Спасательная капсула – это катапультируемое закрытое устройство, которое предназначено для спасения летчика из летательного аппарата в сложных аварийных ситуациях. В практике применяются герметичные капсулы, позволяющие лететь без скафандра и парашюта, обладающие непотопляемостью.
Существует две схемы капсульного спасения:
Отделяемая кабина для экипажа.
Катапультируемая индивидуальная закрытая капсула для летчика.
История
В 50-х годах в боевой авиации начали появляться совершенно новые катапультируемые средства, повышающие эффективность эксплуатации открытых катапультируемых кресел. При авариях устройство катапультирования срабатывает по сигналу в автоматическом режиме. Летчика вместе с креслом закрывают специальные щитки. В образовавшейся кабинке используемое оборудование более разнообразное. Оно повышает безопасность после момента катапультирования.
Только герметичные спасательные капсулы получили практическое применение. Они защищают человека от динамического воздействия давления, аэродинамического нагрева от перегрузок при торможении. Кроме того, такая капсула позволяет летать без скафандра, парашюта и обеспечивает нормальное приводнение.
Самой первой капсулой считается разработанная в США для военно-морского самолета F4D «Skyray». Но на тот момент капсула так и не применялась. После этого разработкой спасательных капсул для бомбардировщиков В-58 и ХВ-70 занялась компания Stanley Aviation. Для Valkyrie диапазон скоростей для отсоединения капсулы начинается со 150 км/ч и варьируется в пределах скоростей до М=3.
Катапультирование на Hustler
Применяемая в капсуле самолета автоматика осуществляет подготовку к покиданию, катапультированию и приземлению. В качестве подготовки имеется в виду придание телу летчика фиксированного положения, закрытие и герметизация капсулы. Механизм катапультирования срабатывает при помощи рычагов, которые расположены на подлокотниках.
Испытания спасательных капсул на бомбардировщике Convair B-58 Hustler
Сначала зажигается пороховой заряд. Его газы попадают в механизм герметичного закрывания – создается давление, соответствующее 5000-метровой высоте. Когда капсула закрывается, у пилота есть возможность управлять самолетом, поскольку штурвал остается в нормальном положении непосредственно внутри капсулы. У нее есть иллюминатор, который дает возможность наблюдать за приборами.
Видео топ-5 катапультирований в последний момент.
Такая конструкция позволяет лететь дальше. Процесс катапультирования работает по принципу катапультированных сидений, укомплектованных ракетными двигателями. После нажатия рычага катапультирования начинается воспламенение порохового заряда. Выделенные газы выбрасывают фонарь кабины. Далее происходит запуск двигателя. Стабилизирующий парашют выбрасывается, инициируюя раскрытие на поверхности щитков-стабилизаторов. Внутренняя аппаратура жизнеобеспечения включается сразу же. Анероидные автоматы на таймерах вызывают открытие главного парашюта и наполнение резиновых амортизирующих подушек, которые смягчают удар при приводнении или приземлении.
Катапультирование на ХВ-70
Капсула оборудована обтекателем, состоящим из 2 половин, кресло может изменять свой угол наклона. Стабилизация положения капсулы обеспечивается двумя цилиндрическими трехметровыми кронштейнами телескопического типа. Стабилизирующими парашютами оборудовали концы кронштейнов. Силовая установка выбрасывала капсулу на высоту в 85 метров. Снижение происходит при помощи спасательного парашюта. Его диаметр – 11 м. Приземление осуществлялось благодаря амортизатору в виде резиновой подушки, которая наполнялась газом. Подобные капсулы обеспечивают возможность работы экипажа из 2 человек в кабине вентиляционного типа. Внутри капсулы находился набор предметов жизненной необходимости: удочка, радиостанция, вода, продовольствие, ружье.
Отделяемая кабина
При создании отделяемой кабины для экипажа главной задачей считалось разработать более легкий и удобный в эксплуатации тип спасения. Кабина должна была повысить устойчивость в полете и уменьшить время подготовки в сравнении с катапультируемыми капсулами и сиденьями.
