент голеней и ног; 15 — ложемент механизма подъема ног; 16 — щиток дефлектора; 17 — ручка катапультирования; 18 — замок системы фиксации; 19 — система фиксации; 20 — такелажный узел; 21 — свободные концы парашютной системы
Есть несколько схем отсоединения катапультируемого кресла от ЛА, но самый распространенный относится к выстреливанию кресла при помощи реактивного двигателя (К-36ДМ), сжатого воздуха (Су-26), порохового заряда (КМ-1М). После выстрела оно в автономном режиме отбрасывается, и пилот приземляется на землю на парашюте. В некоторых вариантах использовались спасательные кабины (В-1) или капсулы (В-58), которые опускались на парашютах.
Предпосылки к конструированию катапультируемого кресла
До второй половины Второй мировой войны пилот покидал кабину самолета следующим образом: нужно было встать с сиденья, переступить через борт, добраться до крыла и спрыгнуть в промежуток между хвостовым оперением и крылом. Таким способом можно было пользоваться на скоростях 400-500 км/ч. Но авиастроение не стояло на месте, и к концу Второй мировой пределы скоростей самолетов значительно выросли. Используя тот же принцип покидания самолета, многие летчики погибали или даже не могли сдвинуться с места, поскольку навстречу им шел сильный воздушный поток.
Как гласит немецкая статистика, на период с конца 30-х и начала 40-х годов в 40% случаев покидание самолетов вышеупомянутым способом заканчивалось катастрофой для пилота. В США ВВС также проводили исследования, которые показали, что 45,5% покиданий борта таким способ заканчивались травмами пилотов, а 12,5% – смертью. Назрела очевидная необходимость в поиске нового способа покидания самолета. Подходящим вариантом стало выбрасываемое кресло с летчиком.
История
Эксперименты с принудительным выбросом летчика из самолета проводились еще в 20-30-х годах, но их цель заключалась в решении проблемы страха пилотов перед «прыжками в пустоту». В 1928 году в Кельне на выставке представили систему, осуществляющую выбрасывание пилотов в кресле с парашютом. Выброс осуществлялся на 6-9 метров при помощи сжатого воздуха.
В 1939 году в Германии появились первые катапульты. Экспериментальный ЛА Heinkel He-176 был оснащен носовой сбрасываемой частью. Немного позже катапульты начали производить серийно. Их начали устанавливать на турбореактивные Heinkel Не-280 и поршневые Heinkel Не-219. В январе 1942 года Гельмунт Шенк (летчик-испытатель) совершил первое успешное катапультирование. Помимо этого, катапультируемые кресла устанавливали на другие немецкие самолеты. За весь период Второй мировой немецкие пилоты совершили примерно 60 катапультирований.
Первое поколение катапультных кресел разрабатывалось с единственным заданием – выбросить человека из кабины самолета. Отдалившись от ЛА, летчик должен был отстегнуть ремни для отсоединения кресла и раскрыть парашют.
Катапультные кресла второго поколения начали появляться в 50-х годах. В процессе покидания самолета частично принимала участие автоматика. Все, что нужно было сделать – дернуть рычаг. Стреляющий пиротехнический механизм выбрасывал кресло и вводился парашютный каскад: сначала стабилизирующий, потом тормозной и затем основной парашютный. Простая автоматика смогла обеспечить блокировку по высоте и задержку по времени.
Третье поколение появилось спустя 10 лет. Кресла начали укомплектовывать твердотопливным ракетным двигателем, который работал после отсоединения кресла от кабины. Их снабжали более новой автоматикой. Первые кресла этого поколения разрабатывались в НПП «Звезда» и обладали парашютным автоматом КПА, который соединялся с самолетом 2 пневматическими трубками и настраивался на высоту и скорость.
Современные модели катапультирующих кресел – британский Martin Baker Mk 14, американский МcDonnell Douglas ACES 2 и российский К-36ДМ. 10 декабря 1954 года полковник Д. П. Стэпп на авиабазе Холломан подвергся рекордной перегрузке – 46,2 g. Летчик-испытатель Д. Смит в 1955 году впервые совершил катапультирование на сверхзвуковой скорости.
Последовательность операций по катапультирование.
Кликните для просмотра.
Практически на всех самолетах привод катапультного кресла курируется пилотом. Но есть такие типы самолетов, в которых продумана функция принудительного катапультирования членов экипажа командиром самолета (Ту-22М). В России есть только один ЛА (палубный СВВП Як-38), оснащенный полностью автономной системой катапультирования. Данная система сама наблюдала за опасными режимами во время полета и при необходимости без желания члена экипажа выбрасывает его.
Производители
На сегодняшний день производством катапультируемых кресел все так же занимаются американские компании Stencil и МcDonnell Douglas и британская Martin Baker. В России такие кресла создает только НПП «Звезда». На практике в Советском Союзе катапультирующие кресла разрабатывались под определенный тип ЛА.
Катапультируемые кресла в космических авиалайнерах
Довольно часто возникает вопрос – почему катапультируемые кресла не устанавливаются в авиалайнерах. Тому есть несколько причин:
Большая часть летных происшествий возникает во время взлета и посадки, а именно тогда, когда на катапультирование пассажиров не хватает ни высоты полета, ни времени.
В военных самолетах перед моментом катапультирования откидывается остекление кабины. Тогда как в коммерческих самолетах пришлось бы сбрасывать потолок.
Катапультируемое кресло выбрасывается при помощи реактивного двигателя или порохового заряда, работа которых часто привела бы не только к травмам соседних пассажиров, но и к их убийству.
При катапультировании тело пилота подвергается сильным перегрузкам, которые безопасны только тогда, когда летчик принимает правильную позу и упор для рук и головы.
На высоте температура воздуха и давление значительно ниже, чем на земле. Молниеносная разгерметизация ЛА в таких условиях не только опасна, но и смертельна. Поэтому для катапультирования пилоты одеваются в специальные высотные шлемы и костюмы и используют кислородные маски.
Допустим, что все вышеперечисленные моменты не повлияли на здоровье пассажира, однако сам процесс спуска на парашюте довольно сложен и требует определенных навыков, которые отрабатываются сугубо на тренировках и специальных подготовках. Также в том случае, если пассажир будет спускаться на деревья, воду или горы, далеко не факт, что ему удастся остаться в живых.
Жесткие требования авиационной безопасности привели к тому, что количество серьезных происшествий и аварий по сравнению с удачными перелетами ничтожно мало. Учитывая габариты самого самолета с дополнительными комплектующими, уже сводится на нет установка катапультирующих кресел. Если для каждого пассажира монтировались такие кресла, масса и объем самолета сильно бы увеличились. В свою очередь это привело бы к повышению количества использования горючего, а соответственно, и к повышению стоимости самого перелета.