Kraków 2018-09-25
Awaryjne opuszczanie samolotu wojskowego.
Część 5
McDonnell Douglas.
Firma McDonnell Douglas w 1948 roku zajęła się także opracowaniem foteli wyrzucanych. Początkowo zakłady Douglasa prowadziły badania nad systemem ewakuacji polegającym na wyjściu fotela z maszyny przez właz w podłodze. Chodziło o ograniczenie wartości przeciążenia działającego na pilota i likwidację możliwości kolizji z usterzeniem. Rozwiązanie to zastosowano we własnym, dwumiejscowym samolocie odrzutowym Douglas F3D Skyknight.
Wczesne modele samolotów Lockheed F-104 Starfighter były wyposażone w system wyrzucania fotela do dołu, ze względu na duże niebezpieczeństwo uderzenia o wysokie usterzenie ogonowe w kształcie litery T. Po uruchomieniu urządzenia katapultującego, nogi pilota były podciągane do tułowia poprzez system linek, umożliwiając bezpieczne opuszczenie kabiny przez jej podłogę. System ten uniemożliwiał ewakuację podczas lotów na małej wysokości. Piloci w krytycznych momentach próbowali sobie radzić poprzez odwrócenie samolotu na grzbiet. Lecz często było to niemożliwe.
Mało jednak kto wie, że pierwszym samolotem z systemem katapultowania w dół był Douglas A-3 Skywarrior, bombowiec morski, który powstał także w odmianie dla USAF jako B-66 Destroye. Również i w tym samolocie zrezygnowano w tego systemu.
W CCCP w tego typu system był wyposażony bombowiec Tupolew Tu-22. Według oficjalnych danych, system był skuteczny od pułapu 350 m. Niestety brak jest informacji o jego faktycznym użyciu.
Jednak firma McDonnell Douglas opuszczanie samolotu przez podłogę uznała za nieprzyszłościowy. Konstruktorzy skupili się na koncepcji zastosowania odrzucanej przedniej części kabiny. Po odrzuceniu kabina z pilotem spadała ku ziemi. Pilot mógł wyskoczyć i otworzyć spadochron dopiero po zmniejszeniu prędkości. System ten zastosowano w samolocie Douglas D-558 Skyrocket w 1953 roku.
Pierwszym fotelem katapultowym firmy McDonnell Douglas wdrożonym do produkcji był fotel Escapac IA-1. Prace nad nim rozpoczęto na początku 50-lat. Fotel przeznaczono do samolotu A-4 Skyhawk. Był skonstruowany oraz działał podobnie jak fotele wytwarzane przez MBA. Pod względem konstrukcyjnym wszystkie modele Escapac były podobne.
W 1972 roku w samolocie S-3A Viking zabudowano fotel IE-1 z systemem stabilizacji STAPAC. System ten stosowano jako standardowy w późniejszych systemach ratowniczych, m. in. w fotelu ACES II. System ACES II jest najnowszym produktem firmy McDonnell Douglas. Zabudowano go m.in. w samolocie F-16. Dzięki fotelowi ACES II uratowano ponad 500 lotników.
Convair B-58 Hustler.
Naddźwiękowy bombowiec Convair B-58 Hustler z 1956 roku był jednym z pierwszych samolotów wyposażonym w wyrafinowaną technikę ratowania trzyosobowej załogi w sytuacji krytycznej. W samolocie zastosowano indywidualne kapsuły ratunkowe. W sytuacji koniecznego opuszczenia samolotu fotel lotnika nieznacznie się odsuwa do tyłu. Lotnik zostaje zamknięty w kapsule jak w muszli. Kapsuła ma trzy elementy ruchome i jeden stały. Ruchome elementy kolejno zsuwają się w dół. Po tej czynności kapsuła z lotnikiem opuszcza samolot. System jest bardzo skuteczny. Jednak jego utrzymanie (konserwacja, przeglądy, naprawy) były bardzo drogie. W ostatnich latach służby bombowców Convair B-58 Hustler zostały one wyposażone w zwykłe fotele wyrzucane.
Fotele wyrzucane z systemem rakietowym.
Systemy napędu rakietowego foteli wyrzucanych stały się standardem obowiązującym do chwili obecnej. Jednak i one nie są pozbawione wad. Ich podstawową zaletą jest dłuższy czas działania napędu, przez co lotnik doznaje mniejszych przeciążeń. System ten pozwolił także na zbudowanie fotela w klasie 0-0, co oznacza, że ratuje on pilota z pułapu 0 m i przy prędkości 0 m.
Pierwszym typem samolotu, w którym w 1958 roku zastosowano napędzany rakietowo fotel wyrzucany, był Convair F-102 Delta Dagger. Firma Martin-Baker opracowała rozwiązanie składające się z kilku rakiet ze wspólną dyszą.
