КАТАПУЛЬТНЫЕ КРЕСЛА С ЗАЩИТОЙ ОТ ВОЗДУШНОГО ПОТОКА

С 1955 г. зарубежная авиационная промышленность значитель­но активизировала свою деятельность в области усовершенствова­ния существующих катапультных кресел и создания новых систем аварийного покидания, таких, как системы катапультирования вниз, катапультные кресла, заключенные в капсулу, отделяемые кабины и др.

Особый размах таких работ в США наблюдался после созда­ния Специального Промышленного комитета по разработке систем аварийного покидания для сверхзвуковых самолетов. Комитет объединил фирмы «Рипаблик», «Норт Америкен», «Макдоннелл», «Нортроп», «Локхид», «Боинг», «Грумман» и «Конвэр». Общее руководство и координация работ были возложены на фирму «Конвэр».

В те годы было создано много экзотических систем, не нашед­ших широкого применения или даже вообще не применявшихся. К ним можно отнести катапультируемые вниз кресла фирм «Мо — ран-Сольнье» и «Конвэр», кресла с дефлектором фирмы «Лок — хид» и «Конвэр», отделяемые кабины и капсулы. Целесообразно дать им краткую характеристику в порядке исторического обзора, хотя такие системы спасаемости и не повышали.

Первоначально считалось, что воздействия на летчика при катапультировании давления скоростного напора, перегрузки и температуры окружающего воздуха будут ограничивать примене­ние обычного катапультного кресла высотой менее 15 000 м и скоростью около 1000 км/ч. Но в дальнейшем было установлено, что применением различных защитных устройств и использова­нием высотного костюма со шлемом можно обеспечить достаточ­ную защиту летчика от воздействия окружающих условий и ско­ростного напора, при этом высказывалось мнение, что можно будет снять ограничения или значительно их расширить. Ряд проведен­ных в середине 1950-х гг. исследований дал основание прийти к заключению, что обычное катапультное кресло может обеспечить безопасность покидания самолета на сверхзвуковой скорости поле­та. Однако этот оптимизм разделяли не все, проявляя особое беспокойство в возможности удержания на летчике шлема и кислородного снаряжения при действии скоростного потока воз­духа.

Второй трудностью считали то, что катапультное кресло пред­ставляет собой свободное тело, а аэродинамика тел, имеющих неправильную форму, может быть определена только эксперимен­тально, особенно в неустановившемся полете. Характеристики подъемной силы и сопротивления могут быть определены достаточ­но точно, но найти место приложения результирующей силы очень трудно. Достаточно слегка изменить положение конечностей летчика или переместить его положение по высоте, как это вызовет изменения в характеристиках моментов кресла вокруг всех осей. В то время считалось, что единственное, что может обеспечить устойчивое положение, — это создание сложных и тяжелых средств стабилизации.

Уверенность в необходимости применения на открытых креслах перечисленных средств с большой массой привела специалистов к мысли о целесообразности создания капсулы или отделяемой кабины. При этом высказывался еще ряд преимуществ капсулы перед креслом, так например, возможность в значительной степени сохранить в целости снаряжения летчика и защитить летчика после достижения им земли.

Одна из первых капсул, разработанных в США, изображена на рис. 23. Но, как и предсказывалось некоторыми специалистами, применения она не нашла. И все же полностью тогда от капсул не отказались. Искали пути для облегчения переносимости neper —

Рис. 24. Катапультирование крес-
ла вниз из самолета В-47
«Стратоджет» фирмы «Боинг»
(1953 г.)

рузок, особенно на больших самолетах с высокими килями, где импульс для выброса летчика, обеспечивавшего перелет через киль, был значительным и мог приводить к повреждению позво­ночника, Выход из положения пробовали найти в создании кресел, катапультируемых вниз. В этом случае исключалась необ­ходимость переброса через киль.

