Как устроены катапульты истребителей V поколения: наглядная демонстрация17.01.2022 15:18

Еще несколько десятилетий назад считалось, что катапультные кресла как основное средство спасения летчика должны разрабатывать те же КБ, что занимаются проектированием и самих самолетов. Однако опыт привел к пониманию того, что создание систем жизнеобеспечения и спасения необходимо отдать специализированным предприятиям. В странах НАТО таким «монополистом» является британская компания Martin-Baker, а у нас со второй половины 1970-х — ОАО «НПП «Звезда». Эта фирма из подмосковного Томилино разрабатывает не только катапультные кресла, но также кислородные системы, высотные и противоперегрузочные костюмы для пилотов, системы аварийного пожаротушения и дозаправки в воздухе. Отдельный предмет гордости — космос. Этой темой «Звезда» начала заниматься еще с начала 1950-х. В музее предприятия на манекены надеты подлинные скафандры Гагарина, Терешковой, Леонова: все экипажи оте­чест­вен­ных космических кораблей носили и носят скафандры, созданные в Томилино.

Вакуум, холод, ветер

ОАО «НПП «Звезда» — российское предприятие с большими традициями. Основанное в 1952 году, оно с самых первых пилотируемых полетов создавало экипировку для наших космонавтов. Это не только скафандры, но и, например, опытные образцы индивидуальных средств маневрирования в космосе или ассенизационные устройства для установки на орбитальных кораблях. Другая важнейшая тема — средства жизнеобеспечения и спасения пилотов ВВС. Предприятие обладает серь­ез­ной испытательной базой, включающей в себя центрифугу для исследования воздействия перегрузок на организм, комплекс термобарокамер для проведения испытаний в усло­виях вакуума и аномальных температур, аэродинамический стенд.

В том же музее можно проследить историю создания средств жизне­обеспечения и спасения для пилотов военных самолетов. На каждом этапе конструкторам удавалось сделать эти средства все более легкими, эффективными и безопасными. Сегодня вершиной отечественной конструкторской мысли в этой области стал комплект для пилотов перспективного многофункционального истребителя фирмы «Сухой» — ПАК ФА, он же Т-50. Комплект состоит из катапультного кресла К-36Д-5, противоперегрузочного костюма ППК-7, высотно-компенсирующего костюма ВКК-17 и защитного шлема ЗШ-10.

Катапультирование на скоростях 1300 км/ч и выше представляет собой сложнейшую техническую задачу. На такой скорости набегающий поток воздуха обладает просто убийственными свойствами: достаточно пилоту немного отвести от тела руку или ногу, как ее просто оторвет. На летчика воздействует целый ряд травмоопасных факторов — перегрузки, угловые скорости, избыточное давление набегающего потока и т. д. Чтобы им противостоять, необходимо, чтобы пилот и кресло в момент покидания самолета представляли собой единое и хорошо обтекаемое целое.

Скоростная аэродинамическая труба служит предприятию верой и правдой уже многие годы. С виду труба не производит ошеломляющего впечатления своими размерами, однако для создания нужного давления и достижения скорости потока 1800 км/ч воздух запасается в каскаде связанных с трубой газгольдеров, сопоставимых по объему с железнодорожными цистернами. На пути воздушного потока из трубы стоит мощный отбойник: любая незакрепленная деталь может превратиться в пушечный снаряд. В настоящее время идет переоснащение трубы более современной управляющей аппаратурой.

Поэтому сразу после того, как летчик вытягивает рукоять катапультирования, срабатывает сложная автоматика. Пояс и плечи принудительно прижимаются к креслу, бедра приподнимаются для защиты корпуса, фиксируются голени и опускаются ограничители разброса рук. Также поднимается специальный дефлектор, на который при движении в набегающем потоке «садится» аэродинамический скачок уплотнения (его воздействие на тело и голову пилота было бы опасным).

После надежной фиксации пилота в кресле включается стреляющий механизм: срабатывает пиротехнический заряд, и кресло по направляющим рельсам покидает кабину. Далее запускается реактивный двигатель, уводящий кресло вверх (чтобы избежать удара о киль). Важную роль играет система аэродинамической стабилизации — она включает в себя два стабилизирующих парашюта на раздвигающихся телескопических штангах. Система обеспечивает такое положение кресла, чтобы перегрузки, которым подвергается пилот, шли по линии «спина-грудь» (они переносятся легче), а не «голова-таз». Лишь после этого самого ответственного этапа катапультирования происходит ввод в поток спасательного парашюта, расфиксация летчика и отделение его от каркаса кресла. Вместе с пилотом на парашюте к земле отправится только крышка сиденья, под которым расположен НАЗ — носимый аварийный запас и аварийный запас кислорода.

На ОАО «НПП «Звезда» под руководством генеральных конструкторов С.М. Алексеева и Г.И. Северина разрабатывали линейку катапультных кресел К-36. Флагманом семейства стало К-36ДМ, которое, по сравнению с существовавшими на тот момент аналогами, имело более высокую надежность и травмобезопасность, уменьшенное значение минимально безопасных высот покидания.

Однако появилась перспективная авиатехника — и возникли новые требования к средствам аварийного покидания. Во-первых, они касаются увеличения скорости, на которой наиболее вероятно применение катапультного кресла. Во-вторых, расширены требования по травмобезопасности. В-третьих, поставлена задача снижения минимально безопасной высоты катапультирования — это особенно важно, когда катапультирование происходит не из горизонтально летящего самолета, а во время пикирования или полета в перевернутом состоянии. В-четвертых, назрела необходимость расширения антропометрии операторов кресел: раньше конструкторы ориентировались на ограниченный диапазон весов и ростов летчиков-мужчин. В наши дни, с одной стороны, к летному делу все больше привлекаются женщины, а с другой — авиаторы, представляющие сильный пол, стали выше и массивнее. И наконец, в-пятых, конструкторам предстояло добиться серьезного снижения массы и габаритов катапультного кресла.