Na początku 60-lat rozpoczęto projektowanie rakietowych foteli katapultowych przeznaczonych do ewakuacji przy prędkościach naddźwiękowych, między innymi z ówcześnie projektowanej maszyny Convair F-106 Delta Dart, następcy Convair F-102 Delta Dagger. W rzeczywistości zaledwie kilku pilotów wystrzeliło się przy prędkości > 1 Ma i ten kierunek rozwoju foteli wyrzucanych został zahamowany. Do chwili obecnej istnieją niepotwierdzone informacje o katapultowaniu się z samolotu Lockheed SR-71 Blackbird przy prędkości 3 Ma i pułapie około 25 000 m.
Konstruktorzy foteli skupili się natomiast na fotelach ratujących życie klasy 0-0, a także z pod powierzchni wody. W fotelach z napędem rakietowym udało się obniżyć przeciążenie do wartości 12 – 14 g, co znacznie obniżyło możliwość powstania kontuzji pilota.
Osłona kabiny.
W 1955 roku w UK doszło do zdarzenia lotniczego. Samolot morski Sea Vixen przechodzi serię testów. Samolot jest dwumiejscowy. Pilot siedzi w typowej kabinie myśliwskiej przesuniętej nieco w lewo. Nawigator (operator stacji radiolokacyjnej) siedzi po prawej stronie, niżej od pilota, a nad sobą ma właz wejściowy z oknem. Podczas lotu nad morzem doszło do poważnej awarii samolotu. Załoga otrzymała polecenie do katapultowania się. Pilot katapultował się bez problemu. Jednak nawigatorowi nie udaje się odrzucić włazu nad głową. Zdecydował się na użycie fotela bez odrzucenia włazu i w tym momencie zginął.
Śmierć lotnika początkowo nie zwracała uwagi na problem z odrzuceniem osłony. Wszak właz miał system otwierania eksploatacyjnego i awaryjny. Być może lotnik popełnił błąd i nie użył jednego z tych systemów, gdy zawiódł drugi. Zaczęto jednak podejrzewać, że lotnikowi po prostu brakło czasu.
Ten przypadek i podobne skłoniły konstruktorów do rozważenia metody katapultowania bez konieczności odrzucenia osłony. W szkło organiczne, będące szybą osłony zaczęto wtapiać sznur z materiału wybuchowego. W procedurze katapultowania najpierw dochodzi do skruszenia szkła poprzez materiał wybuchowy, a następnie dochodzi do wystrzelenia fotela. Okazało się, że system ten skraca czas opuszczenia samolotu przez lotnika.
W Polsce ten system zastosowano w samolocie PZL I-22 Iryda.
General Dynamics F-111.
Na samym końcu przedstawiamy przykład najbardziej wyrafinowanego systemu ratowania załogi , który zastosowano w samolocie General Dynamics F-111. Samolot wyposażono w sekcję kabiny w postaci kapsuły odstrzeliwanej w całości, a nie w indywidualne fotele wyrzucane. Do wyrzucenia całej kabiny używa się silników rakietowych o dużej mocy, a następnie zespołu spadochronów i poduszek powietrznych amortyzujących lądowanie, a w przypadku wodowania gwarantujących utrzymanie się kabiny na wodzie. System ten okazał się skuteczny, ale niezwykle kosztowny w produkcji i serwisowaniu. Zaważyły tutaj zależności; koszt – efekt. W rezultacie samolot wyposażono w tradycyjne fotele wyrzucane.
Skafander przeciwprzeciążeniowy i wirówka.
Powszechne użycie skafandra przeciążeniowego nastąpiło w połowie 50-lat XX wieku. Jego wprowadzenie wynikało z chęci ograniczenia skutków przeciążeń działających na lotników. Skafander jest zaprojektowany tak, aby zapobiec odpływowi krwi z mózgu, co pozbawia ten organ tlenu i powoduje tym samym utratę świadomości. Utrata świadomości związana z przeciążeniem była przyczyną wypadków samolotów. Była już o tym mowa.
Były dwa sposoby ograniczenia odpływu krwi z głowy (mózgu i oczu). Zmiana pozycji lotnika lub użycie skafandra. Nad tą pierwszą propozycją pracowano w 40-latach XX wieku. Ale trudno było zaprojektować odpowiednio kabinę. W pozycji leżącej była ograniczona możliwość obserwacji, a i przyrządy pilotażowe były nieergonomiczne. Tę drogę porzucono.
Skafander przeciwprzeciążeniowy okazał się lepszym rozwiązaniem. Co prawda nieco utrudniał możliwości ruchowe, ale blokował odpływ krwi do dolnych części ciała. Początkowo skafander obejmował całe ciało lotnika. Kolejne konstrukcje zaczynały się od dolnych żeber, a kończyły się na mocno sznurowanych butach. Obecnie ubiór ogranicza się do spodni i to zakładanych stosunkowo prosto, na zwykły lotniczy kombinezon, bez konieczności ściągania butów lub bluzy.
