Кто изобрел катапультное кресло
Вскоре после первого полета братьев Райт инженеры начали разрабатывать системы спасения пилотов. Как работают современные катапультные кресла? Почему управлять американскими истребителями F-35 разрешено не всем летчикам?
В американском штате Техас во время тренировочного полета прямо на крыши жилых домов рухнул военный самолет. Никто из местных жителей не пострадал, оба пилота тоже спаслись, они успели вовремя катапультироваться. Однако парашют одного из них запутался в линиях электропередач, спуститься на землю ему помогли спасатели. Без высокотехнологичной системы катапультирования шансов выжить в подобной ситуации у летчиков было бы немного. Кто изобрел первое в истории катапультное кресло? Какие инновационные технологии для спасения летчиков существуют? Об этом рассказывает программа "Загадки человечества" с Олегом Шишкиным на РЕН ТВ.
Летчика спасли катапульта и помидоры
Трактор, падающий истребитель и катапультирующийся летчик – снимок с такой фантастической композицией в сентябре 1962 года сделал англичанин Джим Мидс. Вместе с детьми он пришел на военный аэродром посмотреть, как управляет "Лайтнингом" его друг, летчик-испытатель Боб Соурэй. Во время полета двигатель самолета загорелся, машина потеряла управление.
"Пилоту удалось успешно катапультироваться из падающего самолета на низкой высоте. Несмотря на то, что высоты было мало и парашют фактически не раскрылся, пилот спасся благодаря тому, что попал в оранжерею с помидорами", - рассказал инженер Дмитрий Стасевич.
Оказалось, что за штурвалом сидел не Боб Соурэй, а другой летчик, Джордж Аирд. Замена пилотов произошла в последний момент. Аирд покинул самолет на очень маленькой высоте, около 100 метров, но катапультное кресло и оранжерея с помидорами, которая смягчила удар, спасли ему жизнь, и Джордж быстро вернулся в строй.
"Систему катапультирования можно сравнить с космическим кораблем. Это маленькая, но очень значительная часть летательного аппарата, которая включает в себя реактивные двигатели, систему автоматики, систему управления, жизнеобеспечения летчика, механизм временных задержек, механизмы автоматического регулирования давления, потому что катапультирование происходит на разных высотах, на разных скоростях", - добавляет военный летчик 1-го класса Владлен Руссанов.
Ненадежная и тяжелая система
Первые авиационные катапульты появились уже в начале XX века, через несколько лет после исторического полета братьев Райт. В 1910 году испытали систему, которая в экстренной ситуации выбросила летчика из кабины с помощью натянутых жгутов. 16 лет спустя британский инженер Эверард Калтроп запатентовал проект кресла для спасения пилота. Оно вылетало из кабины вместе с летчиком за счет сжатого воздуха. В 1929 году румынский изобретатель Анастас Драгомир успешно испытал комбинированную систему спасения, кресло с парашютом.
"Системы катапультирования на тот момент были фактически в зачаточном состоянии разработки, и технологии были недостаточны для того, чтобы пилот мог безопасно катапультироваться. Кроме этого, механизмы были несовершенны, система добавляла самолету существенный вес, что на тот момент сильно осложняло разработку всей конструкции самолета", - добавляет инженер Дмитрий Стасевич.
До середины Второй мировой войны катапультируемые кресла были экзотикой, их устанавливали на самолеты очень редко. Чтобы спасти свою жизнь, летчик выполнял опасный трюк: он выбирался из кабины, доходил до середины фюзеляжа и прыгал с парашютом между крылом и хвостом. По исследованиям американских военных, во время таких рискованных прыжков гибли 15% пилотов, в основном, от ударов о крыло или хвост самолета. Стало ясно, что без систем спасения летчиков не обойтись.
Первый спасенный пилот
Германия первой поставила на поток производство катапультируемых кресел, а Гельмут Шенк стал первым человеком, которому это устройство спасло жизнь. Это произошло в январе 1942 года. У самолета Шенка замерзли элероны и рули, и летчик покинул неуправляемую машину на высоте около двух с половиной километров. Всего за время войны немецкие пилоты катапультировались около 60 раз, но из-за несовершенства систем половина из них получила травмы, 10 человек погибли.
"Катапультные кресла были не просто креслами, а, скорее, механизмами, которые позволяли вытолкнуть пилота из кабины, чтобы дальше с помощью раскрывающегося парашюта он смог безопасно спуститься на землю", - добавляет инженер Дмитрий Стасевич.
Система катапультирования на сжатом воздухе была ненадежна и опасна, она не могла отбросить летчика достаточно далеко от падающего самолета. Появление сверхзвуковых машин подстегнуло и разработку авиационных катапульт. Потребовались принципиально иные устройства, которые могли спасти пилота на скоростях выше тысячи километров в час.
Безотказное кресло К-36
В 1960-е годы в СССР разработали кресло К-36, эта модель стала самой надежной и безопасной в мире. Система стабилизации, которая состоит из жестких штанг и маленьких парашютов, защищает летчика от экстремальных перегрузок. За счет формы и способа фиксации кресло помогает пилоту принять положение, в котором риск получить травму минимален.
"Оно практически безотказно, в 97% случаев из 100 они спасают летный состав. Эта система включает в себя кресло К-36ДМ второй серии. На сегодняшний день это самая распространенная катапультная установка, в которой летчик помещается в удобном положении. Все это кресло весит не более 100 килограммов, может быть отрегулировано по росту летчика", - рассказал военный летчик Владлен Руссанов.
