彈射座椅的「黑科技」，飛行員最後的安全依靠

大連某航修廠工程師李明談彈射座椅的功效與設計原理——

飛行員最後的安全依靠

孫暢 宋茹 孟金玲

前不久，美軍F/A-18E「超級大黃蜂」在進行訓練飛行時發生意外，戰機墜毀後碰撞地面引起爆炸，現場濃煙滾滾。幸運的是，飛行員藉助彈射座椅安全逃生。

戰機彈射座椅彈射瞬間。資料照片

作為飛行員最後的安全依靠，彈射座椅是一種可在緊急情況下，利用火箭動力將飛行員彈離飛行器並使其安全著陸的航空救生設備。

二戰時，世界誕生了第一台彈射座椅。此後，彈射座椅迅速推開。到今天，隨著科技進步，彈射座椅已歷經迭代發展，可滿足戰機在不利姿態和高速飛行狀態下的逃生需求，在最後的緊要關口為飛行員生命撐起了一道「安全屏障」。

火箭式秒速彈射，飛行員的自救「神器」

在激烈的空中對抗中，戰鬥局勢瞬息萬變，戰機飛行狀態充滿了許多不確定性因素。一旦戰機受損失控，飛行員就要以最快速度逃離飛機。

一戰中，飛機設計師為飛行員配備了降落傘，當需要棄機逃生時，飛行員要自行打開座艙蓋，爬出座艙，跳離機身並打開降落傘，逃生概率比較低。

隨著軍用飛機升級換代，高速度、多姿態的飛行條件給飛行員逃生帶來了更加嚴峻的考驗，傳統逃生方式受時間限制已經無法實現。直到二戰時期，彈射救生方式應運而生。

設計師在縮短逃生時間上花費了大量精力。現代戰機的彈射逃生動作幾乎是一瞬間完成。有數據統計顯示，從飛行員啟動彈射座椅開始，到降落傘完全打開，僅需2.48秒。

那麼，在如此短暫的彈射瞬間，彈射座椅怎樣才能保證飛行員順利自救呢？

慢鏡頭回放，我們發現，彈射其實是一個非常複雜的過程。

當需要彈射逃生時，飛行員只需拉動彈射手柄，點火機構和火箭發射器在0.4秒時間就能依次完成啟動，相當於眨一次眼的時間。

在拉動彈射手柄的一瞬間，座椅上的束縛裝置會將飛行員的身體緊緊地「綁」在座椅上，做好彈射啟動的準備，避免彈射時與座艙內的設備碰撞。

與此同時，戰機會採用將艙蓋整體拋離或者爆破粉碎的方式，破除座艙蓋對彈射時的阻礙，為飛行員打開逃生通道，防止飛行員與艙蓋相撞。

當這一系列彈射準備動作完成後，座椅才會通過彈道和火箭兩級動力進入彈射階段。

彈道彈射作為一級動力會將座椅迅速彈離飛機，而火箭彈射會將座椅帶到更安全的高度，確保飛行員與飛機保持安全距離，並保證降落傘能夠順利打開。

實現這一系列動作都依託彈射座椅的「大腦」——程序控制系統。該系統實時發出修正飛行軌跡的指令，確保人椅彈離到安全跳傘高度，再釋放穩定減速傘，選擇最佳的人椅分離時機，安全打開降落傘。

彈射逃生到此就結束了嗎？當然不是。

彈射座椅既要讓飛行員秒速出艙，還要保護飛行員安全著陸，並在等待救援過程中抵禦各種危險。

在著陸階段，飛行員的救生包會自動打開，救生船自動充氣，自帶的信標機隨之發出求救信號。

安全著陸後，飛行員可以利用救生包內的救生手冊、信號彈、口糧、海水脫鹽劑等幾十種野外救生物品進行自救。

不僅如此，根據任務特點，有的彈射座椅還配備了沙漠、寒區、熱帶叢林等不同地域環境的救生物品。這些救生物品幫助飛行員應對各種惡劣環境，上演真正的「絕地求生」。

最複雜的設計工藝，最安全的逃逸系統

飛行是勇敢者的事業，從萊特兄弟發明第一架飛機開始，飛行夢想與未知風險就如影隨形。當飛機失控後，飛行員如何安全返回地面？一直以來都是設計師研究的重要課題。

早在18世紀中期，人類便嘗試撐起大傘從高塔上空跳下。1797年，法國物理學家迦納林背著由柔軟織物編織而成的大傘從1000米高處跳下並安全著陸。

這一時期的空中逃生裝置設計比較簡單，多用於商業表演，但這是降落傘的原型。一戰時，聰明的設計師利用降落傘挽救了大量飛行員的生命。

然而，到了二戰時，德國設計師發現了這樣的問題：隨著戰機飛行速度越來越快，僅憑一具降落傘已經不能保證飛行員安全。

他們得出結論，當戰機飛行速度大於600千米/小時，飛行員從座艙內部打開艙蓋異常困難。即使能夠打開艙蓋，飛行員背著沉重的降落傘從狹小駕駛艙中跳出的瞬間，遇上高速氣流無異於「迎面撞車」，若不幸被氣流吹至飛機尾翼，可能會受重傷甚至死亡。

