Техника

Техника

наука

Воздухоплавание и авиация


СИСТЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ ЭКИПАЖА

В один из осенних дней 1797 г. французский воздухоплаватель Жак Гарнерен поднялся на воздушном шаре над парком Монсо близ Парижа, затем оставил шар и опустился на землю на парашюте собственной конструкции.

Считается, что именно в этот день впервые в истории человек доверил этому необычному приспособлению свою жизнь. Возможно, это так, но сама идея спуска с высоты при помощи предмета, действующего по принципу современного парашюта, скорее всего, принадлежит не французам, а китайцам. По крайней мере, упоминание об этом можно найти в древних рукописях, хранящихся в Пекинском архиве. Согласно древнему тексту, на заре нашей эры китайский император Шунь благополучно прыгнул во время пожара с крыши дома, держа в руках две огромные шляпы, сделанные из камыша.

Необычный прыжок не остался незамеченным. Вскоре во время праздников его начали повторять акробаты, только вместо шляп для замедления скорости падения использовали большие зонты с жестким каркасом.

Более совершенную модель аппарата, позволяющего человеку прыгать с высоты, можно обнаружить среди записей великого итальянского ученого Леонардо да Винчи. Результаты своих наблюдений за поведением различных предметов в воздухе ученый изложил в рукописи, носившей название «Атлантический кодекс». В одном из разделов, посвященном «летанию и движению тел в воздухе», Леонардо да Винчи отмечает: «Если у человека есть шатер из накрахмаленного полотна, каждая сторона которого имеет 12 локтей (около 5 м) в ширину и столько же в вышину, он может бросаться с любой большой высоты, не подвергая себя никакой опасности».

Но вернемся к годам зарождения воздухоплавания и авиации. Как ни странно, но у отважного Жака Гарнерена нашлось немало последователей. Очень скоро подобные прыжки уже стали привычным украшением воздухоплавательных праздников.

В январе 1942 г. советский летчик лейтенант И.М. Чижов выбросился с парашютом из подбитого на высоте 6 705 м самолета «Ил-4», но его парашют не раскрылся. Тело пилота коснулось земли по касательной: оно скользнуло по склону занесенного снегом глубокого оврага и съехало вниз. И.М. Чижов отделался переломом грудины и травмой позвоночника.

«Палатку для спасения с высоты», предложенную итальянским ученым Леонардо да Винчи, можно смело назвать предшественником современного парашюта.

Наибольшая высота, с которой когда-либо падал человек без парашюта и при этом остался в живых, равна 10 160 метрам. Это произошло 26 января 1972 г., когда авиалайнер «Douglas DC-9», принадлежащий авиакомпании Югославии, взорвался над чешской деревней Сербска Каменице. Упав с высоты 10 160 метров, стюардесса Весна Вулович осталась жива, отделавшись лишь многочисленными переломами. В течение 27 дней она была в коме, а затем еще 7 6 месяцев находилась на излечении в госпитале.

В 1889 г. в Россию приехал опытный мастер парашютизма, американец Шарль Леру. При большом стечении народа, хоть и не всегда удачно, гость выступал в Москве и Петербурге, а затем в Харькове, Одессе, Ревеле. Но на эстонской земле во время одного из выступлений его жизнь трагически оборвалась.

Казалось, что после гибели Шарля Леру никто больше не решится на столь опасные и даже безрассудные трюки. Но прошло всего несколько лет, и в газетах появились упоминания о новых смельчаках — польских братьях Станиславе и Юзефе Древницких. Родители прочили сыновьям юридическую карьеру, но дети выбрали собственный путь — спуск из-под облаков. В прессе конца XIX в. немало говорилось о прыжках братьев с воздушного шара. Их парашюты, еще далекие от совершенства, парили над Вильнюсом, Минском, Ригой, Николаевом, Ростовом. Тысячи пар глаз любовались фантастическим для тех времен зрелищем — человек с головокружительной высоты бросался вниз и вскоре благополучно достигал земли, спасенный гигантским зонтом.

