彈射救生技術

自1783年人類第一次實現氣球載人飛行後，便產生了航空應急救生問題。1903年，美國萊特兄弟首次實現了動力飛行以後，在飛機失事時，如何挽救飛行員的生命便提上了議事日程。法國於1917年首先把降落傘用於軍用飛機。第一次世界大戰期間，約有800名氣球觀測員從失事的氣球上跳傘獲救。第二次世界大戰中，降落傘已成為軍用飛機必備的救生工具。

隨着飛機飛行速度的不斷提高，單靠飛行員的體力爬出座艙跳傘逃生變得越來越困難。當飛機飛行速度達到500km/h時，飛行員必須藉助外力才能應急離機救生。第二次世界大戰快要結束時，德國首先把彈射座椅用作軍用飛機飛行員的救生工具。此後，彈射座椅在英國、美國、俄國、瑞典等國家迅速發展，成為高速軍用飛機必不可少的救生設備。據國外2003年統計，僅英國馬丁·貝克一家公司，就累計生產了各種型號的彈射座椅約69000台，挽救了6994人的生命。 ^[1] 

彈射救生技術從20世紀中期開始應用於軍用飛機，已經歷了4個發展階段。

1)第一代彈射座椅

彈射座椅發展的第一個階段大約從20世紀40年代中期至50年代中期，這一時期的座椅為彈道式彈射座椅，即利用滑膛炮的原理把人和座椅作為“炮彈”射出飛機座艙，然後使人椅分離打開救生傘。它主要解決了飛行員在高速條件下的應急離機問題，如英國的MK-1、MK-5，俄國的米格-15、米格-17飛機上的彈射座椅。

2)第二代彈射座椅

第二階段大約從20世紀50年代中期至60年代中期，這一時期的彈射座椅為火箭彈射座椅。它的主要特徵是把火箭作為彈射座椅的第二級動力，在第一級動力彈射機構的作用下把人椅系統推出座艙後，再由火箭繼續推動人椅系統向上運動，使其具有更高的軌跡，以解決零高度一零速度時彈射救生問題，並可以在更高的飛行速度(1100km/h)下應急彈射離機。

3)第三代彈射座椅

第三階段大約從20世紀60年代中期開始一直持續，屬於多態彈射座椅的發展時期，其主要特點是採用了速度傳感器(電子式/機械式)，根據應急離機的飛行速度的不同，救生程序執行不同的救生模式，從而縮短了救生傘低速開傘的時間，提高了不利姿態下的救生成功率。國外現役機種裝備的彈射座椅絕大部分為第三代彈射座椅。國外裝機服役的第三代彈射座椅以俄羅斯K-36系列、美國ACESII系列、英國NACES(MK-14)和MK-16為主要代表。

4)第四代彈射座椅

彈射座椅發展的第四個階段實際始於20世紀70年代末期，與第三階段的後期相互交織、平行發展。它的主要特點是實現人椅系統離機後的姿態控制，其關鍵技術是可控推力技術和飛行控制技術。主要解決高速彈射救生和不利姿態下的救生問題。由於第四代彈射座椅的關鍵技術風險陛很大，雖然經過了20多年的研究(如MPES計劃、CREST計劃、第四代彈射救生技術的驗證計劃等)，取得了很大的進展，但尚未裝機服役。

我國對彈射救生技術的研究起步較晚，20世紀50年代至60年代末期，主要是生產蘇聯的彈射座椅，如米格飛機系列的彈射座椅等，直到70年代初期才開始第二代火箭彈射座椅的研製。我國彈射救生技術經幾十年的發展，已經跨入了獨立研製彈射救生設備的行列，自行研製的第三代彈射座椅已裝機服役，並已開始第四代彈射救生技術的預研工作。

我國現役第三代彈射座椅的名義性能包線為：在平飛條件下，飛行高度0～18000m，飛行速度0～1100km/h，馬赫數≤2.5。而實際上，據美英等國的統計資料顯示：在速度高於550km/h彈射時，約有43%的彈射者死亡或受重傷；在速度高於926km/h彈射時，約有69%的彈射者死亡或受重傷；迄今為止尚沒有1100km/h成功彈射的事例。雖然和平時期高速彈射的概率較小(約1%～2%)，但在戰爭時期將會大大增加，這顯然是一個不可忽視的問題。根據第四代飛機總體性能的要求，應當把下一代彈射座椅的性能包線擴大到1300krn/h～1400km/h，馬赫數≤3.0。 ^[2] 

世界上多數軍事大國都有自己的航空救生裝備研製生產機構，如英國的馬丁·貝克公司、俄羅斯的星星公司、美國的麥克唐納·道格拉斯公司、我國的航宇救生公司。世界上能研製和生產火箭彈彈射座椅的只有英國、俄羅斯、美國、法國、瑞典和中國共6個國家。

1)英國MKl4(NACES)彈射座椅

射座椅被稱為“海軍飛行員通用彈射椅”，是英國的馬丁·貝克公司為美國海軍研製的，裝備F/A-18C/D、F/A-18E/F、F-14D戰鬥機和T-45A教練機上。

2)英國MKl6彈射椅

MKl6彈射椅從彈射到開傘僅需1.68s，並實現了零高度和零速度的彈射救生。該彈射座椅已經用於“陣風”和歐洲戰鬥機。與MKl4相比，MKl6要輕22.7kg，是唯一適合45.4kg～111.1kg體重飛行員使用的彈射座椅。

3)美國ACES II彈射椅

ACES II彈射椅於20世紀70年代初研製生產，1978年開始裝備F-15、F-16、F-117、A-10、B-1和B-2飛機。海灣戰爭時，美空軍飛行員使用該椅9次彈射成功。美國和日本正在合作進行ACES II的改進計劃：一是要求能適應較高、較胖的飛行員；二是研製四肢限動器；三是研製用小型火箭就可迅速打開的增強型制動傘，以便彈射後能儘快穩定座椅，這對於擺脱失控是極為重要的。 ^[2] 

隨着彈射救生性能包線的不斷擴大，高低速開傘矛盾、高低温彈射過載的矛盾、飛機不同飛行姿態彈射的矛盾、乘員體重與彈射推力的矛盾日益尖鋭。第三代彈射座椅採用了多態控制技術，在一定程度上緩解了高低速開傘的矛盾，但其他方面的矛盾仍難以解決。自適應控制技術就是能根據不同的彈射離機狀態或人椅系統離機後的飛行狀態，及時而自動地選擇或調整彈射程序、彈射推力的大小和方向，使人椅系統具有自適應救生能力，最大限度地減少飛行員不必要的傷亡，從而可大大提高安全彈射救生的成功率。

自適應控制技術必須和可控彈射動力技術相結合才能使第四代彈射座椅具有自適應救生能力。對可控彈射動力技術的主要要求是能改變推力的大小、方向和燃燒時間，並具有高頻率的響應。

第四代彈射座椅除了繼續使用穩定減速傘外，還採用了兩種穩定方案。第一種方案為美國座椅上採用的姿態控制噴嘴，利用氣體發生器產生的高壓氣體使姿態控制噴嘴位於頭靠處工作，以保持人椅系統在橫滾和偏航方向上的穩定性。第二種方案是與可控推力系統相結合的方案，根據自適應控制系統的指令，合理地改變個噴嘴的推力大小和方向，產生控制力矩，保持人椅系統的穩定性。由於人椅系統在偏航方向上是極不穩定的，而且人體在偏航方向上對加速度的耐限又很小，所以，控制邏輯中要首先保證偏航方向上的穩定性，其次是橫滾方向上的穩定性。 ^[3]