Авиационные катапульты. Катапультирование из самолета. Спасательная капсула самолета. при катапультировании в боевой обстановке

ЗАРУБЕЖНОЕ ВОЕННОЕ ОБОЗРЕНИЕ № 9/2001, стр. 32-38

Полковник А. МОРОЗОВ

Катапультные кресла (КК), входящие в системы аварийного покидания самолета (САПС) экипажем, начали разрабатываться и устанавливаться на летательных аппаратах в конце 40-х годов XX века. Пионером в создании КК за рубежом стала британская фирма «Мартин Бейкер», которая в 1948 году изготовила первую модель Mkl. За более чем полувековую историю исследований, посвященных проблемам аварийного спасения экипажей и производства систем, обеспечивающих их решение, специалисты компании изготовили более десяти типов катапультных кресел (всего свыше 75 тыс. единиц) для различных самолетов. По материалам зарубежных СМИ, за этот период во всем мире были спасены 6 730 членов экипажей, в том числе более 3 300 американцев. В частности, в период конфликта в зоне Персидского залива (1990 - 1991) все 28 случаев аварийного покидания самолетов пилотами многонациональных сил закончились успешно. При этом в девяти случаях применялись стандартные для ВВС США катапультные кресла ACES-2 (Advanced Concept Ejection Seat, рис. 1).

Рис. 1. Катапультное кресло ACES-2 со сбитого в СРЮ американского тактического

истребителя F-117A

Это катапультное кресло, используемое на самолетах F-15,F-16,A-1O,F-117A,B-1B и В-2А, разработано фирмой «Макдоннелл -Дуглас» (сейчас входит в состав корпорации «Боинг»). В ноябре 1999 года технология производства ACES-2 была продана фирме «BF - Гудрич». Со времени введения в эксплуатацию в 1978 году эти кресла позволили сохранить жизнь 465 пилотам. В настоящее время рассматривается возможность оснащения такими креслами тактических истребителей F-22A «Рэптор».

Авиация ВМС США использует КК фирмы «Мартин Бейкер» на своих боевых самолетах с конца 50-х годов и являются самым крупным ее заказчиком. В 1985 году эта компания была выбрана в качестве разработчика КК Mkl4, которые предполагалось использовать в качестве универсального кресла на самолетах американских ВМС (NACES - Navy Aircrew Common Ejection Seat, рис. 2)). В настоящее время такие КК устанавливаются на истребителях F/A-18C, D, Е и F, F-14A, а также на учебно-тренировочных самолетах (УТС) Т-45А. Всего в эксплуатации находится более 1 100 кресел NACES. За последние десять лет они применялись в 26 случаях аварийного покидания самолетов (все признаны успешными).

С середины 80-х годов КК, производимые в западных странах, конструктивно все более усложнялись. Так, NACES стало первым креслом, в конструкцию которого был введен микропроцессор управления операциями, обеспечивающий покидание самолета и раскрытие тормозного парашюта для стабилизации КК в течение 0,5 с. Последняя модификация КК Mkl6 фирмы «Мартин Бейкер» имеет микропроцессор второго поколения, обеспечивающий более плавное и устойчивое катапультирование. Его масса на 22,7 кг меньше массы Mkl4, а стоимость на 40 проц. ниже.

Фирма «Мартин Бейкер» разработала также кресло Mkl 6 (НИОКР начались в 1988 году) для тактического истребителя EF-2000 «Тайфун», создаваемого европейским консорциумом «Еврофайтер», а также французского «Рафаль» («Дассо»), Рассматривается возможность оснащения такими креслами перспективных истребителей JSF (Joint Strike Fighter). Кроме того, налажен выпуск облегченного варианта кресел этого типа (без микропроцессора) под обозначением Mkl6L для использования на турбовинтовых УТС Т-6А фирмы «Рэйтеон». Намечается закупка не менее 1 500 кресел Mkl6L.

Обычно КК выстреливается из кабины экипажа под действием давления горячих газов от пиротехнического заряда, находящегося внутри «катапульты» - механизма, расположенного под ним и состоящего из труб.

Как только кресло отделяется от самолета, включается находящийся под его сиденьем твердотопливный ракетный двигатель с двумя соплами, из которых продукты сгорания истекают вниз по обе стороны от кресла и поднимают его на достаточную высоту во избежание столкновения с хвостовым оперением самолета. Затем для стабилизации кресла (американской или европейской конструкции) за его спинкой в горизонтальном направлении раскрывается стабилизирующий парашют, а после ввода в действие основного парашюта летчик отделяется от кресла и приземляется. В случае использования КК Мк16 минимальный интервал между моментом ввода кресла в действие и временем раскрытия основного парашюта составляет 1,68 с. При покидании находящегося на земле самолета (нулевая скорость и высота) РДТТ поднимает КК на высоту, достаточную для раскрытия парашюта.

Командования ВВС и авиации ВМС США уделяют повышенное внимание разработке новых и модернизации существующих средств спасения экипажей боевых самолетов. Необходимость проведения данных работ обусловлена двумя основными факторами. Первый связан с планируемым принятием на вооружение высокоманевренных тактических истребителей со сверхзвуковой крейсерской скоростью полета F-22, а также разрабатываемых по программе JSF (Joint Strike Fighter). В последние годы серьезным изменением в тактико-технических требованиях (ТТТ) к катапультным креслам стала необходимость обеспечения безопасности покидания самолета членами экипажа, показатели массы тела летчика должны быть 47 - 110 кг, а роста 1,5 - 1,95 м. Так, ACES-2 было спроектировано с расчетом на массу 63 - 96 кг, таким весовым параметрам обладают до 95 проц. мужчин. Кресло Мк16 отвечает расширенным требованиям, а ВМС финансируют программу совершенствования КК NACES, в рамках которой фирма «Мартин Бейкер» будет вести работы по модификации кресел.