В 1989 году кресло К-36 спасло жизнь летчика Анатолия Квочура на открытии авиасалона в Ле-Бурже. Когда знаменитый ас на истребителе МиГ-29 выполнял фигуры высшего пилотажа, в воздухозаборник попала птица. Отказ двигателя произошел на критически малой высоте – 92 метра.
"Летчик отделался ушибами, и на следующий день уже пилотировал другой самолет МиГ-29, показывал всю мощь, все лучшие качества не только самолета, но и катапультного кресла", - добавляет летчик Владлен Руссанов.
Три секунды на эвакуацию
Для катапультирования летчик приводит в действие специальные рычаги, которые находятся у его ног. Так он активирует систему аварийного покидания самолета. Пиропатроны отстреливают фонарь кабины, ремни плотно прижимают человека к креслу, затем срабатывают пиропатроны, которые находятся под креслом, и его резко выбрасывает из кабины. После этого включается ракетный двигатель. Следом в безопасном положении раскрывается парашют. Весь процесс занимает около трех секунд.
"Летчик мгновенно при выходе разворачивается в поток таким образом, что ноги и задняя часть кресла оказываются впереди, дефлектор спасает его от удара при выходе из кабины, от скоростного воздушного потока. И кресло начинает гасить скорость реактивными соплами, оно стабилизируется", - рассказал летчик Владлен Руссанов.
Катапульта F-35 опасна для худых пилотов
При катапультировании летчик испытывает колоссальные перегрузки, до 25 g. В этот момент появляется ощущение, что тело весит больше тонны, его с огромной силой вжимает в кресло. В таких экстремальных условиях можно получить компрессионный перелом позвоночника, поэтому Пентагон запретил американским летчикам весом до 60 килограммов управлять истребителями F-35: из-за несовершенства аварийной системы в этом самолете у худых пилотов высоки шансы получить травму при катапультировании.
"Это связано преимущественно с тем, что большая масса шлема пилота, помноженная на мощность катапультного кресла, при катапультировании приводит к травмам шейного отдела позвоночника", - поясняет инженер Дмитрий Стасевич.
В 2020 году 64-летний француз случайно катапультировался из истребителя Rafale – полет на боевом самолете ему подарили коллеги в честь выхода на пенсию. В какой-то момент не привыкший к виражам и перегрузкам мужчина запаниковал и случайно дернул за рычаг катапультирования. Пенсионер приземлился в поле, неподалеку от границы с Германией, получив легкие травмы. Оставшийся в кабине пилот смог посадить самолет.
О невероятных событиях истории и современности, об удивительных изобретениях и явлениях вы можете узнать в программе "Загадки человечества" с Олегом Шишкиным!
НПП «Звезда»: колыбель отечественных систем катапультирования
Октябрь 1952 года. В подмосковном поселке Томилино организуется опытный завод №918 для создания средств обеспечения безопасности экипажей и повышения живучести боевых самолетов. Решение было принято не случайно – массовый переход авиации на реактивную тягу и естественное увеличение скоростей и высот оставлял мало шансов на спасение летчикам в аварийных ситуациях. В те времена было понятно, что на скорости более 400 км/ч летчик ни при каких условиях не сможет самостоятельно покинуть борт самолета без столкновения с элементами конструкции. Космическая гонка с США также накладывала особые обязательства на завод №918, среди которых были:
— разработка опытных высотных скафандров и противоперегрузочных костюмов для экипажа самолетов;
— конструирование систем покидания летательных аппаратов, катапультных кресел и специального оборудования для защиты человека после покидания кабины самолета;
— исследования в области противопожарной безопасности летательных аппаратов.
Интересно, что завод «поселили» в корпусе, ранее выпускавшем мебель и лыжи, а конструкторский штаб вообще отправили в холодное полуподвальное помещение – послевоенное состояние Советского Союза давало о себе знать. В инженерном направлении катапультирования работы велись с целью обеспечения безопасной траектории полета кресла с летчиком относительно самолета и защиты от травмирования аэродинамическим потоком. Для этого разрабатывали многотрубные стреляющие механизмы и системы фиксации ног, притяга плеч, а также ограничители разброса рук. Первенцами были кресла К-1, К-3 и К-22, обеспечивающие безопасное катапультирование с высоты не менее 100 м и скоростей до 1000 км/ч. Их активно устанавливали на свои машины ОКБ С. А. Лавочкина, В. М. Мясищева и А. Н. Туполева. Фирмы А. М. Микояна, А. С Яковлева и П. О. Сухого самостоятельно строили системы аварийного покидания кабины пилота для своей продукции. Однако, оставалась проблема спасения на режимах взлета и посадки, решением которой стало кресло К-24, в котором появился ряд новых решений. Так, дополнительно установили ракетный двигатель, запускающий летчика подальше от земли, и трехкупольную парашютную систему, состоящую из стабилизирующего, тормозного и основного куполов. На этом фактически и закончилась история систем спасения первого поколения, итогом которой стало около 30 различных кресел от разных разработчиков. К 60-м годам вся эта разношерстная компания требовала от пилотов специфических навыков применения, а обслуживающий персонал страдал от «головных болей», связанных с эксплуатацией и ремонтом. И вот в 1965 году вышло постановление Министерство авиационной промышленности, в соответствии с которым завод №918 приступил к созданию унифицированного катапультного кресла для установки на все самолеты всех авиационных фирм