В практике эксплуатация аварийной системы покидания летательного аппарата очень сложное занятие. Механические связи, провода и бортовое оборудование в обычных условиях должны соответствовать требованиям полноценного функционирования и надежности, при этом разъединение должно происходить за доли секунды.
Самым рациональным считается отделение кабины с носовой частью фюзеляжа или с частью фюзеляжа, который образует вместе с кабиной легко разъединяемый герметизированный модуль. В конструктивном плане оба варианта могут сильно отличаться в зависимости от способа приземления. Посадка может осуществляться на воду или на сушу. В некоторых вариантах экипаж должен покинуть капсулу на определенной высоте до момента приземления. Проведенные испытания показали, что самым приемлемым типом кабины может быть цельноприземляемый, поскольку он более надежен.
Первые кабины применялись в экспериментальных экземплярах Bell X-2 и Douglas D-558-2 Skyrocket. В Х-2 применялась кабина, которая отделялась вместе с носовой частью. Она опускалась на парашюте до конкретной высоты, и пилот покидал ее привычным способом при помощи парашюта.
Рычаг для катапультирования
В 1961 году во Франции запатентовали отделяемую кабину, оборудованную надувными поплавками. Предполагалось, что во время аварии электрический механизм отделит кабину от летательного аппарата, включит ракетные двигатели и откроет стабилизаторы. В самой высокой точке полета при понижении скорости до нуля предусматривалось открытие парашюта.
В США разрабатывались два варианта отсоединяемых кабин. Stanley Aviation конструировала кабину для F-102, Lockheed – F-104 Starfighter . Практическое применение так и не реализовалось.
Современные кабины нашли практическое использование только в 2 сверхзвуковых самолетах В-1 Lancer и F-111. С такой кабины первое покидание осуществилось в 1967 году, когда F-111 попал в аварию. Экипаж произвел катапультирование на высоте 9 км на скорости 450 км/ч. Приземление благополучное.
Фирма McDonnell разрабатывала полностью герметизированную кабину самолета. Пилоты могли летать без специального оборудования. Покидание самолета было полностью безопасным. Отсоединение кабины происходило после нажатия рычага, который располагался между креслами экипажа. Когда команда была подана, вся система начинала работать в автоматическом режиме. Кабина отделяется, элементы управления и проводов разъединяются. Ракетный двигатель включается.
В зависимости от скорости и высоты полета двигатель отбрасывает кабину на 110-600 метров от самолета. В самой верхней точке полета кабина выбрасывает стабилизирующий парашют и станиолевые полоски, которые облегчают радиолокационное обнаружение для спасательных служб. После 0,6 секунд выбрасывания работа двигателя прекращается и происходит выпуск главного парашюта.
При разработке программы конструирования В-1 предусматривалось применение отделяемой трехместной кабины, как и у самолета F-111. Но из-за внушительной стоимости кабины, необходимости проведения исследований, сложности самой конструкции и обслуживания приняли решение о применении таких кабин только в трех первых экземплярах самолета. Во всех остальных экземплярах эксплуатировали сугубо катапультируемые сиденья.
История создания спасательной капсулы. Видео.
Эти цифры объясняются тем, что через пару дней после его публикации произошло крушение российского самолета в Египте. Система спасения пассажиров, которая фигурирует в этом видео, разработана киевским авиационным инженером Владимиром Татаренко. Она способна обеспечить практически гарантированное спасение всех пассажиров и экипажа при авиакатастрофе в воздухе, на взлете и при приземлении .
Авиастроитель рассказал, как работает эта система, сколько денег нужно на ее производство и как она может повлиять на пассажирские перевозки во всем мире. Фактрум публикует его интервью изданию AIN.ua.
Владимир Татаренко © Ольга Закревская / Ain.ua
Работая на Киевском авиационном заводе, инженер выезжал в составе комиссии на аварии антоновских самолетов. «Постоянно видя эти ужасы, зная статистику по крушениям, я пришел к некоторым выводам. У людей неправильные впечатления об авариях, ведь причина 80% аварий - это человеческий фактор (экипажа и тех, кто готовит полет) », - рассказывает изобретатель.
