生命的保護神

彈射救生的問題與要求（對彈射救生系統的基本要求）

軍用飛機的彈射救生系統是了保證乘員能夠迅速逃離負傷的或發生了嚴重故障，已無法繼續駕駛的飛機而設計的，確定彈射方案時需考慮方方面面影響安全的因素，以免在救生過程中出現新的危及乘員生命的風險。例如：

彈射時不能讓飛行員撞到座艙蓋上（可采取先拋蓋，后彈射的辦法，或者利用座椅穿破座艙蓋）。

離機時的彈射高度必須大于飛機垂直尾翼的高度。救生過程中應保證飛行員和座椅能夠能在瞬間越過飛機的立翼，以避免向上運動的飛行員或座椅被快速前行的尾翼打到，對飛行員的生命構成威脅。

彈射時的設計過載等指標應適度，不能超出乘員可承受的極限。通常情況下，飛行員能夠承受的最大彈射力在1470千克左右，可承受的瞬間過載在16.3～20g之間。因此，彈射座椅在出艙時的設計加速度一般定為150米/秒2至200米/秒2，終速約16米/秒，持續時間0.12～0.18秒。此外，彈射救生時飛行員還必須按照規定的程序操作，并保持正確的姿勢，才能免受傷害。

彈射過程必須安全可靠。不僅要保證離機飛行員的安全，也要考慮未離機飛行員的防護（以并列雙座戰斗機為例，先離機的彈射座椅的火箭尾焰和產生的音爆，不能傷及或嚴重影響未離機的乘員）。

除了上述這些基本要求外，在不同的彈射救生環境條件下，為了確保跳傘人員的生命安全，還有一些特殊的指標必須滿足。

高空救生的問題與要求

所謂高空救生一般是指在10千米以上高度飛機失事時的救生。高空救生面臨的主要問題是：在萬米左右的空中，大氣密度很低，飛行員彈出座艙后將面臨著低溫、低壓、缺氧等一系列的問題，必須為其配備防護裝具。

最貼近地球表面的一層大氣，叫做對流層。其高度從海平面起一直到大約11000米止。 對流層的主要特點是，空氣溫度隨著高度的增加而降低（因而又被稱為變溫層），平均而言，高度每上升1000米，氣溫約下降6.5℃。與此同時，氣壓也隨高度的增加而降低。由于地球引力的作用，在5500米的高度范圍內，包含了大氣總量的一半。而整個對流層，大約占了全部大氣質量的四分之三。從大約10000米的高度起，直到30500米左右，其大氣溫度基本不變，平均保持在-56.5℃上下，因此被稱為同溫層。

如果飛行員在萬米高空跳傘，那么當地的氣壓將只有海平面的26%，空氣密度只有海平面的33.7%，溫度為零下50多度。與海平面的情況相較，當地氧氣含量的比例關系雖然沒變，但絕對值大大下降。在這樣的環境下待久了，人是很難維持生命體征的。因此，需要為跳傘的飛行員專門設計特殊的裝具，如全壓服、供氧設備等。一般情況下，彈射座椅和飛行員彈離飛機后，不能立即開傘，而應迅速下降到適宜高度（如3000米～4000米），然后再打開救生傘。

低空救生的問題與要求

所謂低空救生一般是指300米以下高度飛機失事時的救生。低空彈射救生的主要問題是飛行高度低、可供救生和臨機處置的時間短，如果不能在有限的時間內彈出，在有效的高度上開傘，將難以保證飛行員降落時不受傷害。為此，需要發展具備零高度、零速度性能的火箭彈射座椅，以便在短時間內將飛行員推送到開傘高度。

低空救生的另外一個難題是，由于高度有限，在復雜情況下（尤其是當飛機處于俯沖、倒飛、迅速下沉等不利姿態時），如何能夠保證安全彈射。這需要火箭彈射座椅在救生過程完全實現自動化，并在技術方面保證人/椅能夠迅速、機動地上升至安全高度后再開傘。

高速救生的問題與要求

所謂高速救生主要是指飛行速度處于跨聲速段時的救生。一般而言，飛行速度在200千米/小時左右時，如果飛機失事，駕駛員可自己爬出座艙跳傘；而當飛行速度超過400千米/小時后，受氣流壓力的影響，飛行員已很難依靠自己的力量爬出座艙了，必須借助外力離機。而當飛行速度達到800千米/小時以上時，如果不采取保護措施，彈射跳傘的飛行員便會面臨受傷或死亡的威脅。

