谈谈我国战斗机/教练机的弹射座椅

万磁王

原作者：候知健  

杜绝初教-6悲剧再现！揭秘我国新型教练机的火箭牵引救生系统
　　今年5月13日，海军航空兵学院一架初教-6飞机在起飞以后遭遇发动机空中起火。飞行员判定已经无法维持飞行后，操纵飞机进行大角度转弯，以避让紧靠机场的人口密集居住区域，随后以很大的俯角坠向地面树林，飞行员英勇牺牲。事故虽由发动机引起，但初教-6在救生性能上的缺陷也无法忽视。

初教-6的设计年代太早，救生设计实在是无力完成

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　　从技术角度来说，本次初教-6事故中即使是到了最后关头，飞行员的生命依然是可以依靠优秀的弹射救生设备所挽回的。但是初教-6没有弹射救生功能，飞行员要跳伞必须自己解开安全带、推开座舱盖跳出飞机。这一方面的空白主要源于时代局限，初教-6是我国最早设计制造的飞机之一，设计始于1957年，定型于1962年，而我国当年并没有弹射救生系统的研制能力。

L-7飞机，注意座椅上方两个朝不同方向歪斜的大黑坨，它们就是带有穿盖功能的牵引火箭。L-7也对民用和出口市场销售，因此按道理对研制进度不会做很严格的保密，反而需要更多的曝光度来吸引潜在买家

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　　我国目前已经在发展新一代的初级教练/运动两用飞机L-7，用于替代初教-6飞机。为了在克服初教-6没有弹射救生能力缺陷的同时，更好的针对初教机飞行高度低、速度低、而且不能容纳过重救生设备的特点进行针对性设计；L-7并没有采用传统战斗机的弹射座椅技术，而是采用了另一种相近的技术，火箭牵引救生。
　　火箭牵引救生和常见战斗机的弹射座椅救生的最大不同，在于前者只把飞行员牵引出去，而座椅仍然保留在座舱内。由于缺乏座椅赋予的牢固约束和保护，火箭牵引救生不能用于高速弹射救生，因此在战斗机中没有采用这种设计的型号。

F7U-3战斗机的火箭牵引救生系统的座椅，可以看到结构明显比常规弹射座椅简单得多

火箭牵引救生原理

火箭牵引系统弹射试验照片

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　　这种技术由美国斯坦利航空公司研发于上世纪60年代中期（扬基系统，Yankee system），截止1982年底交付了720套产品。而到1983年为止，总共有83人使用该系统，77人获救，救生成功率达到92.8%，比美国空军当时总救生率高10%。应该说是一种比较可靠有效的技术。
　　L-7飞机采用的是SQZ-1型牵引救生装置，这是我国第一套火箭牵引救生系统，于2009年开始研制。在飞机保持平飞状态时，它能够满足0-400公里/小时速度范围内、4000米高度以下的救生需要，可以实现零——零弹射。
　　这种救生方式有不少的优点，包括采用穿盖弹射，没有抛盖过程带来的延迟；飞行员空中姿态稳定性好，对脊椎损伤的危险性较低；不会出现人、座椅之间或者座椅与稳定伞/救生伞互相干扰的问题；而且结构简单紧凑，对飞机内的空间和重量占用都很小，可以很容易的装载在各种小型飞机上。当然，从采购成本上来说也要低很多。

SQZ-1系统中的HQY-1座椅。1：伞箱。2：牵引火箭。3：伞箱锁。4：骨架。5：弹射筒。6：腰带锁。7：座高调节接口。8：爆燃机构。9:椅盆。10：整体座垫和腰垫。11：中央拉环

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　　当飞行员拉动中央拉环以后，SQZ-1的爆燃机构开始工作：一方面把伞箱锁、飞行员腰带/负过载带释放掉；同时启动弹射筒，牵引火箭穿破座舱盖、将飞行员拽出座舱。当飞行员离开座舱一定距离以后，弹射筒牵引带被释放掉，射出牵引火箭、并拉直火箭牵引带。牵引火箭总共燃烧0.7秒，最后0.1秒牵引火箭会与飞行员分离并顺势拉开伞箱的封包，释放救生伞并充气张满，飞行员就可以乘伞稳降着陆。

