近期，由于彈射座椅在測(cè)試中暴露出很大問(wèn)題，美空軍表示T-7A“紅鷹”高級(jí)教練機(jī)形成初始作戰(zhàn)能力的節(jié)點(diǎn)將再次推遲至2027年。而美國(guó)國(guó)防部作戰(zhàn)測(cè)試與評(píng)估辦公室，甚至給出了T-7A“沒(méi)有達(dá)到最低安全標(biāo)準(zhǔn)”的評(píng)估結(jié)論。

(相關(guān)資料圖)

T-7A“紅鷹”

截至目前，作為T(mén)-7A研發(fā)廠商的波音公司，由于節(jié)點(diǎn)延誤和成本暴漲，已經(jīng)在該項(xiàng)目上損失了超過(guò)11億美元。

值得注意的是，這不是彈射座椅問(wèn)題在近些年里第一次困擾美軍。幾年之前，F(xiàn)-35也出現(xiàn)過(guò)與T-7A頗為類(lèi)似的問(wèn)題，使其不得不在限制條件下使用。

兩型彈射座椅遇到同一困境

在兩型飛機(jī)中，T-7A裝備的是美國(guó)柯林斯宇航集團(tuán)的ACES5座椅，而F-35裝備的是英國(guó)馬丁·貝克集團(tuán)的MK16-US16E座椅。

2018年1月，在美空軍亞利桑那州盧克空軍基地，維護(hù)人員正在將F-35A的彈射座椅搬運(yùn)到維修車(chē)上。

盡管使用的彈射座椅具體型號(hào)并不相同，但它們?cè)庥隽讼喈?dāng)?shù)睦Ь常?/p>

如何在放寬飛行員重量和體型適用范圍的同時(shí)，依然能有效保障救生能力？并在座椅重量等主要的傳統(tǒng)性能指標(biāo)上實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步提升？

由于社會(huì)觀念、身體力量素質(zhì)、可能的被俘遭遇等一系列因素的影響，在很長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，各國(guó)軍機(jī)飛行員中男性都占據(jù)著壓倒性比例。這就進(jìn)一步?jīng)Q定了，軍用飛機(jī)的人機(jī)工程和救生設(shè)計(jì)，以往都是按照身體素質(zhì)最出色的成年男性群體作為標(biāo)準(zhǔn)展開(kāi)的——特別是體重、身高、坐高、臂展、腿長(zhǎng)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

根據(jù)F-35項(xiàng)目規(guī)劃的要求，該型號(hào)適用于體重103~245磅（約47~111千克）的飛行員。但隨后發(fā)現(xiàn)該機(jī)對(duì)體重較小的飛行員存在安全隱患：136~165磅體重的飛行員會(huì)面臨額外危險(xiǎn)，但概率上尚可接受；而136磅體重以下的飛行員則會(huì)遭遇不可接受的風(fēng)險(xiǎn)。美軍因此在2015年開(kāi)始一度禁止136磅體重以下的飛行員駕駛F-35。

但近幾十年，越來(lái)越多的女性正在成為軍機(jī)飛行員。她們的體重、身高、身體重心位置等特質(zhì)都與男性飛行員差異很大，這就對(duì)軍用飛機(jī)救生能力運(yùn)用和發(fā)展帶來(lái)了新問(wèn)題：

針對(duì)以女性為代表的小體重、小身高飛行員來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有型號(hào)彈射座椅的救生安全性能不足。而新研發(fā)的彈射座椅，雖然在設(shè)計(jì)時(shí)試圖顧及小體重、小身高飛行員，但技術(shù)難度和風(fēng)險(xiǎn)的驟然增大，已經(jīng)超出了供應(yīng)商現(xiàn)有的能力水平，這使得廠商無(wú)法在產(chǎn)品上順利實(shí)現(xiàn)相關(guān)性能要求。

這樣一來(lái)，無(wú)論是使用舊型號(hào)還是新型號(hào)的彈射座椅，后果都是一樣的：彈射安全性能不能得到保證，飛行員在彈射過(guò)程中，致死致殘（尤其是脊椎受傷）的概率將過(guò)高。

軍機(jī)彈射座椅的最大危險(xiǎn)：過(guò)載

軍用飛機(jī)的救生彈射過(guò)程充滿了危險(xiǎn)，但是在大多數(shù)情況下，最致命的因素一直與極高的過(guò)載緊密相關(guān)。

比如，在彈射出艙的過(guò)程中，為了讓飛行員在最短時(shí)間內(nèi)逃離機(jī)體，劇烈沖擊是不可避免的：從頭頂沿著脊椎向下的方向，0.2~0.3秒內(nèi)的瞬間過(guò)載可以達(dá)到17~19G，甚至更高。

只有在一種情況下，飛行員才能盡量保證自己的安全：以最標(biāo)準(zhǔn)的姿態(tài)執(zhí)行彈射動(dòng)作，一方面讓沖擊過(guò)載能夠端正地順著脊椎骨向下傳遞，另一方面，頸、背、腰的肌肉協(xié)調(diào)發(fā)力，在使骨骼位置保持穩(wěn)定最佳受力姿態(tài)的同時(shí)，大幅度的緩沖和分擔(dān)骨骼所承受的壓力。

如果飛行員的頭頸在彈射時(shí)處于這些姿態(tài)下，將導(dǎo)致極為嚴(yán)重的后果。

一旦沖擊過(guò)載更高，或者飛行員姿態(tài)不理想——比如頭部往一側(cè)傾斜、軀干扭曲的狀態(tài)下彈射，脊椎——尤其是頸椎所遭受的沖擊就會(huì)超過(guò)生理結(jié)構(gòu)的極限，導(dǎo)致致命的后果，比如脊髓受損，導(dǎo)致截癱甚至是死亡。

