ОТДЕЛЯЕМЫЕ КАБИНЫ

Отделяемая кабина имеет большую массу, которая требует для ее отстрела мощную катапульту или мощный ракетный дви­гатель. Такой двигатель будет создавать в момент запуска мощную ударную нагрузку. Отделяемая кабина представляет собой круп­ную цель для поражения противником при спуске. С конструктив­ной точки зрения, быстрое разъединение электрических, гидравли­
ческих, пневматических и механических систем в момент отделе­ния кабины, да и само отделение кабины от самолета является чрезвычайно сложной задачей. Применение отделяемой кабины на малых высотах очень затруднено тем, что ее необходимо забро­сить на большую высоту, чтобы успели сработать все системы. Кроме того, ввод парашюта, затормаживающего кабину, и ввод основного кабинного парашюта, которые происходят при воздей­ствии отрицательных ускорений, доходящих до значений 30…32 £ , а также жесткое приземление могут причинить серьезные травмы экипажу, если не будут применены специальные системы типа привязных ремней, амортизирующих посадочных устройств с соот­ветствующими характеристиками.

На рис. 33 схематически представлено действие приблизитель­но одинакового по величине отрицательного ускорения на летчика, находящегося в обычном кресле (рис. 33, а), и на летчика, находящегося в отделяемой кабине (рис. 33, б). Ниже приведены характеристики катапультного кресла и отделяемой кабины:

	Кресло	Кабина
Полетная масса, кг…………………………………	… 136	250
Лобовая площадь, м2………………………………	… 0,6	0,94
Отрицательное ускорение g при М=1, м/с2.	… 31	32
Местное давление, кг/см2………………………..	. . . . 0,91	7,24

Рис. 33. Действие отрицательного ускорения на летчика

В случае отделяемой кабины летчик испытывает перегрузки, подобные перегрузкам, создающимся во время резкого торможе­ния при аварийной посадке.

Несмотря на конструктивные трудности при решении возникав­ших проблем, большой объем исследовательских работ и отсутст­вие уверенности в том, что при необходимости спасения на больших скоростях и на малых высотах с отделяемой кабиной можно будет достигнуть желаемых результатов, несколько типов отделяемых кабин все же были разработаны.

Мало того, высказывались предположения, что в дальнейшем будут разработаны стандартные отделяемые кабины в одно­местном и двухместном вариантах, которые будут устанавливать­ся на самолетах любого типа.

Работы велись несколькими самолетными фирмами и научно- исследовательским управлением флота США. В начале сентября 1956 г. американский экспериментальный самолет Х-2 фирмы «Белл» достиг высоты 38,5 км, рекордной для пилотируемых самолетов. Перед этим Х-2 разогнался до скорости 3050 км/ч. 27 сентября 1957 г. самолет Х-2 потерпел катастрофу. Его потеря прервала в США исследования в области больших скоростей и высот. Это был первый самолет с отделяемой кабиной. Фактически отделялась даже не кабина, а вся носовая часть фюзеляжа.

Отделяемая кабина крепилась к фюзеляжу в четырех точках по окружности (рис. 34). При нажатии кнопки аварийного сбрасы­вания происходило воспламенение заряда в центральной камере, расположенной за днищем кабины. Давление от центральной камеры передавалось по трубопроводам к четырем шпилькам, удерживавшим кабину, и выталкивало кабину вперед. При помощи вытяжного парашюта раскрывался основной ленточный парашют, на котором кабина спускалась до высоты 3000…3500 м. На этой высоте летчик покидал кабину, отделяясь от нее, открывал инди­видуальный парашют и спускался на нем на землю. Катапультного кресла на самолете не было.

Похожая по конструкции отделяемая кабина имелась и на другом реактивном самолете D-558 «Скайрокет» фирмы «Дуглас», построенном в 1948 г. (рис. 35).

Фирма «Чанс-Воут» выполнила заказ ВМФ США на разработ­ку спасательной кабины для скоростных самолетов, летающих на больших высотах. Кабина состояла, по существу, из передней части фюзеляжа самолета (рис. 36).

Рис. 35. Отделяемая кабина экспериментального самолета D-558 «Скайрокет» фирмы «Дуглас»

Одной из первых была разработана спасательная капсула для самолета F-8-1 «Крусейдер» фирмы «Чанс-Воут». Преимуществом кабины по сравнению с обычными или заключенными в капсулу катапультными креслами являлось то, что летчик имел полную свободу движений, так как ему не приходилось пользоваться парашютом, кислородной маской и т. п., поскольку обеспечивался наддув и вентиляция капсулы.

