最近英国皇家空军队传来一个尴尬的事件。国内最先进的美制F-35 Thunderbolt II战斗机,不允许体重超过111.3 kg的飞行员驾驶。问题出在迅雷II弹射座椅的承载能力上。有趣的是,F-35对轻量级飞行员也很不友好,体重不足75公斤的飞行员被弹射出去也有风险。霹雳二号战斗机为什么有那么多精致的弹射座椅?
F35 新华社图谈兵·弹射座椅既是救命天使又是催命阎王弹射座椅是现代飞机尤其是战斗机飞行员非常重要的救生设备。战斗机穿空凌云,不可避免的会出故障。飞机一旦失控,只能弃用跳伞。然而,在高速飞行的飞机上跳伞并不容易。特别是对于现代超音速的喷气式战斗机,飞行员跳下机体后,由于人体与降落伞的相对阻力远大于流线型飞机,在极短的时间内就可以形成巨大的相对速度差。这时候,速度更快的飞机一经过,机体突出的部分甚至有可能把飞行员活活割伤。
为此,现代战斗机一般都配备弹射座椅,其基本原理是在飞机无法挽救时,直接将飞行员连同座椅一起高速向上弹射,然后打开降落伞。就这样,飞行员第一时间离开了自己的车,以免被呼啸而过的爱情机器“吻死”。
为了保证弹射瞬间没有障碍物,很多飞机还在座舱盖安装小型定向炸药。座椅弹射时,炸药爆炸,座舱盖被掀走,这样弹射出来的飞行员就不会撞到座舱盖。弹射座椅问世以来,拯救了成千上万的飞行员。
即便如此,弹射座椅本身还是充满了危险。一般来说,喷流是高速行进的,一般达到音速甚至更快。但当飞行员弹射出去,降落伞打开时,空气阻力会在这么高的速度下突然增大,对飞行员造成剧烈的阻力,加速度会达到几十倍重力。
一般认为只有重力19到20倍以内的加速度才是安全的,超过这个值会对人体造成严重伤害。更可怕的是,如果座椅前部与降落伞的展开方向不匹配,而是形成一个斜角,座椅可能会在斜向拉力和惯性的共同作用下疯狂转动。坐在座位上的飞行员甚至可能会因为这种剧烈的旋转而把他沉重的头扔到一边,导致颈椎骨折而死亡。
所以对于飞行员来说,弹射座椅不仅仅是一个拯救生命的天使,稍有不慎就会演变成一场威胁生命的死亡。
谈兵·太瘦不行62千克以下的飞行员不许驾驶为什么F-35的弹射座椅对飞行员的重量要求这么高?这要从F-35的设计理念说起。
作为世界上仅有的两架参加过实战的第五代飞机之一,F-35的整体性能其实不如它的“老大哥”F-22。从某种意义上说,F-35是F-22的低调伙伴,但这个伙伴被赋予了攻击地面和海面的多功能,为此装载了很多战术模块;另一方面,F-35的力量被削弱了。F-22是双引擎,F-35是单引擎,推力只有F-22的60%左右。
F-35发动机功率低,装载了很多战术模块。同时还要保持第五代飞机的基本属性——超音速。比如一个人不够强壮,要背很多东西,跑得快,当然只有一个方法可以强制减肥。为此,F-35在设计过程中大幅削减了各种配件的重量。座位也不能幸免。F-35使用马丁·贝克的MK-16E弹射座椅。这款座椅是从台风战斗机上搭载的MK-16A改进而来,重量从89 kg降到78 kg。
座位数减少了11公斤,确实有助于战斗机的“瘦身”,但也造成了负面结果,即座位的稳定性减弱。因为在紧急弹射中,座椅和驾驶员整体弹射,座椅变得更轻,使得驾驶员体重在“座椅+驾驶员”整体中的影响增大。
早在2015年,美军对F-35座椅的测试就发现了一个问题:飞行员体重较轻时,弹射会造成危险。由于总重量太轻,无法托住秤,所以弹射时会以更快的速度旋转,突破每秒1000度的安全极限。旋转过快会损伤飞行员颈椎。同时,这种旋转增加了座椅方向的不稳定性。一旦飞行员的身体前端与降落伞的拉力有一定的角度,两者的合力就会使飞行员的颈椎和脊柱被扭拉,带来致命的后果。
这种宿命不是文学装饰,而是血腥的现实。从1976年到1989年,美国海军以每小时926公里以上的速度弹射出10次事故,造成6人死亡,2人重伤。
美国认为,体重不足166磅的飞行员被弹射出去是有风险的。但当飞行员体重不足136斤时,即飞行员+座椅总重量不足140 kg时,危险是不可接受的。因此,2015年,美国军方制定法规,暂时禁止体重低于62公斤的飞行员驾驶F-35。