Перспективные самолеты намечается оснащать катапультируемыми креслами четвертого поколения, отвечающими следующим основным ТТТ: обеспечение безопасного покидания самолета на высотах от 0 до 21 500 м в диапазоне индикаторных скоростей 0-1 500 км/ч при выполнении самолетом различных маневров (в том числе при углах крена до 180°), с угловыми скоростями по крену до 360°/с, тангажу до 72°/с, рысканью до 36°/с и перегрузками: нормальной от -5 до +9, боковой +2, и продольной от -3,5 до +2 единиц. Расчетное значение тяги ракетных ускорителей для таких кресел должно составлять не менее 40 кН при старте и до 17,8 кН при движении по траектории, а время уменьшения тяги 0,57- 1,3 с. Масса полностью снаряженного кресла не должна превышать 144 кг. В 1999 - 2000 годах проводились демонстрационные испытания таких кресел, а начало их полномасштабной разработки после принятия соответствующих решений было намечено на 2001 - 2002 годы. Другим побудительным мотивом стали результаты анализа аварийных покиданий самолетов за последние 20 лет. Они показали, что около 30 проц. общего числа катапультирований как при выполнении учебно-тренировочных полетов в мирное время, так и в ходе ведения боевых действий заканчивались гибелью летного состава. Основными причинами этого, по мнению американских авиационных специалистов, стали: ограниченный диапазон скоростей безопасного покидания самолета; невозможность катапультирования при больших углах тангажа, крена и скольжения (или боковых перегрузках); относительно малый расчетный весовой диапазон катапультируемого летчика (для кресел второго поколения он составляет 63,6 - 92,7 кг, для третьего -61,3 - 96,3 кг); а также несоответствие реальных характеристик существующих кресел тем, которые они должны иметь по предъявляемым к ним требованиям. Выявленные недостатки и ограничения относятся не только к устаревшим системам, но и к катапультируемым креслам третьего поколения, таким, как ACES-2 и NACES.

В частности, было установлено, что реальное значение максимальной индикаторной скорости самолета для безопасного катапультирования пилота у кресла ACES-2 составляет около 800 км/ч (заданная должна быть не менее 1 100 км/ч).

Результаты проведеных американскими специалистами исследований вероятности безопасного покидания летчиком самолета при различных скоростях с использованием кресла ACES-2 приведены на рис. 3. При этом отмечается, что покидание самолета в боевых условиях происходит преимущественно при более высоких скоростях (около 700 км/ч) по сравнению с учебно-боевыми полетами в мирное время, где диапазон скоростей катапультирования составляет 350 - 600 км/ч (рис. 4).

Рис. 3. Вероятность безопасного катапультирования

с использованием кресла ACES-2

на различных скоростях полета

Рис. 4. Сравнение диапазонов скоростей полета

при катапультировании в боевой обстановке

и в мирное время

На основании полученных данных командования ВВС и авиации ВМС США изучают возможные пути повышения эффективности существующих средств спасения. В качестве основных направлений модернизации кресел третьего поколения, проводимых по программам ACES-2 CIP (Continuous Improvement Program) и NACES PPPIP (Pre-Planned Product Improvement Program), рассматриваются: повышение верхнего предела индикаторной скорости катапультирования до 1 300 км/ч; обеспечение безопасности катапультирования летчика в строго определенном диапазоне скоростей благодаря снижению действующих на него динамических нагрузок (набегающий поток и перегрузки); расширение возможностей покидания самолета при выполнении им различных маневров на высотах от минимальной до максимальной, в том числе с максимальными перегрузками и угловыми скоростями. Таких показателей предполагается достичь путем применения систем управления и стабилизации положения кресла.

В рамках этих программ фирма «Макдоннелл - Дуглас» совместно со специалистами ВВС и ВМС с февраля 1993 года проводит НИОКР по исследованию концепций и оценке технологий создания перспективных ракетных двигателей (ускорителей) и систем управления тягой и пространственным положением кресла. В течение первой фазы работ (завершена летом 1995 года) были выработаны общие требования к системе и определены конструктивные особенности ее элементов, в том числе электронных блоков управления суммарной тягой двигателей по величине и направлению, инерциальных блоков стабилизации и алгоритмов управления маневрированием кресла в процессе катапультирования. Была также дана оценка двум различным конструкциям ускорителей, представленным на конкурс американскими фирмами TRW (с использованием жидкого топлива) и «Аэроджет» (твердотопливный) по контрактам с ВМС. По ее результатам (с учетом критерия «стоимость/эффективность» и минимального технического риска) предпочтение было отдано проекту PEPS (Pintle Escape Propulsion System) фирмы «Аэроджет» (рис. 5).

Предлагаемая этой фирмой схема включает пять твердотопливных зарядов (расположены в общем Н-образном коллекторе) с четырьмя неподвижными соплами, выполненными из композиционных материалов с титановой матрицей с феносиликоновым упрочнителем. Особенностью зарядов является их форма, обеспечивающая благодаря уменьшению площади горения снижение суммарной тяги в процессе катапультирования с 24,5 (момент старта) до 15,5 кН (выход кресла из кабины) менее чем за 1 с.

Рис. 5. Испытания силовой установки PEPS на стенде

Управление величиной тяги каждого из сопел и соответственно направлением суммарной тяги и пространственным положением кресла может осуществляться путем изменения положения центрального тела каждого сопла с помощью электромеханического привода. Центральное тело регулирует тягу сопла в диапазоне 0,45 - 11 кН благодаря изменению площади его критического сечения. Давление в коллекторе, необходимое для создания тяги, автоматически поддерживается на уровне 200 кПа, что позволяет варьировать суммарной тягой в пределах от 13,2 до 22,2 кН. По оценкам американских специалистов, применение силовой установки такой схемы для стабилизации и управления креслом более предпочтительно по сравнению с традиционным ракетным ускорителем однодвигательной схемы, так как в этом случае для стабилизации кресла потребовалось бы обеспечить круговое отклонение сопла на углы до 50° со скоростью не менее 1 500 рад/с.