В 1953 г. на бомбардировщиках В-47 «Стратоджет» фирмы «Боинг» проводились испытания одного из первых кресел, выбра­сываемого не вверх, а вниз. Применение такой системы усложняло конструкцию самолета, однако это скомпенсировало облегченное кресло, которое выбрасывалось небольшим пороховым зарядом или падало под действием силы тяжести. Преимущество системы заключалось в том, что кресло выбрасывалось с меньшими верти­кальными перегрузками. Кресло имело специальные стабилизи­рующие приспособления (рис. 24). Уменьшение горизонтальных перегрузок падающего кресла, если в этом была необходимость, достигалось увеличением падающей массы. С этой целью кресло утяжелялось установкой на него какого-либо оборудования (на­правляющих, по которым двигалось кресло в момент выстрела, системы питания кислородом и других устройств, которые можно крепить не к самолету, а к креслу). При оставлении самолета на больших высотах летчик вместе с креслом падал до высоты 4500 м, после чего кресло автоматически отделялось и летчик спускался на парашюте. На малых высотах кресло отделялось через 3 с.

Тогда же велись первые работы по созданию выбрасываемых кабин и капсул (рис. 25). Разрабатывалась система, позволяющая покидать самолет в два этапа. При этом сначала от самолета отделялась кабина, а затем из нее выбрасывался летчик. Однако разработчики, в силу сложности получавшейся системы, вели

поиски еще в одном направлении. Они проектировали кресла, закрывавшиеся специальной герметичной шторкой. Такие кресла предназначались для самолетов, которые должны были летать в стратосфере со скоростью 1900 км/ч.

Процесс катапультирования в таких креслах заключался в следующем: летчик ставил ноги на подножки и нажимал рычаг, кресло задвигалось в оболочку, которая затем автоматически закрывалась. После этого открывался аварийный люк, и как толь­ко пилот опускал предохраняющую лицо шторку, происходило катапультирование. Приземление осуществлялось вместе с крес­лом на парашюте.

Кресло фирмы «Моран-Солнье» (рис. 26). Это кресло на шарнирах / и 7 присоединено к рычагу 2, который шарнирно крепится к конструкции самолета. В обычном положении кресло удерживается тягой 4, на верхнем конце которой имеется электри­ческий механизм, позволяющий производить регулировку положе­ния кресла. Нижний конец тяги соединяется с креслом при помощи замка 5. К спинке кресла на шарнирах прикреплен аэро­динамический сервокомпенсатор 6. При аварийном покидании
самолета летчик приподнимает предохранительную крышку 3, удерживаемую пружиной, и отклоняет на себя рычаг 2. Кресло поворачивается в два приема. Сначала поворачивается рычаг вместе с креслом относительно оси, при этом отделяется нижняя крышка люка. Затем рычаг удерживается ограничителем поворота 8 и кресло поворачивается относительно оси, пока не упрется в ограничитель поворота 9. Поворот кресла осуществляется под действием силы тяжести и поэтому не требует специальных ус­тройств. На рис. 26,в приведена последовательность срабаты­вания кресла: I — летчик нажимает на рычаг; 11 — сбрасывается крышка люка и отклоняется рычаг; III — кресло отклоняется; IV — летчик отделяется от кресла.

Кресло фирмы «Дуглас». Фирма «Дуглас» разработала си­стему катапультирования летчика вниз для экспериментального сверхзвукового самолета «Дуглас» Х-3. Для сохранения верти­кального положения кресла при катапультировании применены стабилизирующие поверхности, прикрепленные по бокам кресла (рис. 27). При покидании самолета на большой высоте летчик с креслом падает с большой скоростью до высоты 4500 м, после чего кресло автоматически отделяется и летчик опускается на землю с парашютом. Если летчик выбрасывается на небольшой высоте, то он освобождается от кресла через 3 с. До установки кресла на самолет оно испытывалось на ракетной тележке на базе «Эдвардс» ВВС США, в аэродинамических трубах и, наконец,

выбрасывалось из бомбоотсека самолета, летящего на большой высоте и с большой скоростью. Естественно, что такая система обеспечить спасение на малой высоте и, тем более на разбеге, не может.

При разработке этой системы конструкторы должны были ре­шить одну из главных проблем — сохранение устойчивого поло­жения кресла сразу же после катапультирования его с само­лета в широком диапазоне скоростей — от дозвуковых до сверх­звуковых. Это требование объясняется тем, что человек выдержи­вает ограниченные нормами перегрузки. При катапультировании, если кресло не стабилизировано, перегрузки могут выйти за пределы допустимых. Стабилизация была достигнута установ­кой по бокам кресла двух стабилизирующих поверхностей.

Влияние перегрузки торможения было уменьшено путем уве­личения массы кресла. Для этой цели кислородное оборудова­ние, направляющие кресла и другие компоненты были смонти­рованы на кресле, а не на самолете, как это делалось обычно.

