飛機彈射座椅專利技術發展現狀分析

倪芳原 鄭碩

（國家知識產權局專利局專利審查協作湖北中心，湖北武漢 430070）

飛機彈射座椅專利技術發展現狀分析

倪芳原 鄭碩

（國家知識產權局專利局專利審查協作湖北中心，湖北武漢 430070）

彈射座椅是現代高速機動飛機的主要救生設備，本文介紹彈射座椅的發展歷程，闡明彈射座椅技術特點、控制方式，并通過專利分析著重研究國內外彈射座椅專利申請的發展路徑，為進一步展開彈射座椅專利申請提供建議。

彈射座椅；專利分析；技術路線

自1783年人類第一次實現氣球載人飛行后，便產生了航空應急救生問題。1903年，美國萊特兄弟首次實現了動力飛行以后，在飛機失事時，挽救飛行員生命的方法研究便提上了議事日程。法國于1917年首先把降落傘用于軍用飛機。第一次世界大戰期間，約有800名氣球觀測員從失事的氣球上跳傘獲救。第二次世界大戰中，降落傘成為軍用飛機必備的救生工具［1］。

隨著飛機速度的提高，飛機的速度超過400km/h，飛行員爬出座艙跳傘已是力所不及。隨著飛機性能的不斷改進，飛行速度大大提高，這種做法也越來越沒有保證，因為在緊急情況下，飛行員往往來不及脫身，而且在爬艙跳傘時，人體與機冀、尾部極易相撞造成傷亡。因此，幾乎所有現代飛機上的彈射座椅都想方設法設計出各種型式的穩定裝置，以滿足這些復雜狀態下的一定要求［2］。

1 彈射座椅技術概述

彈射座椅是現代高速機動飛機的主要救生設備［3，4］。飛行時，其是飛行員的工作座椅，應急離機時把飛行員強制推離飛機，攜帶并保護飛行員安全脫離飛機并送至地面，等待營救。彈射座椅通常由骨架、動力裝置、約束裝置、彈射操縱裝置、開傘、人-椅分離裝置、穩定裝置、人體防護裝置及特種救生包等組成（見圖1）。

圖1 彈射座椅

目前使用的彈射座椅有彈道彈射座椅和火箭彈射座椅。彈道彈射座椅是在座椅的背后裝有一個彈射筒，筒內裝有火藥的彈射彈。火箭彈射座椅是為了解決當飛行高度很低時使用的救生裝置，是一種用火箭作動力的彈射座椅。

2 彈射座椅發展歷程

彈射救生技術從20世紀中期開始應用于軍用飛機，截至目前，已經歷了4個發展階段。

2.1 第一代彈射座椅

20世紀40年代中期至50年代中期，第一代彈射座椅利用滑膛炮的原理把人和座椅作為“炮彈”射出飛機座艙，然后使人椅分離打開救生傘。其主要解決了飛行員在高速條件下的應急離機問題，如英國的MK-l、MK-5及俄國的米格-15、米格-17飛機上的彈射座椅。

2.2 第二代彈射座椅

20世紀50年代中期至60年代中期，第二代彈射座椅為火箭彈射座椅。其主要特征是把火箭作為彈射座椅的第二級動力，在第一級動力彈射機構的作用下把人椅系統推出座艙后，再由火箭繼續推動人椅系統向上運動，使其具有更高的軌跡，以解決零高度、零速度時彈射救生問題。

2.3 第三代彈射座椅

20世紀60年代中期開始一直持續至今，彈射座椅進入多態彈射的發展時期，其主要特點是采用了速度傳感器，根據應急離機的飛行速度的不同，救生程序執行不同的救生模式，從而縮短救生傘低速開傘的時間，提高不利姿態下的救生成功率。國外現役機種裝備的彈射座椅絕大部分為第三代彈射座椅。

2.4 第四代彈射座椅

彈射座椅發展的第4個階段實際始于20世紀70年代末期，與第三階段的后期相互交織、平行發展。其主要特點是實現人椅系統離機后的姿態控制，其關鍵技術是可控推力技術和飛行控制技術。主要解決高速彈射救生和不利姿態下的救生問題。由于第四代彈射座椅的關鍵技術風險性很大，雖然經過了20多年的研究（如MpEs計劃、CREsT計劃、第四代彈射救生技術的驗證計劃等），取得了很大的進展，但至今尚未裝機服役［5］。

3 彈射座椅國內外發展概況

第一次世界大戰中，德國率先使用降落傘實現空中自救，彈射座椅便登上了歷史舞臺，隨著經濟的不斷發展和我國綜合實力的不斷增強，國內對彈射座椅的研究逐步深入，不斷追趕著世界領先水平。

對1995-2015年中國及全球專利申請情況進行分析和梳理，如圖2所示。對戰斗機上的救生設備的研究一直得到各國的重視，而伴隨工業技術的發展以及隨之而來的相關問題，中國呈穩定上升的趨勢，仍然還有很大的發展空間。

全球主要國家或地區專利申請數量分布如圖3所示。不難看出，彈射座椅專利申請主要集中在長期發展的美國、英國、德國。同時，歐洲、日本、俄羅斯這些致力于航空發展的國家也有不少的專利申請。雖然中國發展的時間比較晚，但在短短的近20年來能有如此成果已是不容忽視的。

