ACES 5. Do czego zdolny jest nowy amerykański fotel katapultowy i jakie wnioski powinna wyciągnąć Rosja?
Jeśli chodzi o „ostatnią nadzieję pilotów”, rosyjskie fotele katapultowane K-36 i ich modyfikacje od dawna uważane są za najlepsze i swego rodzaju standard bezpieczeństwa i jakości. Wiele rozwiązań zastosowanych w tych krzesłach zostało ostatecznie skopiowanych przez kraje zachodnie.
Taką „chwałę” rosyjskim systemom zapewniła m.in. wizualna demonstracja ich skuteczności na dwóch pokazach lotniczych w Le Bourget – w 1989 i 1999 roku. Oba wyrzuty pochodziły z pozycji dalekich od optymalnych.
Jednak technologia się rozwija, a Stany Zjednoczone zdecydowały się na wdrożenie pewnych rozwiązań, które teoretycznie mogą zapewnić znaczny wzrost bezpieczeństwa użytkowania foteli katapultowanych – finalny produkt otrzymał oznaczenie ACES 5.
Przyjrzyjmy się bliżej temu, co zostało zaimplementowane w tym fotelu.
Dostosowanie fotela do szerokiego zakresu danych antropometrycznych pilotów
W erze dużych prędkości odrzutowych problem wychodzenia z samolotu stał się trudniejszy – w szczególności wzrosło ryzyko kolizji z elementami płatowca przy wychodzeniu z samolotu.
W związku z tym fotel wyrzucany musi zapewniać szybkie wyjście z potencjalnie niebezpiecznego obszaru.
Ale taka decyzja wiąże się z dużymi przeciążeniami, na które narażony jest pilot, podczas gdy lżejsza osoba jest narażona na bardziej niebezpieczne skutki w odcinku szyjnym kręgosłupa.
Również różnica w masie znacząco zmieniła środek ciężkości całego układu (fotel + pilot), co nie pozwalało na zastosowanie optymalnego rozkładu obciążenia podczas katapultowania.
Z tego powodu w Stanach Zjednoczonych przez długi czas przyjmowano ograniczenia: piloci o wadze poniżej 60 kg nie byli wpuszczani, a ci, którzy ważyli 60-75, byli narażeni na zwiększone ryzyko w przypadku wyrzucenia.
Dlaczego ten problem nasilił się w ostatnich latach?
Przyczyna 1 - nowe obiecujące hełmy HMD z informacjami wizualnymi wyświetlanymi na wizjerze pilota. Elektronika sprawia, że konstrukcja jest cięższa, w wyniku czego istniejące próbki ważą w granicach 2,3-2,5 kg. No i oczywiście przy wyskakiwaniu cała ta radość, działająca na szyję, przyczynia się do wzrostu kontuzji. Oznacza to, że system wyrzutowy powinien być jak najbardziej „dostosowany” do konkretnego ciężaru, aby nie narażać szyi na niepotrzebnie silne wpływy.
Przyczyna 2 - tendencja do wzrostu liczby kobiet w siłach powietrznych USA. Różnica w antropometrii między M i F daje najbardziej znaczącą zmienność wagi.
Co jest zasadniczo nowego w tym systemie?
Osobno chciałbym skupić się na jednym, na pierwszy rzut oka, niepozornym momencie.
ACES 5, zrównoważony pod względem wagi pilota, pozwala na przeprowadzenie całego procesu w zupełnie inny sposób: zamiast wyrzucić pilota w górę jednym mocnym „kopnięciem”, system płynnie przyspiesza fotel „do przodu i w górę”, a zatem pilot „startuje płynnie”, a nie „strzela”, jak w większości nowoczesnych systemów wyrzutowych.
Jak płynnie przebiega ten proces, można zobaczyć na filmie testowym:
Ten szczegół może nie być oczywisty, ale jest niezbędny, aby zapobiec obrażeniom. Nasz organizm fizjologicznie znacznie lepiej znosi przeciążenia skierowane „od żołądka do pleców” niż „z góry na dół od głowy do nóg”.
