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刚参加完国庆阅兵的三名飞行员遇难,悲剧背后的反思……
送交者: 熠熠童心[☆★★★仁党文化部长★★★☆] 于 2019-11-09 9:11 已读 610 次 3 赞  

熠熠童心的个人频道

2019年10月11日,当人们还依然沉浸在建国70周年盛大的空中阅兵喜庆中,刚参加完国庆阅兵的解放军陆航某部三名机组成员,在执行飞行训练任务时突发意外,飞机出现故障,为了避让村民,不幸与山崖相撞牺牲。这一不幸消息经媒体报道后,引起巨大社会反响,人们以各种方式向三位飞行英雄表示哀悼和敬意,但这起事故也引起人们对飞行安全的担忧和疑问,有许多网友甚至质问,为什么直升机不采取弹射救生系统?直升机一旦在空中发生故障、或在作战中战损受伤,飞行员又该怎样救生?


图:该直升机机组三人曾经在2019年国庆阅兵中参加了“70图案”的空中阅兵

文章仅供参考,观点不代表本机构立场。

为什么直升机没采用航空弹射救生系统?直升机遇险又将怎样救生?

作者:学术plus高级评论员 徐秉君

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何为航空救生?

航空救生是指航空器在空中发生故障或战损,无法继续操控时,飞行员应急脱离飞机、跳伞降落地面(或水面),并继续进行自救,直至被成功搜索营救的全过程。

然而,不同的飞机具有不同的救生方式,空中应急救生通常采用迫降或跳伞方式。大型飞机和特种飞机,如运输机、客机、直升机等一般都是采用迫降方式,因此在飞机设计时都没有考虑跳伞装置。歼击机和轰炸机大都采用弹射救生方式,其空中应急离机有等多种方式。跳伞、弹射、火箭牵引、座舱分离

由于弹射救生具有较高的成功率,重要的是可以实现零高度跳伞,因此弹射救生系统便是歼击机和轰炸机飞行员在紧急遇险情况下,保证自身生命安全的最后一道防线。


图:随着直升机大量列装其飞行员救生成为重要课题。摄影 陈建

尽管现代战机都己装备相对完备的弹射救生系统,并具备“零高度-零速度”弹射救生能力,但在实际应用中,由于飞机故障或者战损事发突然,留给飞行员判断处置的时间非常有限,往往都是以秒来计算,这时飞行员首先想到的是挽救战机和避免坠机再次造成灾难及损失,稍有迟疑就会丧失跳伞时机,再加上失控飞机状态难以掌控,如果弹射救生时机不佳,或飞机状态不好,即使弹射跳伞也未必就能成功。这便是制约弹射救生成功率的一个重要原因。


人们不会忘记,2016年11月中国珠海国际航展首次亮相的我国首批女歼击机飞行员余旭,以精彩的飞行表演赢得了世界的喝彩。可惜的是在当月12日的一次常规飞行训练时,因突发事故,跳伞后撞到僚机副翼,不幸牺牲,像一只美丽孔雀飞入她深爱的蓝天……

2017年2月8日,舰载机飞行员张超被评选为“感动中国”2016年度人物。张超的英雄事迹感动了无数人,他用4.4秒的最后努力欲挽救突发故障的战机,错过了最佳的救生时机,被迫跳伞后壮烈牺牲。颁奖词这样写道:他年仅29岁的青春永恒定格在壮阔海天,定格在舰载机事业上。

2019年10月11日,刚参加完国庆阅兵的解放军陆航某部龚大川、温伟彬、罗伟三名机组成员在执行飞行训练任务时突发意外,飞机出现故障,为了避让村民,不幸与山崖相撞牺牲。


航空救生是一个完整的体系

航空救生是一个完整的体系,主要是围绕飞行员的救生问题,而形成的组织机构,以及由迫降救生、弹射救生、生存求救、搜索营救等环节构成的一个完整的救生系统。对航空救生而言,人们似乎只关注弹射救生,实际上弹射救生仅仅是其中的一重要环节,因此即便弹射成功,也并不代表就能获救。

这类飞行事故大都是在飞机突发故障或遇险,飞行员在极为困难和复杂的情况下采取救生,但职业操守又让他们把国家利益、群众利益放在首位,而把风险留给自己,因而又使得一些飞行员失去了宝贵的救生机会。

据有关资料显示,由于飞机遇险后受救生环节诸多因素影响,逃生成功率一直在80%左右。因此,不断提高航空救生的成功率,一直是各国军方致力于解决的重要课题。

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何为弹射救生?