圖2 1995-2015年彈射座椅領域的中國及全球專利申請情況

圖3 彈射座椅全球主要國家或地區專利申請數量分布

國內外主要申請人的專利申請數量分布如圖4所示。在彈射座椅領域，俄羅斯“星星”公司（ZVEZ-R）占有一定的優勢，而其他著名飛機制造公司，如馬丁-貝克（MART-N）、波音公司（BOEI）及麥道公司(MCDD)也占有一席之地。在圖3中用同一種顏色表示同一個國家，可以看出美國公司占據了大部分。而且，從全球主要申請人的性質可以看出，彈射座椅的研發中堅力量大部分集中在飛機制造公司，而國內的航宇救生有限公司（AERON）是屬于從事航空防護救生、空降空投裝備研制的企業，國內傳統的飛機制造公司并不在之列。

圖4 彈射座椅國內外主要申請人

4 彈射座椅技術發展路線

彈射座椅技術發展涉及到彈射裝置、彈射前的姿態控制、彈射后的姿態控制、彈射過程保護裝置4個主要方面，如圖5、6所示。4個主要方面形成一個統一的整體，共同影響了彈射座椅彈射安全性能。彈射裝置主要包括動力裝置、致動裝置，確保彈射座椅能及時致動彈射至飛行器外；彈射前的姿態控制主要是通過導軌確保彈射方向；彈射后的姿態控制則包括附加推進裝置、姿態控制方法等；彈射過程保護裝置則包含保護頭枕、保護降落傘、保護網等。這四個部分都是保證彈射座椅能順利彈射，飛行員能安全逃生必不可少的方面。

圖5 彈射座椅的技術分支

圖6 主要技術分支的發展

對1995-2015年各個技術分支的專利申請情況進行分析和梳理，如圖7所示。在近20年內，彈射過程的保護裝置一直占據了主要部分，但專利申請量沒有明顯的峰值，而且在近5年內呈現出減少的趨勢，而近5年內彈射裝置的發展則占據了主要部分。分析其原因，正是因為在2013年，中國航空工業第一集團公司對襄樊地區中國航空救生索、漢江機械廠和合肥江淮航空儀表廠進行了資源整合，組建了中國航宇救生裝備有限公司，也是目前我國唯一的航空救護研發中心，而中國航宇救生裝備有限公司從2013年起對彈射座椅的致動裝置進行了大量的研究。進而觀察其余2個分支的發展，彈射后的姿態控制的研究在近10年內都比較少，甚至在2006-2010年出現完全空白的情況。而彈射前的姿態控制的研究一直不多，但還是在斷斷續續延續著，在近5年內有逐漸增加的趨勢。

圖7 四大分支的發展趨勢

國內外主要申請人在四大分支下的專利申請數量分布如圖8所示，可以發現國外主要申請人的研究主要集中在彈射后的姿態控制及彈射過程保護裝置，美國海軍飛機（USNA）及美國空軍（USAF）僅在這兩個方面進行研究，研究主要集中在1976-1990年。而國內航宇救生有限公司（AERO-N）的研究主要集中在彈射裝置，對彈射后的姿態控制方面沒有研究；而主要申請人對彈射前的姿態控制的研究都比較少。

圖8 國內外主要申請人在四大分支下的專利申請

5 重要申請人專利分析

自從第二次世界大戰末期出現彈射座椅以來，已經過三代的發展，進入第四代彈射座椅的研制階段。這一階段中主要是利用了自適應控制、推力控制、高速穩定和高速氣流防護等相關技術，擴大彈射救生的可適用范圍。在國內外主要申請人中，美國海軍飛機在自適應控制技術的研究上有一些代表性專利。

6 結語

本文通過對國內外彈射座椅專利的分析得到以下結論：①從全球主要申請人的性質可以看出，彈射座椅的研發中堅力量大部分集中在飛機制造公司，國內傳統的飛機制造公司并不在之列；②國內航宇救生有限公司的研究主要集中在彈射裝置，對彈射后的姿態控制方面沒有研究，而主要申請人對彈射前的姿態控制的研究均較少；③在國內外主要申請人中，美國海軍飛機在自適應控制技術的研究上有一些代表性專利。所以，在彈射座椅的專利預研、準備、申請等方面的工作，中國仍有廣闊的發展空間，相關企業可瞄準這些方面提前布局，早日實現趕超國際先進水平的目標。

［1］譚率.基于嵌套網格的人椅系統高速流場特性的數值模擬［D］.南京：南京航空航天大學，2007.

［2］李銳.彈射救生技術的回顧與展望［A］//湖北省航空學會成立二十周年學術交流文集，2004.

［3］沈爾康.彈射座椅的發展趨勢［J］.航空學報，1987（8）：341-347.

［4］沈爾康.航空彈射救生裝備［M］.北京：航空工業出版社，1998.

［5］樊虎等.淺析航空座椅彈射火箭的發展［J］.航空工程進展，2012（3）：279-283.

Analysis On Patent Technology Of Aircraft Ejection Seat

Ni FangyuanZheng Shuo
（Patent Examination Cooperation Hubei Center of the Patent Office，SIPO，Wuhan Hubei 430070）

Ejection seat is the main lifesaving equipment of modern high speed maneuvering aircraft.This paper introduced the development process,technical features and control methods of ejection seat.On the other side,this paper focused on the development path of domestic and international patent application of ejection seat through patent analysis,to provide the suggestions for the further development of the patent application.

ejection seat；patent analysis；technology roadmap

V271

A

1003-5168（2017）04-0136-03

2017-03-06

倪芳原（1989-），女，碩士，審查員，研究方向：動力機械的發明專利實質審查；鄭碩（1989-），女，碩士，審查員，研究方向：動力機械的發明專利實質審查工作（等同第一作者）。