某型国产弹射救生装备安全救生性能改进设计

顾占波　张德军

【摘 要】航空弹射救生装备是飞行员应急救生的唯一的方法和手段。针对国产某型弹射救生装备不能实现无延迟弹射和“0-0”弹射救生问题，进行了一系列设计和改进，旨在使该型号设备能够实现低空不利姿态下安全救生，保证飞行员安全离机。

【关键词】微型爆破索；塑料导爆管；应急弹射救生；弹射座椅

0 引言

航空弹射救生装备是空勤人员生命保障系统的一个重要组成部分。航空事业的迅速发展，尤其是飞行员的应急救生，对航空弹射救生装备的要求越来越高，其中缩短弹射离机延迟时间是迫切需要解决的问题。

据统计，1960年以来，飞机应急情况下飞行员弹射死亡原因中，不利姿态下的低空弹射占47.5%，美国1967～1979年统计弹射死亡原因中低空占60%。由此可见缩短弹射离机延迟时间是解决救生问题尤其是低空救生问题的一条主渠道。

以高压燃气抛盖动作筒为动力装置，高压燃气为能源的抛盖系统，因其在座舱盖飞出前，座椅不得启动，这就延迟了0.5 s左右的弹射时机，降低了弹射成功率，尤其对低空救生不利。

穿盖弹射可实现无延迟弹射。但进行穿盖弹射的条件是座舱盖玻璃为非定向玻璃并且厚度在10 mm以下，否则将造成飞行员脊椎损伤，舱盖玻璃裂口也极有可能损伤飞行员的装备和身体。这就造成了穿盖弹射的局限性。

塑料导爆管和飞机座舱盖微型爆破索系统的发明，实现了航空救生技术的另一种无延迟弹射，即在座椅启动弹射时，通过联动装置启动塑料导爆管，再通过塑料导爆管的爆轰冲击波来激发微型爆破索来爆破座舱盖玻璃，清除弹射通道上的障碍物，实现座椅的无延迟弹射。英国的鹞式飞机和美国的F-16飞机都成功地采用了这两种技术。

本文针对某型国产火箭弹射座椅的延迟特点，应有这两种技术做了一下探讨，使该型座椅在不改变基本结构的前提下实现无延时弹射和“0-0”（零高度-零速度）弹射救生。

1 某型国产火箭弹射座椅的工作过程及存在问题。

1.1 工作过程

应急情况下，当飞行员决定弹射离机时，双手提拉中央主弹射拉环，经1号传动钢索传动联动机构动作筒向下运动，通过2号传动钢索先拉动钢索解脱器，带动3号抛盖钢索拉動抛盖燃爆器打火工作，抛掉座舱盖，拉出空中保险钢球，解除弹射器的空中保险。动作筒继续向下运动，拉杆带动弹射器5号钢索，拉出撞针臂击发椅弹，在火药气体作用下，弹射器带动人和座椅一起向上运动弹离座舱。

1.2 存在问题

该型火箭弹射座椅采取先抛盖后弹射的工作程序，使得抛盖前弹射器不能打火工作，产生了0.5s左右的弹射延迟时间，这对弹射前瞬息万变的情况来说显得太长，严重影响了设备的救生性能。当飞机在起飞、着陆速度小于250km/h因故弹射跳伞时，使得该型座椅没有达到世界先进国家最起码的“0-0”指标要求。针对该型座椅在弹射离机时存在的问题，有必要对其进行改进，使其能达到无延迟弹射和“0-0”弹射救生。