谈兵·胖也不行照顾女飞行员 胖子怎么办?幸运的是,美国军事飞行员往往肌肉发达。美国男性平均体重接近90公斤,大部分男飞行员达到62公斤的“标准体线”并不难。
然而,对于女性,以及美国的盟友和战友来说,又是另外一回事了。众所周知,女性的身高通常与男性有显著差异,骨骼和肌肉的比例也较小,这使得女性的体重比男性轻得多。同样的,一些美国盟友,比如日本和韩国的男人,也轻很多。根据往年抽样统计,美国女性平均体重75公斤,刚刚达到F-35座椅的体重线,有一定风险。韩国男性平均体重只有69公斤;日本男性平均体重61kg。日本作为美国在亚洲的重要盟友,引进F-35是近期重要的军备措施;在欧美,面对招兵买马的压力,引进女飞行员也是解决兵力不足的好办法。对于日本飞行员和北约国家的女飞行员来说,75kg是危险的,62kg是高危的。这条线画得很别扭,可以说影响很大。
为此,五角大楼在2016年初发表声明,积极寻求解决方案。参与解决方案的有制造座椅的英国马丁-贝克公司,以及制造整架F-35战斗机的洛克希德·马丁公司。
2017年,美军宣布这个问题已经解决。通过相关改进,MK-16E弹射座椅的安全重量下限从136磅降到了102磅。考虑到战斗机飞行员不太可能骨瘦如柴,认为这个承载能力是足够的。
但是,俗话说“按葫芦,葫芦又开始舀了”。虽然下限有所延长,但座位上限保持在247磅。对于超过这个体重的人来说,弹射也可能是危险的。显然,对于男性平均体重接近90公斤的美国人来说,这个上限是“致命的”。尤其是欧美,到处都是胖子,平均体重还在上升。据统计,美军超重人口比例已经超过10%,在三军中空部队比例最高。虽然有军界人士对此进行了辩护,说军人训练出来的肌肉比普通人发达,所以测得的体重比普通人高,但是对于F-35的弹射座椅来说,不管你是肌肉还是脂肪,只要体重超过,弹射都会有危险。
马丁·贝克接下来会怎么做?显然,解决这个问题只有两个办法:要么继续改进座椅,要么让飞行员减肥。乍一看,前者技术上可行,但花钱需要时间,后者更经济。
谈兵·逃命神器苏俄K-36弹射椅表现令人惊艳相比第五代飞机上MK-16的尴尬,另一个弹射座椅让人放心,那就是苏俄的K-36。K-36弹射座椅是在冷战中期开发的。早期的苏联喷气式战斗机事故率很高,因此高质量的弹射座椅成为必要的救生产品。
K-36系列座椅在研发之初就创造了自己的特色。一方面,它可以根据飞机事故的具体情况,包括飞行高度和飞行速度,选择合适的开伞动作和时机,使生命伞在各种极端情况下仍能及时打开。K-36救生降落伞采用狭缝结构,简单来说就是在降落伞上设计多组狭缝,这些狭缝可以平衡自动调节速度和伞面张力。速度较低时,狭缝较小,救生伞面相对完整,使得空空气阻力较大,可以快速减速;当飞行速度较高时,由于救生伞承受空空气冲力,伞面上的缝隙会被拉开,相当于泄洪,反过来使伞面受力较小,避免伞面受损或飞行员被拖。
俄罗斯把弹射座椅开发成了独立飞机。它们采用特殊的设计,使座椅从座舱弹出后,可以改变空气动力学形状,形成稳定可控的飞行状态。高速对抗气流最好的办法就是控制它飞起来。K-36配有两根延长后长度为1.8米的稳定杆。可旋转的稳定伞系统,无论姿态如何变化,都能快速将座椅拉回“直立位置”,即面向气流。站立时,人体耐受力最高,受伤几率最小。这也是下一代弹射座椅的发展方向。
K-36系列从1970年开始服役,装备一万多套,性能可谓惊人。1993年7月24日,两架米格-29战斗机在费尔福德国际航空公司空表演时,低速擦肩而过,相撞。其中一架在机身破裂仅3秒后降落并爆炸,但飞行员在离地面不到50米的地方成功弹射出空。1999年6月12日的巴黎航展上,苏-30MK低空飞行时起火空,飞行员在零高度几乎成功双弹射。2002年7月,乌克兰空苏-27在一次航展中坠毁,地面人员伤亡惨重,但飞行员安全逃脱。2010年夏天,俄罗斯的一架雅克-130教练机空突然失控坠毁,飞行员依然“毫发无伤”。半个世纪以来,K-36被弹射数百次,97%的飞行员身体状况良好,是一件身长千里空的救命神器。
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