Средства спасения и защиты летного состава на вертолетах

Основными причинами травм и смертельных исходов при аварийных посадках вертолетов являются чрезмерные ударные перегрузки, вызываемые недостаточной эффективностью средств противоударной защиты членов экипажей и пассажиров. Шасси почти всех существующих вертолетов рассчитано на скорости приземления не более 3, 7 м/с, а 95% всех аварийных посадок происходит со скоростями от 3 до 12...15 м/с, что сопровождается ударными перегрузками до 46 ед.

Аварийная посадка вертолета приводит, как правило, к разрушению шасси. Основная часть энергии удара воспринимается корпусом, возникающие ударные перегрузки передаются на кресла и позвоночники летчиков, предел устойчивости которых к ударным перегрузкам равен 14, 5 ед. Большие перегрузки, с одной стороны, приводят к сгибанию верхней части туловища и к разбросу конечностей, а с другой стороны, вызывают разрушения кресел и систем фиксации.

В разное время делались попытки создать системы принудительного покидания из вертолетов, но они, как правило, успеха не приносили. Одной из первых попыток была система отстрела лопастей несущего ротора, после чего летчики могли прыгать обычным образом с парашютом. Система испытывалась в 1956 г. Испытания проводил летчик-испытатель Ю.А. Гарнаев. Несмотря на то что система успешно прошла все испытания, она не применялась ни на одном серийном вертолете — слишком сложным оказалось взрывное устройство во вращающейся втулке ротора, а следовательно, и надежность была очень низкой.

Рис. 75. Кресло члена экипажа вертолета с антиударным амортизирующим устройством (Англия)

В разных странах прорабатывались варианты поворачивающихся и отстреливаемых вбок кресел с пилотами так, чтобы они выходили из области, ометаемой несущим ротором. Однако эти системы также не пошли в эксплуатацию из-за малой эффективности. «Отстрел» вбок иногда производился мощными пружинами, а не пиромеханизмами, как на катапультных креслах. После неудачных опытов с отстрелами кресел вбок спасение предполагалось обеспечить на новых вертолетах без катапультирования с использованием более прочных кресел, оборудованных пятиточечной системой фиксации летчика (двумя плечевыми, двумя поясными и одним межбедерным ремнями) с применением специальных надувных камер и жилетов с воротом.

Система состоит из камер, вшитых в плечевые ремни, подвесной системы газогенератора с твердыми исходными компонентами и датчика, сигнализирующего о пороге перегрузки. После срабатывания датчика процесс газификации и заполнения камер образовавшимися газами длится 0, 025 с. При этом выбирается слабина привязных ремней, фиксируется туловище и предотвращается «кивок» головы. Зарубежные обозреватели предполагают, что подобная система уменьшит с 50 до 15% число травм лица, приводящих к гибели, т. е. в три раза (рис. 75).

В начале 1970-х гг. американская фирма «Стенли» разработала и испытала новую систему спасения летчика, которая получила название «Янки». Основное отличие этой экзотической системы от всех остальных в том, что здесь летчик вытягивается без кресла из кабины самолета реактивным двигателем, а не выталкивается стреляющим механизмом катапультного кресла. К преимуществам такой системы следует отнести небольшую массу кресла, его компактность, исключение травм позвоночника от действия перегрузок, возможность установки кресла там, где другие кресла не размещаются, малую высоту безопасного катапультирования, лучшие условия для устойчивости, малое потребное отверстие для выхода летчика. Летчик вытягивается в положении стоя (рис. 76).

Основа этой системы — вытяжной ракетный двигатель. Масса его вместе со стреляющим механизмом всего 10 кг. Продолжительность работы — 0, 57 с. На переднем конце ракеты размещены два сопла, отклоненные на 30° назад, и скосы для вращения с целью стабилизации.

Получив команду о катапультировании, которая поступает после отстрела лопастей и сброса фонаря, срабатывает пиропатрон стреляющего механизма, выталкивающего ракету с начальной скоростью 35 м/с, с перегрузкой не более 15 ед.

Рис. 76. Система спасения летчика «Янки» (США)

После полного выхода буксировочного фала воспламеняется ракетный двигатель, который вытягивает человека с креслом из кабины. Как только летчик выйдет полностью из кабины, он отделяется от кресла, остающегося в кабине, и продолжает движение под действием тянущей силы ракеты. После израсходования 95% энергии подвесной трос отсоединяется от подвески человека и остаток энергии расходуется на удаление ракеты от человека. На высоте менее 5000 м с временной задержкой 1, 3 с после отделения летчика от подвесного троса раскрывается его парашют.