Как показали испытания, при входе летчика в скоростной поток воздуха под его шлемом в передней части создается боль­шое давление, под действием которого шлем может быть сорван с головы летчика вместе с кислородной маской. Для предотвра­щения этого к шлему был прикреплен прозрачный козырек и усилено крепление кислородной маски. Кроме того, в шлеме был сделан дренаж выхода воздуха, за счет чего под шлемом созда­валось разрежение, удерживающее его на голове.

Размещение кислородного оборудования на кресле исключи­ло необходимость иметь дополнительный баллон, поскольку летчик использовал основную кислородную систему на спуске до высоты, обеспечивающей нормальное дыхание. В системе имеется быстро — разъединяющееся соединение, в котором применены постоянные магниты.

Кресло «Модель Д» фирмы «Локхид». Фирма «Локхид» раз­работала кресло «Модель Д» для катапультирования вниз из са­молетов при скорости полета до 1500 км/ч у земли и до скорости полета, соответствующей М=3 на высоте. Эта модель была разработана фирмой в 1956 г. уже после выдвижения требова­ния управления по научным и опытным работам ВВС США о том, чтобы все новые самолеты, летающие со скоростью более 1100 км/ч и потолком свыше 15 000 м, были снабжены отде­ляемой кабиной или капсулами. Но от выполнения этого требова­ния ВВС США вскоре отказались.

Кресло «Модель Д» предназначалось для установки на самоле­тах F-104 с незначительной переделкой кабин. Несмотря на то что кресло катапультировалось вниз, оно имело ряд приспособ­лений для защиты от скоростного потока воздуха и для стаби­лизации его с летчиком после катапультирования.

В нижней части кресла (рис. 28) выступает дефлектор 1 воз-

душного потока, представляющий собой пластину, укрепленную на конце выдвижного штока длиною 1,2 м. Эта пластина, находясь в воздушном потоке, изменяет характер обтекания кресла и уменьшает как величину отрицательного ускорения, так и силу удара воздушного потока, действующих на летчика.

Снимки, полученные теневым методом, при скорости полета, соответствующей М=2, показывают, что отклоненный дефлек­тором поток обтекает тело, не создавая возмущения воздушного потока, как это имеет место для обычных кресел без дефлектора (рис. 29). Выступающий дефлектор со свинцовым грузом создает переднюю центровку кресла.

Боковые вертикальные кили 4 в сочетании с передним центром масс обеспечивают устойчивость кресла в направлении полета при катапультировании. Кили выступают вниз от чашки кресла. Горизонтальные стабилизаторы 6, шарнирно закрепленные при­близительно на середине килей, раскрываются для ограничения скорости вращения кресла и улучшают динамику полета. Боковые головные упоры 8, сжимающие с двух сторон шлем, уменьшают нагрузку на шею летчика.

При катапультировании ноги автоматически подтягиваются с педалей на подножки 2 и прочно удерживаются до момента отделения летчика от кресла. По бокам кресла отклоняются впе­ред упоры для колен 3, которые предотвращают разброс ног под действием воздушного потока.

Ограничивающие ленты 5, установленные по бокам кресла, удерживают руки летчика от движения в стороны и одновременно создают сопротивление, противодействующее инерционным силам.

Кислородное и связное оборудование 7 переконструировано с таким расчетом, чтобы оно выдерживало воздушную нагрузку при катапультировании.

При катапультировании на большой скорости горизонтальные стабилизаторы, дефлектор воздушного потока и упоры для ног устанавливаются в нужное положение до отделения кресла от самолета.

Кресло фирмы «Конвэр». Это кресло было близко по конструк­ции креслу фирмы «Моран-Солнье» (рис. 30).

Имеющиеся публикации свидетельствуют о неперспективное™ систем, рассчитанных на катапультирование вниз, так как боль­шинство катапультирований происходит на малых высотах, а неко­торое количество — на разбеге, пробеге и даже на стоянке, где такие установки вообще не применимы. Да и практически это положение подтвердилось тем, что от таких систем из-за их неэффективности пришлось отказаться.

В настоящее время не намного лучше обстоит дело и с созда­нием отделяемых кабин и капсул. Есть все основания полагать, что если они и найдут применение, то в ограниченном количестве на каких-либо специальных аппаратах.