Во время наземной отработки на ракетной дорожке (вторая фаза испытаний) эта силовая установка размещалась на модифицированном кресле ACES-2, оборудованном: системой управления LCCG (Low-Cost Core Guidance) с ЭВМ на базе процессора Intel-486; инерциальной системой стабилизации HG1700 фирмы «Ханиуэлл»; выстреливающимся стабилизирующим парашютом диаметром 1,5 м с системой снижения нагрузок при раскрытии; ограничителями разброса рук и стандартным спасательным парашютом С-9. Испытания модифицированного кресла, которые проводились с использованием специализированной тележки с ракетными двигателями MASE (Multi-Axis Seat Ejection), позволяющей имитировать различные пространственные положения самолета (углы тангажа до ±30°, крена до ±90°, скольжения до +20°, а также их изменение в этих диапазонах с угловыми скоростями до 360 -500 рад/с), подтвердили возможность управления креслом с последующей его стабилизацией.

В частности, при катапультировании из макета носовой части кабины истребителя F-16 (конструктивный угол установки кресла составляет 32° от вертикали) в широком диапазоне скоростей и при различных пространственных положениях (например, углы крена изменялись от 0 до 60°) кресло стабилизировалось с помощью данной системы под углом 40 - 60° от вертикали в положении «на спине»), что позволило снизить динамические нагрузки на летчика. Весь комплекс наземных испытаний, включая оценку эффективности новой системы на скоростях до 1 300 км/ч, завершился в конце 1997 года.

Полученные результаты демонстрационных испытаний фирма «Аэроджет» планирует использовать при разработке перспективных систем для кресел четвертого поколения и модернизации существующих. В частности, специалисты компании разработали систему пространственной стабилизации МАХРАС (Multi-Axes Pintle Attitude Control) для кресел третьего поколения (рис. 6). Ее силовая установка состоит из единого подвижного блока сопел твердотопливных двигателей, обеспечивающих стабилизацию кресла по трем осям. Командные сигналы вырабатываются бортовым микропроцессором по данным трех датчиков осевых ускорений и трех - угловых скоростей. По расчетам разработчиков, установка данной системы не требует конструктивных изменений кабины и кресла и может быть осуществлена на креслах любых типов техническим персоналом строевых частей. Предполагается, что ее применение позволит повысить вероятность безопасного покидания самолета до 0,95 на скоростях полета около 1 100 км/ч.

Рис. 6. Внешний вид модуля МАХРАС

Дополнительно по требованию конгресса США с 1995 года в рамках программы LOWEST (Low Occupant Weight Ejection Seat Test) начались работы с целью снижения нижней границы весового диапазона катапультируемого летчика до 45 кг. Необходимость этого вызвана требованиями иностранных заказчиков, а также наличием в ВВС США и ряда других государств летчиков-женщин.

В то же время в 311-м авиакрыле ВВС США (авиабаза Брукс, штат Техас), в котором разрабатываются системы, комплексно учитывающие «человеческий фактор» (Human Systems Wing), проводятся работы по совместной программе модификации кресла ACES-2 CMP (Cooperative Modification Program), финансируемой США и Японией (на вооружении ВВС последней также находятся тактические истребители F-15). Одной из задач этой программы является внесение ряда" изменений в конструкцию ACES-2 с целью обеспечения ее соответствия предъявляемым требованиям по массе и габаритам членов экипажа. В рамках программы СМР предполагается, кроме того, разработать фиксаторы для ног и рук и оснастить ими КК ACES-2, так как их отсутствие приводило к телесным повреждениям в условиях катапультирования на высоких скоростях, а также средств, обеспечивающих более быстрое развертывание стабилизирующего парашюта для ускорения стабилизации КК во время катапультирования на высоких скоростях полета (это крайне важно для членов экипажа с небольшой массой тела, потому что позволит предотвратить неуправляемое вращение). В этом направлении ведутся НИОКР по созданию усовершенствованного стабилизирующего парашюта, для более быстрого развертывания которого используется небольшой РДТТ.

Как отмечают западные СМИ, образцы KKACES-2 на самолетах F-15,F-16,F-117A, А-10 и В-2А не имеют ограничителей разброса рук. Поэтому американские специалисты в рамках совместной с Японией программы намерены разработать такие устройства, а затем решить вопрос об их установке на креслах. (Четыре кресла, установленные на стратегическом бомбардировщике В-1В оборудованы ограничителями разброса ног и рук, потому что каждое из них должно выходить через металлический проем в верхней части фюзеляжа). Кроме того, отмечается, что вариант такого кресла, предназначенный для истребителя F-22, планируется оснастить ограничителями разброса рук, а также стабилизирующим парашютом ускоренного развертывания, разработанным фирмой «Боинг» вне рамок совместной программы СМР.

Наиболее острые споры в ходе обсуждения технических характеристик КК, касались в основном максимальной скорости, при которой современные кресла должны обеспечивать минимальную вероятность причинения увечья. Военное руководство США ранее не выдвигало требований обеспечения безопасного катапультирования при скоростях, превышающих индикаторную - 1 110 км/ч (российское К-36Д рассчитано на большую - до 1 390 км/ч).

Как отмечают американские эксперты, основная причина, по которой ВВС западных стран ограничили расчетную скорость катапультирования (не более 1 100 км/ч), заключается в том, что, согласно статистическим данным, покидание самолетов в 99,4 проц. случаях происходило при приборной скорости до 1 110 км/ч. При рассмотрении 5 333 случаев катапультирований с использованием КК фирмы «Мартин Бей-кер», когда точно была установлена скорость полета при покидании самолета, становится очевидным, что самое большое количество таких случаев имело место в диапазоне скоростей от 280 до 835 км/ч, и только 31 случай (причем 60 проц. завершились успешно) отмечен при скорости свыше 1 ПО км/ч.

Судя по накопленному опыту, исключительные случаи возникают чрезвычайно редко, и поэтому было принято решение не заниматься разного рода проблемами, которые, как правило, возникают в условиях, близких к предельным границам полетных режимов. В таких случаях, как отмечают западные специалисты, КК все же могут обеспечить сохранение жизни летчикам, однако при очень высоких скоростях полета повышается риск их травмирования.