страны Советов. Главным требованием было обеспечение безопасного покидания кабины на всем диапазоне высот, скоростей и чисел М, в том числе при нулевых значениях скорости и высоты – так называемый режим «0-0». Для тех времен это была непростая задача – для этого разработали энергодатчик катапультирования с повышенным импульсом и парашют с системой принудительного ввода на скорости до 650 км/ч с одновременным отделением летчика от кресла. Жесткие телескопические штанги с установленными на концах вращающимися парашютами обеспечивали вертикальную стабилизацию, что позволяло полнее реализовать импульс ракетного двигателя. Все это вкупе с защитным дефлектором и комплексом мер по ограничению подвижности пилота, позволяло покидать аварийную машину в защитном шлеме на скоростях до 1300 км/ч, а при использовании гермошлема до 1400 км/ч. Вообще, максимальные параметры, по словам главного конструктора «Звезды» Сергея Позднякова, при которых была возможность катапультироваться — высота до 25 км и скорость до 3 значений М! Вот имена отважных испытателей, проверивших новую технику на всех возможных режимах – В. И. Данилович, А. К. Хомутов, В. М. Соловьев и М. М. Бессонов. Кресла получили наименование К-36 и существовали в трех вариантах: К-36Д – для высокоскоростных самолетов, К-36Л без дефлектора – для самолетов со скоростью до 1100 км/ч и уникальное К-36В – для самолетов вертикального взлета и посадки с системой автоматического (!) покидания кабины. В последнем случае катапультирование осуществлялось прямо через остекление фонаря – времени на его отстрел в условиях быстрого развития аварийной ситуации в вертикальном режиме маневрирования на машинах семейства Як порой не было.
Была в истории НПП «Звезда» страница «обмена опытом» с американскими коллегами (естественно, в 90-е годы), в ходе которого разработали кресло К-36Д-3,5А, модифицированное под штатовские требования по размещению в нем летного состава широкого антропометрического ряда. На базе Холломан в США провели шесть катапультирований в различных углах атаки, скольжений, скоростей и крена. К 1998 году американские эксперты дружно признали «Звезду» мировым лидером в деле создания систем жизнеобеспечения и аварийного спасения пилотов. Кто знает, какие итоги того «обмена опытом» легли в конструкцию катапультного кресла US16E для истребителя F-35?
С 1972 года НПП «Звезда» занимается, на первый взгляд, парадоксальной тематикой разработки систем катапультирования экипажа вертолетов. Базовой схемой аварийного покидания кабины вертолета стал запуск пилотов вверх с помощью буксирующего ракетного двигателя с предварительным отстрелом несущих лопастей. Как известно, первым стал Ка-50 с ракетно-парашютной системой К-37-800, обеспечивающей катапультирование в диапазоне от 0 до 4000 метров на скоростях до 350 км/ч. Для двухместного Ка-52 к индексу кресла добавили букву «М».
Ми-28 такой роскоши лишен, поэтому ему положена light-версия в виде амортизационного кресла «Памир», снижающая ударные нагрузки в векторе голова-таз при аварии с 50 единиц до 15-18. «Памир» также может помочь при лобовом и боковом ударе – система фиксации головы пилота снизит перегрузки до 9-20 единиц. Требования авиационных правил и нормы летной годности инициировали в НПП «Звезда» разработку амортизационного кресла АК-2000, применяемого на винтокрылых машина Ка-62, Ми-38 и Ка-226.
Деятельность ОАО «НПП «Звезда» имени академика Г. И. Северина» не ограничивается только катапультными креслами – в активе фирмы системы дозаправки в полете по схеме «шланг-конус», уникальное снаряжение для космонавтов, кислородные системы и защитные средства пилотов, а также различные парашютные системы. Но это темы отдельных историй.
Катапультируемые кресла: история появления
Вам это может показаться удивительным, но сама идея катапультирования летчика из самолета появилась еще на самой заре авиации вместе с первыми самолетами конструкции братьев Райт. При этом произведенная тогда простейшая конструкция работала, но использовать ее на самолетах-бипланах было почти невозможно, поэтому долгое время летчики покидали машину просто, вываливаясь из кабины. Однако теперь для этого используются специальные катапультируемые кресла, которые с момента своего массового появления смогли спасти жизнь тысячам летчиков. Катапультируемое кресло — это последний шанс пилота или других членов экипажа самолета (а теперь и вертолетов: Ка-50, Ка-52) спасти свою жизнь при возникновении на борту аварийных ситуаций.
При этом подобными средствами спасения сегодня оснащаются далеко не все самолеты. В большинстве своем речь идет о военных и спортивных машинах. Первое катапультируемое кресло на вертолете было установлено на отечественном Ка-50 «Черная акула». В дальнейшем они стали появляться и на других летательных аппаратах, вплоть до космических кораблей. Для того чтобы максимально повысить возможность выживания пилота после аварии летательного аппарата или даже его падения на землю, начали выпускать такие катапультируемые кресла, которые обеспечивают выживание пилота и защищают его во всем диапазоне высот и скоростей полета.
Современные системы катапультирования обеспечивают выброс несколькими способами:
1) По типу кресла К-36ДМ, когда катапультирование осуществляется при помощи реактивного двигателя.
2) По типу кресла-катапульты КМ-1М, когда выбрасывание осуществляется за счет срабатывания порохового заряда.
3) Когда для выбрасывания кресла с пилотом применятся сжатый воздух, как на самолетах Су-26.
