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F-35“雷电”战机——驾驶舱对胖子和瘦子都说不

2019年05月21日 08:59 来源: 北京晚报   

近期,英国皇家空军传来一件囧事。该国最先进的美制F-35“雷电II”战机竟然不允许体重111.3千克以上的飞行员驾驶,问题出在“雷电II”弹射座椅的承重上。有意思的是,F-35曾对体重轻的驾驶员同样不友好,体重少于75千克的飞行员,被弹射时也存在风险。“雷电II”战机的弹射座椅怎么有这么多讲究?

谈兵·弹射座椅

既是救命天使

又是催命阎王

对现代飞机尤其是战斗机的驾驶员来说,弹射座椅是非常重要的救命设备。战机穿空凌云,难免出现故障。一旦飞机无法控制,只能弃机跳伞。但是,要在高速行进的飞机上跳伞谈何容易。尤其动辄超音速的现代喷气式战机,飞行员跳离机体后,因为人体和降落伞的相对阻力远远大于流线型的飞机,在很短时间内即能形成巨大的相对速度差。这时,速度较快的飞机一掠而过,机体的外突部分甚至可能把飞行员活生生切开。

为此,现代战机一般装备有弹射座椅,其基本原理就是在飞机无法拯救时,直接把飞行员连同座椅一起往上方高速弹射而出,然后再打开降落伞。这样,飞行员在第一时间先离开自己的座驾,免得被呼啸而过的爱机“拥吻致死”。

为了保证在弹射的瞬间没有阻拦,很多飞机还在座舱盖安装了小型定向炸药。座椅弹射瞬间,炸药爆炸,把座舱盖掀飞,免得弹射的飞行员一头撞上座舱盖。弹射座椅问世以来,已经拯救了数以千计的飞行员性命。

即使如此,弹射座椅本身也充满了危险。通常而言,喷气式飞机高速穿行,一般可达音速(每小时1200公里左右)甚至更快。而等到飞行员被弹射出去,打开降落伞,如此高速下空气阻力瞬间剧增,将对飞行员产生猛烈的拉拽,其加速度会达到重力的数十倍。

一般认为,只有19至20倍重力以内的加速度才是安全的,超出这个数值将对人体构成严重危害。更可怕的是,如果在弹射过程中,座椅正面与降落伞展开的方向不匹配,而是形成斜角,则在斜拉力和惯性的合力下,座椅可能发生疯狂的旋转。而座椅上的飞行员,甚至可能因为这种剧烈的旋转,把沉重的头部甩到一边,造成颈椎断裂而死。

所以,对飞行员而言,弹射座椅既是救命的天使,但稍有不慎,又会变成催命的阎王。

谈兵·太瘦不行

62千克以下的飞行员不许驾驶

F-35的弹射座椅为何对飞行员体重有这么多要求?这又要从F-35的设计思路说起。

作为世界上仅有的两款参加过实战的五代机之一,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的低配搭档,但这个搭档又被赋予了多面手职能,要担任对地、对海的攻击,为此加载上诸多战术模块;另一方面,F-35的动力又被削弱了。F-22是双发动机,F-35是单发动机,推力只有F-22的六成左右。

F-35发动机功率低,加载的战术模块又不少,同时还得保持五代机的基本属性——超音速。好比一个人力气不够大,还要背很多东西,又要跑得快,那当然只剩“强行减肥”一条路。为此,F-35在设计过程中大幅砍削各种配件的重量。这其中座椅也不能幸免。F-35采用的是马丁贝克公司的MK-16E型弹射座椅。这款座椅是从装备在“台风”战机上的MK-16A型改进而来的,重量从89千克减少到了78千克。

座椅减少了11千克,确实为战机“瘦身”做了贡献,但也造成了负面结果,就是座椅的稳定性被削弱。因为在紧急弹射时,座椅和驾驶员是被作为一个整体弹射出去的,而座椅变轻,使得“座椅+驾驶员”这一整体中,驾驶员体重带来的影响加大。

早在2015年,美军对F-35座椅的测试就发现了问题:当飞行员的体重较轻时,弹射会产生危险。由于总重量太轻,压不住秤,导致弹射时,会以更快的速度旋转,突破每秒1000度的安全界限。过快的旋转会使飞行员的颈椎受伤。同时这种旋转又增加了座椅方向的不稳定。一旦飞行员身体正面与降落伞的拉拽之间产生一定的夹角,两者的合力将使飞行员的颈椎和脊椎受到扭曲的拉力,带来致命后果。

这种致命不是文艺修饰,而是血淋淋的现实:1976年到1989年间,美国海军时速超过926公里的弹射共计发生了10人次事故,造成6人死亡,2人重伤。

美方认为,体重少于166磅(约75千克)的飞行员,被弹射时存在风险。而当飞行员体重少于136磅(约62千克)时,也就是飞行员+座椅的总重量少于140千克时,这个危险大到不可接受。因此,2015年美军便做出规定,暂时禁止体重62千克以下的飞行员驾驶F-35。

谈兵·胖也不行

照顾女飞行员 胖子怎么办?

