飞行安全的最后防线——浅谈弹射逃生

万磁王

　　为获得良好的弹射弹道，弹射时人椅的重心位置应与推力轴线保持住一定范围之内，如重心过于靠前，易造成弹射轨迹前倾，影响开伞动作。如重心过于偏后，易造成弹射座椅翻滚，影响人椅分离。
　　理想的弹射时机在水平飞行姿态，但由于战斗机机动性能的日益提升，弹射不可能都在理想状态下进行，在战斗机处于滚转姿态，甚至倒飞姿态弹射时，有效开伞高度和开伞姿态都将受到影响，特别是在低空弹射将造成无法挽回的遗憾。使用稳定导伞（stabilizer drogue）与陀螺控制（gyro-controlled）弹射火箭推力矢量喷管可防止弹射座椅倾斜，并能修正座椅姿态。在低速弹射时因气动力较小，适宜采用推力矢量控制姿态，在高速时则可利用气动力控制，以稳定导伞进行对姿态调整，弹射座椅的微处理器执行相关控制程序。俄制系统倾向在弹射从机载陀螺仪获得姿态信息，弹射座椅本身不另增陀螺仪，西方则大多在弹射座椅上安装陀螺仪进行姿态监控，设计理念不同但逃生成功率大体差不多。目前的技术水准已能做到距地面60米时，即使座舱朝向地面仍可确保弹射座椅离开战斗机后，凭借推力矢量把弹射座椅由下坠姿态转向上升姿态并获得足够的开伞高度，确保人员安全逃生。

70年代，美国海军测试的VSS弹射座椅，在倒置弹射后能迅速扭转姿态爬升

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　　低空高速弹射是最困难的，较大的空气密度使气流效应更为强烈，飞行员在弹射时即被吹向机尾方向，因此除了要以最快的弹射速度避开垂尾外，还要缩短主伞的开伞延迟时间，也应延长火箭助推器的燃烧时间以争取足够的高度让弹射座椅减速并启动子系统。
　　在空速从超过400节（740千米/时）的高速减速至开伞速度时，飞行员需要适当的屏蔽与束缚以避免因空气的强大动压造成伤害。多数弹射座椅都有速度限制以避免高速气流伤害飞行员，如果战斗机没有立即爆炸的危险，飞行员应尽可能在座舱内等待，等空速下降至安全范围内再弹射。但如果存在非常迫切的危险，即使在超音速飞行也要弹射，多数弹射座椅能超音速弹射，但不能确保飞行员的安全。目前仅有俄制K-36系统曾成功进行过超音速弹射，并且飞行员没有受严重伤害。其成功的主要原是弹射座椅上的气流偏折装置（wind blast deflector），当弹射座椅的微处理器探测到超音速状态时，会自动把两腿间的伸缩式气流偏折装置升起至胸部高度，使超音速气流产生的激波在该装置前分离，避免激波伤害飞行员，也避免高速气流直接冲击飞行员。配合特殊的KKO-5飞行服，即使弹射时没有放下面罩，头盔上方的压力感应孔在探测到高速气流时也会自动放下面罩保护人员面部，并由弹射座椅上的紧急氧气瓶供氧，使飞行员在高速状态下能正常呼吸。由于种种特殊设计，K-36系列弹射座椅拥有目前最大的弹射包线。

著名的K-36弹射座椅，飞行员腿部中间就是气流偏折装置，座椅头靠后方是两个伸出的导伞

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四、开伞程序
　　开伞时的冲击力量可能会因导伞作用不良或主伞过早开启变得相当猛烈，开伞时的空速越大冲击力也就越猛烈，对飞行员和主伞结构都易造成伤害。高空弹射较为罕见，但伴随的危险性也更大，主要伤害来自于缺氧和低温，如紧急供氧系统失效或面罩在弹射过程中脱落。飞行服一般已经足以提供飞行员在弹射时的保暖需求，但如果在弹射时手套掉落造成手指冻伤，会对飞行员落地后的求生造成不利影响。