Dodatkowo, zapewniając przyspieszenie w płaszczyźnie poziomej, fotel ma więcej czasu na „przerzucenie” wyrzucanego samolotu przez ogon, co oznacza, że można to zrobić płynniej, z mniejszym (najgroźniejszym dla nas) przeciążeniem pionowym.
I to właśnie redukcja obrażeń jest głównym celem nowoczesnych rozwiązań w tej dziedzinie - ważne jest nie tylko uratowanie pilota, ale także utrzymanie go w zdrowiu, najlepiej pozostawiając go w szeregach.
System ochrony głowy i szyi
Kolejnym nieprzyjemnym efektem podczas katapultowania jest uderzenie głową pilota o siedzenie w momencie, gdy siedzenie po prostu opuszcza i wchodzi w strumień powietrza.
Ten efekt pokazano poniżej w czasie:
W tym przypadku możliwe są również różne przemieszczenia głowy w jedną stronę. Aby rozwiązać ten problem, opracowano odpowiedni system.
W momencie wyrzucenia specjalna platforma za głową „delikatnie, ale mocno” przechyla głowę do przodu, opierając brodę na klatce piersiowej. Powietrze nurnika następnie popycha głowę z powrotem w kierunku zagłówka, ale system nie pozwala na uderzenie głową. Jednocześnie boczne ograniczniki zapobiegają obracaniu się głowy.
Ten system wygląda tak:
Podobne systemy zastosowano już (choć w nieco innej formie) na fotelach francuskich.
A oto co może się zdarzyć bez tego systemu (niestety nie mogliśmy znaleźć lepszej jakości zdjęcia):
Ochrona rąk i nóg
Szczególnie zagrożone są kończyny: mogą być „odgięte” od ciała przez nadchodzący przepływ, a następnie uszkodzone (chwila jest bardzo traumatyczna).
Dlatego nogi są standardowo zabezpieczone, a know-how w tym zakresie nie ma - zwykłe pętle mocujące. Również opcjonalnie podwojona ochrona w okolicy stawów kolanowych.
Aby chronić ręce, opracowano specjalną siatkę, która ogranicza amplitudę ich ruchu do tyłu.
Teoretycznie są bardziej niezawodne niż klasyczne „podłokietniki”, zwłaszcza jeśli chodzi o wyrzucenie drugiego członka załogi, który „nie ciągnął” – jego ręce w momencie wyrzutu mogą być w dowolnej pozycji, a to nie jest fakt że ograniczniki w okolicy łokcia będą w stanie „naprawić”.
Poniżej znajduje się demonstracja, w jaki sposób siatki ograniczają zakres ruchu ramion:
odkrycia
W wielu aspektach (takich jak ochrona kończyn) nie wydarzyło się nic zasadniczo nowego: już istniejące rozwiązania zostały gdzieś całkowicie i całkowicie skopiowane i gdzieś kompetentnie sfinalizowane. Poprawiono także francuski system ochrony głowy i szyi.
Jednocześnie nowy system z łagodniejszym „wyrzutem” otwiera wielkie perspektywy na zastosowanie różnych protokołów wyrzutu, z których każdy będzie najbezpieczniejszy w określonych warunkach (biorąc pod uwagę parametry lotu).
Amerykanie nie zapomnieli o wielu aspektach „systemowych”, częściowo przeze mnie poruszanych w poprzednich artykułach (Jak długo Rosja będzie głupia, tracąc swoje samoloty? и Jak działa lotnictwo wojskowe).
W szczególności o kosztach utrzymania: zgodnie z zapowiedzianymi informacjami, pod tym względem nowe krzesło ma również przewagę nad poprzednimi modelami.
Słupki wskazują okresy „bez konserwacji” dla różnych elementów krzesła.