Обычно после катапультирования современное кресло самостоятельно отсоединяется, а летчик приземляется на парашюте. При этом в последнее время ведутся разработки целых катапультируемых капсул или кабин, которые в состоянии самостоятельно приземлиться при помощи парашютов, а экипаж не покидает катапультируемого модуля.
Вот лишь два наглядных примера из недавнего прошлого, когда катапультируемые кресла спасали летчикам жизни. 12 июня 1999 года в день открытия 43-го Парижского авиационно-космического салона, новейший российский истребитель Су-30МК поднялся в небо для демонстрации тысячам зрителей возможностей сверхманевренности машины за счет использования управляемого вектора тяги.
Однако летную программу не удалось выполнить до конца: летчик Вячеслав Аверьянов неправильно оценил высоту полета при выходе машины из плоского штопора и поздно начал выводить машину из пикирования. Истребителю не хватило буквально метра высоты и машина хвостовой частью задела землю, повредив при этом левый двигатель. На правом двигателе уже горящий истребитель смог набрать высоту в 50 метров, после чего пилот и его штурман Владимир Шендрик катапультировались.
Осуществление катапультирования с небольших высот — это очень тяжелая ситуация. Считается удачным, если летчик после этого просто остается в живых. Поэтому специалисты с большим удивлением смотрели на приземлившихся российских летчиков, которые самостоятельно шли по полю аэродрома. Это произвело столь сильное впечатление на гендиректора парижского авиасалона Эдмона Маршеге, что во время своего выступления на пресс-конференции по случаю авиакатастрофы он сказал: «Я не знаю никаких других средств, которые могли бы спасти экипаж в этих условиях».
Российских летчиков спасло отечественное катапультируемое кресло К-36ДМ, созданное НПП «Звезда». Придумать ему лучшую рекламу было бы трудно.
Второй раз это кресло доказало свои высокие характеристики в 2009 году, когда при подготовке к авиасалону «Макс-2009» в воздухе произошло столкновение двух истребителей — Су-27 и спарки Су-27УБ из пилотажной группы «Русские Витязи». Все пилоты истребителей успели катапультироваться, двое из них выжили, хотя и получили очень серьезные травмы. Третий летчик — командир пилотажной группы Игорь Ткаченко — погиб, его парашют сгорел.
История создания катапультируемых кресел
До 30-х годов прошлого века скорости всех летательных аппаратов были невысоки и не создавали пилоту особых проблем, он просто откидывал фонарь кабины, отстегивался от привязной системы, переваливался через борт кабины и прыгал. Но к началу Второй мировой войны боевые самолеты преодолели невидимый барьер: при скорости полета более 360 км/ч летчика воздушным потоком прижимало к самолету с огромной силой — почти 300 кгс. А ведь в этот момент необходимо было еще как следует оттолкнуться, для того чтобы не удариться о крыло или киль, да и летчик уже мог быть ранен, а сам самолет сильно поврежден. Самое простое решение — отстегнуться, после чего подать ручку вперед, для того чтобы самолет «клюнул» и под действием перегрузки пилота выкинуло из кабины, — срабатывало далеко не всегда, только на небольших скоростях.
Первые специальные катапультируемые кресла были произведены в Германии. В 1939 году экспериментальный самолет Heinkel 176 с ракетным двигателем был оснащен сбрасываемой носовой частью, при этом скоро катапульты стали серийными. Их ставили на турбореактивный He 280 и винтовой He 219. При этом ночной истребитель He 219 стал первой в мире серийной боевой машиной, получившей катапультируемые кресла. 13 января 1943 года немецкий пилот Гельмут Шенк совершил первое в мире реальное катапультирование — аэродинамические поверхности его истребителя обледенели и самолет стал неуправляемым. К окончанию Второй мировой войны на счету немецких летчиков насчитывалось уже более 60 реальных катапультирований.
Катапультируемые кресла тех лет относят к креслам первого поколения, хотя данная классификация и условна. Они решали лишь одну задачу — выбросить летчика из кабины. Достигалось это за счет использования пневматики, хотя встречались и пиротехнические, и механические (подпружиненные рычаги) решения. Отлетев от самолета, пилот должен был самостоятельно отстегнуть ремни, оттолкнуть от себя кресло и раскрыть парашют — тот еще экстрим…
Второе поколение катапультных кресел появилось уже после окончания войны в 1950-е годы. В них процесс покидания самолета стал уже частично автоматизированным: достаточно было повернуть рычаг, для того чтобы пиротехнический стреляющий механизм выбросил кресло вместе с пилотом из самолета, также вводился парашютный каскад (стабилизирующий парашют, затем тормозной и основной). Использование самой простой баровременной автоматики позволяло обеспечить лишь блокировку по высоте (на большой высоте полета парашют открывался не сразу) и по времени. При этом задержка времени была постоянной и могла обеспечить оптимальный для спасения летчика результат лишь на максимальной скорости полета.
Так как один лишь стреляющий механизм (который был ограничен габаритами кабины и физиологическими возможностями летчика по переносимым нагрузкам) не мог выбросить пилота на необходимую высоту, к примеру, на стоянке самолета, в 60-е годы прошлого века катапультируемые кресла начали оснащать 2-й ступенью — твердотопливным ракетным двигателем, который начинал работать уже после выхода кресла из кабины пилота.