弹射座椅在弹射筒工作阶段必须垂直发射，只有在弹出座舱、主火箭点火以后，才能依靠侧向的额外推力火箭来实现轨迹的侧向偏移

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　　火箭牵引技术对于教练机这样的双座机型来说，有个特别重要的优势：座椅的弹射筒可以设计成朝一侧倾斜的状态。比如SQZ-1系统的前椅右倾13度，后椅左倾13度。由于前后飞行员弹射时的初始轨迹就能形成26度的角度差，大大降低了两名飞行员在空中相互干扰的可能性，因此前后座的弹射间隔时间要远远小于普通的双座战斗机，这在低空弹射中尤为重要。

HQY-1座椅的前舱单独弹射试验

　　不过令人有些奇怪的就是，L-7飞机作为一款技术上并不复杂的型号，公开已经多年；然而时至今日，既不见它定型量产，也未见关于它的更多报道。作为一款兼具民间和出口市场定位的产品来说，这实在是颇有些奇怪。
　　如论如何，初教-6已经服役数十年，确实到了该让一代新人换旧人的时候了。希望L-7飞机能早日顺利完成定型，给我国的飞行员训练工作带来更大的安全保障。

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控制简陋、双座抛盖、座椅不佳——飞豹事故伤亡率高的三大主因

弹射座椅工作原理

　　在我国的现役战术飞机中，歼轰七飞豹曾经多次出现过前后座飞行员双双牺牲的严重事故。单纯从技术角度来分析的话，气动外形/飞行控制的总体设计过于保守、双座舱抛盖设计不利于弹射救生、配套的通用型弹射座椅性能不佳，是导致这种局面的三个最重要原因。

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一：机翼对附着气流的控制能力不足，易于引发飞豹失速
　　飞豹基本设计成型于1977年，受限于当时技术水平，较为先进的气动和控制设计例如通过边条翼引入涡流升力、翼身融合处理、电传飞控系统等均未考虑。而在当时的方案选择中，为了将设计难度和风险减到最少，设计单位又选取了其中最为保守的一个方案，这就是后来飞豹易于失速的祸根。

歼轰-7A型的814号原型机，注意机翼前缘没有机动襟翼（威猛摄影）

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　　升力归根结底来自升力面（以下均以机翼为例）上下表面气流由速度差引起的压力差，依照气流速度高的地方压力较小的规律，增大升力就要设法提高机翼上表面气流的流速。当机翼的与迎面气流的夹角（迎角）增大时，气流通过机翼上下表面的路程之差也随之增大；这便意味着机翼上下表面气流速度差的增大，或者说升力的增大。
　　这就是为什么战斗机要强调大迎角能力。但迎角太大以后，巨大的压力差就会撕裂、揉碎原本附着在机翼上的规则气流，留在机翼上表面的都是很多紊乱的小分离漩涡；这时候机翼上下表面的规则气流之间的压力差就会迅速减小，飞机就进入丧失升力的失速状态。

升力的本质就是机翼上下表面的压力差（上），加大迎角能加大升力，但过头就会引起气流分离导致失速（下）

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　　失速现象在扇叶设计不佳的劣质电风扇上也能见到：气流突然无法继续附着在扇叶上，电扇突然声音变得很大，振动也强烈起来（分离漩涡的振动）；虽然还在高速转动，但风力却变得极其微弱。试想一下，在空气中吃不住力的不是扇叶，而是飞机的机翼，那会发生什么样的事情？答案就是飞机打着转往下掉，俗称尾旋，不能及时改出这个状态就只能坠毁。

814号样机飞行表演时的坠毁过程瞬间，后舱飞行员弹射成功，前舱飞行员壮烈牺牲