Но при этом конструкторы самолетов во всем мире пытаются улучшать надежность самих самолетов, так что человеческий фактор никуда не девается. Инженер решил найти такое решение, которое справлялось бы с этой проблемой.
Решением стала отстреливающаяся капсула, которая крепится к фюзеляжу и может при надобности отделиться от самолета за считанные секунды. Ближе всего к этой идее подошел «российский соперник» Татаренко - Гамид Халидов, который предлагал разработать парашютируемые капсулы для каждого пассажира. Но при работе такой системы понадобится довольно много времени, чтобы эвакуировать всех пассажиров.
Концепт капсулы с креслами для пассажиров и экипажа, который придумал Татаренко, может выскакивать из фюзеляжа самолета через задний люк за 2–3 секунды. Вначале из самолета выталкивается маленький парашют, он вытягивает большой парашют, который уже вытаскивает саму капсулу. Правда, она может быть установлена только на модели самолета, у которых в хвостовой части есть место для люка, через который проходит капсула, т. е. для Boeing или Airbus она пока что не подходит.
Эта система детально описана в статье инженера в журнале «Изобретатель и рационализатор» (№ 1, 2014), там же приводятся чертежи различных версий капсул.
Капсула крепится к фюзеляжу разъемными креплениями, все соединения самолета с капсулой (электрические, трубопроводные и т. д.) также могут размыкаться (к примеру, силовые кабели - с помощью разъемных муфт). Капсула спускается на системе парашютов, может приводняться на надувной плот или же приземляться на амортизирующую платформу - это хорошо видно на видео вверху.
Капсула летит со скоростью 8–9 м/с, в конструкции предусмотрен датчик, который определяет расстояние до поверхности. Когда расстояние сокращается, включаются пороховые двигатели, они тормозят контейнер - в результате он приземляется с нулевой скоростью, рассказывает изобретатель.
Капсула может быть сконструирована в разных вариантах. Этот вариант, например, дает возможность отстрелить ту часть, на стороне которой возникли проблемы.
Такая капсула, которая может устанавливаться в серийные модели самолетов - это первый этап изобретения. Второй - создание новых моделей самолетов, оснащенных такими капсулами изначально. И если в первом случае, когда капсула устанавливается в существующую модель самолета, он становится тяжелее, то во втором его масса не поменяется.
Изобретатель говорит, что идея такой спасательной капсулы напрашивалась давно, но только относительно недавно появились сверхлегкие и прочные материалы, из которых ее можно производить - углеволокно.
У Владимира Татаренко - действующие патенты на это изобретение. Общее время, необходимое для реализации первого этапа такого проекта - около четырех лет. Два года на разработку и испытания, еще полтора-два года на получение сертификатов летной годности ИКАО.
Но пока мало шансов, что изобретение увидит свет. Татаренко обращался в Минтранс, но там ответили, что на этот проект нет денег. Ориентировочная стоимость первого этапа - капсулы, которая может встраиваться в уже существующие модели самолетов, - около $1 000 000.
Как пишет украинский журнал «Изобретатель и рационализатор», Владимир Татаренко - лауреат Государственной премии Украины в области науки и техники, лауреат премии Совета министров СССР в области науки и техники, а также заслуженный авиастроитель.
По его словам, идея коллективного спасения пассажиров самолёта ещё в 1923 году была предложена известным российским изобретателем Глебом Котельниковым, однако технические возможности того времени не позволяли реализовать её на практике.
Заявку на патент такой системы сам Татаренко подал 9 октября 2010 года. По словам инженера, гарантией успеха его идеи служит использование проверенных временем технических решений.
На какой самолёт вы посадите родных? На обычный и недорогой - шансов на спасение нет! Или на предлагаемый, оборудованный встроенной капсулой (контейнером) спасения, билет на который на 15% дороже, где шанс выжить есть!