Катапультируемые кресла, оснащенные такими двигателями, принято относить к 3-му поколению. Они оснащены более совершенной автоматикой, при этом вовсе необязательно электрической. К примеру, на первых моделях данного поколения, созданных в СССР НПП «Звезда», парашютный автомат КПА был соединен с самолетом при помощи 2-х пневмотрубок и таким образом настраивался на высоту и скорость полета. С того момента техника сделал огромный шаг вперед, однако все современные серийно выпускаемые катапультные кресла относятся именно к 3-му поколению — американские Stencil S4S и McDonnell Douglas ACES II, английские Martin Baker Mk 14 и знаменитые российские К-36ДМ.
При этом стоит отметить, что изначально на данном рынке было представлено достаточно много компаний, но со временем на Западе остались лишь американские Stencil и McDonnell Douglas, а также английская Martin Baker. В СССР, а затем и в России катапультные кресла, как и другое полетное снаряжение, начиная с 1960-х годов, производит НПП «Звезда». Унификация кресел положительным образом сказалась на бюджете тех, кто эксплуатирует боевую технику (особенно, если в частях находится на вооружении не один тип самолетов, а сразу несколько).
Российское катапультируемое кресло К-36ДМ
Российское катапультируемое кресло К-36ДМ является лучшим в своем роде, это очень сложная система, которая не имеет аналогов в мире. В чем же уникальность российского подхода к спасению пилотов? Ныне покойный главный конструктор НПП «Звезда» Гай Северин так отвечал на этот вопрос: «Стоимость обучения профессионального, хорошо подготовленного военного летчика составляет около 10 млн. долларов, что составляет до половины стоимости некоторых машин. Поэтому мы с самого начала задумались над тем, чтобы не просто спасти летчика любой ценой, как это делают на Западе, а еще и спасти его без травм, для того чтобы в будущем он снова встал в строй. После катапультирования при помощи российских кресел 97% пилотов продолжают поднимать самолеты в небо».
В российском кресле все сделано для того, чтобы минимизировать возможность травмы пилота. Для того чтобы минимизировать риск травмы позвоночника, необходимо заставить пилота принять правильное положение. Именно поэтому механизм К-36ДМ притягивает плечи летчика к спинке кресла. Пиропритяг плеч сегодня есть на всех катапультных креслах (такие ремни используются даже в современных автомобилях), однако на К-36 имеется еще и поясной ремень. Еще одной степенью фиксации кресла являются боковые ограничители рук, которые обеспечивают боковую поддержку пилота и дополнительную защиту.
Еще один опасный фактор — это воздушный поток, который встречает пилота после выхода его из кабины. На все выступающие части тела летчика действуют колоссальные перегрузки, к примеру, воздушный поток запросто может сломать ноги. Именно поэтому все современные катапультируемые кресла оснащены специальными петлями, которые фиксируют голени, при этом российское кресло оснащено также и системой подъема ног — кресло сразу же «группирует» летчика (в таком положении снижает риск получения травм). Также кресло К-36 обладает выдвижным дефлектором, который защищает голову и грудь летчика от встречного потока воздуха при катапультировании на очень высоких скоростях полета (до 3 Махов). Все эти защитные механизмы приводятся в действие без участия летчика, а время приготовления занимает всего 0,2 секунды.
Помимо этого, российское кресло К-36 оснащено специальными двигателями коррекции по крену, которые находятся за заголовником и способны придать ему вертикальное положение. Вертикальное положение позволяет максимально использовать импульс ракетного двигателя, а также набрать высоту. Помимо этого, такое положение позволяет пилоту выдержать большие нагрузки при торможении (по направлению «грудь-спина»).
Выстрел в воздух
Слово «катапульта» ассоциируется у большинства либо с древним метательным орудием, либо с системой экстренного спасения военных летчиков. При этом в тени остается другое гениальное изобретение – взлетная катапульта, устройство, которое разгоняет самолет, когда он сам взлететь не в силах.
В конце ХХ века самолеты потеснили корабельную артиллерию и стали универсальным инструментом ВМС. Современная паровая катапульта разгоняет 35-тонный самолет до 250 км/ч за 2,5 с на участке в 100 м. С помощью четырех катапульт, радиоэлектронного оборудования и хорошо обученных специалистов авианосец в светлое время суток может запускать два и принимать один самолет каждые 37 секунд. Но если катапульты перестанут работать, этот стотысячетонный корабль становится полным военным импотентом.
Первые шаги
С необходимостью разогнать самолет, чтобы он мог взлететь, столкнулись уже создатели первых аппаратов тяжелее воздуха. В 1894 году, за 10 лет до полета братьев Райт, Александр Белл (изобретатель телефона) и Сэмюэль Лэнгли (в то время ученый секретарь Смитсоновского института в Вашингтоне) наблюдали на берегу реки Потомак запуск модели самолета с паровым двигателем. Лэнгли дал команду, самолет «Аэродром номер 4» разогнался и… плюхнулся в реку.
После этого Лэнгли так сформулировал задачу, которая и по сей день стоит перед авиационными инженерами: «Самолету, как и птице, нужна определенная скорость для того, чтобы он начал использовать свой летательный механизм. Трудности с набором начальной скорости оказались значительными, а в обычных полевых условиях вообще превзошли все ожидания». Устройство, которое придумал Лэнгли, можно назвать прадедушкой всех авиационных катапульт: самолет был зафиксирован на тележке, которая катилась по двум деревянным рельсам длиной около 25 м. Разгонялась тележка с помощью троса, прикрепленного к спиральной пружине, снятой с трамвая, и пропущенного через систему полиспастов. Когда тележка доезжала до края взлетной полосы, замок открывался, и те-лежка двигалась дальше по инерции.
