作者:候知健
近日一架俄军的米28N在叙利亚坠毁,两名飞行员不幸牺牲。战斗机的弹射跳伞救生方式可以说广为人知,但除了极少数直升机——比如俄罗斯卡莫夫设计局的K50/52系列以外,基本没有直升机采用弹射救生方式。
米28近年来出现过多次事故
但这并不意味着现代直升机针对灾难性的坠毁情况就毫无防备。实际上针对绝大多数直升机、尤其是坠毁风险更高的武装直升机来说,它们采用的救生原理和现代汽车安全性设计有着非常大的共通之处——牢固的乘员束缚,保持座舱结构完整,缓冲人体受到的高过载。
航空上普遍采用五点式安全带
在汽车驾驶中,一旦驾驶员不系安全带,汽车本身的安全性基本上直接归零。直升机也一样,现有的坠毁伤亡统计证明,各种原因引起的安全带系统工作不正常或者失效(其中相当部分是人为的,比如嫌不舒服故意不将安全带系到位、甚至松开锁扣)而导致的伤亡;是系好安全带情况下的4-5倍。
汽车和直升机安全带都采用了惯性卷筒(直升机一般使用增速型惯性卷筒)一类的设计。比如汽车安全带正常情况下可以缓速抽出,但是一旦猛的用力,立刻就会被锁死而拽不动。直升机座椅上的安全带与之同理。区别在于直升机的五点式安全带设计更复杂,对于飞行员躯干的锁定更牢固。
米28这样的装甲舱门,想变形到打不开也很难
而对于米28N这样的武装直升机来说,汽车设计上的大难题——撞击时保持驾驶舱完整,撞击后舱门开启功能正常,需要额外费心的环节反而不多;主要就是考虑踏板、驾驶杆等突出活动物体对人的潜在威胁。
因为武装直升机的乘员舱本身有防弹要求,最坚固的地方甚至能扛住小口径火炮的射击,强度和刚度非常惊人;能把装甲驾驶舱摔严重变形的话,里面的飞行员怎么都活不下来了。而其它类型的普通直升机,一般要求坠毁时至少能保持不低于85%的原驾驶舱空间。
但是沉重的装甲结构、防弹玻璃,也带来了另一方面的矛盾:巨大的重量使得直升机很难依靠旋翼自转等措施减缓下坠时的速度,而在坠地时的能量特别高。这又进一步使得直升机起落架、座椅等结构的吸能设计,不足以通过变形、溃缩等措施将对人员的冲击缓冲到安全极限以下。
图片:最理想的情况,直升机能够控制坠落时的姿态;如果能先让起落架着地,那么飞行员的生还概率就有了相当程度的保障了
因此对于现在绝大多数的直升机来说,抗坠毁标准只能针对有限速度高度范围的事故——这和汽车的撞击安全性是一样的,都只在有限范围内起效。一般来说,直升机95%的坠毁事故中,往下砸的垂直速度小于12.8米/秒,往前蹿的纵向速度小于15.24米/秒,往侧向撞过去的速度小于10米/秒;换句话说,抗坠毁设计的极限,通常也就是在这个范围内了——再往高了做,成本和性能代价太大,安全性收益增加太小。
图片:典型的直升机座椅抗坠毁设计,有初中级别的物理和几何学知识,就能看懂它的基本原理、以及力学设计上的方向局限性。
图片:一种通用型直升机的座椅,下方的弯曲金属臂就是吸能设计的一部分,在坠毁时通过自身变形来吸收冲击能量,保护乘员
在这个范围内,直升机必须通过起落架、座椅吸能器的变形,将飞行员遭受到的冲击(主要是从头部向脚底的垂直方向的冲击)过载降低到20倍重力以内;以避免脊椎挤压破裂、大脑严重受伤(在颅骨内剧烈位移)、心脏破裂等致命伤害。实际上,这也是汽车安全设计从一味追求整体结构的高强度高刚性,到后来汽车转向于普遍强调发动机舱吸能设计的关键原因。
米28N近年来多起导致飞行员牺牲的事故,并不能一定说明米28平台的安全救生设计存在问题;飞行员是否干扰了安全带等安全措施的正常起效、直升机坠毁时是否速度超出设计极限、是否以极为不利的姿态(比如倒扣或者翻转90度砸地上)触地,都是将直接影响飞行员是否存活的因素。