[科普中國(guó)]-飛機(jī)逃逸系統(tǒng)

簡(jiǎn)介

由人駕駛的和(或)運(yùn)送乘客的航天飛機(jī)，都存在著應(yīng)急逃逸，直至拋棄飛行器的問題。駕駛員和乘客在安全而成功的逃逸中，時(shí)間是決定的因素。應(yīng)急事件可發(fā)生在整個(gè)飛行過程的任何時(shí)間內(nèi)，要求逃逸系統(tǒng)提供安全逃逸。如上述要求不能滿足，則將危及到乘員的安全。應(yīng)急逃逸系統(tǒng)的目標(biāo)是：能確保機(jī)上的每個(gè)乘員在飛行中的任何時(shí)間內(nèi)安全逃逸和返回。與該目標(biāo)同等重要的是低的成本。低成本和系統(tǒng)的飛行性能及總效率一樣重要。然而，尤為重要的是整個(gè)逃逸和返回系統(tǒng)的體積和重量，這直接影響著運(yùn)載器的有效載荷和性能。

可靠性和簡(jiǎn)單性是另一個(gè)重要的因素?？煽慷?jiǎn)單使得在操作和維修方面只要求很少的訓(xùn)練及輔助設(shè)施，一旦使用，啟動(dòng)和操作都很簡(jiǎn)單，因此，現(xiàn)實(shí)的目的是要在飛行過程中的任何時(shí)間內(nèi)，機(jī)上的乘員都能安全逃逸和返回。就是說，在考慮重量、體積、性能、效率、訓(xùn)練、維修、成本等諸因素的條件下，能獲得最安全的逃逸和返回。1

解決辦法欲最有效地使用航天飛機(jī)和空間站，駕駛員和乘客應(yīng)在不穿宇宙服的條件下都能乘坐。將來，各種身體條件和年齡，不同身材的男女重要人員，技術(shù)員、科學(xué)家、工程師、醫(yī)師和政治家，都需要運(yùn)送到空間站和空間基地去。因此，逃逸系統(tǒng)必須具有將這些不穿宇宙服的，任意高度和身材的乘客閉封起來的能力，并為這些乘客提供在逃逸、再入、回收過程中必需的全部設(shè)備和環(huán)境條件。掌握逃逸程序幾乎不需訓(xùn)練，因此對(duì)這些重要人員不加訓(xùn)練也能安全逃逸。1

彈射座椅與彈射包人們?cè)诼眯袝r(shí)傳統(tǒng)習(xí)慣是坐著，在航天飛機(jī)或空間站上通常每個(gè)乘客或駕駛員有一個(gè)單獨(dú)座位。當(dāng)應(yīng)急情況發(fā)生時(shí)，人們通常是在座位上，這樣就可使逃逸時(shí)間、作用力、混亂、驚慌等因素減至最低，從而使人們從座位上被輕松地彈出。座位上的應(yīng)急逃逸有兩種方法可供使用，一種是彈射座椅，另一種是彈射包，這兩種方法各有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

當(dāng)用彈射包彈射時(shí)，乘員是在他們的座位上，采用彈射包把不穿宇宙服的乘員從坐椅上彈出時(shí)，必須解決一系列難題，例如：航天飛機(jī)和彈射包的接口，每個(gè)包的使用不同則每個(gè)包的裝配都得研制，成本很高、彈射包必須能從軌道上再入以及在發(fā)射臺(tái)上也能使用等等。

另一種方法是彈射座椅。飛行器的指揮者為了乘客的安全，先用彈射座椅將他們彈出，然后力求選擇挽救飛行器的可能。然而為了滿足救生的要求，必須采用密封的方法并與軌道再入等方法結(jié)合起來。彈射座椅逃逸系統(tǒng)，通過許多分析比較后說明它有很大的潛在能力，一旦得到發(fā)展，就能普遍地應(yīng)用在所有的航天飛機(jī)、空間站、高超音速飛機(jī)以及其他飛行器上。這樣就應(yīng)考慮統(tǒng)一的輔助設(shè)施，訓(xùn)練和操縱系統(tǒng)，隨之而來的優(yōu)點(diǎn)是成本低、可靠性高、效率高?，F(xiàn)統(tǒng)一命名為肯德爾降落錐，該降落錐是單人彈射坐椅系統(tǒng)，具有一切必需的系統(tǒng)和分系統(tǒng)，其重量輕、體積小、簡(jiǎn)單和有效。1