В 1903 году «Великий Аэродром», 300-килограммовая «птица со стальным хребтом и бензиновым двигателем», ждала своего запуска с катапульты, установленной на небольшой барже, принадлежавшей Сэмюэлю Лэнгли. Канат перерубили, пружины потянули самолет. Пилот-доброволец Мэтью Манли, помощник Лэнгли, позднее вспоминал: «Машина быстро, как молния, набрала скорость 35 км/ч. Когда самолет достиг конца разгонного участка, я почувствовал неожиданный удар, за которым наступило неописуемое ощущение свободного полета. Но я не успел насладиться этой радостью, поняв, что машина летит вниз под острым углом… Удар крыльями о воду был таким мощным, что я не сразу пришел в себя. К счастью, я не утонул». Замок катапульты, который удерживал самолет и должен был освободить его в момент окончания разгона, не сработал. «Аэродром» не смог набрать высоту и, подобно грузу на веревке, полетел в реку.
Один из пионеров авиации – конкурент братьев Райт – профессор Сэмуэль Лэнгли. Именно он пытался построить первую катапульту для запуска самолетов
Первый успех
Уже через два месяца Лэнгли предпринял очередную попытку. Увы, на этот раз «Великий Аэродром» даже не добрался до конца разгонной площадки. Виноваты в этом были конструктивные недостатки самого самолета. Время не дало Лэнгли третьего шанса – у него кончились деньги (на катапульту он потратил $50 000!), и всего через девять дней после этой аварии самолет братьев Райт совершил первый успешный полет, разогнавшись по немудреному деревянному брусу (стоимостью в $4), используя двигатель и… сильный ветер. Братья Райт быстро поняли, что без ветра их самолет взлететь не может. Поэтому им пришлось создать первую работающую авиационную катапульту. Источником энергии был 500-кг груз, поднятый на высоту 5 м. Трос толщиной с палец шел от груза к полиспасту у основания опорной треноги, а потом вдоль направляющего бруса к самолету. При падении груза полиспаст увеличивал длину пробега в три раза до необходимых 15 метров. Это изобретение было очередным доказательством, что все гениальное просто.
Катапульта действовала настолько успешно, что братья Райт были убеждены: все будущие летательные аппараты тяжелее воздуха будут взлетать с помощью катапульты. Но со временем авиационные двигатели становились все совершеннее и мощнее, и европейские пилоты освоили бескатапультный взлет на пневматических шинах. Вскоре и братья Райт перешли на надувные колеса. Однако катапульты не только не исчезли, а расцвели буйным цветом там, где самолетам не хватало места для разгона. Основной сферой их деятельности стала палубная авиация.
Флотские эксперименты
В 1912 году Орвилл Райт написал письмо командованию только что созданной американской морской авиации. Новоиспеченные морские летчики плохо представляли, что нужно делать с полученными самолетами. В качестве временной меры Райт предлагал построить на боевых кораблях настил, который будет выполнять роль взлетно-посадочной полосы. Однако все понимали, что этот «потолок» в боевых условиях станет помехой пушкам. Идеальным решением был бы специальный большой корабль с полноразмерной взлетной полосой (который тогда называли «плавучий аэродром»), но было очевидно, что количество таких кораблей будет ограничено. Для небольших кораблей Райт предложил «систему запуска с использованием катапульты».
Моряки создали катапульту, основанную на пневматическом устройстве запуска торпед. Чего-чего, а уж сжатого воздуха на больших военных кораблях было предостаточно. В том же 1912 году была предпринята первая попытка катапультного взлета с военного корабля «Санти». К сожалению, военные плохо изучили опыт Лэнгли. Летающая лодка Curtiss A-1 располагалась на тележке так, что носовая часть оставалась свободной. При разгоне нос поднялся, самолет резко встал на дыбы и… рухнул в воду. После этого случая нос самолета стали фиксировать, а подачу воздуха регулировать специальным клапаном. Всего через четыре месяца военные осуществили первый катапультный старт со стационарной баржи, а в ноябре 1915 года самолет взлетел с помощью катапульты уже с двигающегося корабля.
В 1916 году 30-метровые катапульты были установлены на трех американских крейсерах («Северная Каролина», «Хантингтон» и «Сиэтл»). Катапульты занимали 20% площади верхней палубы и перекрывали половину пушек. В 1917 году, когда Америка вступила в Первую мировую войну, их убрали. Тогда преимущество катапульт и палубной авиации все еще не было очевидно.
От пневматики к гидравлике
В начале 1920-х стало очевидно, что без защиты с воздуха военные корабли становятся очень уязвимыми. Корабельные катапульты попали в большую политику. ВМС США получили усовершенствованную катапульту, которую обещали быстро поставить на все боевые корабли. Экспериментальная катапульта длиной 24 м, установленная на корабле «Мэриленд», могла разгонять самолет массой 1,6 т до 75 км/ч. Уже через несколько лет самолет массой 3,4 т стали разгонять до 100 км/ч на расстоянии в 17 м. К середине 1920-х ВМС США регулярно использовали катапульты на кораблях разного типа. Пусковую установку располагали на поворотном столе, который не мешал пушкам и позволял запускать самолеты против ветра. Сначала пневматические, а позднее пороховые газогенераторные стартовые установки обслуживали самолеты массой до 3,5 т. Этого было достаточно для ограниченной дальности и незначительного вооружения самолетов-разведчиков. Концепция катапультных стартов истребителей ушла в тень, основным приоритетом стало создание больших авианосцев, обеспечивающих взлет самолетов без катапульты.