Спасение летчика осуществлялось следующим образом. Снача­ла капсула отделялась от самолета, причем для быстрого отделе­ния капсулы от самолета применялся ракетный двигатель. Капсула стабилизировалась выдвижными стабилизаторами, а для тормо­жения применялись тормозные щитки. На высоте 18 500 м при скорости 800 км/ч раскрывался первый парашют, а на высоте

4300 м, когда скорость уменьшалась до 350 км/ч, раскрывались три парашюта, обеспечивавшие безопасный спуск капсулы на зем­лю. В случае потери летчиком сознания управление снижением осуществлялось с помощью полуавтоматического устройства. Кап­сула обладала плавучестью и в ней имелись сигнальные ракеты, устройства для обогрева и запас продовольствия (см. рис. 36).

Кабина фирмы «Чанс-Воут» не удовлетворила ВМС и ВВС США, чьи требования к капсулам и отделяемым кабинам остава­лись неизменными. В этих требованиях оговаривалась расчетная скорость, высота, продолжительность полета, снаряжение экипа­жа и его состав. Кроме того, там было сказано, что:

перегрузки не должны выходить за пределы, установленные действующими нормами;

должно быть предусмотрено аварийное снаряжение летчика (маска, защитный шлем, высотно-компенсационный костюм, про — тивоперегрузочный костюм и т. д.);

должно быть обеспечено надежное укрытие экипажу после приземления или приводнения в любых метеорологических усло­виях;

вручную не должно выполняться никаких действий по управле­нию этапами катапультирования, кроме ввода в действие всей системы (т. е. должно было выполняться только одно движе­ние) ;

система должна быть выполнена так, чтобы имелась возмож­ность применения ее на разных самолетах (универсальность);

должна быть предусмотрена возможность спасения на взлете, рулежке или посадке на земле или на палубе авианосца.

/—стабилизирующие поверхности; 2 — вентиляционный клапан; 3 — упор головы; 4~^~ кислородный
баллон; 5 — материал, поглощающий удар; 6 — ножная скоба; 7 — рычаг катапультирования
кабины; 8 — аварийный комплект; 9 — ракетный двигатель; 10 — стреляющий механизм вытяжного
парашюта; //—вытяжной парашют; 12 — узлы разъема

Фирма «Локхид» попыталась применить другую отделяемую кабину (рис. 37). Процесс катапультирования в этой кабине был подразделен на следующие этапы:

1) начало катапультирования;

2) фиксация экипажа привязными системами;

3) ввод в действие стабилизирующих плоскостей (систем);

4) отделение кабины;

5) торможение и стабилизация;

6) снижение;

7) посадка (приземление, приводнение);

8) применение систем жизнеобеспечения после приземления или приводнения.

Этап 1. Начало катапультирования. Несмотря на то что введе­ние в действие системы не является сложной операцией, вызываю­щей какие-либо трудности, необходимо тщательно проверить, достигнута ли нужная надежность привода (ручки, поручни) си­стемы. Задача конструктора в данном случае заключается в максимальной легкости ввода в действие системы и исключении любых возможностей ее случайного непроизвольного срабатыва­ния. В основном предусматривается, что ввод в действие системы спасения осуществляется лишь соответствующим действием лет­чика. Проблемой здесь является выбор привода. Предпочтение было отдано рукояткам, установленным на подлокотнике. Такой способ обеспечивал хорошую опору для рук, снимая тем самым нагрузку с позвоночника в период действия порохового ускорите­ля, и предотвращал разброс рук в фазе торможения.

Этапы 2 и 3. Работа привязной системы и стабилизирующих плоскостей. До отделения кабины от самолета должны были сработать система фиксации летчика в кресле и установиться стабилизирующие плоскости. Силы торможения, действующие после отделения кабины от самолета, создавали нагрузку на привязную систему, а через нее — на кресло. Эти силы отличаются от традиционных сил, действующих на летчика при катапультиро­вании в открытом кресле. В рассматриваемом случае летчика будет отрывать от кресла вместо обычного прижатия потоком встречного воздуха. Это должно учитываться для фиксации как туловища, так и головы.

Стабилизирующие плоскости должны быть установлены до от­деления головной части, так как воздействие больших динамиче­ских давлений и большая неустойчивость самой отделяемой каби­ны могут привести за доли секунды после отделения к такому беспорядочному падению, при котором возникнут совершенно не­переносимые человеком перегрузки.