На картинке вверху — тепловая карта, построенная на основе математического моделирования процессов, протекающих при катапультировании на большой скорости. В этом случае пилот подвергается высоким перегрузкам, а кроме того, испытывает аэродинамический нагрев из-за скачка уплотнения, возникающего перед креслом. Для того чтобы в полете перегрузки шли по линии «спина-грудь», в кресле применяются стабилизирующие парашюты на длинных выдвижных телескопических штангах. С целью уменьшения воздействия на пилота скачка уплотнения используется специальный дефлектор. Сегодня главная задача конструкторов кресел — повысить скорость, на которой возможно катапультирование, и уменьшить минимальную высоту эффективного срабатывания системы спасения.

На основе всех перечисленных и ряда других требований было со­зда­но катапультное кресло К-36Д-5, предназначенное в первую очередь для установки на российский истребитель пятого поколения.

Главная отличительная особенность этого кресла — применение усовершенствованной системы автоматики, использующей информацию о параметрах полета как с борта самолета, так и на основании собственных датчиков. Информация о высотно-скоростных параметрах полета используется для определения минимально возможной задержки на ввод парашюта. Данные об относительном положении самолета — для выбора оптимального алгоритма работы системы стабилизации и управления, сведения о массе летчика — для минимизации воздействия перегрузок во время работы двигательной установки. Важно отметить, что применение новых материалов позволило снизить массу кресел нового поколения на 20% по сравнению с К-36ДМ.

Манекен в летном снаряжении в катапультном кресле истребителя 5-го поколения. Хорошо видны выдвинутый дефлектор, выполняющий функцию аэродинамической защиты летчика, опущенные ограничители разброса рук и раздвинутые стабилизирующие штанги.

Следует помнить, что катапультное кресло — это не только средство спасения, но и рабочее место пилота. Очень важно, чтобы оно обеспечивало максимально возможный комфорт, в том числе и во время маневренного боя. Благодаря уменьшенным габаритам и наличию систем, снижающих перегрузки при катапультировании, К-36Д-5 можно устанавливать в кабине под большими углами наклона, что позволяет повысить переносимость пилотажных перегрузок.

Второй элемент комплекта средств жизнеобеспечения и спасения — противоперегрузочный костюм. Если при высокоманевренном полете, когда перегрузки достигают 8−9 g, противоперегрузочная защита отсутствует, это приведет к потере зрения, а затем к потере сознания летчика. Защита включает в себя обжатие нижней части тела за счет наполнения воздухом встроенных пневматических магистралей, а также со­зда­ние избыточного давления в кислородной маске.

Термобарокамера, в которой проходят испытания новейшие скафандры для МКС. На испытательной площадке «НПП «Звезда» находится целый комплекс термобарокамер, в том числе и та, что использовалась для моделирования первого в истории выхода в открытый космос.

В противоперегрузочном костюме нового поколения ППК-7 при пилотажной перегрузке происходит обжатие не только нижней части тела, но и рук. Кроме того, избыточное давление в кислородной маске создается исключительно на фазе вдоха. Введено упреждающее срабатывание противоперегрузочной защиты по сигналу от бортовой ЭВМ, прогнозирующей предстоящую перегрузку не позднее, чем за секунду до ее начала. На ОАО «НПП «Звезда» также разработан костюм для полетов на больших высотах — высотно-компенсирующий. В комплекте с кислородной маской и бортовым оборудованием, благодаря повышенному быстродействию и улучшенным компенсирующим свойствам, он обеспечивает спасение летчика в случае разгерметизации кабины самолета на высотах, превышающих 20 км.

Характерная особенность защит­но­го шлема нового поколения ЗШ-10 — уменьшенная на четверть, по сравнению с предыдущей версией, масса при сохранении максимально допустимой индикаторной скорости полета 1300 км/ч. Каска изготовлена из арамидных волокон, а светофильтр из поликарбоната — эти материалы обладают бронезащитными свойствами от воздействия вторичных осколков. В сочетании с новой версией кислородной маски КМ-36М максимальная высота применения шлема достигает 23 км.

Еще одна критически важная проблема жизнеобеспечения на борту — кислород. Традиционно она решалась с помощью установки на борт кислородных баллонов. Такая система требует специальной аэродромной инфраструктуры для ее зарядки и обслуживания, обучен­ных специалистов и влечет за собой дополнительные затраты. Избежать этих затрат можно лишь одним путем — продуцировать кислород непосредственно на борту самолета.

Разработка бортовой кис­ло­родо­добы­вающей установки (БКДУ) началось в стенах ОАО «НПП «Звезда» еще в 2000 году. Установка повышает концентрацию кислорода в подаваемом в нее сжатом воздухе, отбираемом от компрессора двигателя самолета. В новой системе обеспечения жизнедеятельности летчика отсутствуют бортовые кислородные баллоны, и продолжительность полета в этом случае не ограничивается бортовым запасом: БКДУ непрерывно продуцирует дыхательную газовую смесь. Снижается также пожарная и взрывная опасность, потенциальным источником которой неизбежно является чистый кислород, в особенности находящийся под высоким давлением. БКДУ производства ОАО «НПП «Звезда» уже устанавливаются на самолеты Як-130, МиГ-29К/КУБ и Су-35С, предназначенные для ВВС РФ, а также на ряд машин, поставляемых на экспорт. Усовершенствованной кислородной системой с БКДУ будут оснащаться и самолеты пятого поколения Т-50.