直升機消防員應急救護方案研究

由于軍事飛機架在公務或水平位置較低，且發動機的紅外輻射強，易于檢測，因此易受到紅外制導和雷達制導武器的攻擊。同樣由于飛行高度低，非正常接地前駕駛員選擇操縱動作的反應時間短，易墜地受損。因此，要求軍用武裝直升機有很高的戰場生存性。直升機的戰場生存性與它的被探測性、機動性、抗彈擊性和抗墜毀性等方面的能力密切相關。對新型軍用直升機來說，戰場生存技術將成為發展重點。戰場生存技術除了抗彈、防彈、紅外抑制、紅外干擾、隱身技術以外，還包括抗墜毀技術。抗墜毀技術是提高直升機生存力，拯救飛機乘員生命的關鍵技術。戰場生存技術的核心是保護飛機乘員免受戰斗攻擊和飛機墜毀的傷害，尤其是直升機抗墜毀技術的運用。因此，軍用直升機，特別是武裝直升機，如何更好地提高乘員的生存率，解決乘員的救生問題將會變得更加迫切。一、降低直升機性能的方法鑒于武裝直升機在現代戰爭中的重要性和不斷發展的要求，直升機飛行員的救生問題，已成了直升機設計師的重要研究課題。如果直升機在飛行中出了極為嚴重的故障，或在戰場上被敵方擊中無法繼續飛行時，直升機的飛行員必須采取措施，把損傷減低到最小程度。當前，世界上有以下幾種比較有效的救生方法。一種辦法是依靠直升機旋翼自轉著陸。如果直升機發動機出現了故障，但還可以操縱，飛行員應努力降低直升機的飛行速度，控制飛行姿態，依靠旋翼的自轉，起到類似降落傘的作用，使直升機的下墜速度降低并安全著地。但是，如果直升機發生故障的高度太低，例如在50m以下，旋翼自轉無足夠時間把墜地速度降下來，此辦法就不太有用了。尤其是對武裝直升機來說，其執行任務的高度一般都很低，經常是“貼地飛行”，高度僅為5～15m，因此一旦受傷，其飛行速度和姿態通常無法控制。所以，這種簡單的辦法顯然是不可靠的。另一種辦法是提高直升機的抗墜毀能力，也就是說，不管飛機如何墜毀，其墜地速度和加速度必須在人體耐受限以內，確保飛行員的生命安全，寧可機毀，不可人亡。提高直升機抗墜毀能力的核心是采取一定的吸能措施，不使飛機墜地時的巨大撞擊能量傳遞到飛行員身上。該吸能措施主要在座椅、起落架和飛機機體下部結構上實施。機體下部結構可采用蜂窩夾層材料，利用其墜地后的變形，來吸收一部分能量；而比較好的滑橇式起落架或液壓作動筒式起落架能吸收59%的墜地能量。還有一種方法是采用火箭牽引技術。彈射救生技術已在固定翼機上普遍采用，比較成熟，成功率很高。目前，國外也有將彈射救生技術用到直升機上，其最大的困難是彈射時要先將旋翼炸掉。火箭牽引救生技術雖然具有結構緊湊，占空間小，重量輕等優點，但由于直升機空中出現故障形式不同，不能很好地滿足火箭牽引救生系統較高的可控性和可靠性等要求。比如飛機應具有一定的飛行高度并處于可操縱狀態，飛行員還必須具有正常操縱飛機的能力，而戰傷后的直升機一般很難同時具備這些要求。因此，火箭牽引救生技術用于武裝直升機的救生還有一定的限制。二、直升機結構的抗墜性設計從武裝直升機任務效率的觀點看，抗墜毀技術并不能提高直升機的生存性。不過，這種技術能保護墜落直升機上飛行員的生命。幸存的飛行員能重新駕駛直升機投入戰斗，這無疑會提高部隊的作戰能力。另一方面，駕駛具有抗墜毀能力直升機的飛行員不必擔心被擊中后自己的生命安全，可以放心大膽全力以赴地投入戰斗。