Российские катапультные кресла серии К-36 выпускаются с конца 60-х годов НПО «Звезда», которое ранее было государственной организацией, а в течение последних шести лет представляет собой акционерную компанию. В частности, К-36Д привлекло международное внимание в связи с тем, что обеспечило выполнение ряда удачных катапультирований российских летчиков в сложных условиях: из истребителя МиГ-29 на Парижском авиакосмическом салоне (1989 год); с двух столкнувшихся истребителей МиГ-29 на международных показательных авиационных шоу в г. Фэйрфорд (Великобритания, 1993), с двухместного самолета Су-ЗОМК на Парижском авиасалоне (1999).

После Парижского авиакосмического салона (1989 год) специалисты исследовательской лаборатории ВВС США (AFRL, авиабаза Райт-Паттерсон), до которых дошла информация об удачных случаях катапультирования российских летчиков при скоростях до 1 350 км/ч, намеревались как можно скорее оценить К-36Д с точки зрения его уникальных технологий. Спустя некоторое время им была предоставлена такая возможность, и с 1993 года эксперты американских военно-воздушных сил непрерывно занимаются оценкой кресел серии К-36, используя как российские, так и американские испытательные комплексы.

Проводимые ВВС США испытания КК К-36Д финансировались из фондов на программу сравнительных испытаний зарубежной техники FCT (Foreign Comparative Testing), выделенных министерству обороны в 1993 - 1995 годах. По оценке американских специалистов лаборатории AFRL, изучавших возможности К-36 при высоких скоростях катапультирования, результаты этой части программы оказались достаточно успешными. Затем было решено оценить возможности кресла при низких скоростях с тем, чтобы убедиться, что они были эквивалентны тем, которыми обладают собственные КК. Проводились также испытания в условиях неблагоприятного относительного положения, когда в процессе катапультирования наблюдалось наличие углов по курсу и крену, в ходе которых тоже были получены положительные результаты.

Руководитель отдела лаборатории AFRL, занимающегося разработкой систем, учитывающих «человеческий фактор» (Human Effectiveness), с самого начала возглавил работы по взаимодействию с НПО «Звезда». В июльском номере журнала «Combat Edge» за 1998 год он отмечал: «Катапультное кресло К-36Д обеспечивает путевую устойчивость и защиту членов экипажа самолета, что значительно снижает риск телесных повреждений при катапультировании, особенно в условиях повышенных скоростей, в ходе боевых операций с участием истребителей. Успешное использование КК имело место при скорости около 1 350 км/ч (на высоте 1 000 м), а также соответствующей числу М = 2,6 (на высоте 18 000 м). Возникающие при высоких скоростях аэродинамические силы могут вызывать серьезные повреждения в области шеи, позвоночника и конечностей летчика. Опыт использования кресел американского и британского производства, которые аэродинамически нестабильны, имеют незначительные средства фиксации конечностей или вообще не имеют их, указывает на то, что риск причинения серьезных травм начинает экспоненциально увеличиваться со скорости 650 км/ч до близкой к пределу конструктивных показателей кресла, когда весьма вероятен фатальный исход - при скорости 1110 км/ч».

Ко времени завершения работ в рамках программы FCT НПО «Звезда» разработало облегченный вариант КК с микропроцессором - К-36/3.5, имеющего массу около 100 кг (у варианта К-36Д она составляет 120 кг). Новое кресло соответствует также расширенным требованиям к габаритам членов экипажей. В настоящее время КК К-36/ 3.5 находится в производстве и устанавливается на российских самолетах Су-30.

Катапультное кресло К-36Д-5 – детище легендарного НПП «Звезда» им. академика Г.И. Северенина, которое создает универсальные средства спасения лётчиков и космонавтов. Данная разработка является творческим продолжением предыдущей серии катапульт К-36-3,5. Новая катапульта специально разработана для самолётов поколения 4+ и 5 – Су-35 и Т-50.

К-36Д-5 представляет собой плавно регулируемое кресло, что гарантирует пилоту комфортное нахождение в кабине. Пилот фиксируется системой ремней, снабжённых механизмом притягивания.

После катапультирования включается система, сводящая к минимуму оказываемые на пилота запредельные перегрузки. Главные её достоинства – интеллект, позволяющий системе выбирать оптимальный режим в зависимости от сложившейся ситуации и послушная интеллекту автоматика.

На втором этапе катапультирования автоматика «разводит» пилота и его кресло. Приземлившись (приводнившись), он может воспользоваться аварийным комплектом, включая ПСН-1 – специальным плотом на случай приводнения.

Катапультное кресло весит около 100 кг. Оно обеспечивает гарантированное спасение пилота при скорости 1300 км/ч, перегрузках 2,5 М, на высоте до 25 км.

Катапультируемое кресло – специальное устройство, которое предназначено для спасения летчика или экипажа из летательного аппарата в сложных аварийных ситуациях. Такие кресла эксплуатируются в основном на спортивных и военных самолетах. Кроме того, первым вертолетом, на котором установили катапультируемое кресло, был .

Самые совершенные модели кресел обеспечивают оптимальную жизнеспособность пилота на всех высотах и скоростях летательного аппарата, даже если катапультирование совершено с земли. Кроме самолетов, катапультные кресла устанавливались на космических кораблях «Восток». Их эксплуатация предусматривалась в аварийных ситуациях и для приземления в нормативных условиях, когда полет завершался.

1 - заголовник; 2 - стабилизирующая штанга; 3 - пиромеханизм системы стабилизации; 4 - пряжка ремня механизма эксплуатационного притягивания плечевых ремней; 5 - лопасть ограничителя рук; 6 - пряжка ремня механизма эксплуатационного притягивания поясных ремней; 7 - ручка механизма эксплуатационного притягивания поясных ремней; 8 - механизм эксплуатационного притягивания поясных ремней; 9 - кресло; 10 - кнопки системы регулирования сиденья; 11 - ручка аварийного включения кислорода; 12 - НАЗ; 13 - ограничитель ноги; 14 - ложемент голеней и ног; 15 - ложемент механизма подъема ног; 16 - щиток дефлектора; 17 - ручка катапультирования; 18 - замок системы фиксации; 19 - система фиксации; 20 - такелажный узел; 21 - свободные концы парашютной системы

Есть несколько схем отсоединения катапультируемого кресла от ЛА, но самый распространенный относится к выстреливанию кресла при помощи реактивного двигателя (К-36ДМ), сжатого воздуха (Су-26), порохового заряда (КМ-1М). После выстрела оно в автономном режиме отбрасывается, и пилот приземляется на землю на парашюте. В некоторых вариантах использовались спасательные кабины (В-1) или капсулы (В-58), которые опускались на парашютах.