自飞机诞生那天起,航空救生就伴随着飞机的发展应运而生。起初,由于飞机的飞行高度和速度较低,飞行员在遇到飞机故障或战损难以操控时,为了保证生命安全,飞行员需要爬出座舱跳伞自救。但随着航空技术的进步发展,飞行高度和速度不断提高,特别是进入喷气时代,尤其是在高速和超声速状态下,靠飞行员自主逃生根本不可能。于是,催生了弹射救生系统。

最有效的救生系统

航空救生系统的发明是20世纪一项伟大的发明,特别是二战后,航空救生技术得以广泛推广。先后发明了弹道式弹射座椅、火箭弹射座椅、多态弹射座椅等弹射救生技术,从而挽救了成千上万名飞行员的生命。因此弹射救生系统被认为是最为有效的救生系统。

第一代弹射救生系统,最早配置在二战时德国空军的He219夜间战斗机上,该系统以压缩空气为动力,利用推进器抛开舱盖,将人和座椅整体弹出,待人椅分离后打开伞具。由此挽救了许多飞行员的生命,虽见初效,但仍有缺陷,无法解决低空开伞问题。

第二代弹射救生系统为火药动力方案,主要是以火药(微爆索)炸开舱盖,在人椅离开机舱后,借助火药产生的二级推力继续上升再人椅分离。这一创举有效解决了低空开伞的难题。

随着飞机进入超声速时代,第三代弹射座椅应运而生。在采用速度传感器后,可根据离机速度执行多态化救生模式,有效地缩短了低速开伞的时间。目前世界各国现役机种装备的弹射座椅仍以第三代为主。


图:火箭弹射座椅

瞬间安全离机,关键是什么?

弹射救生系统中一项重要技术就是如何在瞬间保证飞行员安全离机,其中突破座舱盖阻挡是保证弹射救生的关键。

目前主要有抛放座舱盖、直接进行穿盖弹射和预先破碎座舱盖透明件三种方式。尤其是预先破碎座舱盖,较其它两种方式具有延时短和低损伤等优点,工作过程是先启动微爆索切割系统,削弱有机玻璃的强度,再开启火箭发射筒,推动人/椅系统向上运动,利用座椅向上穿盖刀直接撞击舱盖,从而最大程度减小对飞行员头部和脊柱的损伤并保证其安全离机。

目前,具有矢量可控及自适应救生能力的第四代弹射座椅尚在研制中。由于航空救生技术往往滞后于新机研制,虽然第四代航空救生系统也在紧锣密鼓地研制,但仍赶不上新一代战机研制的进度。所以,现阶段第五代战机采用的依然是第三代航空救生系统。但随着新一代弹射救生技术不断成熟和完善,飞行员的飞行安全将得到充分保障。

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直升机为何不采用

弹射救生系统?

可以说弹射救生系统是当下最为有效的应急救生方式,因此这种救生系统一般都装备在歼击机和轰炸机上,并在作战和训练中遇险时,挽救了80%以上飞行员的生命。人们不禁要问,既然弹射救生系统是最有效的应急救生方式,为什么军用直升机不像歼击机那样也采用弹射救生系统?


图:直升机旋翼系统示意图

从专业角度讲,采用何种救生方式,则取决何种飞行方式。固定翼战机大都采用弹射救生系统,无论是救生效率和成功率都是比较高的。所以人们不免要问为什么直升机不采用弹射救生方式?

主要是由于直升机是旋翼机,属于特殊机种,其飞行方式与固定翼飞机不同,决定其救生方式也不同。再就是这也是由弹射座椅的工作方式决定的,目前的弹射座椅分为向上弹射和向下弹射两类,若采用向上弹射,那么直升机旋翼便成为阻碍弹射成功的最大障碍;另外,由于直升机普遍飞行高度较低,特别是武装直升机经常在超低空活动,向下弹射更不可取。这也是长期以来直升机一直没有采用弹射技术的一个原因。

有人会问,既然直升机不宜采用弹射救生,那么,在遇到危及生命的关头跳伞总可以吧?当然,在正常情况下,从舱门跳伞也是可行的,前提是从舱门跳伞必须要有足够的高度,且飞行状态相对稳定。但问题是直升机特别是武装直升机,往往由于任务特殊,飞行高度较低,一旦发动机出现故障,留给飞行员处置的时间十分有限,况且由于气流环境和机体状态都会发生突然变化,导致非常复杂的状况,这种情况下跳伞不仅非常危险,而且很难保证正常开伞和安全落地。

鉴于此,设计师们还是注重在直升机自身上做文章,比如在发动机失效时充分发挥旋翼的作用,并通过独有的自转特性实施迫降救生,这种救生方式一定程度上比跳伞获救的几率更高。所以,直升机通常不会选择跳伞及弹射救生装置的设计。

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直升机遇险

飞行员怎样救生?

