从科比直升机失事谈直升机安全性设计的发展与现状

作者：微义大言

今天一早醒来得知科比乘坐的直升机失事的新闻。笔者已有很久没再关注篮球了。上一次对美国职业篮球赛疯狂还是上高中的时候，那场公牛乔丹对爵士马龙的总决赛巅峰之战仍然历历在目。

由于这次造成失事的飞行器是直升机。今天我们就谈谈直升机的安全性设计。

直升机由于其特殊的气动构造，使得一旦某个气动构件出现问题，就很容易造成坠毁，比如旋翼、尾桨、传动装置都是较为容易受损的部位。

直升机空气动力特殊且复杂

我们知道，固定翼飞机空中停车，还可利用机翼减缓飞机坠落速度；直升机无固定机翼，一旦停车只能靠旋翼自转下落，犹如一块巨大的秤砣，很难保护飞行员的生命。

而且直升机一般飞行高度较低，一般活动范围在300米以下的空域，长时间低空飞行要规避地形障碍，导致其非正常接地现象更加普遍。

直升机耐坠毁设计

要提高直升机及其飞行员和乘员的生存能力，其中“抗摔”能力是至关重要的。

耐坠毁包括通过起落架、机身、座椅的耐坠毁吸振能力保全机组人员。主要特点是使用直升机旋翼系统和机体的抗摔性能。

现代直升机的旋翼系统都经过了精心的设计，整体性能较好，桨尖速度可接近音速。

因此，飞行员可以在直升机非正常接地前利用旋翼的自转来控制速度，起到一定的救生目的。如果直升机的飞行高度太低，只有数十米，那么其抗坠毁能力就要显现出来了。

要想实现抗坠毁性，就需要对机体结构进行优化设计，让撞击能量通过各机体部件吸收，如座舱、座椅、起落架、油箱等重点部位采取特殊的措施，使直升机在坠地时，通过一部分结构和构件的变形和破坏，吸收和转移大部分撞击能量，使飞行员和乘员受到的撞击能量降到最低，尽最大可能保护乘员的安全。

抗坠毁设计虽然最终不能提高直升机的生存性，但能最大限度地保护坠落直升机飞行员和乘员的安全。

直升机耐坠毁早期

早在越南战场上，美军就针对直升机、轻型飞机的坠毁事故，编写了《抗坠毁生存设计指南》，之后又制定了抗坠毁性军用标准《轻型固定翼和旋翼直升机的适坠要求》，成为许多国家直升机抗坠毁设计的准则和指南，并在多种直升机上得到应用。

直升机的抗坠毁能力设计，首先是在直升机结构中采取抗坠毁吸能设计措施，使机上人员在坠撞中承受的加速度不超过人体所能忍受的极限；其次是在规定的坠撞条件下，保留机上人员的生存环境和空间，使机上构件不对人员生存造成威胁，不发生起火、爆炸等严重情况。

由于直升机坠落过程中，旋翼还在运转并提供一定的拉力，使坠落速度减缓，并从着陆装置、机体结构、乘员座椅上分别采取了吸能措施，可使最终传到乘员身体上的过载限制在人体安全范围内，同时又保证了乘员生存的空间和环境。

据测试，在直升机100次坠落事故中，经过抗坠毁设计的直升机驾驶员生存率可达 95％。

直升机耐坠毁成功案例

抗坠毁新技术应用后，直升机如虎添翼。美国人声称：如果你能看见它，你也击不中它；假如你能击中它，你也击不落它；就算你击落了它，它的飞行员还能活着。

1983年，美国侵略格林纳达的一次行动中，载有陆军“游骑兵”突击队的3架“黑鹰”直升机，在降落时遭对方轻武器的射击。慌乱中先后有两架“黑鹰 ”相撞并坠地。机舱内的美国特种兵虽受皮肉之苦，个个鼻青脸肿，但无一人受重伤。

1991年的海湾战争，美军有274架AH－64“阿帕奇”武装直升机参战，共计飞行1．87万多小时，任务完成率超过90％。在攻击地面目标的作战中，AH－64“阿帕奇”武装直升机摧毁了伊军大量的坦克、卡车和装甲车辆，虽有多架AH－64被伊军地面炮火击中，其中一架最多被击中23处，但都安全返回基地。只有一架直升机因旋翼被击中而落地坠毁，但机上两名飞行员却都安然无恙。

1992年美军的一架CH－53E“超级种马”直升机在营救飞行员返回途中被塞尔维亚军队炮火击中，同时一颗子弹又穿过了直升机的机身，击中了一名突击队员的军用水壶，然后弹到另一名突击队员的身上。顿时，直升机舱内的所有人员紧张起来。负伤的直升机像喝醉了酒，摇头晃脑、拖着一条大黑辫子在空中打转。经验丰富的飞行员沉着冷静地驾驶着直升机，一头栽倒在早已等得着急的航空母舰上。机上人员有惊无险，全都脱离了险情。

直升机耐坠毁发展

目前，世界直升机抗坠毁技术发展迅速。多数国家都在直升机机身及部件设计上采用了抗坠毁技术。美国人在直升机“抗摔”上绞尽脑汁，其技术发展也走在了世界的前列。

如AH－64“阿帕奇”直升机的机身、座舱、旋翼及传动系统、油箱都有装甲防护，可防12．7毫米高射机枪和23毫米高爆炮弹的袭击。为了提高人员生存能力，它采用了吸能起落架，坠毁时可吸收全部坠撞能量的50％。机身采用了抗坠毁技术，坠毁时机头可充分吸收能量，保持座舱不变形。机身下方任何部位被一发12．7毫米穿甲弹击中或95％的表面任何部位被一发23毫米炮弹击中，仍可继续飞行30分钟。

