浅谈直升机救生技术

直升机救生技术的现状尽管为战斗机飞行员设计的应急救生装置已问世多年，并取得了较高的成功率，但直升机的应急救生发展却非常缓慢，除由于直升机机顶上有转动着的旋翼，乘员不能直接向上弹射外，还因为向下弹射时人机干扰概率也很大。目前主要采用的直升机救生方案有：（1）火箭牵引救生系统当直升机发生故障需要空中救生时，首先切除旋翼，然后抛掉座舱盖，点燃火箭牵引系统（火箭通过牵引绳与飞行员系带相连），按一定顺序把飞行员以站立的姿态连同座椅组件从直升机中向上拉出（座椅主体被留在座舱内），火箭发射一定时间后，打开安全…     

火箭弹射座椅轨迹发散技术研究

通过对火箭弹射座椅轨迹发散技术的类型、原理进行分析,建立轨迹发散性能计算模型。经过理论计算和试验验证,侧向轨迹发散火箭技术满足双座弹射救生的要求,有效地解决了FBC-1飞机双座飞行员弹射救生可能发生干扰的问题。     

TY5B座椅的基本性能指标

平飞安全救生包线 弹射速度范围:0～1100千米/小时;弹射高度范围:0～飞机升限。 低空复杂姿态下的安全救生性能 基本满足美军标MIL—S—18471F中规定的22种状态最低安全高度要求。低空复杂姿态下从飞行员启动弹射手柄到救生伞张满的时间不大于3秒。 着陆速度 救生伞在标准情况下(人/伞系统质量100千克,大气压力101325帕),着陆速度不大于6米/秒。     

某型火箭弹射救生系统空弹性能分析

某型火箭弹射座椅是为某型飞机专门设计的一种新型救生系统，该火箭弹射座椅采用了多项新技术，通过空中弹射试验，验证该救生系统在实际飞行条件下的救生性能。经过6次平飞和机动状态弹射试验，结果表明．该火箭弹射座椅救生性能满足设计指标要求。     

弹射救生数值仿真及不利姿态下救生性能分析

 国内弹射座椅救生性能预测分析主要依赖地面弹射试验。由于国内相关试验设备的缺乏,不利姿态下弹射座椅的救生性能很难通过试验获得,因此国内不利姿态下弹射座椅救生性能的分析研究比较薄弱。采用数值仿真的方法对弹射座椅的救生性能进行预测和分析,针对弹射座椅弹射过程的4个阶段分别建立了数学模型,其中自由飞阶段采用四元数法代替欧拉速率方程,以解决传统的六自由度方程出现的奇异性问题。采用四阶龙格-库塔法对数学模型进行求解,计算结果与地面弹射试验结果吻合较好。在此基础上,对某新型弹射座椅的弹射姿态轨迹进行计算,分析研究了弹射座椅在不利姿态下的救生性能,得到不利姿态下弹射座椅救生性能不佳的主要原因是座椅高速稳定性差以及飞机向下的牵连速度和飞机滚转角的影响,并根据分析结果提出了改善弹射座椅不利姿态下救生性能的基本方法。     

弹射救生程序控制的发展

自第二次世界大战后期出现弹射座椅以后,随着飞机性能的提高,弹射救生装备得到飞跃的发展,至60年代前期,国外敞开式弹射座椅已实现了零高度,零速度弹射,最大速度到1112公里/小时。然而,弹射救生成功率并不十分满意,尤其是低空和不利姿态的救生能力,因此提高低空、不利姿态救生成功率格外引人注目。除进一步改善各关键部件外,主要考虑设计与发展精确的程序控制机构,最大限度地控制合适的救生伞开伞时机,在不同高度、不同速度状况下,以最短的时间打开救生伞。     

安全快速可靠"枭龙"/FC-1飞机的弹射救生系统

"枭龙"/FC-1飞机采用了国产新型舱盖微爆索破裂系统和第三代TY5B火箭弹射座椅组成的微爆索穿盖弹射救生系统,它大大提高了低空不利姿态下的救生能力.     

