Ну, я полетел
Краткая история авиационных систем катапультирования
Фотография: Wikimedia Commons
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 шлем пилота и кресло, 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).
Первый полет братьев Райт 17 декабря 1903 года.
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
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.
Источник