В патенте номер UA52936U описывается система, которая позволяет разом выбросить всех пассажиров и членов экипажа из падающего самолёта в специальной капсуле, а затем обеспечить им мягкое приземление или приводнение.
Капсула (контейнер) крепится к фюзеляжу разъёмными креплениями, которые могут быть автоматически управляемо разомкнуты. Все кинематические, электрические, трубопроводные и другие соединения в местах разделения выполнены саморазъёмными, например, с помощью автоматических муфт, электроразъёмов, золотниковых и других клапанов.
Спуск капсулы обеспечивается за счёт аэродинамического взаимодействия парашютов с набегающим потоком воздуха под воздействием массы объекта. Полная автономность капсулы и способность в течение долей секунды вывести парашютные системы, начав активное самоторможение, позволяют спасать пассажиров и экипаж даже на взлёте и посадке на малых высотах.
Из журнала «Изобретатель и рационализатор» (№1, 2014)
В разговоре с TJ Татаренко заявил, что стоимость внедрения его системы в пассажирский самолёт - порядка миллиона долларов, однако она не превышает нескольких процентов от себестоимости базового аналога и компенсируется за счёт главного конкурентного преимущества - почти стопроцентного, по его словам, шанса на спасение.
К идее я пришёл путём изучения существующих систем спасения. Как оказалось, их не существует!
Мир идёт путем повышения надёжности конструкций самолета и дублирования систем. В случае аварии при таком подходе люди остаются в самолёте и сгорают вместе с ним.
Я решил удалить людей из самолёта при аварийной ситуации, тем более, что опыт десантирования грузов в военной транспортной авиации у меня имеется.
Владимир Татаренко, инженер
По словам Татаренко, до его изобретения существовали и другие подобные решения, однако в большинстве из них капсула с пассажирами отсоединялась с помощью разрушения фюзеляжа, делая дальнейшее использование самолёта невозможным. Инженер отметил, что такие системы до сих пор не внедряют только из-за нежелания заказчиков тратить лишние деньги и «циничного отношения к жизни людей». Я предлагал идею авиакомпаниям. Отвечают: «Изготовь, сертифицируй, покажи». У меня таких денег нет.
Владимир Татаренко, инженер
Эти цифры объясняются тем, что через пару дней после его публикации произошло крушение российского самолета в Египте. Система спасения пассажиров, которая фигурирует в этом видео, разработана киевским авиационным инженером Владимиром Татаренко. Она способна обеспечить практически гарантированное спасение всех пассажиров и экипажа при авиакатастрофе в воздухе, на взлете и при приземлении .
Авиастроитель рассказал, как работает эта система, сколько денег нужно на ее производство и как она может повлиять на пассажирские перевозки во всем мире. Фактрум публикует его интервью изданию AIN.ua.
Владимир Татаренко © Ольга Закревская / Ain.ua
Работая на Киевском авиационном заводе, инженер выезжал в составе комиссии на аварии антоновских самолетов. «Постоянно видя эти ужасы, зная статистику по крушениям, я пришел к некоторым выводам. У людей неправильные впечатления об авариях, ведь причина 80% аварий - это человеческий фактор (экипажа и тех, кто готовит полет) », - рассказывает изобретатель.
Но при этом конструкторы самолетов во всем мире пытаются улучшать надежность самих самолетов, так что человеческий фактор никуда не девается. Инженер решил найти такое решение, которое справлялось бы с этой проблемой.
Решением стала отстреливающаяся капсула, которая крепится к фюзеляжу и может при надобности отделиться от самолета за считанные секунды. Ближе всего к этой идее подошел «российский соперник» Татаренко - Гамид Халидов, который предлагал разработать парашютируемые капсулы для каждого пассажира. Но при работе такой системы понадобится довольно много времени, чтобы эвакуировать всех пассажиров.