Skafander przeciwprzeciążeniowy. Ogólnie ubiór składa się z ciasnych spodni dopasowywanych ściśle do ciała. Spodnie w swojej strukturze posiadają nadmuchiwane komory, które są wypełniane przez gaz bądź ciecz. Poprzez automatycznie sterowany zawór ciśnieniowy, spodnie są połączone z układem pneumatycznym bądź hydraulicznym samolotu. Wypełnione komory powodują silny ucisk na nogi i brzuch, ograniczając w ten sposób wolną przestrzeń ciała do której krew mogłaby swobodnie odpłynąć pod działaniem przeciążenia.
Początkowo komory w skafandrze były wypełnione wodą, ale ostatecznie wszystkie konstrukcje używają sprężonego gazu. Pierwszy skafander używający sprężonego powietrza powstał w 1944 roku.
Skafander przeciwprzeciążeniowy nie zwiększa odporności organizmu ludzkiego na wysokie przeciążenia, lecz umożliwia przetrzymanie wysokiej wartości G dłużej, bez negatywnego wpływu na organizm.
Sam skafander przeciwprzeciążeniowy nie rozwiązuje jeszcze problemu. Konieczny jest trening, który pozwala szkolącemu się pilotowi na poznanie zjawisk towarzyszących powstałym przeciążeniom i ich wpływowi na jego organizm. Tego typu trening przeprowadza się w specjalnych wirówkach, gdzie reakcje ćwiczącego lotnika są stale monitorowane. Systematyczny trening w wirówce pozawala zwiększyć tolerancję organizmu na powstałe przeciążenia i to dojść znacznie, nawet o 2 g. Co najważniejsze to lotnik obeznany ze zjawiskiem przeciążeń czuje się znacznie bardziej pewnie. Trzeba jednak pamiętać, że wysokie wartości przeciążenia nie pozostają obojętne na zdrowie (nawet ze skafandrem).
Aktualnie konstruktorzy pracują nad skafandrem, który poprzez elektroniczne sterowania wywoływałby efekt takiego uciskania, aby zmuszać krew do płynięcia w górę, tak jak pompa pyro-statyczna oddziaływuje na wężyk w której płynie ciecz.
Rodzina foteli wyrzucanych K-36 z MiG-29, Su-27.
K-36 to fotel wyrzucany konstrukcji i produkcji państwa moskiewskiego, który zasłynął spektakularnym ratunkiem pilotów podczas pokazów lotniczych. Prace nad fotelem, który został wyposażony w system rakietowy rozpoczęto w 1969 roku. Najnowsze fotele z rodziny K-36 umożliwiają katapultowanie w przedziale wysokości 0–25 tys. m podczas lotu z prędkością od 70 km/h do 1400 km/h. Choć znane są przypadki ratunku lotników z wysokości 0 m i prędkości 0 km/h. Fotele są stosowane w samolotach: MiG-29, Su-27, Su-24, Mig-31 i innych. Fotel rodziny K-36 jest stosowany także w śmigłowcu Ka-50, a przed jego użyciem łopaty wirników nośnych są odstrzeliwane.
Katapultowanie z użyciem fotela K-36 następuje po odbezpieczeniu i wyciągnięciu przez pilota zdwojonego uchwytu katapultowania. Po wykonaniu tej czynności wszystkie układy fotela i awaryjny układ zrzucania osłony kabiny samolotu, uruchamiają się automatycznie w ustalonej kolejności.
Fotel K-36 ma dwustopniowy mechanizm strzałowy KSMU-36M. Pierwszy stopień to ładunek pirotechniczny. W ciągu 0,2 sekundy nadaje on fotelowi prędkość 134.6 m/s, czyli 13,5 g. Drugi stopień silnik rakietowy, który działa przez 0,2 sekund wytwarzając ciąg 3300 kN. Spadochron ratunkowy umieszczony jest w zagłówku. O jego zadziałaniu decyduje automat PPK-1M-T424 (PPK-U-T424). Prędkość lotu samolotu w chwili katapultowania uwzględnia automat spadochronowy KPA-4M. Bezpieczne lądowanie lub wodowanie lotnika zapewnia wyposażenie ratownicze PSU-36. Odłączany od fotela wraz z pilotem zapas awaryjny NAZ-7M, służy do utrzymania pilota w dobrej kondycji fizycznej i psychicznej do czasu nadejścia ekipy ratunkowej. Zestaw zawiera radiostację ratunkową, która automatycznie podaje miejsce przyziemienia.
Fotel K-36 posiada elektro-mechanizm MPS-7 do regulacji wysokości w zależności od wzrostu pilota. Zakres 0,16 m. W fotelu jest automat przyciągania pasów biodrowych i barkowych. Przy katapultowaniu się załogi z prędkością > 800 km/h, na twarz pilota wysuwa się zasłonka. Masa fotela wynosi 145 kg.
Opracował Karol Placha Hetman