Предпосылки к конструированию катапультируемого кресла

До второй половины Второй мировой войны пилот покидал кабину самолета следующим образом: нужно было встать с сиденья, переступить через борт, добраться до крыла и спрыгнуть в промежуток между хвостовым оперением и крылом. Таким способом можно было пользоваться на скоростях 400-500 км/ч. Но авиастроение не стояло на месте, и к концу Второй мировой пределы скоростей самолетов значительно выросли. Используя тот же принцип покидания самолета, многие летчики погибали или даже не могли сдвинуться с места, поскольку навстречу им шел сильный воздушный поток.

Как гласит немецкая статистика, на период с конца 30-х и начала 40-х годов в 40% случаев покидание самолетов вышеупомянутым способом заканчивалось катастрофой для пилота. В США ВВС также проводили исследования, которые показали, что 45,5% покиданий борта таким способ заканчивались травмами пилотов, а 12,5% – смертью. Назрела очевидная необходимость в поиске нового способа покидания самолета. Подходящим вариантом стало выбрасываемое кресло с летчиком.

История

Эксперименты с принудительным выбросом летчика из самолета проводились еще в 20-30-х годах, но их цель заключалась в решении проблемы страха пилотов перед «прыжками в пустоту». В 1928 году в Кельне на выставке представили систему, осуществляющую выбрасывание пилотов в кресле с парашютом. Выброс осуществлялся на 6-9 метров при помощи сжатого воздуха.

В 1939 году в Германии появились первые катапульты. Экспериментальный ЛА Heinkel He-176 был оснащен носовой сбрасываемой частью. Немного позже катапульты начали производить серийно. Их начали устанавливать на турбореактивные Heinkel Не-280 и поршневые Heinkel Не-219. В январе 1942 года Гельмунт Шенк (летчик-испытатель) совершил первое успешное катапультирование. Помимо этого, катапультируемые кресла устанавливали на другие немецкие самолеты. За весь период Второй мировой немецкие пилоты совершили примерно 60 катапультирований.

Первое поколение катапультных кресел разрабатывалось с единственным заданием – выбросить человека из кабины самолета. Отдалившись от ЛА, летчик должен был отстегнуть ремни для отсоединения кресла и раскрыть парашют.

Катапультные кресла второго поколения начали появляться в 50-х годах. В процессе покидания самолета частично принимала участие автоматика. Все, что нужно было сделать – дернуть рычаг. Стреляющий пиротехнический механизм выбрасывал кресло и вводился парашютный каскад: сначала стабилизирующий, потом тормозной и затем основной парашютный. Простая автоматика смогла обеспечить блокировку по высоте и задержку по времени.

Третье поколение появилось спустя 10 лет. Кресла начали укомплектовывать твердотопливным ракетным двигателем, который работал после отсоединения кресла от кабины. Их снабжали более новой автоматикой. Первые кресла этого поколения разрабатывались в НПП «Звезда» и обладали парашютным автоматом КПА, который соединялся с самолетом 2 пневматическими трубками и настраивался на высоту и скорость.

Современные модели катапультирующих кресел – британский Martin Baker Mk 14, американский МcDonnell Douglas ACES 2 и российский К-36ДМ. 10 декабря 1954 года полковник Д. П. Стэпп на авиабазе Холломан подвергся рекордной перегрузке – 46,2 g. Летчик-испытатель Д. Смит в 1955 году впервые совершил катапультирование на сверхзвуковой скорости.

Последовательность операций по катапультирование.

Кликните для просмотра.

Практически на всех самолетах привод катапультного кресла курируется пилотом. Но есть такие типы самолетов, в которых продумана функция принудительного катапультирования членов экипажа командиром самолета (Ту-22М). В России есть только один ЛА (палубный СВВП Як-38), оснащенный полностью автономной системой катапультирования. Данная система сама наблюдала за опасными режимами во время полета и при необходимости без желания члена экипажа выбрасывает его.

Производители

На сегодняшний день производством катапультируемых кресел все так же занимаются американские компании Stencil и МcDonnell Douglas и британская Martin Baker. В России такие кресла создает только НПП «Звезда». На практике в Советском Союзе катапультирующие кресла разрабатывались под определенный тип ЛА.

Катапультируемые кресла в космических авиалайнерах

Довольно часто возникает вопрос – почему катапультируемые кресла не устанавливаются в авиалайнерах. Тому есть несколько причин:

Большая часть летных происшествий возникает во время взлета и посадки, а именно тогда, когда на катапультирование пассажиров не хватает ни высоты полета, ни времени.

В военных самолетах перед моментом катапультирования откидывается остекление кабины. Тогда как в коммерческих самолетах пришлось бы сбрасывать потолок.

Катапультируемое кресло выбрасывается при помощи реактивного двигателя или порохового заряда, работа которых часто привела бы не только к травмам соседних пассажиров, но и к их убийству.

При катапультировании тело пилота подвергается сильным перегрузкам, которые безопасны только тогда, когда летчик принимает правильную позу и упор для рук и головы.

На высоте температура воздуха и давление значительно ниже, чем на земле. Молниеносная разгерметизация ЛА в таких условиях не только опасна, но и смертельна. Поэтому для катапультирования пилоты одеваются в специальные высотные шлемы и костюмы и используют кислородные маски.

Допустим, что все вышеперечисленные моменты не повлияли на здоровье пассажира, однако сам процесс спуска на парашюте довольно сложен и требует определенных навыков, которые отрабатываются сугубо на тренировках и специальных подготовках. Также в том случае, если пассажир будет спускаться на деревья, воду или горы, далеко не факт, что ему удастся остаться в живых.