2 装备救生性能改进方案

2.1 改进的简要介绍

针对该型弹射座椅抛盖弹射的延迟时间长和不能实现“0-0”弹射的特点，做了一系列改进。改进的内容有：

（1）在座舱盖玻璃上铺设微型爆破索；

（2）去掉抛盖燃爆器换成1号起爆装置；

（3）去掉联锁装置；

（4）增设2号起爆装置。

改进后系统采用拉中央主弹射拉环操纵座舱盖爆破系统工作。为确保座舱盖爆破成功，系统采用了两套座舱盖起爆装置。

座舱盖爆破原理框图如图1所示。

图1 座舱盖爆破原理图

Fig.1 Schematic diagram for canopy blasting

通过提拉中央主弹射拉环使1号起爆装置打火，并使座椅弹射器工作，座椅弹离座舱的过程使2号起爆装置打火。起爆装置分别引爆导爆管，进而起爆微爆索，使座舱盖爆破。

改进后系统对座椅弹射后的工作程序无任何改变。采用弹射与清除弹射通道障碍物同步进行的工作方式，既实现了无延迟弹射，又能实现“0-0”救生，提高了救生能力。

2.2 微型爆破索

微型爆破索是一种含有猛炸药的柔性细索，是一种具有爆破作用的导爆索。起爆后，炸药爆轰产物及冲击波可将飞机座舱盖玻璃切割和粉碎。

微爆索由索芯、索壳和套管组成。

索芯是一种高能猛炸药黑索金，化学名称是环三次甲基三硝铵，其主要性能如下：

密度：1.816g/cm

熔点：204℃

爆热：1345kJ/kg

爆速：8705m/s

索芯直径0.8 mm，黑索金装填线密度约为1 g/m。

索壳外直径约为0.8mm，材料为铅锑合金，其断面形状可根据需要制作圆形、半圆形或人字形，在索芯外覆盖一层铅锑合金是为了使索芯在一定强度的金属外壳作用下建立速度稳定的爆轰。微爆索的爆轰速度一般不低于6500m/s。

套管是一种被套在索壳外表面上直径约为3mm的硅橡胶管或聚烯烃管，用来增强机械强度和保证点绝缘。

2.3 塑料导爆管

2.3.1 塑料导爆管传爆原理

塑料导爆管是一种内壁附有薄层混合炸药的塑料软管，能高速传爆爆轰且没有爆音。塑料软管由高强度塑料或高压聚乙烯制成。管内表面涂有一层由奥克托金和铅粉组成的混合猛炸药粉末。

传爆原理：起爆时，由于起爆元件的作用，管腔内受到绝热压缩并出现冲击波。腔内的粉末由于与内壁粘符力不强而脱落，炸药粉粒产生相互碰撞，由于气体间摩擦以及管壁的碰撞而局部升温；另一方面受冲击波压缩而升温升压的管内气体介质加热与其相接触的药粒。于是药粉发生爆炸，给冲击波补充能量，使爆炸信号稳定传播。

2.3.2 塑料导爆管的性能

爆速：塑料导爆管的爆速随内径、药粉粒度、药量、环境温度的改变而改变。内径大、粉粒细、药量多、环境温度低则爆速高。在14℃条件下其爆速约为1950m/s。

起爆传爆性能：塑料导爆管可用火帽、雷管、导爆索等起爆。具有良好的抗震动、抗冲击、抗摩擦性能和抗静电性；可以不受静电、杂散电、感应电的干扰，安全地在强电磁环境中应用；可任意弯曲，传爆线路不受弯曲半径限制；爆速高，没有杂音，体积小、重量轻，工作安全可靠。

因塑料导爆管具有以上优越性能，因此可在航空救生技术上用来传递能量，激发火药动力装置的点火元件，也可用来引爆雷管使其它装置起爆。

2.4 起爆装置

改进后的起爆装置由两套组成，二者构造相同。1号起爆装置由3号钢索带动打火起爆，2号起爆装置在座椅上升过程中通过座椅滑轨顶压打火摇臂使打火机构打火起爆。其构造如图2所示。

图2 打火机构

Fig.2 Firing device

平时，击针弹簧被压缩，击针处于待发状态。工作时，击发销被拉出，击针在弹簧的作用下，撞击针刺雷管，使雷管起爆。雷管的爆轰输出可同时起爆导爆管的两个自由端，使其工作。

2.5 微爆索的敷设和连接

2.5.1 敷设

微爆索在座舱盖上的敷设不应影响飞行员的视线，其敷设方式由座舱盖的形式及要求将玻璃爆破的程度决定。为了将微爆索固定在座舱盖玻璃上，可将它夹在特殊的胶条中，然后使胶条平面粘贴在座舱盖玻璃的内表面上。

根据爆炸物理学所阐明的爆炸凹槽聚能效应，可以将微爆索的横截面制成带凹槽的形状（如人字形），这样，在它与座舱盖玻璃相连的一边形成空穴称为聚能槽。微爆索爆炸时聚能槽的爆炸产物沿轴向集中，形成能量密度很大的聚能射流，大大提高了对座舱盖玻璃的爆破能力。同时还可以减小装药线密度，减小脉冲波输出和脉冲噪音。