Летом 1895 г. во время представления в городе Витебске оборвалась жизнь Станислава. Поднимаясь на монгольфьере, он на небольшой высоте выпал из корзины и разбился. «Всех присутствующих потряс этот ужасный случай. Впрочем, такова участь многих воздухоплавателей, ибо любой бросок вниз есть покушение на самоубийство», — так по этому поводу высказалась газета «Минский листок». Но, несмотря на гибель брата, Юзеф не бросил любимое дело. Он прыгал с воздушного шара, наполнявшегося перед полетом горячим воздухом и дымом. Взлетная площадка устраивалась обычно в городских садах или на ипподромах. Вход был платным, но это не приносило доходов. Большинство зрителей предпочитало собираться за садовой оградой и на ближних улицах, откуда прыжок тоже прекрасно наблюдался. К 1910 г. Юзеф Древницкий совершил более четырехсот прыжков — цифра даже для наших дней очень большая, а в те годы это стало мировым рекордом. Однако самого воздухоплавателя такой результат не удовлетворял, ведь авиаторам требовалось гораздо более компактное средство спасения, а не «ярмарочный зонтик». К сожалению, первая мировая война положила конец изысканиям автора.

В январе 1910 г. французский полковник А. Лаланс предоставил парижскому аэроклубу 10 тыс. франков в качестве премии за лучший парашют. Это подстегнуло конструкторов взяться за дело. Среди тех, кто включился в гонку, был и австрийский дамский портной Франц Райхельт, проживающий в Париже. Профессия Ф. Райхельта отразилась на подходе к конструкции парашюта — он представлял собой смесь комбинезона с плащом. В июле 1910 г. портной запатентовал свою идею. Не обременяя себя расчетами, автор сделал купол площадью 4 м2, тогда как безопасность требовала в несколько десятков раз большего размера. И хоть со временем портной увеличил площадь своего парашюта-плаща до 20 м2, этого все равно явно недоставало.

Доказательством заблуждения послужил экспериментальный выброс манекена, облаченного в парашют-плащ, с первой площадки Эйфелевой башни. Увы, кукла с жутким звуком разлетелась на куски. Стало ясно, что такой парашют — опасное заблуждение. Но портной настаивал на своей правоте и утром 4 февраля 1912 г., в окружении зевак и журналистов, отправился к Эйфелевой башне. Для прыжка Ф. Райхельт выбрал отметку 63 м. Стоя на стуле у перил, изобретатель пытался спорить с людьми, старавшимися его остановить: «Я буду быстро падать метров 20—30, пока не раскроется парашют. Затем последует плавный спуск». Прыжок состоялся. Парашют начал было раскрываться, потом одни части костюма запутались в других — автор парашюта-плаща погиб.

Современный парашют может служить не только средством безопасности пилота, но и в качестве спортивного снаряда.

Вначале Ф. Райхельт сбрасывал куклу, облаченную в задуманный наряд, из окна своей квартиры. Пробовал прыгать и сам с высоты 7—8 м на стог соломы. Конструкция срабатывала не всегда. «Это потому, — рассуждал изобретатель, — что высота мала. На большей развернется непременно...»

На архивной фотографии изображен парашют-плащ, конструкция которого была предложена австрийским дамским портным Францем Райхельтом.