在大速度狀態下彈射，迎面而來的高速氣流會對人/椅施加一定的壓力，不克服這種壓力，人/椅是不可能彈離飛機的。但這只是問題的一個方面，另一方面，還要防止高速氣流對飛行員的吹襲。

高速跳傘時，強烈的氣流對人體的影響是非常嚴重的，主要表現為以下幾點：

（1）動壓會對人體形成直接沖擊，可使臉部變形、眼結膜充血、皮下出血、軟組織撕裂、呼吸困難。

（2）由于迎面來流受到的阻力不均勻，會造成頭部扭轉、四肢甩打，從而引起肢體骨折、扭傷、關節脫位或腦外傷，以至導致意識喪失和死亡。

（3）如果氣流將個人的防護裝具吹掉，將引起缺氧、體溫驟降等問題，并造成傷亡；若飛行員穿的抗荷服或代償服被損壞，將使其失去保護作用。

人體對動壓的耐受閾限為0.316千克/厘米2，超過此值，就會受傷。如果動壓達到0.598千克/厘米2，就將面臨死亡的威脅。試驗結果表明，飛機表速在800千米/小時時，迎面氣流對人體的動壓達到0.310千克/厘米2；而當飛機表速在1100千米/小時時，對人體的動壓將高達0.580千克/厘米2。因此，人們一般將800千米/小時和1100千米/小時作為高速跳傘的兩個臨界速度。

為了保證飛行員在高空、高速彈射救生時的安全，需為其配備分離式座椅、供氧裝置、頭盔面罩或密閉式頭盔、抗荷服或代償服等，并采用護頭、護臂、護腿裝置，以便在離機時將人體的四肢固定住，抵御在高速氣流吹襲下產生的沖擊、撞擊，并防止低壓、缺氧等因素等人身造成傷害。

彈射座椅的進步與劃代

作為戰斗機、攻擊機、轟炸機等作戰飛機必備的航空救生裝置，從上個世紀40年代至今，彈射座椅的技術水平以及安全性、可靠性一直在不斷地提升，到目前為止，機載彈射座椅已發展出了三代，并正在向第四代邁進。

第一代彈射座椅

第一代彈射座椅的典型代表是英國馬丁·貝克公司設計的MK系列的早期產品。該公司于1944年開始研制，1946年6月裝在“流星”式噴氣戰斗機上試驗的MK-1彈射座椅，屬于第一代的初期型。這種救生座椅以火藥彈為彈射動力，是上個世紀40年代技術最先進的彈道式彈射救生座椅之一。它基本上解決了飛行員在生理極限范圍內的高速離機問題。

MK-1存在的主要缺陷是彈射高度不夠，在低空飛行狀態下跳傘，往往開傘不充分，結果導致降落傘尚未完全打開飛行員便墜地了，極易造成傷亡。針對這一問題，馬丁·貝克公司對MK-1彈道式彈射救生座椅進行了改進，研制出了性能更好的MK-3型彈射座椅。

1955年9月，MK-3試驗成功。這種第一代彈射座椅的中期型，具有更高的可靠性，其最顯著的特點是，實現了零高度、小速度狀態的彈射救生。即在相對高度為零（如起飛、著陸狀態），速度很低的情況下，仍能保證將飛行員和座椅送到安全開傘高度。

隨后，馬丁·貝克公司又開發出了第一代彈射座椅的后期型——MK-4。該型座椅實現了彈射救生的程序自動化。從1956年開始，MK-4型彈射座椅陸續裝備部隊使用。在許多國家的空軍中服役了大約十年左右的時間。

第二代彈射座椅

隨著噴氣式作戰飛機平飛速度的增大（由高亞聲速提高到超聲速），早期的彈道式彈射救生座椅在許多方面就不太適用了，必須找到有效的解決途徑。

1957年，美國人開始研究將火箭發動機與彈道式彈射器組合在一起，以形成一套帶有兩級動力裝置的新型彈射系統。這樣，不僅在高速飛行狀態下彈射，能使人/椅安全飛越飛機的垂直尾翼，而且在零高度、零速度情況下，也可保證有足夠的開傘高度。

此種救生座椅被稱為火箭式彈射座椅。它實際上有兩個動力工作段，彈射系統啟動后，彈道式彈射器作為初始段的助推器，將人/椅迅速推出座艙；繼而，以彈射火箭作為續航段的動力，在維持一定過載的情況下，使人/椅繼續升高。它基本上解決了第一代彈射座椅彈射高度不夠，低空救生效果差以及由于彈射力量不足，在高速飛行狀態下人/椅出艙后容易撞上垂直尾翼的問題。