В 1960-х гг. считалось, что эта система как нельзя лучше будет подходить для спасения экипажа с боевых вертолетов, но это оказалось не так: над вертолетом вращается несущий винт, пройти через него невозможно — зарубит. Поэтому катапультированию летчиков с вертолетов должен предшествовать отстрел лопастей несущего винта. Западногерманский научно-исследовательский центр в 1970-х гг. провел испытания системы вытягивания летчиков из боевого вертолета методом «Янки» с помощью связки твердотопливных ракет, но практического применения этот метод не получил.

Результаты многолетней эксплуатации и изучение статистических материалов по авариям вертолетов привели зарубежных специалистов к совсем иному решению, свидетельствующему, что возможность использования средств аварийного покидания на вертолетах ограничена особенностями его боевого применения на предельно малых высотах и сравнительно больших скоростях, а также сложностями принятия летчиком решения на покидание. В целом эффективность благополучного использования этих средств будет ниже, чем для самолетов, и составит примерно 40...60%. Использование же перспективных средств противоударной защиты вертолетов, рассчитанных на весь диапазон скоростей аварийного приземления, может снизить смертность практически до нуля и значительно сократить число травм. Требования к этим средствам были определены из анализа параметров аварийных посадок вертолетов. Их шасси способны выдерживать, не разрушаясь, приземление с вертикальными скоростями до 12...15 м/с, при этом за счет срабатывания аварийных камер шасси обеспечивается гашение вертикальной скорости до 6...8 м/с.

Остальная часть энергии ударного импульса гасится при срабатывании амортизаторов кресла. Потерянная при этом скорость составляет 8 м/с, а ударная перегрузка уменьшается с 46 до 14, 5 ед. Эти требования реализованы фирмами «Худ-жис» и «Норт» (США) и фирмой «Мартин-Бейкер» при разработке кресел членов экипажей перспективных вертолетов.

В качестве примера можно привести ударозащитное бронированное кресло HACS (Helicopter Armoured Crashworthy Seat), разработанное фирмой «Мартин-Бейкер» (рис. 77), которое устанавливается на вертолете А-129 «Агуста».

Рис. 77. Ударозащитиое бронированное вертолетное кресло HACS фирмы «Мартин-Бейкер» (Англия)

Кресло HACS оборудовано обычным устройством, поглощающим энергию удара при аварийной посадке вертолета и состоящим из пуансона, по которому скользят с натягом стальные кольца. Устройство разработано в соответствии с требованиями американского стандарта и снижает ударные вертикальные перегрузки до приемлемого уровня.

Во время испытаний кресло HACS обеспечивало снижение ударных перегрузок с 50 до 22, 4 ед. По бокам кресла, снизу и сзади установлены легкие плоские пуленепробиваемые плиты: чашка кресла выполнена из кевлара и керамического композиционного материала на основе карбида бора. Бронированное кресло обеспечивает защиту при стрельбе очередями пулями калибром 7, 62 мм и при одиночной стрельбе пулями калибром 12, 7 мм. Масса бронированных плит из композиционного материала на 50% меньше, чем масса аналогичных стальных плит. Кресло HACS, его привязная система, подушка, диапазон регулировки чашки, по мнению специалистов, обеспечивают необходимый комфорт летчику, уменьшают утомляемость и способствуют надежной фиксации поясничного отдела при ударных нагрузках.

К отказу от катапультирования на вертолетах фирмы пришли в результате глубокого анализа статистических материалов, которые, как мы уже не раз отмечали, дают возможность правильного выбора направления конструктивных разработок. Отсутствие качественных статистических материалов приводит к необоснованной трате средств, потере времени и, как следствие, к потерям летного состава.

Приведенный в газете «Московская правда» от 13 февраля 1987 г. случай спасения экипажа вертолета «Ми-8» с использованием посадки на авторотации можно приобщить к статистике не в пользу катапультирований с вертолетов:

«Ми-8» шел с одним выключенным двигателем, как и предусматривала программа тренировочного полета. Летчик-испытатель Государственного научно-исследовательского института гражданской авиации (ГосНИИГА) Провалов «вывозил» экипаж другой организации, обучая вести вертолет в такой ситуации. Внезапно выключился и второй двигатель — выполняя команду командира, ошибся бортмеханик. До земли чуть больше 200 метров. Единственный вариант спасения — посадка ни авторотации, т.е. своего рода планировании (парашютировании). Но одно дело, когда к авторотации готовятся заранее, и совсем иное, когда ты застигнут врасплох. Провалов приземлился, продемонстрировав высокий класс пилотирования, ему пришлось включиться в управление вертолетом, отобрав его у обучаемого летчика, т.е. практически какая-то часть высоты еще была потеряна, и все обошлось благополучно. Начни в таких условиях покидание вертолета прыжками, катапультированием с предварительно отстрелянными лопастями винта, обычными ли катапультными устройствами или системами типа «Янки», не досчитались бы уцелевших членов экипажа. А амортизационные кресла — это дополнительная гарантия спасения».