低空不利姿态弹射控制方案分析

针对改善低空不利姿态弹射救生性能问题，分析介绍了目前国内外姿态控制的几种方案；按照控制的功能，分类讨论了各种姿态控制方案的优劣和发展概况，重点分析了多参数多模态方案。并以HTY-8座椅为多模态控制原型，增加相应的控制措施，以弹射启动时飞机速度、高度、俯冲角和横滚角为输人参数，划分了30种弹射工作模式。通过计算机仿真，对比分析了几种不利姿态弹射条件下多模态控制与不加姿态控制在Y方向的弹射轨迹，并与ACESⅡ、K36D-3．5A座椅进行了对比，在最低安全救生高度方面，以HTY-8为原型的多模态控制优于ACESⅡ，而接近K36D-3．5A。仿真结果表明，多模态控制能够达到改善低空不利姿态救生性能的目的。     

CREST任务范围要求的研究(MARS)

二十年来,大多数飞行员救生系统是根据1971年的美军标MIL-S-9479B研制的,称之为第三代弹射座椅。乘员救生技术(CREST)发展计划集中于研究2000年以后的飞机(诸如多功能战斗机)救生系统的要求,即第四代弹射座椅的要求。而CREST的MARS计划则是研究这个任务的范围和要求,其主要内容是对下一代弹射座椅的操作环境和所要求的性能提出看法,即根据将来飞机的需要进行分析,以确定是肯定还是修改第四代弹射座椅的要求。为了与将来的DoD飞机(2000年以后的飞机)预期的性能相比较,在研究中要收集第三代弹射座椅系统的性能资料和改进计     

弹射试验机机动飞行弹射的动态响应

机动飞行状态下弹射试验时，弹射力对飞机的扰动是关系到弹射试验机安全的重要问题。结合某型弹射座椅空弹鉴定试验，分析了在俯冲、俯冲下沉、横滚和倒飞状态弹射时弹射试验机的响应。结果证明，在一定的高度速度范围进行机动飞行状态弹射试验是安全的。     

弹射救生过程数值计算及损伤风险评估

针对从弹射程序启动到飞行员着陆之间的各个阶段,建立了能够对横滚、俯冲等复杂弹射条件进行计算的数学模型。结合某型座椅的具体参数与气动力数据,针对具体算例求解了弹射救生过程,与实验结果进行了对比。根据模型的计算结果,以动态响应指数(DRI)对不同弹射初速下的损伤风险做出评估,并指出了在不同速度下气动过载的影响。     

救生伞收口性能分析

通过对ACESⅡ弹射座椅所使用的C－9伞收口速度补偿曲线的理论。分析了救生伞采用收口技术后,＿能在高速状态下降低开伞动载,在低速状态下不降低最低安全高度的原因;并对国产ＨＴＹ－4型弹射座椅装备了收口的救生－13型伞后的性能进行了估算。假如收口阻力特征等于210m2、收口时间等于10ｓ则在3000m高度上开伞动载将减小40％;并论述了收口阻力特征和收口时间选取的原则。     

俯仰敏捷性评估与影响因素研究

建立了现代高机动性能战斗机俯仰敏捷性仿真计算数学模型和机动飞行时的操纵动作，以Ｆ－１６战斗机为例，计算并讨论了初始飞行状态以及飞行控制系统参数对战斗机俯仰敏捷性的影响。结果表明，选择适当的飞行状态，有利于更好地发挥飞机的俯仰敏捷性；降低飞机整体系统的阻尼，将有利于提高飞机的俯仰敏捷性；控制系统有关参数的设计，除考虑飞行品质要求外，还需综合考虑飞机敏捷性等方面的要求。     

弹射座椅的发展趋势

本文回顾了弹射座椅的发展历程。重点讨论了改善弹射座椅低空救生和大速度救生的方案,指出了今后将采用的新技术,包括微处理机、各种传感器和可调节的动力装置,以满足座椅自适应控制的要求。最后分析了提到议事日程上的高过载座舱的三种拟议方案。     

