Fotel wyrzutowy

Artykuł ten jest szkicem dotyczącym aeronautyki .

Możesz dzielić się swoją wiedzą doskonaląc ją ( jak? ) Zgodnie z zaleceniami odpowiednich projektów .

Siedzenie wyrzutowa jest system bezpieczeństwa, zaprojektowane w celu umożliwienia pilotowi i załodze danego statku powietrznego , aby uciec od niego, kiedy wymyka się spod kontroli i jest o katastrofie. Stosowany jest głównie w samolotach wojskowych .

Tysiące pilotów zawdzięcza mu życie, jedyne fotele Martina-Bakera, które uratowały 7607 pilotów, 5 czerwca 2019 r., 7641 w dniu 23 marca 2021 r.

Operacja

Mechanizm wyrzutu wyzwalania odbywa się za pomocą klamki umieszczonej między nogami lub nad głową pilota, ta ostatnia lokalizacja wykorzystywane coraz mniej, ponieważ trudno jest podnieść ramiona, w szczególności w samolocie wchodząc korkociągu, ze względu na znaczący współczynnik obciążenia , jaki musi przejść pilot. Niektóre modele miały również uchwyty w miejscu podobnym do podłokietnika. Wyrzut można również uruchomić za pomocą przycisku na desce rozdzielczej. Wyrzut spowodowany jest jedynie elementami pirotechnicznymi i mechanicznymi, aby uczynić go prawie niezawodnym, ponieważ jest niewrażliwy na problemy występujące w samolocie (ogólnie samolot jest w złym stanie lub bez kontroli pilota).

Przykład sekwencji operacji

Na przykład opis sekwencji wyrzutu fotela Martin Baker MkF16F, montowanego we wszystkich wersjach francuskiego myśliwca Dassault Mirage 2000 . Operacja ta jest prawie identyczna w przypadku wycofanych z eksploatacji Mk10L ( Alpha Jet ) i Mk10M ( Mirage F1-CR i CT ):

• t0 (t = 0 s): Trakcja pilota rączki znajdującej się między jego nogami;
• od t0 do t + 0,25  s  :
  • Przypomnienie o uprzęży pilota. Plecy pilota są dociskane do siedzenia;
  • Cylindryczne urządzenie przypominające teleskopowy cylinder , który przyjmuje nazwę „  działo  ”, wyzwalane jest dzięki pierwszemu ładunkowi wybuchowemu, którego gazy powodują wystrzelenie . Fotel unosi się i zaczyna wychodzić z kokpitu  ;
  • Przypomnienie nóg pilota o siedzenie, dzięki pasom mocowanym z tyłu kabiny i systemowi przeciwzwrotnemu;
  • Osłabienie szklanego dachu , dzięki wybuchowemu sznurowi zintegrowanemu z tworzącym go szkłem;
  • Uderzenie fotelika o zadaszenie, które zaczyna się rozdzierać, a następnie wysuwać z kokpitu. Niektóre modele siedzeń mogą działać nawet wtedy, gdy zawiodło osłabienie czaszy (na szczęście niezwykle rzadki przypadek);
• od t + 0,25  s do t + 0,5  s  : Po wypchnięciu siedzenia z kabiny przez pistolet wyrzutowy uruchamiany jest silnik rakietowy znajdujący się pod siedzeniem. To spalanie jest bardzo krótkie, ale wystarcza do odsunięcia fotela od samolotu i na odpowiednią wysokość, jeśli wyrzucenie nastąpiło na małej wysokości;
• t + 0,5  s  : Wyrzucenie ciężarka przez pistolet wyrzutowy , który zawiera również mały ładunek wybuchowy, którego pęd umożliwi wyciągnięcie małego spadochronu wyrzutowego , który następnie sam będzie musiał wydobyć spadochron stabilizujący z większych rozmiarów;
• t + 1,5  s (przypadek wyrzutu na małej wysokości): Zwolnienie spadochronu głównego za pomocą mechanizmu opóźnionego zwolnienia i zwolnienie punktów mocowania uprzęży/siedziska;
• t + 2,65  s (skrzynia wyrzutu na dużą wysokość): Spadochron główny jest całkowicie otwarty, pilot schodzi z plecakiem ratunkowym.