設計師意識到，開發一種能夠讓飛行員在飛機高速飛行時儘快逃生的裝置迫在眉睫。

彈射座椅發明的前前後後，是人類與死神不斷抗爭的一段歷程。實際上，彈射座椅的設計構想源於一次意外經歷——

二戰時，由於一次不當操作，德軍掩體內炸藥爆炸，幾名士兵被炸出七八米高，這次意外給設計師帶來設計靈感：能不能研製一款爆炸裝置，當遇到險情時，把飛行員「炸」出艙。

他們曾嘗試使用高彈性橡皮筋作為動力，但以失敗告終。直到1940年，在噴氣式原型機He-280上裝配了以壓縮空氣為動力的彈射座椅，這是人類首次在2370米高空墜落得以倖存，實現了彈射座椅的「首秀」。但這款座椅有著彈射力度小、壓縮空氣儲氣瓶重量大、氣體易泄漏等方面缺陷，並沒有實現量產。

第一代彈射座椅問世於二戰後，它以彈道式彈射為原理，藉助火藥威力，把人和座椅作為「炮彈」射出飛機座艙。但第一代彈射座椅彈射動力有限，無法滿足低空彈射要求，不久便被淘汰。

為了解決低空彈射問題，國外某研究部門提出了「兩級彈射機制」方法，即當彈射機構將座椅彈到一定高度時，火箭包啟動，把飛行員推向更高的開傘高度。於是，第二代彈射座椅問世，這一代彈射座椅引入了「零-零」彈射概念，在零高度、零速度的條件也能彈射，安全性顯著提升。

然而，只有「零-零」彈射還是不夠的。彈射座椅出艙後，相當於一個小型、不規則的飛行器，一旦戰機飛行姿態不利，彈射方向便難以預測，甚至出現射向地面的情況，降低了飛行員的生存率。

聰明的設計師在第三代彈射座椅的研製中，採用了座椅穩定系統、方向感知系統等設計，滿足多種飛行姿態下的逃生需要，安全性顯著提高，大名鼎鼎的俄羅斯K36彈射座椅便是這一代彈射座椅的代表。目前，該彈射座椅在蘇-30、蘇-27等戰機上普遍應用。

隨著科技快速發展，火箭推進器技術更加成熟。作為彈射座椅的主要動力，火箭推進器產生的15倍重力加速度，能夠帶著重量高達上百公斤的部件實現彈射，這也是戰機設計中最複雜的裝置之一。

集「黑科技」於一身，軍用飛機的「私人定製」

彈射過程看起來只是短短一瞬間，但飛行員每次驚險逃生的背後，都凝聚著設計師的智慧。

彈射座椅本身是一個涉及彈射操縱、穩定減速、遠距離點火等多個系統的複雜工程。要想彈射成功，程序控制、人椅穩定、人椅分離等多個程序和相關的部件必須緊密配合、協同工作。

彈射逃生是一次驚險旅程。在彈射瞬間，飛行員要承受約15倍的重力加速度，相當於15個自己體重的力量作用在身體上，巨大的衝擊力會讓飛行員瞬間進入眩暈甚至無意識狀態。此外，彈射過程中還要經受低溫、高速、強氣流等重重考驗。

受到各種「苛刻」條件限制，彈射座椅的研發難度非常大。不僅要確保在各種極端惡劣飛行條件下能夠正常工作，還要兼顧飛行員各種生理參數和裝機重量的多重要求。

在幾十年研發過程中，彈射座椅逐漸集合了空氣動力學、流體力學等數十個學科，科技含量極高。想要製造出一部性能優越的彈射座椅更是難上加難。目前，世界上只有少數國家具備獨立研製能力。

系統多、協調性強、機電一體化程度高是現代彈射座椅的主要特點。在多達數十項技術指標中，彈射性能是最關鍵的指標之一。然而，想要通過地面試驗模擬空中高速飛行下的彈射狀態，難度可想而知。

設計師經過多年研究，終於研發出一種模擬試驗方法——火箭橇滑軌試驗。

這項試驗需要大型場地，滑軌軌道長度要達到幾千米，通過精細的焊接製造，軌道精度精確到0.2毫米，相當於一根頭髮絲的精度。

有了高科技試驗設備，彈射座椅能夠在高精度軌道上模擬零高度、全速度的彈射效果。最後，通過高速視頻攝像機捕捉數據，依靠數學建模等一系列計算分析後，才能判定彈射性能是否合格。

目前，為了保證飛行員安全，集高科技、高性能於一身的彈射座椅已經成為軍用飛機的「私人定製」。世界上幾乎所有戰機都配備了彈射座椅。

不僅如此，隨著飛行員空中逃生概率的提升，許多國家空軍對彈射逃生的認識產生了「附加值」，讓戰鬥經驗豐富的飛行員在空難中幸免於難，對空軍戰鬥力提升有著極其重要意義。

據統計，世界上大多數王牌飛行員都有過彈射逃生的經歷，每次「劫後餘生」都幫助他們成長為「更好的飛行員」。

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文章來源：解放軍報

本期編審：牛銳利

責任編輯：歐冠豪  袁鵬