Этап 4. Отделение кабины. Одной из основных проблем в системе аварийного покидания с отделяемой кабиной в условиях больших аэродинамических сил является процесс ее отделения от самолета как при больших скоростях, так и на малых высотах. 90

г

В первом случае необходимо преодолеть большие аэродинами­ческие силы, во втором — забросить кабину на большую высоту, достаточную для раскрытия и наполнения парашюта. Но это не единственная проблема, их много. Так например, необходимо:

обеспечить прочность самолета по месту стыка отделяемой части с основным корпусом фюзеляжа самолета до отделения и после;

обеспечить прочность отделяемой части конструкции (кабины) на всех этапах работы систем, которые управляют снижением и приземлением (приводнением);

обеспечить отделение головной части аппарата при любом, даже неблагоприятном пространственном положении самолета, попавшего в аварийную ситуацию (штопор, вращение, пикирова­ние и т. п.);

обеспечить динамику движения отделяемой кабины, при кото­рой суммарные перегрузки, действующие на всех этапах движения, начиная от отделения кабины до приземления (приводнения), были бы не выше допустимых;

предотвратить возможность столкновения отделяемой кабины с самолетом или его частями.

Было проведено множество опытных работ по отделению каби­ны (или капсулы) на начальном участке траектории. Применя­лись различные способы отделения: движение по направляющим, поворотные рычаги, качающиеся рычаги и толкатели, состоящие из поршня и цилиндра. Окончательный вариант был выбран путем подбора величины и направления тяги ракетного двигателя, необходимых для нормального отделения и преодоления сопротив­ления кабины для случаев максимальных нагрузок от встречного воздушного потока. При этом перегрузки от работы ракетного двигателя не должны были превышать допустимые для человека величины в тех случаях, когда отсутствовали нагрузки от встречно­го потока. Надо полагать, что в случае применения отделяемой кабины (или капсулы) на ней будут применены все достижения современной техники, в том числе — электронная и микропроцес­сорная техника.

Особую сложность представляет создание надежной конструк­ции, обеспечивающей четкое разделение. При любой конструкции узлов, обеспечивающих разделение, первые 5… 10 см движение кабины должно происходить параллельно плоскости разъема, без удаления, обеспечивая тем самым условия для разъединения стыков самолетных систем.

Этап 5. Торможение и стабилизация (рис. 38). Эта фаза катапультирования также характерна своими трудностями. С од­ной стороны, необходимо торможение кабины, чтобы перегрузки не превышали допустимые значения и вместе с тем не были слишком малыми (иначе растягивается время торможения и соответственно — время до выпуска и раскрытия купола парашю-

Рис. 38. Отделяемая кабина фирмы «Локхид»: а — со стабилизирующими поверхностями; 6 — без стабилизирующих поверхностей; 1 — центр масс; 2 — аэродинамический фокус

та). Суммарное время торможения кабины имеет большое значе­ние при катапультировании на малых высотах и при больших скоростях с углом наклона к земле.

Не менее важна стабилизация кабины для предотвращения ее вращения на начальном участке траектории, которое может приводить к сложению перегрузок от сил торможения и вращения, выходя при этом за пределы перегрузок, переносимых летчиком. Кроме того, устойчивое движение кабины необходимо для того, чтобы нормально сработали механизмы раскрытия парашюта (во избежание его перекручивания) и барометрические датчики ско­рости. Эксперименты показали, что носовая часть кабины после отделения от самолета становится аэродинамически неустойчивой.

Для достижения статической и динамической устойчивости аэродинамический фокус отделяемой системы должен быть смещен назад за центр масс, а эту задачу, как правило, могут решить стабилизирующие поверхности (см. рис. 38, а). В процессе отра­ботки системы стабилизации было проведено большое число расчетов, продуто в аэродинамической трубе более 50 моделей стабилизирующих поверхностей различного типа. Опыты показа­ли, что в эксплуатации кабина в таком виде оказалась недоста­точно эффективной.

В носовой отделяемой кабине для получения качественной стабилизации и своевременного ввода парашюта после торможе­ния уже сейчас можно производить ориентирование, применяя микропроцессорную и электронную технику. Она позволяет управ­лять величиной и направлением вектора тяги двигателя и временем срабатывания всех систем.