Из истории абсолютных мировых рекордов дальности полета. В годы второй мировой войны рекорды не фиксировались, поэтому следующий рекордный перелет был зарегистрирован только 12 ноября 1945 г. Пилоты военно-воздушных сил США В. Ирвинг и Л. Стаули, управляя самолетом «Boeing 6-29» («Superfortress»), преодолели расстояние в 12 740 км. Следует отметить, что все остальные рекорды дальности полета установили также американские пилоты. 29 сентября — 1 октября 1946 г. в небо поднялся самолет, изготовленный фирмой «Lockheed» — «Neptune». Его экипаж — Т. Дэвис и Э.П. Ранкин — пролетели над территорией Австралии 18 082 км. 10—11 января 1962 г. Клайд П. Эвели увеличил этот результат до 20 169 км. Абсолютным рекордом в наши дни является расстояние 40 212 км. Экипаж американского самолета «Voyager» —Д. Рутан и Дж. Ягер— 14—23 декабря 1986 г. таким образом совершили беспосадочное воздушное путешествие вокруг земного шара.

Российские конструкторы тоже делали попытки создать надежное средство, способное спасти пилоту жизнь. В сентябре 1910 г. на воздушных состязаниях в Петербурге аэроплан известного летчика Л.М. Мациевича разрушился в полете. Пилот выпал из машины и разбился насмерть. Очевидцем трагедии, в числе многих, стал актер одного из театров Глеб Евгеньевич Котельников. Потрясенный увиденным, актер решил создать средство спасения для падающих с высоты. И хотя он был человеком далеким от авиации, но осведомленность об опытах братьев Древницких позволила Г.Е. Котельникову разработать примерную схему парашюта. Оставалась только одна проблема — как упаковать парашют, чтобы он был всегда «под рукой» и при этом не мешал пилоту во время полета. Вначале изобретатель собирался разместить его в специальном шлеме. Однако этот головной убор имел такие большие размеры, что от идеи пришлось отказаться. И тогда Г.Е. Котельников вспомнил о ранце, который солдаты многих армий носили за плечами. Лучшего места и придумать было нельзя. Г.Е. Котельников изготовил небольшой прототип и многократно испытал его, сбрасывая с воздушного змея. Модель работала безотказно. Так появился парашют «РК-1» (русский, Котельникова, номер первый), от которого ведут родословную все современные конструкции парашютов.

Однако судьба нового изобретения оказалась непростой. Автор представил опытный вариант парашюта на суд комиссии Главного инженерного управления России. Специалисты во главе с генерал-лейтенантом А.М. Кованько поблагодарили докладчика и... отклонили предложение как весьма сомнительное.

Неожиданную помощь конструктору предложил Вильгельм Августович Ломач — владелец гостиницы «Англетер» (ныне «Астория»). Совместными усилиями к весне 1912 г. опытный образец в алюминиевом ранце был изготовлен. В.А. Ломач сумел добиться разрешения на его официальные испытания, состоявшиеся уже летом. В полете с манекеном парашют работал отлично, и он отвез изобретение в Париж — на конкурс, учрежденный полковником А. Лалансом. Успех повторился, но французы отдали 10-тысячный приз соотечественнику Ф. Бонне за менее совершенное средство спасения, укладываемое на фюзеляже самолета.

Об изобретении Г.Е. Котельникова вспомнили лишь с началом первой мировой войны. Автор получил заказ на изготовление большой партии своих ранцевых парашютов. Их передали в дивизион воздухоплавания, где они многократно спасали смельчаков-разведчиков, отправляющихся в небо на воздушных шарах.

После первой мировой войны парашют стал основным средством спасения для экипажа, самолет которого по тем или иным причинам потерпел аварию. В этом случае пилот покидал самолет таким образом — отстегивал ремни, открывал фонарь, выходил из кабины и прыгал с крыла. После непродолжительного свободного полета летчик открывал парашют и приземлялся. С ростом скорости и высоты полета такой способ становился непригодным по многим причинам. Во-первых, с увеличением скорости полета значительно возрастает сила аэродинамического сопротивления. Например, при скорости полета 600 км/ч на тело летчика, высунувшегося только наполовину из кабины самолета, действует сила, равная почти 450 кг. В таких условиях выйти из кабины самолета практически невозможно.