降落錐降落錐是一個(gè)可展開的充氣結(jié)構(gòu)，是一個(gè)可包裝在小包里的氣動(dòng)力減速器。但是它不像降落傘，其有效負(fù)載是安放在減速器里面，以防止環(huán)境力的作用。作為一個(gè)基本設(shè)計(jì)的完整部份來說，降落錐應(yīng)具有能減速的外形或結(jié)構(gòu)，還應(yīng)有充氣救生船、著陸緩沖器、熱和氣流的防護(hù)裝置。降落錐本身也是一個(gè)大的三維空間的跟蹤和搜索目標(biāo)，著陸后降落錐還能作為人的保護(hù)裝置。

為了滿足再入地球大氣的要求，降落錐充氣后，形狀像一個(gè)具有大球面頭部的鈍圓錐形，其有效載荷(密封罩里的人)被安置在圓錐里面，其位置是從球面頭部前沿量起，大約在圓錐長(zhǎng)度的三分之一處。坐在彈射座椅上的人處于充滿空氣的增壓密封罩里。該密封罩依次安裝在著陸緩沖器上面(右圖1)。對(duì)航天飛機(jī)逃逸系統(tǒng)來說，降落錐是可展開的密封罩的一部份，不穿宇宙服的乘員就處在該密封罩里。這期間，人在這密封裝置里能經(jīng)受高音速、超音速、高超音速、空間環(huán)境或航天飛機(jī)在大氣中爆炸時(shí)所產(chǎn)生的沖擊波等危險(xiǎn)環(huán)境的考驗(yàn)。1

航天飛機(jī)的降落錐系統(tǒng)彈射時(shí)，人應(yīng)該彈進(jìn)充了氣的密封罩內(nèi)，該密封罩與彈射座椅底座的環(huán)形密封圈緊密配合，從而完成密封罩的增壓，罩內(nèi)備有必要的環(huán)境控制系統(tǒng)和生保系統(tǒng)。彈射座椅包括滑軌壓力封閉底座，環(huán)境控制和生保系統(tǒng)，以及能使人椅密封罩離開損壞的飛行器的彈射裝置。彈射座椅系統(tǒng)還包括調(diào)整再入狀態(tài)的穩(wěn)定裝置，降低軌道的再入裝置，以及能使降落錐和救生包充氣并展開的降落錐充氣系統(tǒng)(右圖2)。

降落錐的展開是由逃逸時(shí)飛行器的工作狀態(tài)決定的，而這狀態(tài)是由需用手動(dòng)控制來輔助的氣壓表系統(tǒng)來確定。一但應(yīng)急事件發(fā)生在發(fā)射臺(tái)和起飛時(shí)的稠密大氣中，則降落錐在2~3秒鐘內(nèi)就能展開。當(dāng)在高空時(shí)，逃逸將采用延遲時(shí)間的辦法，直至降落錐下降到大氣層后才展開。在軌道上，降落錐的展開是按照指令或程序控制進(jìn)行的。1

密封罩系統(tǒng)密封罩系統(tǒng)是一個(gè)可充氣的圓柱形結(jié)構(gòu)，一端是圓頂并有一個(gè)窗口(圖2)，另一端是敞開式的剛性環(huán)?？沙錃獾拿芊庹志o固在固定環(huán)底座上。固定環(huán)底座又緊固在飛行器的頂蓬環(huán)上，而頂蓬環(huán)就在各彈射座椅的上面。降落錐緊固在密封罩的一側(cè)，外面還包著一個(gè)脆性可分離的罩子。當(dāng)裝配時(shí)，密封罩和降落錐折疊和壓縮在飛行器乘員上面的天花板與飛行器外蒙皮上的出射門之間。當(dāng)彈射座椅系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，外蒙皮的出射門被拋棄，這就允許座艙空氣和11磅/英寸2的艙壓給密封罩和降落錐充氣，使其在飛行器外部展開。