這對提高直升機的生存力也有一定的影響。抗墜毀性，是指直升機在發生意外事故墜毀時，保護乘員生命安全的能力。提高直升機的抗墜毀性應當在直升機開始設計時，就對座艙、座椅、起落架、油箱密封性等采取特殊的措施，使直升機在墜地時（只要墜地撞擊速度在設計值以內），通過一部分結構和構件的變形和破壞，吸收或轉移大部分撞擊能量，使乘員所受地面沖擊力最小，座艙盡可能保持完整，油箱系統部件不滲漏。因此，直升機墜地后機體和系統雖然遭到極大的破壞，但乘員不僅能幸存下來，而且還能在危險環境中得以生存。在直升機墜毀中，乘員生存的可能性取決于以下幾個方面：直升機結構的抗墜毀性———直升機結構保持生存空間的能力；系留系統強度———在墜毀過程中，防止乘員、貨物或設備甩脫的約束機構強度；乘員加速度環境———墜毀時，乘員所經受加速度的大小和持續時間（假設約束完好）；乘員環境危險———在乘員附近的障礙物、凸出物和松脫的設備可能造成碰傷；墜后危險———撞擊后，火、水和暴露等因素對乘員生存構成的威脅。目前美國和意大利等國都按照美國軍用標準MIL-STD-1290的要求進行抗墜毀設計。按此標準，直升機在垂直下落速度達12.8m/s時，乘員的幸存率為95%，墜落時不應有動部件進入座艙，座艙容積的減小量不應大于15%。要達到上述標準，在設計中必須對直升機的機體、起落架、座椅及其他部件采取抗墜毀措施。三、抗墜落工程1.結構方面的改進不管是結構設計，或者設計上的修改，只要能降低在墜毀中可能出現的塌陷程度，或減少墜毀時乘員所承受的加速度，或兩方面都能減少，就可以提高乘員的生存力。其方法包括：提高乘員區結構的能量吸收能力，以便為這些區域提供附加的保護措施；改進最早與地面接觸的結構，以降低拱地程度，從而減小加速度和撞擊力；改進尾槳、尾斜梁、外掛架系統的結構，而且在一定情況下，保證在機體墜毀時使這些損壞的部件安全脫離機體(部件在直升機墜毀時脫離機體將有助于減少飛機質量，從而降低座艙結構的強度要求)；加強駕駛艙和座艙結構，使之能乘受較大的力而不塌陷；改進機身的結構，以增加無人區域的結構變形或塌陷，從而具有附加的結構吸能作用。機身的形狀對上述方法都有一種固有的影響。有人認為，如果把機身設計成矩形橫截面，這種機身會具有圓筒形或橢圓形機身截面同樣的抗墜毀特性；然而，實際上并非如此。通常，圓形或橢圓形截面會形成較強的結構。機身的曲面蒙皮和平面地板，或者基本上是平面的內艙壁之間的空隙可以容納吸能材料。因此，曲面的機身構型一般比矩形具有更好的耐墜毀性能。(1)機液壓沖擊力在主要是縱向墜毀中，對地面的擠壓和拱鑿形成了座艙地板上大部分加速度。因此，討論減少拱地的方法是第一個需要考慮的問題。當直升機前部變形因而形成鏟斗，加速沖擊泥土時，會出現兩種有害的影響。第一、可能出現大的直升機加速度；第二、加速泥土所需要的大撞擊力可能集中在較小的面積上，從而使駕駛艙保護殼體發生塌陷。因此減少拱地現象將會由此而降低機身地板加速度水平，同時也可防止保護殼體壓曲。減少拱地現象可通過取消易于鉆鑿地面的表面結構設計來實現。這種結構設計應有大且平的表面，以便使直升機能沿地面滑行。(2)強化重、難點作用可用下述幾種方法減少垂直撞擊對座艙全面塌陷造成的威脅：第一，在可能的情況下，不論在原始設計還是改型中，或者在貨物與設備的系留裝置中，從直升機頂部到座艙地板的質量轉移應是有利的。