В сентябре 1931 года ВМС США стали разрабатывать пусковое устройство нового поколения, полностью расположенное под палубой, чтобы не мешать взлету и посадке. Сначала устройство работало на сжатом воздухе, потом были опробованы пороховые патроны-газогенераторы, а в 1934 году решили использовать гидравлику. Через пять лет после этого первые старты самолетов с новеньких кораблей «Йорктаун» и «Энтерпрайз» доказали успех этой концепции. Впервые в истории палубной авиации самолеты могли выруливать на стартовую позицию и стартовать на своих собственных колесах.
К сожалению, эти достижения мало кого интересовали, потому что моряки продолжали мусолить старую мысль о создании еще более скоростных и еще более крупных авианосцев, которые обойдутся без катапульт.
Плавучий аэропорт. Авианосец «Констеллэйшн» (Constellation), принятый на вооружение в 1961 году и принимавший участие во Вьетнамской войне, представлял грозную силу. До 2003 года
В 1950 году англичанин Колин Митчелл разработал новую конструкцию пускового устройства, которое использовало старый добрый пар. Первые американские корабли, на которых были установлены паровые катапульты, – это авианосцы класса «Авраам Линкольн» (по четыре на каждом, общей массой 2000 т, столько весил эсминец времен Второй мировой). Паровые катапульты применяются и сейчас – именно такие стоят на самых современных авианосцах.
Пост управления катапультами находится фактически на уровне палуб, обеспечивает круговой обзор и защищен бронестеклами
Электрическое будущее
Писатель Шерман Болдуин в книге о военно-морских летчиках, участвовавших в операции «Буря в пустыне», так описывал ночной старт: «Голову мою прижало к подголовнику кресла. Приборы стали нерезкими, глаза ушли в глазные впадины, самолет жестоко трясло, пока он наконец не вырвался в смоляную черноту ночи».
В самом начале старта пилот испытывает перегрузку в 6 g, а затем она быстро снижается до 3–4 g. Поскольку палубный самолет должен выдерживать большие нагрузки на старте, он обязан иметь дополнительный запас прочности, что увеличивает массу конструкции и ухудшает летные характеристики. Человеческий организм чувствителен к ускорениям, поэтому пилотов приходится отбирать и готовить по специальной программе. Плавное, без скачков, ускорение положительно сказывается не только на здоровье летчика, но и на продолжительности жизни самолета.
Чтобы решить этот вопрос, ВМС США разрабатывают электромагнитную авиационную пусковую установку, в которой самолет вместо паровых поршней будет разгоняться линейным индукционным двигателем (ЛИД). Этот принцип применяют на монорельсовых дорогах, а также в некоторых скоростных магнитно-левитирующих поездах, развивающих скорость до 400 км/ч. Основная трудность заключается в том, как получить достаточное количество энергии. Новому американскому авианосцу, который должен сойти со стапеля в 2014–2015 годах, потребуется 100 млн. джоулей только для одного пуска. Этой энергии достаточно, например, для того, чтобы метнуть легковой автомобиль на расстояние в 15 км. Новый «чисто электрический» авианосец CVN-21, мощность которого втрое больше, чем у любого авианосца класса «Нимиц», просто не может вырабатывать такое количество энергии. Однако ее можно накопить: электрогенераторы будут поставлять энергию в специальные накопители для каждой из катапульт. По команде электроэнергия поступит к ЛИД, в процессе разгона сегменты обмотки позади самолета будут отключаться, а впереди самолета – подключаться. Это поможет сэкономить энергию, а главное – точнее управлять разгоном. В конце разгона тележку будет останавливать не гидротормоз, как в паровой системе, а электрические силы.
Электромагнитная установка имеет производительность на 29% больше, чем паровая, и она в состоянии разогнать 45-тонный самолет до скорости 250 км/ч. Предполагается, что более мягкий режим запуска позволит увеличить ресурс самолета на 30%. Новинка позволит сделать больше вылетов при меньшем количестве технического персонала. Все это звучит привлекательно, однако еще неизвестно, как эта система будет работать в реальных условиях в море. Смогут ли экраны надежно защитить людей, работающих рядом с катапультой? Как электронное оборудование корабля и самолетов будет реагировать на такие мощные электрические установки? ЛИД изучены гораздо меньше, чем паровые машины, поэтому на военно-морской базе в городе Лейкхерс, штат Нью-Джерси (мировой столице катапультного дела) сейчас строится полноразмерная наземная электромагнитная катапульта.
Но несмотря на большой опыт в строительстве авианосцев, США не являются «монополистом» в области катапульт.
Кто изобрел катапультное кресло
Если у вас не работает один из способов авторизации, сконвертируйте свой аккаунт по ссылке
Авторизуясь в LiveJournal с помощью стороннего сервиса вы принимаете условия Пользовательского соглашения LiveJournal
Как это вам не покажется удивительным, но идея первого катапультирования появилась вместе с первыми самолетами братьев Райт. И простейшая конструкция работала! Но применять ее на бипланах было практически невозможно.
Поэтому долгое время пилоты покидали самолет через вываливание из кабины самолета.