Analiza różnych podsystemów uczestniczących w sekwencji wypychania

Mechanizm opóźnionego zwolnienia

Mechanizm ten precyzyjnie określa moment otwarcia spadochronu głównego. Działa w kilku trybach, które zależą od wysokości i przyspieszenia odczuwanego w momencie wyrzutu:

> 19 400  stóp	Mechanizm jest zablokowany
16400  stóp do 8000  stóp > 2,5  G	Mechanizm jest zablokowany
16400  stóp do 8000  stóp < 2,5  G	Mechanizm działa
<7,500  stóp	Mechanizm działa

Dopóki pilot jest podłączony do fotela, korzysta z wspomagania oddychania czystym tlenem , dzięki butli ciśnieniowej zawierającej wystarczającą ilość rezerw na okres 5 minut, co jest więcej niż wystarczające. Może też wymusić zakończenie sekwencji, jeśli chce, dzięki drugiemu uchwytowi.

Osłabienie szkła

Baldachim stanowi przeszkodę do przejścia siedzenia, i to musi być albo wyrzucane lub przekazywane za jego pośrednictwem.

Jeśli zostanie wyrzucony, zostaje odepchnięty na bok za pomocą małych ładunków miotających i podnośników, które częściowo go otwierają. Reszta sekwencji odbywa się dzięki względnemu wiatrowi, który pędzi poniżej i wyrywa siedzenie z samolotu. Jednak ta operacja jest nadal trochę zbyt powolna, a szczególnie problematyczna, jeśli materiały wybuchowe oddzielające nie działają, w którym to przypadku fotel może nie być w stanie wyjść z kokpitu. Tak powstał drugi, często preferowany system, polegający na przejściu czaszy przez siedzisko i pasażera. Wybuchowy sznur osadzony w szkle eksploduje, a wytworzone gazy osłabiają szkło, podobnie jak kamień tworzy dużą gwiazdę na przedniej szybie samochodu. Kiedy siedzenie jest następnie przepychane przez szybę, napotyka na niewielki opór podczas przechodzenia. System ten uważany jest za znacznie bardziej niezawodny, a przede wszystkim szybszy, ponieważ nie trzeba czekać aż czasza znajdzie się „daleko” od samolotu, aby fotel mógł wreszcie zostać wysunięty z kabiny.

Wszystkie te pojęcia prędkości czasami wydają się trudne do zmierzenia, ale w samolocie lecącym z prędkością 800  km/h, zaledwie kilkadziesiąt metrów nad ziemią, jak Mirage 2000D , stracona dziesiąta część sekundy może szybko zadecydować o życiu. i śmierć. Ten system jest również używany przez wszystkie francuskie samoloty. Innym typem statku powietrznego, w którym osłabienie czaszy jest nieuniknione, jest kategoria ADAV , dla której wiatr względny nie jest wystarczający do odsunięcia czaszy, jeśli katapultowanie odbywa się w fazie manewru pionowego.

Skrzydło główne

Fotele katapultowe wyposażone są w spadochron okrągłoskrzydłowy z kominem, wyposażony we wrzeciona w różnych kolorach:

• Biały: kamuflaż śnieżny;
• Zielony: kamuflaż leśny;
• Piasek: kamuflaż pustynny;
• Pomarańczowy: Aby wyróżniać się i być wyraźnie widocznym.

Prędkość opadania to około 6,7  m/s , ale też trochę zależy od wagi pilota.

Pakiet przetrwania

Zestaw ratunkowy przymocowany do fotela jest zrzucany w momencie wypuszczania pilota z fotela. Skład tego pakietu przetrwania zależy od pierwotnej misji pilota: koc na zimne środowisko, szalupa ratunkowa na misje nad morzem itp.

Wpływ na organizm ludzki

Często mówi się i słyszy, że pilot może katapultować się tylko trzy razy w życiu. To stwierdzenie nie jest w rzeczywistości poprawne i tylko lekarze określają, czy pilot może latać, czy nie, na podstawie spowodowanych obrażeń. Należy zauważyć, że podczas wyrzutu pilot podlega przyspieszeniu od 14 do 20  g w zależności od modelu fotela, warunków wyrzutu (współczynnik obciążenia samolotu w momencie wyrzutu) i masy pilota, a dla okres 0,5  s .