第二，對座艙結構進行全面加強以增強結構的抗塌陷能力。對連接大質量部件的上部結構局部加強可進一步防止在垂直撞擊時出現全面塌陷。第三，修改座艙結構增強其彈性吸能作用，或在出現低于全面塌陷載荷的過載時具有塑性吸能作用。這樣的修改有益于保持座艙結構的整體性。第四，在出現低于座艙塌陷載荷的過載時，增強下地板結構的吸能作用，提高座艙的耐塌陷性能。也可以用可擠壓的下地板結構來減少大垂直加速度對座艙地板形成的威脅。(3）支撐結構的設計發動機架在設計上必須使之連接到基本支持構件（機頭部分、機翼、后機身部分等）下，減少發生火災的危害，同時也減少發動機脫離安裝支架后在機內沖撞而對其他結構造成局部損壞。位于機身上部的大質量部件（如旋翼軸、傳動系統）的支撐結構在設計上應能承受下述載荷：側向18g，縱向20g，垂直方向20g。這些要求可保證上部構件不致穿透乘員保護殼體。應急艙門周圍框架必須很牢固，以防止墜毀狀態下由于變形而使應急艙門無法使用。此外，在飛機翻倒時，在直升機最大總重作用下，艙門框架最低限度還能承受5g的載荷。2.起落架吸能作用旨在改善耐墜毀性能的起落架設計有兩個重要的問題需考慮。第一，起落架必須盡最大可能防止機身觸及撞擊表面。這就要求起落架具有一定的強度和相應的能量吸收能力。第二個問題是一旦起落架承受的強度和能量吸收能力超過了設計極限怎么辦。此時，設計者必須保證起落架的損壞不會使乘員受傷或造成墜毀后起火的危險。在主要是垂直撞擊的事故中，起落架的吸能作用很重要。因為，只有當所有可能用于止動的距離都被用來為機身剖面提供可控減速度，在機身座艙觸地之前盡可能減少其觸地速度，才能為乘員提供最大的保護作用。直升機起落架的最新研究成果表明，起落架在設計上要能吸收7.6m/s垂直撞擊速度下直升機的撞擊能量。根據各種吸能裝置的有效差異程度，撞擊沖程至少應有45.7cm。為了防止起落架支撐結構造成損壞，應使起落架的位置遠離燃油系統和乘員區。或將起落架設計成能在受撞擊時間向外伸出，使損壞點所處的位置對重要區域所構成的危險減至最低。3.限制載荷座椅系統座椅、連接件和支撐結構應具有足夠的強度，以使乘員相對直升機結構（座椅連在上面）的速度減至零。另外，約束系統和座椅都應盡量減小而不是放大由直升機結構傳遞給乘員的減速載荷。由于束帶和座椅使乘員和直升機互連并與乘員長時間的接觸，因此，在增加耐墜毀性的時候不應使舒適性有很大降低。在生存墜毀中，通過座椅結構變形、載荷限制裝置或兩種辦法的組合來減小支撐結構傳遞的載荷。設置限制載荷座椅系統的目的是利用座椅和地板之間的空間，使座椅和乘員相對飛機結構產生位移來減小傳給乘員的載荷。其意義是，在整個墜毀脈沖期間使乘員承受的載荷在人能忍受的范圍內。影響座椅約束系統設計的因素包括：人的忍受極限，設計的輸入脈沖，乘員的重量，座椅、減震墊及約束系統的重量。影響載荷限制座椅設計的因素還包括座椅活動部分的重量和可用的行程距離。在設計空勤人員座椅時考慮的乘員重量范圍是66～96kg，這兩個重量分級別代表5%～95%部隊飛行員的體重和裝備重量。空勤人員座椅的強度應以75%的士兵體重和裝備重量為依據，但能量吸收系統的設計必須考慮乘員全部重量范圍。為在有效的行程長度內確定最佳的載荷限制系統，應進行減震