由于座椅受到軌道的約束、引導(dǎo)，彈射出艙的過(guò)程其實(shí)還算是可控、簡(jiǎn)單的。

很多情況下，隨后的減速和開(kāi)傘過(guò)程中，不可控因素就更多更復(fù)雜，風(fēng)險(xiǎn)也更高。例如，面積最大、起到主要減速作用的救生傘，其打開(kāi)的瞬間會(huì)給飛行員施加巨大的沖擊過(guò)載。

在這一過(guò)程中，施加給頸部的沖擊過(guò)載會(huì)達(dá)到17~19G甚至更高；但此時(shí)飛行員已經(jīng)脫離了座椅的約束，軀干也無(wú)處著力，更容易處于受力情況非常不利的姿態(tài)。

特別是在接近、甚至超過(guò)1000千米/時(shí)的高速狀態(tài)下，座椅一旦離開(kāi)飛機(jī)，就要受空氣阻力作用劇烈減速，減速過(guò)載可以在2~2.5秒內(nèi)持續(xù)高達(dá)35~40G。這種過(guò)載壓力是相當(dāng)可怕的。在此過(guò)程中，飛行員只有身體朝向始終保持與速度方向高度一致，才能保證這個(gè)過(guò)載始終是從人體耐受能力最好的“前胸—后背”方向穿過(guò)。

圖注意座椅上各種約束飛行手腳的保護(hù)機(jī)構(gòu)。美國(guó)海軍的研究結(jié)果認(rèn)為，高速?gòu)椛湎拢畏瓭L的速度一旦達(dá)到1000度/秒（即每秒接近3圈）就足以導(dǎo)致飛行員死亡。

一旦“人-椅”這個(gè)組合體出現(xiàn)受力不均衡（在實(shí)際訓(xùn)練和各種任務(wù)中這是不可避免的），而又不能迅速把姿態(tài)收斂到穩(wěn)定狀態(tài)，這一組合立刻就會(huì)在空中旋轉(zhuǎn)。

旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，意味著在35~40G的過(guò)載中，在高達(dá)每平方米數(shù)噸的高速氣流壓力下，飛行員頭部、四肢的受力會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)哺乳動(dòng)物肌肉的力量極限。在這種情況下，頸部和肢體被扭斷、扭斷的肢體甩打?qū)е萝|干嚴(yán)重受傷，都是航空史上屢見(jiàn)不鮮的先例。

美國(guó)海軍曾對(duì)1976~1989年的彈射事件進(jìn)行過(guò)統(tǒng)計(jì)，其中彈射速度超過(guò)926千米的彈射共計(jì)10人。這10人中，傷亡數(shù)為6死2重傷，只有2人是輕微傷害。因此，直到今天，高速救生依然是彈射座椅設(shè)計(jì)的核心挑戰(zhàn)。

新一代彈射座椅的設(shè)計(jì)矛盾

無(wú)論是MK16-US16E，又或者是ACSE5，這些新一代彈射座椅都面臨著非常尖銳的矛盾——

在設(shè)計(jì)制造上，彈射座椅正在不斷追求重量更輕、體積更緊湊、結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單（特別是盡量減少火工品數(shù)量）、維護(hù)更簡(jiǎn)便；而在使用性能上，座椅又在不斷追求更大的重量和體型適應(yīng)范圍，以擴(kuò)大其能夠適用的飛行員群體——不僅包括女性，也包括一些體型較小的男性。

正如其他飛行器研制中的棘手問(wèn)題一樣，這些追求在很大程度上是互斥的，需要更為復(fù)雜的設(shè)計(jì)或者更先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用，才能有效協(xié)調(diào)彼此。

最簡(jiǎn)單的例子，245磅和103磅的飛行員，前者體重是后者兩倍多。同樣的彈射能量，若是剛好能把245磅的飛行員，以17~19G的過(guò)載送出艙外；那么在彈射103磅的飛行員時(shí)，顯然過(guò)載就會(huì)大得多，必然超出人體能承受的安全極限。

這需要設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)裝置，控制液壓或者燃?xì)饽芰康妮敵鏊健瓕?duì)調(diào)節(jié)幅度和靈活性的需求越大，技術(shù)難度就越高。類(lèi)似的，在開(kāi)傘時(shí)機(jī)的控制程序要素（高度、速度、時(shí)間）設(shè)計(jì)上，難度也要高得多。

MK16系的西方座椅采用的無(wú)桿、單傘穩(wěn)定設(shè)計(jì)，穩(wěn)定能力有限，尤其是高速條件下。

而比起過(guò)載，姿態(tài)上的穩(wěn)定性控制更棘手，更難解決。

現(xiàn)代彈射座椅的主流設(shè)計(jì)思路依然是被動(dòng)穩(wěn)定飛行，缺乏主動(dòng)性的飛行姿態(tài)控制能力。

一方面，座椅在減重、緊湊化之后，飛行員的重量和重心分布，對(duì)于整個(gè)“人-椅”結(jié)構(gòu)會(huì)形成更大的影響；另一方面，新的座椅被要求要在整體重心變化幅度大得多的情況下，還能始終保持各種速度和彈射姿態(tài)下的飛行穩(wěn)定性。

這種科技領(lǐng)域中尚未被突破的設(shè)計(jì)需求沖突，才是十多年來(lái)美軍在彈射座椅發(fā)展和使用上遭遇困境的根本原因。

綜合來(lái)說(shuō)，T-7A彈射危機(jī)的本質(zhì)，是社會(huì)變遷在軍事航空領(lǐng)域中，以人機(jī)工程技術(shù)問(wèn)題形式呈現(xiàn)的結(jié)果。

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