Jest to z pewnością bardzo gwałtowne dla ludzkiego ciała, ale czas narażenia na ten ogromny wzrost jest zbyt krótki, aby spowodować śmierć. Istnieje jednak bardzo prawdopodobne ryzyko ucisku kręgów lub urazów szyi (skręcenia, urazy kręgosłupa szyjnego ). Wtedy możliwe jest doznanie kontuzji górnej części pleców podczas wycofywania uprzęży. Jeśli pilot wyrzuci się z dużą prędkością i puści rączkę spustu, może doznać poważnych obrażeń ramion w wyniku rozerwania (bardzo rzadko), ale problem został rozwiązany na przykład w Martin-Baker Mk.16F z Dassault Rafale , który posiada system przywołania ramienia. Istnieje wtedy ryzyko urazów spowodowanych uderzeniem w ziemię, ponieważ płat ma dużą prędkość opadania ze względu na jego zmniejszoną średnicę, z powodu braku dostępnej dla niego przestrzeni w siedzeniu. Ten przypadek jest dość powszechny, w przypadku skręcenia kostki lub złamania nogi. Inne obrażenia mogą być spowodowane Ale są one rzadsze.

Systemy niekonwencjonalne

W niektórych samolotach fotele katapultowane są zastępowane przez kapsuły lub kokpity wyrzutowe  : w tym przypadku jest to kompletny kokpit, który jest oddzielony od kadłuba, a następnie spowalniany przez spadochrony, a załoga pozostaje pod osłoną. ziemia. Technika ta umożliwia ewakuację samolotu z dużą prędkością, bez narażania załogi na wstrząsy spowodowane przemieszczeniem powietrza. Ten system jest używany w szczególności w F-111 Aardvark i XB-70 Valkyrie .

Niekonwencjonalne fotele wyrzutowe obejmują również systemy wyrzucania puchu. Pierwsze modele Lockheed F-104 Starfighter były wyposażone w ten typ fotela z wyrzutem dolnym, ze względu na niebezpieczeństwo ogona T, który montowany był z tyłu samolotu. W tym celu pilot został wyposażony w „ostrogi” przymocowane do linek, które dociągały nogi do siedzenia, aby pilot mógł zostać wyrzucony. W wyniku tego rozwoju inne systemy wypychania zaczęły wykorzystywać zwijacze nóg, aby zapobiec urazom nóg bez podparcia i zapewnić większą stabilność środka ciężkości. Problemy tkwiące w tego typu fotelach (niemożliwe do użycia na małej wysokości) wymagały, aby F104 zostały ostatecznie wyposażone w górne fotele wyrzutowe.

Podobnie dwa z sześciu foteli wyrzucanych w Boeingu B-52 Stratofortress wysuwają się w dół przez włazy w dolnej części samolotu. Te klapy skierowane w dół są wyrzucane z samolotu przez system piroforyczny, który wymusza klapę, a następnie grawitacja i wiatr wyciągają ją i uzbrajają siedzenie. Cztery fotele na górnym pokładzie z przodu (pilot i drugi pilot zwróceni do przodu, oficer broni elektronicznej i strzelec maszynowy zwróceni do tyłu samolotu) są jak zwykle wysunięte do góry. Żaden system wyrzutu w dół jest bezużyteczny na ziemi lub w pobliżu ziemi, jeśli w momencie wyrzutu samolot znajduje się w locie poziomym.

Fotele wyrzucane są również dostępne dla helikopterów . Rosyjski śmigłowiec bojowy Kamov Ka-50 to pierwszy śmigłowiec wyposażony w system wyrzutu pilota. Aby umożliwić to wyrzucenie, wybuchowe bełty zwalniają ostrza przed wyjęciem pilota. Z drugiej strony Tygrys , wbrew temu, co sugerował film Goldeneye z sagi o Jamesie Bondzie , nie ma tego systemu.