空天飞行器整体式救生座舱的稳定减速与分离特性数值模拟

整体式密闭救生座舱方案将座椅与驾驶舱进行整体设计，弹射后具有独立的气动型面，在包含亚声速、跨声速、超声速甚至高超声速等非常宽广的速度范围可以更好地保护飞行员免受高速气流的吹袭，是空天飞行器救生系统设计的重要途径之一。针对整体式救生座舱，首先开展基本静态气动性能数值模拟评估；之后采用一种刚性减速伞增稳方案（整体式座舱+减速伞）对其稳定性和减速效率进行改进；最后采用动态重叠网格方法，对整体式座舱+减速伞构型的近机弹射轨迹特性开展动态数值模拟计算，从而获得该构型在抛投过程中的稳定性和安全性。研究结果表明，单独整体式救生座舱难以具备静稳定性；减速伞方案可大幅改善座舱的稳定性能，使座舱在Ma=0.3~4.0范围内均具有静、动态稳定性，并呈现亚声速时随马赫数升高而增强、超声速时随马赫数升高而减弱的变化规律，且高马赫数（Ma=4.0）工况可通过降低飞行高度以增加动压的方式进一步提升座舱的动稳定性；在宽速域范围内，整体式座舱+减速伞构型经过弹射力和火箭推力的辅助作用，能够实现与机体的安全分离，并且分离后其俯仰振荡姿态均具有收敛特性。     

Loss-of-Consciousness&Spatial Disorientation Auto-Recovery System

A G-induced loss-of-consciousness (GLOC) and spatial disorientation auto-recovery system has been developed and tested on the Advanced Fighter Technology Integration (AFTI)/F-16 aircraft. The pilot controls the operation of this system by entering an MSL altitude and manually arming the system. Engagement conditions of the auto-recovery maneuver are controlled by aircraft speed, altitude, attitude, and the set recovery altitude and do not depend upon any determination of pilot physiological condition. Initiation of the recovery maneuver is preceded by visual and aural warnings which continue until the pilot resumes control. The pilot always has the capability to override or disengage the autorecovery maneuver. This system, as developed on the AFTI/F-16, is directly and quickly applicable to other analog or digital flight control systems such as found in the F-16 or F-18. This system provides the pilot protection from ground collision in most air-to-air training environments.     

基于混合Beta分布的火箭弹射座椅可靠性评估

建立了一种综合利用子系统试验数据和现场整机试验数据的火箭弹射座椅Bayes可靠性评估方法。该方法通过卡方拟合优度检验确定继承因子,建立混合Beta分布后,基于后验分布评估座椅可靠性。采用该方法对某火箭弹射座椅可靠性进行了评估,在置信水平0.90情况下其可靠度达到了0.924。结果表明,在相同的现场试验情况下,评估结果比经典统计方法更合理。     

过载与弹射速度关系研究及神经网络实现

 弹射速度是弹射座椅双态程序控制的主要输入参数之一,其和弹射高度一同决定了救生伞的开伞时间。试验发现,在某些特定的条件下,弹射速度的测量会出现较大误差从而严重影响弹射救生系统的救生性能。提出一种根据弹射座椅出舱瞬间人椅系统体轴 x 方向过载( n_x )值判断弹射速度的方法。建立了人椅系统出舱阶段的数学模型,在MSC.EASY5基础平台上开发了模块化的仿真模型,并基于批处理原理进行了求解器设计。通过数值仿真,建立了平飞状态不同弹射高度及弹射离机质量下体轴 x 方向过载值与弹射速度之间的关系曲线。利用基于误差反向传播算法的人工神经网络,即BP神经网络实现了输入向量（弹射高度及体轴 x 方向过载）到输出值（弹射速度）之间的连续非线性映射。分析了不利姿态参数对关系曲线的影响,在满足工程要求的情况下,可以忽略其影响。用本文方法判断得到的弹射速度与地面弹射试验数据进行了比较,结果表明误差满足工程要求,可以作为弹射速度测量的一种余度设计。     

某型无人机火箭弹射起飞俯仰姿态角优化设计

某型无人机在火箭助推起飞过程中,为了能在火箭助推末端使无人机达到一定的高度和速度,并且较好地控制俯仰姿态角的变化,必须对发射角和火箭在无人机尾部的安装角进行优化设计。计算结果表明,优化设计在很大程度上能满足无人机弹射起飞的技术需要。