Выпрыгнуть из кабины
До 1930-х годов невысокие скорости летательных аппаратов не создавали проблем: пилот просто откидывал фонарь, отстегивал привязную систему, переваливался через борт и прыгал. К началу Второй мировой военная авиация перешагнула невидимый порог: при скорости 360 км/ч человека воздушным потоком прижимает к самолету с силой почти в 300 кг. А ведь нужно еще как следует оттолкнуться, чтобы не удариться о киль или крыло, да и пилот может быть ранен, а самолет – поврежден. Простейшее решение – отстегнуться, а затем подать ручку вперед, чтобы самолет «клюнул» и под действием перегрузки пилота выбросило из кабины, – работало только на не слишком высоких скоростях.
Первые катапульты появились в Германии. В 1939 году экспериментальный летательный аппарат Heinkel He 176 с ракетным двигателем был оснащен сбрасываемой носовой частью.
В Германии велись различные разработки кресел.
Вскоре катапульты стали серийными: их устанавливали на турбореактивный Heinkel He 280
и винтовые Heinkel He 219.
Самолеты Ме-262 то же были оборудованы катапультными установками и количество аварийных покиданий самолета летчиками люфтваффе к концу ВМВ составило 60 случаев.
13 января 1942 года пилот He 280 Гельмут Шенк выполнил первое в мире реальное катапультирование – аэродинамические поверхности его самолета обледенели, и истребитель стал неуправляемым. К концу войны на счету немецких пилотов насчитывалось уже более 60 катапультирований.
Катапультирование из
Катапультные кресла тех времен (их принято относить к первому поколению, хотя эта классификация весьма условна) выполняли единственную задачу – выбросить человека из кабины. Это достигалось в основном с помощью пневматики, хотя встречались и механические (подпружиненные рычаги), и пиротехнические решения. Отлетев от самолета, пилот должен был по-прежнему самостоятельно отстегнуть ремни, оттолкнуть кресло и раскрыть парашют.
Испытание КК на истребителе Fw-190. Германия.
Английский Королевский центр авиации начал экспериментальную работу с катапультируемыми креслами в 1944г. Первое катапультирование в США состоялось в октябре 1946г. СССР проводил НИИР по данной тематике с 1945 по 1949г. Летом 1947г. Летчик С.А.Кондрашов выполнил успешное катапультирование из самолета на скорости около 700 км/час.
Немного автоматики
Второе поколение катапультных кресел появилось в 1950-х годах. Процесс покидания был уже частично автоматизирован: достаточно было дернуть рычаг, пиротехнический стреляющий механизм выбрасывал кресло из самолета, вводился парашютный каскад (стабилизирующий, затем тормозной и основной). Простейшая баровременная автоматика обеспечивала только задержку по времени и блокировку по высоте (на большой высоте парашют открывался не сразу). При этом задержка была постоянной и обеспечивала оптимальный результат только на максимальной скорости.
Кресло самолета F-100 Super Sabre.
Поскольку один только стреляющий механизм (ограниченный габаритами кабины и физиологическими возможностями пилота по переносимым перегрузкам) не мог выбросить летчика на нужную высоту, например, на стоянке, в 1960-х годах кресла начали оснащать второй ступенью – твердотопливным ракетным двигателем, начинающим работать после выхода кресла из кабины.
Катапультирование из истребителя F-80 Shooting Star.
Наземные испытания катапульты на Convair B-58
Испытание кресла на первых MC Douglas Harrier.
Катапультирование из истребителя F-86 Sabre.
Кресла с таким двигателем принято относить к третьему поколению. Они снабжены более совершенной автоматикой, причем совсем не обязательно электрической. Например, на первых креслах этого поколения, разработанных НПП «Звезда», парашютный автомат КПА соединялся с самолетом двумя пневмотрубками и таким образом настраивался на скорость и высоту.
Катапультируемое кресло КС-2. СССР.
Катапультирование с Су-7У.
Летающая лаборатория Су-9 для отработки катапультирования.
С тех пор техника шагнула далеко вперед, но все современные серийные катапультные кресла относятся к третьему поколению – британское Martin Baker Mk 14, американские McDonnell Douglas ACES II и Stencil S4S,
McDonnell Douglas ACES.
а также знаменитое российское К-36ДМ.
На снимке виден уникальнеший случай, когда с разрушающеяся носовой части Миг-29 вылетает катапультируемое кресло К-36ДМ конструкции Гая Северина.
Катапультирование из Су-27 в Скнилове, Львов.
Кресло Martin Baker Mk 1 на истребителе Gloster Meteor.
Устройство кресла Martin Bacer Mk 1
Кстати, на Западе авиастроительные компании начинали разрабатывать средства спасения пилотов самостоятельно (у нас то же самое было в 1940–1950-х), и лишь с 1960-х началась унификация, и на рынке остались британская компания Martin Baker и американские McDonnell Douglas и Stencil. В СССР и сейчас в России катапультные кресла, как и другое полетное снаряжение, с 1960-х годов делает только НПП «Звезда». Это весьма благотворно сказывается на бюджете тех, кто эксплуатирует технику (особенно если в частях стоит на вооружении не один тип самолетов, а несколько).
Катапультирование с A-5A Vigilante.
Катапультируемое кресло КМ-1М (МиГ-21, МиГ-23, МиГ-25, МиГ-27)
Мне кажется, что рано или поздно, будет воздвинут памятник креслу-спасателю.
Читайте также: