飞机弹射座椅专利技术发展现状分析

倪芳原 郑硕

（国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心，湖北武汉 430070）

飞机弹射座椅专利技术发展现状分析

倪芳原 郑硕

（国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心，湖北武汉 430070）

弹射座椅是现代高速机动飞机的主要救生设备，本文介绍弹射座椅的发展历程，阐明弹射座椅技术特点、控制方式，并通过专利分析着重研究国内外弹射座椅专利申请的发展路径，为进一步展开弹射座椅专利申请提供建议。

弹射座椅；专利分析；技术路线

自1783年人类第一次实现气球载人飞行后，便产生了航空应急救生问题。1903年，美国莱特兄弟首次实现了动力飞行以后，在飞机失事时，挽救飞行员生命的方法研究便提上了议事日程。法国于1917年首先把降落伞用于军用飞机。第一次世界大战期间，约有800名气球观测员从失事的气球上跳伞获救。第二次世界大战中，降落伞成为军用飞机必备的救生工具［1］。

随着飞机速度的提高，飞机的速度超过400km/h，飞行员爬出座舱跳伞已是力所不及。随着飞机性能的不断改进，飞行速度大大提高，这种做法也越来越没有保证，因为在紧急情况下，飞行员往往来不及脱身，而且在爬舱跳伞时，人体与机冀、尾部极易相撞造成伤亡。因此，几乎所有现代飞机上的弹射座椅都想方设法设计出各种型式的稳定装置，以满足这些复杂状态下的一定要求［2］。

1 弹射座椅技术概述

弹射座椅是现代高速机动飞机的主要救生设备［3，4］。飞行时，其是飞行员的工作座椅，应急离机时把飞行员强制推离飞机，携带并保护飞行员安全脱离飞机并送至地面，等待营救。弹射座椅通常由骨架、动力装置、约束装置、弹射操纵装置、开伞、人-椅分离装置、稳定装置、人体防护装置及特种救生包等组成（见图1）。

图1 弹射座椅

目前使用的弹射座椅有弹道弹射座椅和火箭弹射座椅。弹道弹射座椅是在座椅的背后装有一个弹射筒，筒内装有火药的弹射弹。火箭弹射座椅是为了解决当飞行高度很低时使用的救生装置，是一种用火箭作动力的弹射座椅。

2 弹射座椅发展历程

弹射救生技术从20世纪中期开始应用于军用飞机，截至目前，已经历了4个发展阶段。

2.1 第一代弹射座椅

20世纪40年代中期至50年代中期，第一代弹射座椅利用滑膛炮的原理把人和座椅作为“炮弹”射出飞机座舱，然后使人椅分离打开救生伞。其主要解决了飞行员在高速条件下的应急离机问题，如英国的MK-l、MK-5及俄国的米格-15、米格-17飞机上的弹射座椅。

2.2 第二代弹射座椅

20世纪50年代中期至60年代中期，第二代弹射座椅为火箭弹射座椅。其主要特征是把火箭作为弹射座椅的第二级动力，在第一级动力弹射机构的作用下把人椅系统推出座舱后，再由火箭继续推动人椅系统向上运动，使其具有更高的轨迹，以解决零高度、零速度时弹射救生问题。

2.3 第三代弹射座椅

20世纪60年代中期开始一直持续至今，弹射座椅进入多态弹射的发展时期，其主要特点是采用了速度传感器，根据应急离机的飞行速度的不同，救生程序执行不同的救生模式，从而缩短救生伞低速开伞的时间，提高不利姿态下的救生成功率。国外现役机种装备的弹射座椅绝大部分为第三代弹射座椅。

2.4 第四代弹射座椅

弹射座椅发展的第4个阶段实际始于20世纪70年代末期，与第三阶段的后期相互交织、平行发展。其主要特点是实现人椅系统离机后的姿态控制，其关键技术是可控推力技术和飞行控制技术。主要解决高速弹射救生和不利姿态下的救生问题。由于第四代弹射座椅的关键技术风险性很大，虽然经过了20多年的研究（如MpEs计划、CREsT计划、第四代弹射救生技术的验证计划等），取得了很大的进展，但至今尚未装机服役［5］。

3 弹射座椅国内外发展概况

第一次世界大战中，德国率先使用降落伞实现空中自救，弹射座椅便登上了历史舞台，随着经济的不断发展和我国综合实力的不断增强，国内对弹射座椅的研究逐步深入，不断追赶着世界领先水平。

对1995-2015年中国及全球专利申请情况进行分析和梳理，如图2所示。对战斗机上的救生设备的研究一直得到各国的重视，而伴随工业技术的发展以及随之而来的相关问题，中国呈稳定上升的趋势，仍然还有很大的发展空间。

全球主要国家或地区专利申请数量分布如图3所示。不难看出，弹射座椅专利申请主要集中在长期发展的美国、英国、德国。同时，欧洲、日本、俄罗斯这些致力于航空发展的国家也有不少的专利申请。虽然中国发展的时间比较晚，但在短短的近20年来能有如此成果已是不容忽视的。