为了使座舱盖玻璃爆破的粉碎（碎片小些），在不妨碍飞行员视野的前提下，可将敷设回路通过座舱盖顶部，并将微爆索的两个自由端通过连接接头同导爆索相连。导爆管将爆轰信号传人微爆索，爆轰即在微爆索中以不低于6500 m/s的速度传播，使微爆索几乎同时爆炸，座舱盖玻璃在微爆索的定向爆破下变为玻璃碎片向舱外飞散，从而清除了弹射通道上的障碍物。

2.5.2 连接

微爆索两个自由端与导爆管的连接方式示意图如图3所示。两个爆破装置均可引爆微爆索。

图3 微爆索与导爆管的连接

Fig.3 Connecting of micro blasting cable and detonating tube

2.6 改进后系统的工作过程

改进后系统的工作过程框图如图4所示。

图4 改进后系统的工作过程框图

Fig.4 Schematic diagram of improved system

当飞行员决定弹射离机时，双手提拉中央主弹射拉环，经1号传动钢索带动弹射器5号钢索，拉出撞针臂击发椅弹，使座椅弹射机构工作，同时带动3号钢索，拔出了1号起爆装置的击发销，释放了击针，击针撞击雷管使雷管起爆。爆轰波输出立即使导爆管起爆，爆炸信号传到微爆索，使其起爆，将座舱盖玻璃切割并向舱外飞散。至此，弹射通道障碍物被清除，座椅即可顺利上升，弹射离机。

如果1号起爆装置起爆失败，此时弹射器已打火，座椅已沿滑轨上升，它将挤压2号起爆装置的打火摇臂，使其工作，将起爆信号由另一导爆管支路引入爆破索，实现座舱盖爆破。

在提拉中央主弹射拉环失效时，可直接握压应急弹射手柄，而不必按改进前那样先拉应急抛盖手柄，即可完成弹射任务。

座椅弹出后，按原来的工作程序继续工作，达到弹射救生的目的。

3 改进方案可行性分析

微爆索和导爆管应用在救生系统中是提高救生装备性能的有效措施。但改进后，系统必须能够可靠工作，且不能对飞行员造成任何伤害。

3.1 爆破作用不会伤害飞行员

微爆索对飞行员的危害主要来自冲击波和脉冲噪声。在冲击波作用下，人体器官都可能受到损伤。脉冲噪声可造成听觉器官损伤和听觉偏移。下列数据是座舱盖微型爆破系统试验测得的冲击波超压值和脉冲噪声强度：

冲击波超压：P<79.43 KPa

脉冲噪声

平均峰压：170.3 dB

平均宽度：13.75 ms

这对戴头盔的飞行员是安全的。

3.2 改进后系统工作可靠性分析

改进后座椅上升时从挤压打火摇臂到座舱玻璃之前所用时间应大于2号起爆装置起爆微爆索作用时间。由弹射运动方程：

md2x/dt2=AP-mgsinθ-Ft

因计算条件限制，无法准确计算出离机时间，但可以求出其极值。

假设座椅以弹射筒最大加速度（15g）上升，则离（下转第174页）（上接第170页）机所用时间最短。如果在这种情况下有足够时间保证2号起爆装置起爆微爆索，则正常工作时，两套起爆装置一定有足够时间引爆微爆索。

设座椅相对飞机上升时初速V=0、a=amax=15g=150m/s2，座椅启动到打火摇臂拉出击发销时座椅的行程L=30mm，此时上升速度为V1：

则V1=3m/s

由微爆索性能可知，当温度高于14℃时，则每升高1℃，传爆速度降低5 m/s，取温度为50℃，则导爆管和微爆索起爆所用时间为T（假设两者的长度均为2 m），计算结果：

T=0.0014375s

则座椅以V1速度和T时间上升的高度为：

H=V1T+0.5at2

=3×0.0014375+0.5×150×0.00143752=4.5mm

由上面计算可知，导爆管和和微爆索起爆所用时间很短，在如此短的时間内，座椅上升高度极小，不会影响系统正常工作。

【参考文献】

[1]沈尔康.航空弹射救生装备[M].航空工业出版社，1988.

[2]沈卫中.航空弹射救生系统[M].空军第一航空学院，1994.

[3]陆安基，等.国外火药性能手册[M].兵器工业出版社，1991.

[责任编辑：杨玉洁]