典型的弹射过程

万磁王

　　最早出现的弹射座椅仅仅是飞行员离开飞机的工具，后续的人椅分离及开伞都需要手动操作，如果飞行员在弹射过程中不幸失能或受伤而无法操作上述程序，就会让整个弹射程序徒劳无功。这方面的最早改进是自化开伞与人椅分离装置，其中的定时释放装置（timed release mechanism,TRM）使弹射程序自动化变得可行，该装置利用机械计时器或延迟燃烧药柱达到延时释放主伞、人员与救生包的目的，使开伞程序得以在周围已无障碍的安全环境下进行。但相同的开伞程序，却因操作环境的不同反而会对飞行员造成伤害，低空弹射时，为增加逃生时间要求缩短延迟开伞时间，但同样的延迟时间在高空却可能在座舱盖还未完全抛离时就开伞，并使飞行员暴露在高空、低温、低压及缺氧的环境中过久导致受伤，此外高速开伞时产生的冲击也会对飞行员造成伤害。虽然可通过增加延迟时间选择钮，视弹射情况设定时间，但多一道程序就多一分人为失误的可能性，弹射过程分秒必争，稍许的迟疑与失误都可能造成无法挽回的遗憾。
　　弹射座椅引入了自动化弹射程序后，能通过座椅上的高度计（压力计）与空速管等传感器，把速度和高度作为开伞时机参数自动计算出开伞的最佳时机。高空缺乏足够的氧气，过早开伞会致飞行员在高空滞留时间过长，导致组织缺氧而昏迷，当高度计探测到弹射高度低于限制高度（多设定于3000米~4300米左右），则开伞时机不受时间延迟影响可直接开伞，如弹射高度超过限制高度，则时间延迟装置将持续作用直到低于限制高度，而且人椅分离装置在限制高度以上也被锁死，并持续为飞行员供氧。
　　最早的自动开伞装置是背负式自动开伞（back-automatic,BA），在人椅分离后才能开伞，开伞时间约需2-3秒，速度越低所需开伞时间也就越长，相对于把伞包置于头靠（headrest）的开伞发射枪式（ballistically deployed）仅需的0.8-1.5秒开伞时间明显过长。此外，背负式在开伞初期也较易发生飞行员与伞绳纠缠导致开伞失败，所以基于弹射反应时间与成功率的考虑，背负式渐为被开伞发射枪取代。开伞发射枪是把导伞安装在导伞发射枪内（drogue gun），开伞时先把发射枪内约450克的金属块射入空中，产生的拉力足以把导伞拉出，让弹射座椅稳定下来并减速。等定时释放装置解锁后，导伞就把伞包内的主伞拉出，完成开伞程序。也有的弹射座椅采用双导伞（duplex drogue parachute）设计，用稳定导伞（stabilizer drogue parachute）和控制导伞（controller drogue parachute）进行弹射座椅的稳定和减速，使导伞的作用更为完善。与以前利用空气阻力拉出主伞的方式相比，导伞能缩短开伞时间、降低开伞需要高度、减小弹射火箭加速度，降低对飞行员的伤害，在低空低速时是效果更好。新一代弹射座椅则趋向导伞与主伞独立作用，视弹射情况可不开启伞直接开主伞，进一步缩短开伞时间。
　　早期弹射座椅大多仅依靠定时释放装置和高度、空速传感器来决定开伞时机，随着电子技术的进步，在弹射座椅的设计中已经引入了微处理器（microprocessor），弹射时能用矢量推力控制弹道姿态，并把开伞冲击、大气环境对飞行员的影响维持在安全限度内。以美国的ACESⅡ（Advanced Concept Ejection Seat）弹射座椅为例，其主要弹射模式可分为三种：

美军多种现役战斗机配备了ACESⅡ弹射座椅

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　　模式一、（低空低速，高度小于4500米，空速低于460千米/时）弹射座椅离开导轨时主伞就打开，导伞在弹射过程中不启动以免与主伞纠缠。

　　模式二、（中等速度，高度小于4500米，空速介于460~1200千米/时之间）弹射座椅离开导轨时就打开导伞，延迟0.8至1.0秒后打开主伞，导伞立即脱离以避免与主伞纠缠。

　　模式三、（高空高速，高度大于4500米，或空速大于1200千米/时，符合其中一项条件即可）弹射座椅离开导轨时就打开导伞，直到速度与压力传感器判定弹射座椅已进入模式二时，经0.8至1.0秒后打开主伞，导伞立即脱离以避免与主伞纠缠。

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五、人椅分离
　　弹射弹道的最高点就是人椅分离的时机，最简单的脱离方式是重力脱离，分离时依序释放肩带和腿带，人椅自然分离。但有时因人椅相对姿态问题无法顺利脱离，所以又出现了氮气瓶和椅背椅垫气囊，除释放腿带和肩带外，氮气瓶内的高压氮气会注入弹射座椅背部与臀部的气囊，产生把飞行员推离座椅的力量，不过脱离后的飞行员可能因此作用力而陷入无法预期的翻滚而受伤，这个推理也可能对飞行员臀部与背部的身体组织造成不同程度的伤害。所以又出现了安装在弹射座椅顶部的向下推进的火箭，在人椅分离时把座椅向下推，增加弹射成功机率，还有利用导伞在人椅分离时降低座椅的速度的。

人椅分离

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　人椅分离时应将弹射座椅上的救生包（survival kits）一并带出，并以带子和人员相连，避免落地时散落。救生包重7~22千克不等，视战斗机作战条件与可能弹射的地点而定，基本应具备野外求生、自卫、通讯与导航的工具，维持人员生命直至救援人员到达。

U-2飞行员救生包内的物品

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六、着陆
　　这是弹射过程中最重要的阶段，将近90%的弹射伤害发生在这一阶段，因此需要加强飞行员的基本跳伞训练，避免落地受伤。考虑到地球表面70%的面积被水覆盖，飞行员落海应尽快与降落伞脱离，避免因降落伞充水而把人员拉入海中，或人员被伞绳缠住。为了避免飞行员落海后失能或手部受伤，海水致动释放装置（seawater activated release system,SWAWARS）为日益普遍的装备，落海时电子组件与海水接触形成通路，装置立即引爆伞具上的螺栓，使人伞快速分离。

海水致动释放装置

结语
　　人员是部队战斗力的基石，优秀飞行员的培养更需消耗国家庞大的资源，如何使飞行员才从失控战斗机中安全逃生，不仅关乎士气的维持，也会为国家节约庞大的资源。