Kwestia modernizacji i wymiany starych foteli na nowe również nie pozostała niezauważona: opracowano zestaw do przekształcenia poprzedniego modelu w obecny, co powinno przyspieszyć i obniżyć koszty doposażenia w nowe systemy.
Oczekiwane zmniejszenie ryzyka i perspektywy rozwoju systemów awaryjnych w przyszłości
Diagramy wyraźnie pokazują zagrożenia dla lżejszych pilotów w poprzednich modelach foteli, nie ma ich w nowym.
Również, zgodnie z wynikami symulacji i testów, wzrosło bezpieczeństwo przy prędkościach do 1000 km/h.
Poniżej znajduje się wykres przedstawiający wskaźniki wyrzutu przy różnych prędkościach, z podziałem na obrażenia (zielony = brak obrażeń, żółty = drobny uraz, pomarańczowy = poważny uraz, czerwony = zdarzenia śmiertelne):
Z wykresów tych wynika, że wyrzut najczęściej następuje przy prędkościach 300-500 km/h, a jednocześnie żadne z istniejących rozwiązań nie jest w stanie zapewnić bezpieczeństwa wysiadania z samolotu przy prędkościach powyżej 1000 km/h.
Jeśli taka potrzeba pojawi się w przyszłości, najprawdopodobniej zostaną opracowane zasadniczo różne rozwiązania dla tych zadań - kapsułki wyrzucające.
Takie podejście zostało wdrożone na samolocie F-111:
Zastosowanie kapsuł może podnieść bezpieczeństwo pilotów na zupełnie inny poziom, ponieważ w nich piloci są chronieni przed działaniem wszelkich czynników zewnętrznych (temperatura, ciśnienie, niska zawartość tlenu, przepływ powietrza nadlatującego).
Kapsuła eliminuje błędy załogi podczas lądowania na wodzie: w klasycznym fotelu pilot musi wykonać szereg skomplikowanych manipulacji przed wodowaniem – takie wymagania nie są do końca adekwatne do nałożenia na osobę, która właśnie wyskoczyła.
Istnieje możliwość zamontowania nadmuchiwanych pływaków, które będą służyć jako dodatkowe. amortyzacja, gdy kapsułka ląduje na ziemi. Poniżej zdjęcia kapsuł ratunkowych F-111 z pływakami:
Dodatkowo możliwe jest wdrożenie systemów awaryjnego lądowania w fotelu jak fotele helikoptera: gdy występują elementy amortyzujące, które chronią pilotów śmigłowców podczas twardego lądowania.
Jednocześnie takie rozwiązanie jest znacznie trudniejsze technicznie.
Ale może to być uzasadnione w przypadku dużych samolotów, takich jak Tu-22M i Tu-160, zwłaszcza biorąc pod uwagę możliwości szybkościowe tych maszyn, ponieważ jest mało prawdopodobne, aby uciec z dużą prędkością bez kapsuły. Odnosi się to również w przypadku marine lotnictwogdy rozprysk następuje w zimnej wodzie.
W odniesieniu do takich samolotów ważny jest również czynnik kolejności ucieczki: nie można ich jednocześnie wyrzucać – konieczne jest zaimplementowanie algorytmów hodowlanych w powietrzu (strzelanie pod różnymi kątami w różnych kierunkach).
W przypadku kapsuły wszyscy jednocześnie wychodzą z samolotu.
Jako alternatywne rozwiązanie ochrony przed nadjeżdżającym strumieniem zastosowano specjalne osłony, jednak rzeczywista skuteczność takiego systemu przy prędkościach powyżej 1000 km/h nie jest w stanie zapewnić akceptowalnego poziomu bezpieczeństwa.
Zdjęcia pobrane z otwartych źródeł z witryn:
www.iopscience.iop.org
www.collinsaerospace.com
www.pl.wikipedia.org
informacja