Концепт капсулы с креслами для пассажиров и экипажа, который придумал Татаренко, может выскакивать из фюзеляжа самолета через задний люк за 2–3 секунды. Вначале из самолета выталкивается маленький парашют, он вытягивает большой парашют, который уже вытаскивает саму капсулу. Правда, она может быть установлена только на модели самолета, у которых в хвостовой части есть место для люка, через который проходит капсула, т. е. для Boeing или Airbus она пока что не подходит.
Эта система детально описана в статье инженера в журнале «Изобретатель и рационализатор» (№ 1, 2014), там же приводятся чертежи различных версий капсул.
Капсула крепится к фюзеляжу разъемными креплениями, все соединения самолета с капсулой (электрические, трубопроводные и т. д.) также могут размыкаться (к примеру, силовые кабели - с помощью разъемных муфт). Капсула спускается на системе парашютов, может приводняться на надувной плот или же приземляться на амортизирующую платформу - это хорошо видно на видео вверху.
Капсула летит со скоростью 8–9 м/с, в конструкции предусмотрен датчик, который определяет расстояние до поверхности. Когда расстояние сокращается, включаются пороховые двигатели, они тормозят контейнер - в результате он приземляется с нулевой скоростью, рассказывает изобретатель.
Капсула может быть сконструирована в разных вариантах. Этот вариант, например, дает возможность отстрелить ту часть, на стороне которой возникли проблемы.
Такая капсула, которая может устанавливаться в серийные модели самолетов - это первый этап изобретения. Второй - создание новых моделей самолетов, оснащенных такими капсулами изначально. И если в первом случае, когда капсула устанавливается в существующую модель самолета, он становится тяжелее, то во втором его масса не поменяется.
Изобретатель говорит, что идея такой спасательной капсулы напрашивалась давно, но только относительно недавно появились сверхлегкие и прочные материалы, из которых ее можно производить - углеволокно.
У Владимира Татаренко - действующие патенты на это изобретение. Общее время, необходимое для реализации первого этапа такого проекта - около четырех лет. Два года на разработку и испытания, еще полтора-два года на получение сертификатов летной годности ИКАО.
Но пока мало шансов, что изобретение увидит свет. Татаренко обращался в Минтранс, но там ответили, что на этот проект нет денег. Ориентировочная стоимость первого этапа - капсулы, которая может встраиваться в уже существующие модели самолетов, - около $1 000 000.
Частые аварии и катастрофы первых сверхзвуковых самолетов, невысокая эффективность открытых катапультируемых кресел в экстремальных условиях полета, а также сложность отделения и безопасного возвращения на землю передней части самолета с экипажем привели к появлению в 50-х годах более рациональных закрытых катапультируемых устройств, называемых спасательными капсулами. Во время аварии это устройство по сигналу катапультирования автоматически закрывает человека вместе с креслом специальными щитками и, кроме того, позволяет применять более разнообразное оборудование, повышающее безопасность с момента катапультирования до приземления.
Изучалась возможность использования негерметичных и герметичных капсул. В первом случае капсула защищает человека от воздействия динамического давления, аэродинамического нагрева и частично от перегрузок при торможении (благодаря увеличению массы и уменьшению сопротивления) . В свою очередь герметичная капсула позволяет, кроме того, совершать полет без сложного скафандра, затрудняющего движения, и парашюта, а также прочих индивидуальных средств защиты и спасения членов экипажа. С учетом этих достоинств, практическое применение получили герметичные капсулы, обладающие непотопляемостью, что обеспечивало безопасное приводнение.
Первую из известных капсул разработала фирма "Гудьир" для военно-морской авиации США в начале 50-х годов. Однако эта капсула не нашла применения. Затем были созданы капсулы для самолетов B-58 и ХВ-70А.
Конструкция этих капсул и приспособлений, служащих для катапультирования, определялась требованием безопасного покидания неисправного самолета в широком диапазоне высот и скоростей полета. Для самолета ХВ-70A такой диапазон скоростей начинается со 150 км/ч (при нулевой высоте) и охватывает скорости до М=3 (при этом покинуть самолет, летящий с максимальной скоростью можно только на высоте, превышающей 2100 м) . Подробных данных о самолете В-58 не опубликовано, однако известно, что во время наземных испытаний капсула поднималась на высоту 75 метров, что при использовании быстро раскрывающегося парашюта обеспечивает высокий уровень безопасности приземления.