Этап 6. Снижение. Даже в условиях хорошо организованного стабилизированного снижения непросто обеспечить выживание экипажа после прекращения вентиляции кабины, т. е. после того, когда прекращается поступление в кабину холодного или горячего воздуха, ранее отбираемого от двигателя самолета. Это особенно важно, когда отделение происходит на предельно больших скоро­стях, так как тогда происходит интенсивный аэродинамический нагрев обшивки. Кроме того, для поддержания в кабине атмосфе­ры с достаточным содержанием кислорода и необходимым давле­нием требуются емкости с запасом газов на весь период снижения до высоты 4…5 км. Предполагалось, что для удобства пилотирова­ния в полете летчик не будет иметь специального компенсационно­го костюма. Однако возможность внезапной разгерметизации кабины от боевого повреждения или неисправности может изме­нить отношение к этому вопросу. Изменится оно еще и потому, что при конструировании основным критерием может послужить масса, поэтому вместо предполагавшегося возмещения утечек бортового запаса воздуха более надежен и с меньшей потерей массы может быть использован компенсационный костюм.

Второй проблемой этого этапа процесса катапультирования является своевременное и быстрое раскрытие парашюта. При катапультировании на малой высоте необходимо быстрейшее рас­крытие купола и произойти оно должно в наивысшей точке траектории. Импульс энергодатчика для отделения кабины рас­считывается на такого рода катапультирования. При катапульти-

Рис. 39. Последовательность срабатывания элементов системы ввода парашюта отделяемой кабины фирмы сЛокхид»: Т—раскрытие вытяжного парашюта; Н — вытягивание контейнера с главным парашютом; ///— раскрытие главного парашюта; / — контейнер с вытяжным парашютом; 2— вытяжной снаряд; 3 — контейнер с главным парашютом; 4,5 — вытяжные парашюты для большой и малой ско­ростей соответственно

ровании на большой высоте или большой скорости парашют должен раскрываться с определенной задержкой.

Последовательность стадии раскрытия парашюта представле­на на рис. 39. Стреляющий механизм вытягивает парашют летчика, который в свою очередь стягивает контейнер с основным пара­шютом. У основного парашюта сначала вытягиваются из кон­тейнера стропы, это обеспечивает большую надежность раскрытия купола.

Этап 7. Стабилизация кабины в момент приземления. При обыч­ном прыжке с парашютом летчик в момент касания производит некоторое торможение и амортизацию ногами, благодаря чему безопасная вертикальная скорость снижения ограничивается вели­чиной 5…7 м/с. При приземлении кабины этого нет. Гашение ско­рости может быть достигнуто только размерами площади парашю­та. Скорость снижения кабины в момент приземления не может быть доведена до нуля сопротивлением воздуха.

Гашение скорости было доведено до 10 м/с. Последующее уменьшение скорости приводило бы к значительному увеличению размеров парашюта, а это, в свою очередь, отрицательно сказы­валось бы на характеристиках торможения на начальном этапе работы парашютной системы.

Были исследованы и другие способы торможения: воздушное торможение, амортизаторы и подушки из бумаги. Вначале пред­полагалось, что кабина должна сохранять нормальное положение при выравнивании в любых условиях местности. При исследова­ниях были выявлены недостатки такого решения и от него приш­лось отказаться.

Окончательно выбранная система была основана на лучшей переносимости человеком поперечной перегрузки в сочетании с поглощением энергии конструкцией носовой части кабины. Для осуществления этого метода кабина снижается в крайнем вертикальном положении. Облицовка носового конуса кабины выполнена из жароупорной керамики, разрушающейся при раск­рытии парашюта. Это обеспечивает начальный контакт передней металлической части конструкции с землей. Носовой конус улуч­шает характеристики торможения за счет деформации своей конструкции. После этого кабина начинает вращаться и два клиновидных стабилизатора поглощают небольшой остаток энер­гии. Снижение кабины крутым пикированием облегчает задачу крепления парашюта и обеспечивает остальную последователь­ность операции торможения (см. рис. 39). Из нижних клино­видных стабилизаторов выдвигаются два надувных мешка, кото­рые придают кабине устойчивость по крену при приводнении.

Этап 8. Выживание. После благополучной посадки кабины возникает только одна проблема — выживание экипажа до момен­та появления спасателей. Большим преимуществом конструкции кабины является то, что она сама может служить летчику

средством укрытия или спасательной лодкой. Кабина имеет хоро­шую изоляцию, так как она рассчитана на большие скорости полета. Условия внутри кабины можно легко регулировать путем изменения тени над фонарем или открытия-закрытия фонаря. Внутри кабины имеется достаточно места для размещения спаса­тельного снаряжения: радиостанции, буев, пищи, одежды, принад­лежностей для охоты и рыболовства и т. п. Содержание НАЗа, разумеется, зависит от того, над какой местностью летает само­лет. Большой располагаемый объем контейнера допускает разме­щение в нем большего ассортимента снаряжения, чем это возмож­но в контейнерах современной конструкции, размещенных в откры­тых катапультных креслах.