Ostatecznie radziecki samolot pionowego startu i lądowania Jak-38 został wyposażony w automatyczny katapultowany fotel K-36DM . Bardzo responsywny, działał dzięki szeregowi czujników monitorujących w szczególności pracę silników w fazach przejściowych między lotem poziomym a lotem pionowym. Zarejestrowano ponad 19 automatycznych wyrzutów w pionowej fazie lotu, w tym podwójny wyrzut z trenującego Jaka-38U, i wszystkie te akcje ratunkowe zakończyły się sukcesem. System ten był jednym z najbardziej niezawodnych w swojej dziedzinie, za każdym razem okazując się nieocenioną pomocą dla pilotów w trudnej sytuacji. W klasycznym trybie lotu poziomego, na lądzie lub morzu, odbyło się również kilkanaście udanych katapult, dzięki czemu Jak-38, wyposażony w system ratunkowy, w tym komputer sytuacji awaryjnej i katapult fotela K-36DM, mógł w swojej karierze odnieść sukces. stawka 100%. Wczesna bariera psychologiczna między pilotami a ich fotelem została ostatecznie w dużej mierze pokonana, do tego stopnia, że ​​gdy kształtował się rozwój Jak-141 , nie wahano się wybrać systemu ratunkowego, który go wyposażył: L on miał być wyposażony z systemem drugiej generacji, o ulepszonych parametrach, ale na dokładnie tej samej zasadzie działania, dostosowany do lżejszego fotela K-36LV.

Miejsca zero-zero

Pierwsze modele siedzeń nadawały się do użytku tylko w określonych warunkach wysokości i prędkości. Od tego czasu wyrzuty są możliwe nawet z samolotu stojącego na ziemi (np. na parkingu, w przypadku poważnego pożaru przy uruchamianiu silników). Takie siedzenia nazywane są „  zero-zero  ” (dla zerowej wysokości / zerowej prędkości). Nowoczesne fotele pozwalają nawet pilotom marynarki na wyrzucenie się pod wodę, w przypadku awarii katapulty .

• Test naziemny fotela katapultowanego McDonnell Douglas F/A-18 Hornet

Historia

Pierwsze samoloty nie latały bardzo szybko ani bardzo wysoko i miały otwarty kokpit, co umożliwiało ewakuację samolotów po prostu wyskakując za burtę. Ale ryzyko, że pilot uderzy w ogon samolotu, było już realne i śmiertelne, jeśli szok spowodowałby, że zemdlał. W miarę postępów technicznych, wzrost prędkości i wysokości, a także obecność zamkniętej czaszy utrudniały, a następnie uniemożliwiały ręczne ewakuacje.

W rezultacie na początku II wojny światowej rozpoczęto badania nad systemem wyrzucania . Wydaje się, że pierwszym pilotem uratowanym przez katapultowany fotel był Helmut Schenk, niemiecki pilot doświadczalny Heinkla He 280 ,13 stycznia 1942, który utracił kontrolę nad swoim samolotem w sytuacji oblodzenia. Ponieważ He 280 pozostał jako prototyp, Heinkel He 219 był pierwszym samolotem produkcyjnym wyposażonym w fotel katapultowany. Inne kraje, które poszukiwały podobnych rozwiązań, np. Wielka Brytania , nie wprowadziły ich do końca wojny.

17 sierpnia 1946 r.to pierwszy udany test fotela katapultowanego w Stanach Zjednoczonych . Pierwsze wyrzucenie z samolotu we Francji jest przeprowadzane z centrum testów w locie Brétigny-sur-Orge ,9 czerwca 1948, autorstwa Francuza Roberta Cartiera, korzystającego z fotela katapultowanego Martina-Bakera z Gloster Meteor prowadzonego przez brytyjskiego pilota.

Pierwszą żywą istotą, która wyrzuciła się z prędkością ponaddźwiękową, był amerykański pilot testowy Georges F. Smith the 26 czerwca 1955z północnoamerykańskiego F-100 Super Sabre podczas awarii samolotu. Po tym wydarzeniu spędził pięć dni w śpiączce . W 1958 roku Convair F-102 Delta Dagger był pierwszym samolotem wyposażonym w fotel katapultowany napędzany silnikiem rakietowym .