Вторым фактором, затрудняющим покидание самолета с парашютом, является большое различие между скоростью самолета и резко уменьшающейся скоростью парашютиста в результате торможения набегающим потоком. Поток подхватывает парашютиста и быстро уносит назад, что грозит столкновением с хвостовым оперением или другими частями самолета.

Принцип работы ранцевого парашюта Г.Е. Котельникова.

 

Защитный шлем и кислородная маска, используемая летчиком во время полетов на больших высотах.

 

Катапультируемое кресло «К36». Эта модель широко применялась на советских военных самолетах «Як-36» и «Як-38».

Еще в 1937 г. летчик-испытатель М.М. Громов, попытавшийся покинуть самолет, попавший в штопор, смог сделать это только потому, что был рекордсменом ВВС по тяжелой атлетике. А ведь скорость его самолета не превышала и 500 км/ч. После приземления он рассказывал: «Меня так прижало к сиденью, что казалось, на мне сидит человек...»

Третья опасность кроется в неблагоприятном действии воздушного потока большой скорости на незащищенные участки тела, вызывающем повреждение внешних и внутренних органов.

Другие опасности связаны с необходимостью покидать самолет на очень большой или очень малой высоте. В первом случае возникает неблагоприятное действие на человека очень низких давления и температуры, вследствие чего возникает кислородное голодание. На малой высоте, особенно при движении самолета по земле (или по палубе корабля), не хватает времени для раскрытия и наполнения купола парашюта.

Практически установлено, что покидать с парашютом самолет, летящий со скоростью более 600 км/ч, на высоте, меньшей 300 м, без специальных средств небезопасно. По этой причине конструкторы разработали специальные технические средства, позволяющие покидать дозвуковые и сверхзвуковые самолеты в любых условиях и в любом диапазоне скоростей и высот.

Основным средством такого рода стало выбрасываемое сиденье, позволяющее летчику покидать самолет с помощью катапультирования. По сравнению с обычным, неподвижно закрепленным в самолете сиденьем, катапультное снабжено направляющими и приводом, позволяющими выбрасывать сидящего человека (вместе с креслом) на определенную высоту над самолетом. В первых устройствах катапультирование происходило под действием сжатых газов, подаваемых в цилиндр, которые, действуя на поршень, соединенный с сиденьем, придавали ему и находящемуся в нем пилоту определенную скорость относительно самолета.

Ограниченные габариты пилотской кабины и, следовательно, небольшой допустимый ход поршня повлияли на то, что первые катапульты снабжались настолько мощным приводом, который на коротком промежутке пути сообщал человеку практически максимальную перегрузку — 18—20 единиц. С помощью сидений такого типа можно было безопасно покидать самолет, летящий со скоростью, не превышающей 900—1 100 км/ч. Авария на самолете, летящем с большой скоростью, требовала от экипажа обязательного ее уменьшения. Известны случаи, когда это было невозможно из-за повреждения самолета, и все заканчивалось трагически.

Вследствие проведенных исследований конструкция катапультируемого кресла претерпела существенные изменения, благодаря которым сначала была повышена безопасность покидания самолета, летящего с большой скоростью, а затем — безопасность при взлете и посадке. В новых катапультируемых креслах пилот выполнял только одно действие — подавал команду исполнительному механизму, который притягивал ноги к креслу и фиксировал их, прижимал локти к туловищу, выбирал зазоры в ремнях, удерживающих пилота в кресле, фиксировал голову и сбрасывал фонарь (или открывал аварийный люк), а через 1—2 с приводил в действие катапульту.

Современная защитная форма пилота, управляющего сверхзвуковым самолетом.