Разработанную отделяемую кабину в виде носовой части фирма «Локхид» пыталась применить на экспериментальном само­лете F-104 (см. рис. 37). Для того чтобы предотвратить сильную неустойчивость этой кабины, перед катапультированием выпуска­лись стабилизирующие поверхности. Кабина отделялась от само­лета под действием порохового ракетного двигателя с максималь­ной тягой порядка 200 кг/см2 и продолжительностью действия 0,5 с (импульс 7=100 кН). Вектор тяги проходит через центр масс кабины под углом 30° к ее горизонтали (см. рис. 38, 39).

Однако кабина использована не была. На этом же самолете предполагалось применение катапультируемого вниз кресла «Модель Д», но и оно не нашло применения на серийных самоле­тах F-104 — на них стали устанавливать кресла М1<. 7 английской фирмы «Мартин-Бейкер».

Для спасения экипажа самолета F-111 была разработана двухместная отделяемая кабина (рис. 40). В случае аварийной ситуации любой из двух летчиков мог потянуть соответствующую ручку и тем самым ввести в действие систему спасения. После

і Рис. 40. Двухместная отделяемая кабина самолета F-111 фирмы «Дженерал Дайнэмикс»

этого все последующие операции осуществлялись автоматически. Кабина обеспечивала спасение и на старте. Полная тяга двигателя составляла 113 кН и была направлена через центр масс кабины. После отделения кабины принудительно вводился стабилизирую­щий тормозной парашют диаметром 1,83 м, а при уменьшении скорости ниже 550 км/ч и высоте 4500 м вводился основной парашют диаметром 21,3 м. Кабина снабжена надувными баллона­ми для амортизации удара при посадке, обеспечивающими плавучесть. В случае вынужденной посадки самолета на воду каби­на автоматически отделялась при погружении самолета в воду глубже 4,5 м.

В 1967 г. два члена экипажа самолета F-111 катапультиро­вались при скорости 450 км/ч на высоте 9000 м и благополучно приземлились в отделяемой кабине. Однако при дальнейшей эксплуатации после вынужденного применения отделяемой кабины большинство случаев заканчивались катастрофами. Катастрофы послужили причиной отказа от применения на самолете F-111 отделяемой кабины, и на самолетах были установлены открытые катапультные кресла типа ESCAPAC. Также вынуждены были отказаться от спасательных капсул и на бомбардировщике В-70 «Валькирия». Аналогично самолетам F-111 от отделяемой кабины вынуждены были отказаться и на сверхзвуковом бомбардировщи­ке В-1.

Созданные за рубежом отделяемые кабины и капсулы ввиду их малой эффективности не нашли широкого применения и, более того, уже применяемые на самолетах F-111 и В-1 были заменены на открытые катапультные кресла.

Усложнение самолетов применением на них в качестве средств аварийного покидания отделяемых кабин и капсул, по сравнению с катапультными креслами, делает их малоперспективными для истребительной авиации, но не исключает возможности их приме­нения на специальных аппаратах и гиперзвуковых самолетах.

Да и статистика аварий в истребительной авиации свиде­тельствует о том, что большинство катапультирований происхо­дит’ на малых высотах, где преимущества за катапультными креслами, а не за отделяемыми кабинами. Этим и объясняется, что созданию средства аварийного покидания на малых высотах при различных углах, на разных скоростях снижения уделяется основное внимание.

Имеющиеся меры обеспечения защиты летчика при катапуль­тировании (от воздействия скоростного напора воздуха — с по­мощью снаряжения, улучшенной фиксации конечностей и защи­той головы, автоматикой, управляющей вектором тяги двигателя кресла по его величине и направлению) позволяют считать, что катапультные кресла еще долгое время будут незаменимы в боевой авиации.

Например, бомбардировщики F-111 и В-1 выпускаются с ка­

тапультными креслами, а не с отделяемыми кабинами, как пре­дусматривалось ранее. Тем не менее, перспективы создания само­летов, рассчитанных на полеты со скоростями при М=6 и более и достигающих потолка свыше 30 000 м, приведут к несоот­ветствию характеристик кресел и таких самолетов: летчик в открытом кресле пострадает от воздействия аэродинамическо­го нагрева при таких значениях М или от воздействия очень низких температур и декомпрессии на больших высотах. Для таких режимов полета капсула или отделяемая кабина могут оказаться более эффективным средством спасения.

4-683