1958年，美國人用F-102型戰斗機進行了首次火箭式彈射座椅的救生試驗，并獲得成功。接著，英國的馬丁·貝克公司參考美國人的方案開發出了自己的第二代彈射救生座椅——MK-6。

火箭式彈射座椅的基本救生過程是這樣的：飛行員拉動彈射手柄——拋掉座艙蓋（或穿蓋）——啟動安全帶系統（將飛行員的四肢固定住）和彈射動力系統——座椅與飛行員一起彈射離機——引導傘射出——引導傘拉出穩定傘——穩定傘工作（使座椅穩定并減速）——人/椅下降至開傘高度——分離系統打開安全鎖——人椅分離機構啟動——人椅分離——打開主傘——飛行員降落。

第三代彈射座椅

第二代彈射座椅存在的主要不足是：救生成功率只有80%左右，不具備在所有飛行狀態（尤其是在低空倒飛、俯沖、橫滾等復雜情況）下的安全救生能力。

上個世紀70年代末，出現了第三代彈射座椅。這種先進的火箭式彈射座椅利用速度傳感器（程序控制器）解決了多態程序控制問題，可滿足各種復雜飛行狀態下的彈射救生要求，從而大大提高了軍用飛機彈射救生的成功率。例如，美國人設計的ACES-2型火箭彈射座椅在倒飛狀態下的最低安全彈射高度已降低至46米。我國研制的HTY-5型火箭彈射座椅也具備這種能力。

典型的第三代彈射救生座椅有英國的MK-14、MK-16，美國的ACES-2，俄羅斯的K36以及中國的HTY-5、HTY-6等型號。

俄羅斯為蘇-27戰斗機配備的K36д型座椅是世界上比較著名的一種第三代彈射座椅。該型座椅采用了電子監視系統和連續控制技術，其彈射可靠性和低空救生效果都相當優異。在1989年和1993年的巴黎航展上，K36型火箭彈射座椅有兩次非常露臉的表現，由于參加飛行表演的俄國軍機發生意外，飛行員不得不在機場上空很低的高度上跳傘，結果均獲得成功。出了墜機事故雖然很不幸，但卻間接地為K36做了廣告，從而引起了航空界的廣泛關注。俄羅斯有關人士宣稱，飛行員先后使用K36型座椅進行了500來次彈射跳傘，成功率高達97%。另外，該型彈射座椅要比西方同類產品的救生包線大，其最大救生速度從MK-16、ACES-2的1100千米/小時，提高至1300～1400千米/小時。

不過，與中、美、英同級別的救生座椅相比，K36型火箭彈射座椅也有不足之處，它的重量較大（全重高達123千克），在低空復雜姿態下的救生性能還不夠理想，其最低安全彈射高度為80～108米，比美國的ACES-2型火箭彈射座椅高出一倍左右。

以K36д為基礎改型研制的K36д-3.5型彈射座椅在綜合性能上有了明顯改善，總重減輕了25千克，可適應不同飛行員的體重。K36д-3.5型座椅主要裝備蘇-30、蘇-37等型戰斗轟炸機。它采用多模式、多參數電子控制器，大大提高了低空不利姿態下的救生性能。其彈射器采用三級可調式，最低安全彈射高度降低至36～66米。可以認為，K36д-3.5彈射座椅的綜合性能已達到三代半的水平。

第四代彈射座椅

一般來說，彈射救生的成功率主要取決于開傘時間、開傘高度、彈射過程的自動化程度等因素。

目前，國內外正在開發的第四代彈射座椅實際上是一種具有自適應能力的、非常復雜的自動導航飛行器。它以現代微電子技術為基礎，依靠自動控制系統的控制邏輯和控制律解算，能夠根據不同的飛行狀態，選擇不同的離機程序，并對飛行員實施有效保護。

第四代彈射座椅的火箭動力系統采用推力矢量控制技術，其推力的大小、方向等參數可根據程序和傳感器獲得的信息自動進行調節，無論在何種情況下跳傘，都能使救生傘在最合適的時候打開。由于彈射座椅離機時的工作程序、姿態等均可實現精確控制，即便是在距地高度15米的倒飛狀態下跳傘，也能夠保證飛行員的安全（人/椅系統離機后可迅速地自動向上導航）。而在高速狀態下彈射，則可通過微調火箭與穩定傘來控制人/椅的俯仰、偏航等狀態，使之保持穩定。