Жесткие требования авиационной безопасности привели к тому, что количество серьезных происшествий и аварий по сравнению с удачными перелетами ничтожно мало. Учитывая габариты самого самолета с дополнительными комплектующими, уже сводится на нет установка катапультирующих кресел. Если для каждого пассажира монтировались такие кресла, масса и объем самолета сильно бы увеличились. В свою очередь это привело бы к повышению количества использования горючего, а соответственно, и к повышению стоимости самого перелета.

Аварийное покидание перспективных истребителей F-35 Lightning II оказалось опасным для здоровья и жизни летчиков с небольшой массой тела. Недавно об этом рассказали американские военные, проводившие в августе испытания катапультного кресла самолета. Всему виной оказались и , повреждающие шейный отдел позвоночника при выталкивании из самолета. Пентагон уже запретил летчикам, весящим меньше 61 килограмма, летать на F-35. И пока военные и разработчики решают, как исправить обнаруженные недоработки, мы решили вспомнить историю создания систем катапультирования и рассказать о тех из них, что используются в авиации сегодня.

История систем аварийного покидания падающего самолета началась вскоре после первого полета братьев Райт на оснащенном двигателем планере. В 1910 году, например, была успешно испытана система катапультирования, которая выбросила летчика из самолета при помощи заранее натянутых жгутов. В 1926 году британский железнодорожный инженер, изобретатель нескольких типов парашютов, Эверард Калтроп запатентовал проект кресла, которое должно было вылетать с летчиком из самолета при помощи сжатого воздуха. Модель такого кресла впервые была продемонстрирована на выставке в Кельне в 1928 году. Годом позже румынский изобретатель Анастас Драгомир успешно испытал комбинированную систему спасения: объединенные кресло и парашют (кресло выбрасывалось сжатым воздухом).

Впрочем, до середины Второй мировой войны никакие средства катапультирования широкого распространения не имели, а их разработка и совершенствование велись по совсем не очевидной причине. Дело в том, что подавляющее большинство самолетов того времени летчики в случае аварии должны были покидать самостоятельно: выбраться из кабины, пройти по консоли крыла к хвосту и спрыгнуть в промежуток между крылом и хвостовым горизонтальным оперением. Разработка систем катапультирования велась для того, чтобы облегчить страх летчиков перед необходимостью прыгать в пустоту. Считалось, что человеку психологически проще вылететь из самолета вместе с креслом, чем пройти половину самолета по внешней обшивке и прыгнуть.

Создаваемые в первой половине 1940-х годов катапультируемые кресла, по большому счету, креслами считать не следует. По своей форме они скорее напоминали стул и, зачастую, не имели всех необходимых атрибутов настоящего катапультируемого кресла: встроенной системы выброса, парашюта, ремней, простой системы активации катапультного механизма. Перед полетом летчик надевал рюкзак с парашютом и садился в «стул». Перед катапультированием ему необходимо было дернуть рычаг активации системы выброса. После этого кресло выстреливалось из самолета. Затем летчику уже нужно было самостоятельно отстегнуть ремни, оттолкнуть от себя кресло, а затем задействовать парашют. Словом, вылезти из кабины и прыгнуть самому - оставалось самым простым решением, но не самым безопасным.

По мере роста скоростей полетов новых самолетов, необходимость разработать полноценную систему катапультирования становилась все более и более очевидной. По данным ВВС США, в 1942 году в результате 12,5 процента всех выпрыгиваний летчиков из самолетов закончились их гибелью, а 45,5 процента - травмами. В 1943 году эти показатели увеличились до 15 и 47 процентов соответственно. Из-за скоростей полета более 400 километров в час сильные воздушные потоки срывали летчиков с крыла, ударяя их о киль, либо пилоты не успевали пролететь в промежуток между крылом и хвостовым оперением и налетали на «хвост» самолета. С появлением закрытых плексигласом кабин летчиков покидание самолетов на больших скоростях стало совсем затруднительным.

Считается, что с задачей безопасного катапультирования летчиков первыми справились немецкие инженеры в 1939 году. Они оснастили экспериментальный самолет He.176 с ракетным двигателем сбрасываемой носовой частью. В полете при катапультировании из носовой части выбрасывался парашют, после раскрытия которого кабина пилотов отделялась от остального самолета при помощи пиропатронов. Однако серийно такая система катапультирования на самолеты не устанавливались. В 1940 году немецкая компания Heinkel оснастила прототип реактивного истребителя He.280 катапультируемым креслом с парашютной системой, которое выбрасывалось из самолета при помощи сжатого воздуха.

Первое катапультирование при помощи кресла выполнил 13 января 1942 года летчик Гельмут Шенк: в полете у него замерзли элероны и рули высоты, самолет стал неуправляемым. Для катапультирования Шенк открыл фонарь кабины, который сдуло набегающими потоками воздуха, а затем задействовал систему катапультирования. Летчик покинул самолет на высоте 2,4 тысячи метров. He.280 серийно не выпускался, однако катапультируемые кресла его типа устанавливались на поршневые ночные истребители He.219 в 1942 году. Несмотря на появление катапультируемых кресел, процесс покидания самолета все равно оставался опасным: пневматическая система не всегда могла выбросить летчика достаточно далеко от самолета.

В 1943 году шведская компания Saab испытала первое в мире катапультируемое кресло, которое выстреливалось из самолета при помощи специальных пиропатронов, по своей конструкции напоминающих оружейные. Оно было установлено на истребитель Saab 21. В 1944 году кресло с пиротехническим стартом испытали в воздухе на бомбардировщике Saab 17, а в деле его удалось опробовать в 1946 году, когда шведский летчик Бенгт Йоханссен катапультировался из своего истребителя Saab 21 после столкновения в воздухе с Saab 22. Аналогичные кресла серийно устанавливались на немецкие реактивные истребители He.162A и поршневые Do.335 с конца 1944 года.

В общей сложности за все время Второй мировой войны немецкие летчики совершили около 60 катапультирований с использованием пневматических и пиротехнических кресел. Во всех случаях перед покиданием самолета им необходимо было открыть остекление кабины. Часть кресел имела собственную парашютную систему и летчики оставались пристегнутыми к ним на всем протяжении спуска. В другие кресла летчики садились с рюкзаком с парашютом за спиной. Во время падения им нужно было отстегнуться от кресла, оттолкнуть его от себя и раскрыть парашют. Катапультирование из Do.335 представляло опасность даже с использованием кресла: самолет имел воздушные винты в носовой и хвостовой части; катапультировавшегося летчика могло засосать в задний винт, хотя такие случае не были зафиксированы.