好在,美军飞行员往往肌肉发达。美国男性平均体重接近90千克,大部分男性飞行员要达到62千克这一“标准身材线”并不困难。

但是,对于女性,以及美国的盟国战友而言,就是另一回事了。众所周知,女性的身高通常比男性有明显差距,而且骨骼和肌肉的占比也更小,这就造成女性的体重比男性要轻得多。同样,美国的一些盟友,如日本、韩国男子,他们的体重也要轻不少。依然按前几年的抽样统计,美国女性平均体重为75千克,刚刚达到F-35座椅“存在一定风险”的体重线。而韩国男子平均体重只有69千克;日本男子平均体重61千克。日本作为美国在亚洲的重要盟友,引入F-35是近期的重要军备举措;而欧美各国面对招兵的压力,大力引入女飞行员也是解决兵源不足的良方。对于日本飞行员和北约国家的女飞行员来说,75千克危险,62千克高危,这道线画得非常尴尬,可以说影响巨大。

为此,美国五角大楼在2016年初发表声明积极寻求解决途径。参与解决的包括制造座椅的英国马丁-贝克公司和制造F-35战机整机的洛克希德-马丁公司。

2017年,美国军方宣布这个问题得到了解决。通过相关的改进,MK-16E弹射座椅承载的安全体重下限,从之前的136磅下降到102磅(也就是不到46千克)。考虑到战机驾驶员也不大可能瘦骨伶仃,认为这个承载力足够用了。

不过,正所谓“按下葫芦又起瓢”。虽然下限得到了扩展,但座椅的上限依然保持在247磅(约111.3千克)。超过这个体重的人,弹射同样可能发生危险。显然,对于男子平均体重接近90千克的美国人来说,这个上限才是“要命”的。尤其欧美各国胖子比比皆是,平均体重还在不断上升。据统计,美军中超重者的比例已逾10%,而且空军占比在三军中最高。虽然有军方对此辩解,认为军人经过训练,肌肉比普通人发达,所以测出来的体重比常人高,但对F-35的弹射座椅来说,它可不管你是肌肉还是脂肪,只要重量超了,弹射就会发生危险。

接下来马丁-贝克公司会怎么做?显然,要解决这个问题无非两个思路:要么继续改进座椅,要么让飞行员去减重。粗略一看,前者虽然技术上可行,却花钱耗时,后者更经济。

谈兵·逃命神器

苏俄K-36弹射椅

表现令人惊艳

相对于MK-16在五代机上的尴尬,另有一款弹射座椅却让人放心,那就是苏俄系的K-36。K-36弹射座椅是在冷战中期研制的。早期苏联喷气式战机的事故率颇高,为此一款优质的弹射座椅成为必备救命良品。

K-36系列座椅在研发之初,就创出了自己的特色。一方面,它能够根据飞机出事时的具体情况,包括飞行高度、飞行速度,选择合适的开伞动作与时机,使得在各种极端情况下,救生伞依然能适时打开。K-36救生伞采用了开缝结构,简单说就是在降落伞上设计了多组开缝,这些开缝会起到自动调整速度与伞面拉力的平衡。在速度较低时,开缝较小,救生伞面较为完整,从而使得受到的空气阻力大,能很快减速;当飞行速度较高时,由于救生伞承受的空气冲力较大,伞面上的开缝就会被拽开,相当于开闸泄洪,反过来使伞面受力较小,避免伞面损坏或飞行员被拽伤。

俄罗斯则将弹射座椅作为一个独立的飞行器研发。他们采用特殊设计,使得座椅弹射出舱后,能够改变气动外形,形成稳定可控飞行状态。要对抗高速下的气流,最好的办法莫过于驾驭它飞起来。K-36装备两根伸开后长达1.8米的稳定杆,可旋转的稳定伞系统,不论姿态如何变化,都能够迅速把座椅拽回“立姿”,即正面对抗气流。“立姿”时,人体的耐受力最高,受伤几率最小。这也是未来下一代弹射座椅发展的方向。

K-36系列从1970年正式服役来,共装备1万多台,表现完全可以用惊艳来形容。1993年7月24日,两架米格29战斗机在费尔福德国际航空节表演时,在低空以亚音速擦身而过发生碰撞,其中一架机身断裂后仅仅3秒钟就落地爆炸,飞行员却在离地50米不到的空中弹射成功。1999年6月12日巴黎航展上,苏-30MK在低空飞行时擦地起火,飞行员几乎在零高度双人弹射成功。2002年7月乌克兰空军苏-27在飞行表演中坠毁,地面伤亡惨重,但飞行员却安全弹射逃生。2010年夏,俄空军一架雅克-130教练战机突然失控坠毁,飞行员依然“毫发无损”。问世半个世纪来,K-36数百次弹射,97%的飞行员健康状况良好,堪称是万里长空的救命神器。杨益

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