Po śmiertelnych próbach pilotów foteli katapultowanych wykorzystano małpy i niedźwiedzie, a następnie zabito, aby zbadać ich narządy. Tak więc dwuletni czarny niedźwiedź Yogi służył jako królik doświadczalny21 marca 1962do przetestowania kapsuły ewakuacyjnej Convair B-58 Hustler i został wyrzucony z prędkością 1400  km/h i wysokości 10600  m . Wylądowała bez obrażeń 7 minut i 49 sekund później.

Dwoma głównymi producentami foteli wyrzucanych są brytyjska firma Martin-Baker ( samoloty amerykańskie lub zachodnioeuropejskie ) oraz NPP Zvezda (samoloty z bloku wschodniego ). Kiedyś piloci, którzy musieli się katapultować, często mieli na twarzach charakterystyczne blizny. Problem ten został rozwiązany wraz z uogólnieniem nowoczesnych hełmów.

Galeria zdjęć

• Przykład wyrzutu w górę: test z naziemnego modelu Pilatus PC-9 Mk.2 .

• Martin-Baker Mk.16F francuskiego myśliwca Dassault Rafale .

• Gloster Meteor WL419 model T7 (zmodyfikowana), krzesło wyrzutowa testy samolotów brytyjskiej firmy Martin Baker. Najbardziej zauważalne modyfikacje dotyczą tylnej części kokpitu, gdzie montowane są fotele katapultowane, która nie ma już baldachimu.

• Technik demonstruje manewr, który wykonuje pilot F-16, gdy jest zmuszony do katapultowania się, chwytając uchwyt między nogami.

• Niektóre samoloty, jak ten F-4N, mają fotele katapultowane z uchwytami nad głowami pilotów.

• Ilustracja, z manekinem, przedstawiająca działanie pilota chcącego się wyskoczyć, pociągając za uchwyty u góry fotela.

• Widok testowego fotela NACES z McDonnell YF-4J Phantom II na stacji US Navy Naval Weapons w China Lake w Kalifornii w 1987 r.

Zastosowanie w astronautyce

Fotele wyrzucane były również wykorzystywane do suborbitalnych i orbitalnych lotów załogowych, w przypadku wypadku pojazdu startowego. . Są nieefektywne w przestrzeni. Pierwsze użycie fotela katapultowanego pochodzi z rosyjskiej kapsuły kosmicznej Wostok , pierwszej kapsuły, która może pomieścić człowieka. Trzeba było zrobić otwór w pokrowcu, aby zrobić miejsce na siedzenie, gdy jest ono aktywowane. Amerykanie z kolei wykorzystali te fotele w kapsułach Gemini . Obecnie żadna kapsuła kosmiczna nie ma fotela katapultowanego: mają teraz wieże ratunkowe , jak na Sojuzach , czy pomocnicze silniki rakietowe, jak Crew Dragon .

Uwagi i referencje

1. (en-US) „  Martin-Baker  ” , na temat Martin-Baker (dostęp 23 marca 2021 r. )
2. Sylvain Champonnois, „  Adaptacja francuskich sił powietrznych do lotnictwa odrzutowego (1945-1950)  ” , CAIRN (dostęp 2 lutego 2015 r . ) .
3. (w) J. Terry White, „  Naddźwiękowy koszmar  ” ,21 lutego 2011(dostęp 16 czerwca 2019 ) .
4. (w) Bryan R. Swopes, „  21 marca 1962  ” na https://www.thisdayinaviation.com ,21 marca 2017 r.(dostęp 22 sierpnia 2017 r . ) .
5. (w) J. Terry White, „  Yogi Goes Ballistic  ” na http://www.whiteeagleaerospace.com/ ,19 marca 2012 r.(dostęp 22 sierpnia 2017 r . ) .
6. (w) David Cenciotti, „  Niedźwiedź o imieniu „Yogi” został wyrzucony z samolotu USAF B-58 Hustler, aby przetestować ucieczkę kapsuły 54 lata temu  ” na https://theaviationist.com/ ,21 marca 2016(dostęp 22 sierpnia 2017 r . ) .
7. „  Loty Wostok  ” (dostęp 2 grudnia 2020 r. )

Linki zewnętrzne

• „  Wyrzucane fotele  ” , Aeropresse,2013(dostęp 23 marca 2016 )
• SEMMB (Przedsiębiorstwo Eksploatacji Sprzętu Martin Baker)