После Второй мировой войны развитие систем катапультирования значительно ускорилось. Причиной этому стало развитие реактивной авиации, первое преодоление самолетом звукового барьера и увеличение высоты полетов. Для обеспечения безопасности летчиков требовался уже принципиально новый подход. В конце 1940-х годов британская компания Martin-Baker показала американским военным катапультируемое кресло, которое специальными пружинами выбрасывалось из самолета вниз. Это была первая система такого типа. Считалось, что на большой скорости полета такой подход снижает вероятность удара летчика о хвостовое оперение. Впрочем, проект военным не понравился. В частности, его сочли опасным для катапультирования на малой высоте полета.

Между тем, в 1946 году Martin-Baker представила первое катапультируемое кресло с ракетным двигателем на твердом топливе. 24 июля 1946 года летчик-испытатель Бернард Линч покинул истребитель Gloster Meteor Mk.III с использованием такого кресла. Серийно самолеты с новыми креслами Martin-Baker стали выпускаться с 1947 года, а в 1949 году таким креслом вынужденно воспользовался американский летчик, испытывавший реактивный самолет A.W. 52, построенный по схеме «летающего крыла». Позднее разработчики переключились на создание кресел с двигателями на жидком топливе - при больших скоростях полета твердотопливные двигатели не всегда могли отбросить кресло достаточно далеко от самолета, а увеличение топливного заряда приводило к компрессионным повреждениям позвоночника.

Катапультируемое кресло МиГ-21

Фотография: Stefan Kühn / Wikimedia Commons

Первое кресло с новым типом ракетного двигателя с единым соплом было испытано в 1958 году на истребителе F-102 Delta Dagger. Двигатель такого кресла работал дольше и эффективнее твердотопливного и позволял летчику после катапультирования отдалиться на безопасное расстояние от самолета. С начала 1960-х годов ракетные катапультируемые кресла стали своего рода стандартом боевой техники. Они устанавливались на истребители F-106 Delta Dart, EA-6B Prowler и многие другие. С 1960-х годов кресла с твердотопливными двигателями стали использоваться на советских боевых самолетах - МиГ-21, Су-17 и более поздних. Катапультируемые кресла с ракетными двигателями очень часто используются и в современной авиации, хотя и отличаются от первых образцов более сложной конструкцией.

Ракетные катапультируемые кресла, разработанные в 1960-х годах, позволяли летчикам покидать самолеты на скорости полета до 1,3 тысячи километров в час. В 1966 году двое летчиков катапультировались из самолета - носителя беспилотника M-21 на скорости около 3,4 тысячи километров в час на высоте 24 тысячи метров. После катапультирования одного летчика подобрали спасатели, однако второй погиб - его кресло приземлилось на воду, пилот утонул. В 1970-х годах несколько американских компаний, включая Bell Systems, Kaman Aircraft и Fairchild Hiller работали над созданием особых катапультируемых кресел, которые позволили бы летчикам пролетать буквально десятки километров, чтобы пилоты не приземлялись на вражеской территории. Насколько такой подход мог бы стать эффективным не ясно, так как уже через два года, в 1972-м, эти проекты были закрыты.

Параллельно с разработкой ракетных катапультируемых кресел инженеры занимались созданием и более сложных систем спасения летчиков. Дело в том, что кресла, предназначенные для катапультирования на большой высоте и большой скорости полета, требовали и сложной системы подачи дыхательной смеси в маску летчика и специального утепленного компрессионного костюма. В 1950-х годах начали появляться спасательные капсулы. Первые их варианты выполнялись в виде герметично закрываемых щитков. При задействовании системы катапультирования они закрывали летчика вместе с креслом, после чего оно уже выстреливалось из самолета. Такие капсулы защищали летчиков от перегрузок при торможении, аэродинамического нагрева и перепадов давления.

Первые спасательные капсулы были испытаны на палубном истребителе-перехватчике F4D Skyray в начале 1950-х годов, однако система не пошла в серию из-за технической сложности и большой массы. Позднее компания Stanley Aviation сконструировала спасательные капсулы для бомбардировщиков B-58 Hustler и XB-70 Valkyrie. Они позволяли летчикам покидать самолеты на скорости полета от 150 до 3500 километров в час на большой высоте полета. На B-58 такая капсула после включения автоматически фиксировала тело летчика, закрывала щитки, герметизировалась и создавала внутри атмосферное давление, соответствующее высоте в пять тысяч метров. Любопытно, что из капсулы летчик мог продолжить управлять самолетом. Для полного катапультирования необходимо было нажать рычаги под подлокотниками.

Похожим образом происходило и катапультирование на опытном бомбардировщике XB-70. В конце 1960-х годов американская компания General Dynamics запатентовала отделяемую кабину, которая стала частью конструкции бомбардировщика F-111 Aardvark. После поворота рычага в кабине пилотов, система автоматически герметизировала ее, задействовала пиропатроны для отделения от самолета и включала ракетные двигатели, которые в зависимости от высоты и скорости полета могли поднимать кабину на высоту от 110 до 600 метров над бомбардировщиком. Затем уже в полете из специального отсека выпускался стабилизирующий парашют, после наполнения которого выключались ракетные двигатели и выпускался основной парашют.

Полное наполнение купола основного парашюта занимало около трех секунд. По мере снижения из кабины также выстреливались длинные ленты станиоля (сплава олова и свинца), которые позволяли обнаружить средство спасения при помощи радара. Для смягчения удара при приземлении на высоте несколько метров автоматика надувала специальную подушку под кабиной пилотов F-111. Она же служила своего рода плотом, если кабина приземлялась на воду. Аналогичные кабины должны были получить и сверхзвуковые бомбардировщики B-1B Lancer. Однако создание такого средства спасения для них военные сочли слишком дорогостоящим. В итоге отделяемые кабины установили только первые три опытных образца самолета, а серийные B-1B получили ракетные катапультируемые кресла.