Автоматическое оборудование, примененное, например, в капсуле 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 движение с помощью одного из двух рычагов, расположенных на подлокотниках 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 одной секунды, после чего осуществляется герметизация кабины и создается давление, соответствующее высоте 5000 метров, что занимает еще 2-3 секунды. Закрытие капсулы вызывает срабатывание нескольких концевых выключателей электрических цепей.
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. Такая конструкция позволяет осуществить (если авария не имеет катастрофического характера) снижение, изменение направления полета и даже открытие капсулы с сохранением ее последующей герметизации. Система катапультирования не зависит от подготовительных операций, поэтому сам процесс катапультирования капсулы может быть произведен и в случае их невыполнения, например при поломке или отказе устройств, обеспечивающих выполнение подготовительных операций.
Процесс катапультирования основан на принципе, используемом в катапультируемых сидениях, оборудованных ракетными двигателями, запускаемыми с помощью вспомогательной системы. Нажатие рычага катапультирования приводит к воспламенению порохового заряда. Выделяющиеся при это газы сбрасывают обтекатель кабины, и по истечении 0,3 секунды происходит запуск ракетного двигателя. Во время движения капсулы вверх происходит воспламенение другого порохового заряда, выбрасывающего наружу стабилизирующий парашют, который после отделения капсулы от самолета инициирует раскрытие на ее поверхности щитков-стабилизаторов. Движение капсулы по направляющим катапульты сопровождается отделением от нее элементов управления и систем, связанных с самолетом, а также включением внутренней аппаратуры жизнеобеспечения. Кроме того, происходит включение внутри капсулы таймерно-анероидных автоматов, которые после уменьшения высоты и скорости полета капсулы до безопасных значений вызывают открытие спасательного парашюта и выполнение всех надлежащих операций, в том числе наполнение амортизирующих резиновых подушек, смягчающих удар при приземлении или приводнении капсулы. В случае приводнения осуществляется наполнение дополнительных поплавковых камер, увеличивающих плавучесть и устойчивость капсулы на неспокойной поверхности воды. Во время плавания капсула может находиться как в открытом, так и в закрытом состоянии. Если в случае волнения водной поверхности капсула должна быть закрыта, то осуществляется подключение шланга кислородной маски к клапану системы дыхания атмосферным воздухом. Несколько другую конструкцию имела капсула, примененная на самолете ХВ-70A. Она была оборудована обтекателем, состоящим из двух частей, а угол наклона кресла мог изменяться. Стабилизацию положения капсулы в полете обеспечивали два цилиндрических кронштейна телескопического типа, выдвигаемые через 0,1 секунды после катапультирования. Длина кронштейнов в расправленном положении составляла 3 метра. Концы кронштейнов были снабжены стабилизирующими парашютами, которые раскрывались через 1,5 секунды после катапультирования. Силовая установка капсулы выбрасывала ее на высоту 85 метров. Во время наземных испытаний собственная масса капсулы составляла 220 кг, а место испытателя было заполнено 90-килограммовым балластом. Безопасное снижение происходило с помощью спасательного парашюта, имеющего диаметр купола 11 метров, а приземление или приводнение осуществлялось с помощью амортизатора в виде резиновой подушки, наполняющегося газом во время снижения.
Применение капсул такого типа обеспечивает возможность работы экипажа из двух человек в общей кабине вентиляционного типа, такой же, какая обычно используется на транспортных самолетах. Внутри капсулы, под сидением, размещается набор предметов первой необходимости, в состав которого, кроме всего прочего, входят: передающая радиостанция, высылающая сигналы для определения местонахождения капсулы, и оборудование, необходимое для обеспечения жизнедеятельности в тропических и арктических условиях (в том числе удочка, ружье, вода, продовольствие и т.п.) .