由于直升机的特殊性,所以通常利用直升机独有的自转迫降方式,或采用加强自身防护的思路来保证飞行员及乘员的安全。目前,直升机遇险自救主要有三种方式,即:自旋迫降、抗坠设计、以及弹射救生。由于弹射救生技术复杂,目前只有俄罗斯的卡-50、卡52武装直升机首次采用弹射救生技术,但至今尚未取得救生成功案例。因此,世界各国主要还是采用自转迫降和抗坠设计两种救生方式,以此来保证直升机飞行员及乘员的安全。


图:直升机驾驶杆操作原理图

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自转迫降

对于直升机来说,自转下降是失去动力时的工作方式。由于战损或故障导致发动机失效,自由行程离合器单元自动将发动机与旋翼脱开,使主旋翼自主旋转,从而为自转迫降创造条件。


直升机因为本身结构特殊,所以通常使用的避险方法叫做自转或者自动旋转,直升机的桨翼是可以自由改变角度和方向的,因此在进行自转迫降的时候,飞行员会通过具体操作来改变桨翼的角度,从而给飞机减速,以争得更多的时间来处理迫降过程中无法预知的复杂问题。



在发动机失效的瞬间,主旋翼桨叶通过攻角和速度产生升力和推力。通过减小总距,(总距必须在发动机失效后立即减小),升力和旋转阻力都减小了,直升机立即开始下降,产生由下至上流过旋翼系统的气流。这股向上穿过旋翼的气流提供了足够的推力来保持整个下降过程中旋翼转速的稳定,从而可以实现自转迫降。



对于直升机飞行员来说,通常采用的自救模式,就是进行自转机动,也就是利用旋翼转动的作用力,在快要落地前猛地拉杆,加大旋翼螺距,产生短时间的升力,将旋翼转动的动能转化为拉力,从而实现安全落地。


但自转迫降也受客观条件限制,一方面要求飞行员具有良好的心理素质和较高技术水平,并在遇到险情时判断准确、操作精准、处置果断。另一方面,由于直升机自转迫降带有一定的前向速度,不宜于在山区迫降。

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抗坠设计

直升机特别是军用直升机,出于提高生存能力和保护机组成员安全的考虑,在设计时都把抗坠毁能力作为重要指标,尤其是对座舱、座椅、起落架、机身及油箱都采取了特殊措施,直升机一旦发生坠地,则通过部分结构变形和破坏吸收或转化大部分撞击能量,并尽量降低对飞行员及机组成员的冲击力。

比如,一些直升机在机体下方采用蜂窝夹层材料,利用其坠地后的变形,来吸收一部分能量;而另一些直升机的滑橇式起落架或液压作动筒式起落架能吸收约60%的坠地能量。


如美国AH-64“阿帕奇”武装直升机特别注重抗冲击设计,机体可以承受20G的坠毁冲击力,而不会伤及机上人员,飞行员座椅也经过特殊减震设计,保证在大冲击力着陆时不会给飞行员造成严重损伤,油箱也可以经得起坠毁的冲击力,同时还会自动封闭,不会引起爆炸。

再如美国“黑鹰”系列直升机,起落架综合采用了减震器和抗坠吸能套管,减震器可以承受的垂直下沉速度达到11.9米/秒,在这个速度范围内,撞击动能全部被缓冲装置吸收。另外,“黑鹰”直升机的坠毁传感器和易断连接器在坠机时可以立即切断电气系统、防渗漏燃油管路,并自封油箱,以保证坠机后不致因漏油而失火。

资料显示,这些设计使“黑鹰”直升机能在以12.8米/秒的垂直速度触地时,乘员的生存概率为95%,“阿帕奇”攻击直升机同样达到这一标准。在“黑鹰”直升机坠机事故中,乘员幸存概率平均达到85%。



图:UH-60A直升机,“黑鹰”直升机本名西科斯基UH-60通用直升机,是美国在上世纪七十年代专门为美国陆军打造的一款多用途通用直升机

由于在直升机设计之初就特别注重加强其抗坠方面的设计,所以当直升机遇险坠地时,尽管机体和系统会遭到极大的破坏,但换来却是飞行员和乘员能在危险环境中得以生存。

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弹射救生

尽管自转迫降和抗坠设计挽救了无数飞行人员的生命,但总体说来这类救生方式比较被动,处置情况复杂,稍有闪失和处置不当,就会造成灾难性后果。

近年来,随着科学发展和技术进步,发达国家也在尝试在武装直升机上采用弹射座椅救生。目前具有代表性的是俄罗斯的卡-50、卡52武装直升机,也是首次在直升机上采用弹射救生技术,其原理是通过在弹射前将旋翼炸掉的方式来保证飞行员和乘员安全。


图:俄罗斯卡-50是第一个将弹射救生系统(K-37弹射座椅)装入武装直升机的飞机

采用弹射救生系统后,遇险时直升机座舱顶部舱门就会自动打开,爆破后使两副旋翼上的6片桨叶脱离桨毂飞走,紧接着座椅下的火箭系统将飞行员连同座椅一并弹出,然后,飞行员和座椅分离,降落伞自动打开,从而挽救飞行员的生命。

零高度-零速度

然而,由于从旋翼起爆到桨叶被抛射到安全范围仍需要一定时间,还存在延误救生时机的风险。再就是武装直升机大都在超低空活动,尽管理论上弹射座椅可以实现“零高度-零速度”弹射逃生,但如果是密集编队,弹射前炸飞的旋翼可能会危及附近直升机的安全并造成连动灾难。因此,直升机采用弹射救生系统仍需在实践中进一步检验。但随着该项技术不断完善,无疑又为直升机乘员开辟了新的救生途径,从而使直升机乘员的安全又多了一份保证。

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