В 1955 г. произошли лее аварии, которые снова обратили внимание на проблему покидания самолета, летящего со сверхзвуковой скоростью. В обоих случаях катапультирование произошло при скорости, превышающей допустимую. В первом случае воздушный поток сорвал с пилота перчатки, шлемофон и кислородную маску, а первый улар потока в лицо вызвал появление синяков пол глазами. Во втором случае на пилота подействовала тормозящая сила воздуха, создавшая перегрузку около 40 единиц. Воздушный поток сорвал с пилота ботинки, носки, шлем, кислородную маску и перчатки, а также кольцо и наручные часы. Все тело имело сильные ушибы, а внутренние органы, особенно сердце и печень, были повреждены.

Сам процесс катапультирования защитной капсулы основан на принципе, используемом в катапультируемых сиденьях, оборудованных ракетными двигателями. Нажатие рычага катапультирования приводит к воспламенению порохового заряда. Выделяющиеся при этом газы сбрасывают обтекатель кабины, и по истечении 0,3 с происходит запуск ракетного двигателя, который «выталкивает» защитную капсулу. Во время движения капсулы вверх происходит воспламенение другого порохового заряда, Его действия выбрасывают наружу парашют.

Такой механизм позволял покинуть самолет, летящий с большой скоростью на малой высоте, однако его невозможно было использовать во время аварии на взлете или посадке. Эту проблему решили с помощью дополнительного ракетного двигателя, который удлинял активный участок траектории полета катапультируемого кресла при перегрузках, допустимых для организма человека. Катапультирование в таком кресле можно разделить на два этапа. На первом происходит обычный процесс катапультирования, а на втором включается ракетный двигатель, который, действуя уже вне кабины самолета, за несколько десятых долей секунды поднимает кресло на 60—120 м. Такое кресло с ракетным двигателем позволяет покинуть даже самолет, находящийся на взлетной полосе. Кроме этого оно может оказаться вполне эффективным даже в случае катапультирования летчика, находящегося без сознания, из самолета, погружающегося в воду.

Частые аварии и катастрофы первых сверхзвуковых самолетов, невысокая эффективность открытых катапультируемых кресел в экстремальных условиях полета привели к появлению в 50-х гг. более рациональных закрытых катапультируемых устройств, называемых спасательными капсулами. Во время аварии такое устройство автоматически закрывает человека вместе с креслом специальными щитками.

Автоматическое оборудование, примененное, например, в капсуле американского самолета «В-58», осуществляет подготовку к катапультированию, само катапультирование и приземление. Подготовка к катапультированию в этой капсуле включает придание телу человека определенного положения, закрытие капсулы и ее герметизацию. Механизм катапультирования приводится в действие рычагом, расположенным на подлокотнике кресла. После этого зажигается пороховой заряд, газы которого попадают в два привода, один из которых подтягивает и фиксирует ноги, другой отодвигает туловище назад и стабилизирует положение головы. После этих операций пороховые газы проникают в механизм герметичного закрывания капсулы. Длительность этих операций составляет около 1 с, после чего осуществляется герметизация кабины и создается давление, соответствующее высоте 5 000 м, что занимает еще 2—3 с. При этом цепь аварийной сигнализации закрытия капсулы передает сигнал остальным членам экипажа о принятии решения на катапультирование. Другая цепь включает средства связи, передающие сигналы об аварии. После закрытия капсулы пилот сохраняет возможность управления самолетом, так как штурвал остается в своем нормальном положении внутри капсулы, а ее обтекатель имеет иллюминатор, через который можно наблюдать за показаниями приборов и частью оборудования кабины.

Применение капсул такого типа обеспечивает возможность безопасной работы экипажа из двух человек в общей кабине, которая обычно используется на транспортных и военных самолетах. Внутри капсулы, под сиденьем, размещается набор предметов первой необходимости, в состав которых входят передающая радиостанция, высылающая сигналы для определения местонахождения капсулы, и оборудование, необходимое для обеспечения жизнедеятельности даже в тропических и арктических условиях, — удочка, ружье, вода, продовольствие.





Авиация и космонавтика, вооружения, hi-tech, открытия, концепции и изобретения...

Наука, техника, изобретения © 2009-