彈射座椅安裝在人背后的彈射滑軌底部的環(huán)形壓力圈上。座椅滑軌從地板穿過天花板到外蒙皮。在環(huán)形壓力圈底部是另一個(gè)封閉座艙出口的環(huán)形壓力密封圈，當(dāng)彈射時(shí)，它同彈射座椅一起升起，直到碰到天花板上的環(huán)為止。這樣就關(guān)閉和密封住座艙的出射口，從而保持座艙壓力的完整性(圖2)。彈射座椅和底座上的環(huán)形壓力密封圈沿滑軌升起，座椅上的人穿過天花板環(huán)和密封罩底座環(huán)進(jìn)入展開的罩里，一直到座椅的底座環(huán)形壓力密封圈與密封罩的底環(huán)相碰并固定密封為止。這樣就為乘員提供了一個(gè)增壓的小艙室。密封罩連同降落錐以及坐在彈射座椅上的人一起,穿過滑軌和航天飛機(jī)進(jìn)入自由飛行狀態(tài)。密封罩的整個(gè)充氣尾翼或阻力傘可以起穩(wěn)定作用，直到降落錐展開為止。1

應(yīng)急逃逸在發(fā)射臺(tái)上或發(fā)射期間的應(yīng)急逃逸駕駛員、地面指令或自動(dòng)敏感裝置確定必要的應(yīng)急逃逸。在啟動(dòng)應(yīng)急逃逸系統(tǒng)前，首先對(duì)宇航員和艙內(nèi)乘客預(yù)警，然后用手啟動(dòng)逃逸系統(tǒng)。座椅上的機(jī)械裝置應(yīng)確保人的腳、腿和手臂抑制在彈射空間所要求的范圍內(nèi)。飛行器外蒙皮的門投棄后，11磅/英寸2的艙壓(或增壓系統(tǒng))給密封罩充氣并使其展開。(11磅/英寸2艙壓的相應(yīng)高度是8000英尺)。

與此同時(shí)，載人的座椅沿滑軌彈出，座椅底座的壓力密封圈與密封罩底座環(huán)緊密配合，出射口蓋子的壓力密封圈與天花板環(huán)形結(jié)構(gòu)相碰并固定在天花板上，這樣可保持艙內(nèi)壓力。當(dāng)罩椅系統(tǒng)離開飛行器時(shí)，展開起穩(wěn)定作用的充氣尾翼或拖曳阻力傘，以定位降落錐展開系統(tǒng)。經(jīng)兩秒鐘后降落錐開始展開，這兩秒鐘的時(shí)間延遲是為了使罩椅系統(tǒng)能有最大的安全距離和需要的高度，以便躲避壓力波和突然出現(xiàn)火球的危害。降落錐用4秒鐘的時(shí)間展開，然后下降直到著陸，使整個(gè)逃逸系統(tǒng)安全回到地面(右圖3)。1

上升段或再入彈道期間的應(yīng)急逃逸逃逸系統(tǒng)除了在2英尺以上的高度展開降落錐需要時(shí)間延遲外，在彈道飛行中任何時(shí)刻的逃逸都像在發(fā)射臺(tái)和發(fā)射時(shí)一樣。最大動(dòng)壓頭大約在發(fā)射后70秒出現(xiàn)，在速度大約為650海里/小時(shí)，高度是36000英尺時(shí)，動(dòng)壓頭是4磅/英寸2。在上述這些最惡劣條的件下，密封罩內(nèi)仍維持11磅/英寸2的正常壓力，以保證安全逃逸。1

軌道上的應(yīng)急逃逸在軌道飛行時(shí)，由一個(gè)膜盒氣壓表來控制逃逸方式。由于軌道上無需克服外力，所以彈射沖量可以減小。一旦座椅從飛行器上彈出去，它就能自動(dòng)穩(wěn)定并能自身水平定向，獲得與制動(dòng)噴氣相一致的狀態(tài)。制動(dòng)噴氣按照預(yù)定的著陸點(diǎn)或能自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)著陸點(diǎn)由地面控制點(diǎn)火。地面搜索和營(yíng)救工作隊(duì)必須能跟蹤逃逸者在軌道上的位置。一旦制動(dòng)噴氣點(diǎn)火，降落錐展開，再入開始，這以后逃逸系統(tǒng)不需要再操作，直到安全回收或營(yíng)救乘員以前，回收系統(tǒng)一直處于工作狀態(tài)。1