图2 1995-2015年弹射座椅领域的中国及全球专利申请情况

图3 弹射座椅全球主要国家或地区专利申请数量分布

国内外主要申请人的专利申请数量分布如图4所示。在弹射座椅领域，俄罗斯“星星”公司（ZVEZ-R）占有一定的优势，而其他著名飞机制造公司，如马丁-贝克（MART-N）、波音公司（BOEI）及麦道公司(MCDD)也占有一席之地。在图3中用同一种颜色表示同一个国家，可以看出美国公司占据了大部分。而且，从全球主要申请人的性质可以看出，弹射座椅的研发中坚力量大部分集中在飞机制造公司，而国内的航宇救生有限公司（AERON）是属于从事航空防护救生、空降空投装备研制的企业，国内传统的飞机制造公司并不在之列。

图4 弹射座椅国内外主要申请人

4 弹射座椅技术发展路线

弹射座椅技术发展涉及到弹射装置、弹射前的姿态控制、弹射后的姿态控制、弹射过程保护装置4个主要方面，如图5、6所示。4个主要方面形成一个统一的整体，共同影响了弹射座椅弹射安全性能。弹射装置主要包括动力装置、致动装置，确保弹射座椅能及时致动弹射至飞行器外；弹射前的姿态控制主要是通过导轨确保弹射方向；弹射后的姿态控制则包括附加推进装置、姿态控制方法等；弹射过程保护装置则包含保护头枕、保护降落伞、保护网等。这四个部分都是保证弹射座椅能顺利弹射，飞行员能安全逃生必不可少的方面。

图5 弹射座椅的技术分支

图6 主要技术分支的发展

对1995-2015年各个技术分支的专利申请情况进行分析和梳理，如图7所示。在近20年内，弹射过程的保护装置一直占据了主要部分，但专利申请量没有明显的峰值，而且在近5年内呈现出减少的趋势，而近5年内弹射装置的发展则占据了主要部分。分析其原因，正是因为在2013年，中国航空工业第一集团公司对襄樊地区中国航空救生索、汉江机械厂和合肥江淮航空仪表厂进行了资源整合，组建了中国航宇救生装备有限公司，也是目前我国唯一的航空救护研发中心，而中国航宇救生装备有限公司从2013年起对弹射座椅的致动装置进行了大量的研究。进而观察其余2个分支的发展，弹射后的姿态控制的研究在近10年内都比较少，甚至在2006-2010年出现完全空白的情况。而弹射前的姿态控制的研究一直不多，但还是在断断续续延续着，在近5年内有逐渐增加的趋势。

图7 四大分支的发展趋势

国内外主要申请人在四大分支下的专利申请数量分布如图8所示，可以发现国外主要申请人的研究主要集中在弹射后的姿态控制及弹射过程保护装置，美国海军飞机（USNA）及美国空军（USAF）仅在这两个方面进行研究，研究主要集中在1976-1990年。而国内航宇救生有限公司（AERO-N）的研究主要集中在弹射装置，对弹射后的姿态控制方面没有研究；而主要申请人对弹射前的姿态控制的研究都比较少。

图8 国内外主要申请人在四大分支下的专利申请

5 重要申请人专利分析

自从第二次世界大战末期出现弹射座椅以来，已经过三代的发展，进入第四代弹射座椅的研制阶段。这一阶段中主要是利用了自适应控制、推力控制、高速稳定和高速气流防护等相关技术，扩大弹射救生的可适用范围。在国内外主要申请人中，美国海军飞机在自适应控制技术的研究上有一些代表性专利。

6 结语

本文通过对国内外弹射座椅专利的分析得到以下结论：①从全球主要申请人的性质可以看出，弹射座椅的研发中坚力量大部分集中在飞机制造公司，国内传统的飞机制造公司并不在之列；②国内航宇救生有限公司的研究主要集中在弹射装置，对弹射后的姿态控制方面没有研究，而主要申请人对弹射前的姿态控制的研究均较少；③在国内外主要申请人中，美国海军飞机在自适应控制技术的研究上有一些代表性专利。所以，在弹射座椅的专利预研、准备、申请等方面的工作，中国仍有广阔的发展空间，相关企业可瞄准这些方面提前布局，早日实现赶超国际先进水平的目标。

［1］谭率.基于嵌套网格的人椅系统高速流场特性的数值模拟［D］.南京：南京航空航天大学，2007.

［2］李锐.弹射救生技术的回顾与展望［A］//湖北省航空学会成立二十周年学术交流文集，2004.

［3］沈尔康.弹射座椅的发展趋势［J］.航空学报，1987（8）：341-347.

［4］沈尔康.航空弹射救生装备［M］.北京：航空工业出版社，1998.

［5］樊虎等.浅析航空座椅弹射火箭的发展［J］.航空工程进展，2012（3）：279-283.

Analysis On Patent Technology Of Aircraft Ejection Seat

Ni FangyuanZheng Shuo
（Patent Examination Cooperation Hubei Center of the Patent Office，SIPO，Wuhan Hubei 430070）

Ejection seat is the main lifesaving equipment of modern high speed maneuvering aircraft.This paper introduced the development process,technical features and control methods of ejection seat.On the other side,this paper focused on the development path of domestic and international patent application of ejection seat through patent analysis,to provide the suggestions for the further development of the patent application.

ejection seat；patent analysis；technology roadmap

V271

A

1003-5168（2017）04-0136-03

2017-03-06

倪芳原（1989-），女，硕士，审查员，研究方向：动力机械的发明专利实质审查；郑硕（1989-），女，硕士，审查员，研究方向：动力机械的发明专利实质审查工作（等同第一作者）。