Сегодня самыми распространенными системами катапультирования являются кресла с ракетными двигателями, однако их конструкция серьезно отличается от первых таких систем 1950-1960-х годов. Например, для современных семейств российских истребителей Су-27, МиГ-29, бомбардировщиков Су-34 и Ту-160 научно-производственное предприятие «Звезда» выпускает катапультные кресла К-36ДМ. Это кресло можно задействовать при малых и больших скоростях полета, на большой высоте. В нем реализован режим нулевой высоты и скорости, позволяющие летчику катапультироваться из стоящего на земле самолета. К-36ДМ имеет индивидуальную подвесную систему и регулировку по росту летчика.

В состав катапультного кресла входит блок жизнеобеспечения, защитные щитки-дефлекторы, стреляющий механизм, заголовник, парашютная система, аварийный маячок и механизм притягивания. Для катапультирования летчик должен дернуть специальные рычаги-держки, после чего задействуется автоматическая система аварийного покидания самолета. Сперва пиропатронами отстреливается фонарь кабины пилотов, после чего ремни надежно и плотно притягивают летчика к креслу, фиксируя тело и ноги. Затем срабатывает стреляющий механизм из двух пиропатронов, по рельсам-направляющим выбрасывающий летчика из самолета. После этого включается ракетный двигатель и вспомогательные двигатели, контролирующие крен кресла.

На большой скорости полета в ногах летчика раскрываются щитки-дефлекторы, обеспечивающие торможение кресла и аэродинамическую защиту конечностей. Затем на малой скорости (или при снижении скорости до необходимой) производится отстрел заголовника, отделение летчика от основной конструкции кресла и выпуск стабилизирующего, тормозного, а затем основного парашютов. Спуск летчика происходит на специальном сидении, под которым расположены система подачи дыхательной смеси, аварийный запас медикаментов и провизии и аварийный маячок, который позволяет по радиосигналу найти пилота. По аналогичному принципу работают и другие катапультные кресла, они имеют лишь небольшие отличия.

Например, в штурмовых самолетах A-10 Thunderbolt заголовник катапультного кресла имеет небольшой выступ. При нормальном катапультировании фонарь кабины пилота отстреливается пиропатронами. Однако на малой высоте полета времени на отстрел фонаря практически нет, поэтому катапультирование летчика производится через него - специальный выступ на заговоловнике разбивает плексиглас и защищает летчика от осколков. В некоторых самолетах вместо отстрела фонаря кабины пилотов производится его разрушение при помощи специального детонационного шнура, проходящего по плексигласу. На учебно-боевых самолетах Як-130 установлены кресла К-36-3,5, система катапультирования которых соединена с детонационным шнуром в фонаре кабины пилотов.

Некоторые самолеты не имеют системы катапультирования. Например, аварийный стратегический дальний бомбардировщик Ту-95МС экипаж должен покидать самостоятельно через специальную нишу шасси. Перед покиданием шасси самолета выпускается. На американском бомбардировщике B-52 Stratofortress реализована раздельная разнонаправленная система катапультирования. Кресла двух из пяти членов экипажа этого самолета выбрасываются вниз, а остальные - вверх. Это конструктивная особенность бомбардировщика, в котором два места для членов экипажа расположены не в носовой части, где для отстрела вверх пришлось бы делать специальные «окна» в фюзеляже.

В самолетах западного производства как правило перегрузки при катапультировании достигают 14-18g, их продолжительность составляет от 0,2 до 0,8 секунды. В российских самолетах этот показатель может достигать 22-24g. В 1991 году компания «Камов» разработала ударный вертолет Ка-50 «Черная акула», ставший первым в мире летательным аппаратом такого класса с ракетным катапультным креслом. Сегодня такие же кресла используются на серийных ударных вертолетах Ка-52 «Аллигатор». И это пока единственные в мире серийные вертолеты, в которых реализована «самолетная» система аварийного покидания. До разработки новой системы катапультирования летчики покидали аварийные вертолеты самостоятельно.

В аварийном Ка-52 летчик должен потянуть рычаг задействования системы катапультирования. Затем автоматика включает пиропатроны, которые отстреливают лопасти вращающегося несущего винта и те под действием центробежной силы разлетаются в разные стороны. Затем система подрывает детонационный шнур, тянущийся по «стеклу» кабины пилотов и разрушающий его. Только после этого пиропатроны выталкивают вверх специальную капсулу с ракетными двигателями, которая вытягивает за собой летчика на безопасное расстояние. Во время катапультирования капсулы с двигателями выстреливаются под углом, чтобы «растащить» летчиков в разные стороны. Это сделано специально, чтобы реактивная струя катапультных двигателей не обожгла их.

В современных самолетах все системы катапультирования включаются летчиками вручную. Автоматические системы катапультирования устанавливались на истребители вертикального взлета и посадки Як-38. Там специальная система отслеживала параметры полета и выбрасывала летчика из самолета при получении критических показателей по некоторым из них. В бомбардировщиках Ту-22М3 реализована система принудительного катапультирования. Благодаря ей командир может катапультировать других членов экипажа, задействовав их системы со своего места. Современные катапультные кресла позволяют покинуть самолет, даже если тот летит «брюхом» вверх. Для западных самолетов минимальная высота катапультирования в таком положении составляет 43 метра, а для российских - 30 метров.

Наконец, существует и еще один способ спасения летчиков аварийных самолетов, вместе с летательным аппаратом. Они предполагают выпуск одного или нескольких основных парашютов, на котором аварийный самолет просто опускается на землю вместе с экипажем. Например, такой системой оснащаются гражданские легкие самолеты компании Cirrus Aircraft. Аналогичная система разрабатывается для ВВС Индии. Ее, например, планируется устанавливать на учебные самолеты HPT-32 Deepak и перспективные HPT-36 Sitara. Помимо выпуска основных парашютов она предполагает еще и отстрел правой и левой консолей крыла специальными пиропатронами. Авиастроительные компании Airbus и Boeing сегодня занимаются созданием таких же систем для пассажирских лайнеров.

Василий Сычёв