美国的RAH－66“科曼奇”直升机更广泛地采用了抗坠毁新技术和抗坠毁吸能材料，如跪式吸能起落架、抗坠毁座椅、防弹自封抗坠毁油箱。机体能经受住23 毫米口径以下枪、炮弹的攻击；燃油系统在直升机坠毁时可自动产生惰性气体，从而有效地防止燃油着火。

南非的CSH－2“茶隼”直升机的抗坠毁设计更独具特色，其中驾驶舱两个座椅装有陶瓷装甲板，机身及其他部位都采用丙烯酸材料装甲，装有自封式油箱。所有操纵拉杆被12．7毫米枪弹击中后仍能工作。被打掉尾桨后直升机仍能继续飞行。起落架和座椅能吸收撞击能量。如直升机被击中，不会轻易坠毁，如坠毁则飞行员还能生存。

此外，俄罗斯的米－28N、卡－52和德、法的PAH－2“虎”式直升机也都采用了先进的抗坠毁技术。

直升机弹射技术

弹射装置利用弹射座椅（Ejection seat）是飞行员用的座椅，在飞机遇难时依靠座椅下的动力装置将飞行员弹射出机舱，然后张开降落伞使飞行员安全降落的座椅型救生装置。

我们知道战斗机上有弹射装置，它能保证在飞机无法操控时让飞行员安全逃生。

苏-35Ub战斗机进行零零弹射

这样的安全装置有没有被用到直升飞机上呢？有的，弹射座椅不仅仅是喷气式战斗机的专利，武装直升机上也用到了。

但实际运用的案例却很少，因为武直升机的飞行高度较低，低空作战出现的非正常接地趋势前空中姿态一般都不太好。

也就是说武装直升机出现故障后的状态不同，有时不能满足弹射救生的启动要求，比如旋翼炸开时需要保证周围一定范围内无己方武装直升机，否则很容易造成误伤。

而且一旦武装直升机被便携式防空导弹击中，那么机体的平衡性会在非常短的时间内打破，飞行员在弹射前还需要在一定程度上控制住直升机。一般来说从实战的角度看，要完成弹射仍然有一定的难度。

全世界唯一有弹射系统的直升飞机是俄罗斯的卡-52/52系列武装直升机，外号“短吻鳄”。

当飞机被击毁或发生严重机械事故时，螺旋桨停止转动，其使用的K-37-800弹射座椅用设置好的小型雷管把共轴反转的旋翼炸掉，形成净空后，飞行员拉动两腿间的手柄弹射，1.01秒内，弹射座椅就能把飞行员弹射出驾驶舱。两名驾驶员分别向两个方向弹射逃生。

尽管实战的角度看，直升机完成弹射有难度。但还是挑战还是阻挡不了俄罗斯卡莫夫公司研制弹射救生系统。

在研制弹射救生系统过程中，俄罗斯投入了大量的资金，花费了整整7年时间，研制成功了K-37零-零火箭式驾驶员弹射救生系统。

这套系统又称为自适应弹射座椅，主要是利用自适应控制技术、推理控制技术、高速稳定技术和高速气流防护技术，提高直升机遇险条件下的救生成功率，减少不必要的伤亡。

该系统的主要部分是飞行员座椅，在飞行过程中，该座椅可以根据飞行员的需要对高度进行调整。当直升机遇险时，直升机座舱顶部舱门自动打开，使两副旋翼上的6片桨叶脱离桨毂飞走，随即座舱盖脱开飞离座舱，旋翼与机身分离，座椅下的火箭系统将飞行员连同座椅一并弹出。

然后在牵引发动机的作用下，飞行员和座椅分离。降落伞系统能确保飞行员在弹射时空中刹车，同时，能控制下降和着陆，保证下降和着陆速度不超过7米/秒。

装备这种救生系统后，卡-52飞行员的应急离机成功率达100%，开创了直升机驾驶员弹射救生的先河。

客运直升机救生技术

武装直升机驾驶员数量少、结构相对简单。相比而言，客运直升飞机既有驾驶员还有乘员，且成员座椅比驾驶员更为简单，所以弹射方式救生完全不可行了。

有人会问，既然客运直升机不宜采用弹射救生，那么，在遇到危及生命的关头跳伞总可以吧？当然，在正常情况下，从舱门跳伞也是可行的，前提是从舱门跳伞必须要有足够的高度，且飞行状态相对稳定。

但问题是直升机往往由于飞行高度较低，一旦发动机出现故障，留给飞行员处置的时间十分有限，况且由于气流环境和机体状态都会发生突然变化，导致非常复杂的状况，这种情况下跳伞不仅非常危险，而且很难保证正常开伞和安全落地。

鉴于此，设计师们还是注重在直升机自身上做文章，比如在发动机失效时充分发挥旋翼的作用，并通过独有的自转特性实施迫降救生，这种救生方式一定程度上比跳伞获救的几率更高。

所以，客运直升机通常不会选择跳伞及弹射救生装置的设计。还是通过加强抗坠毁能力降低对飞行员及机组成员的冲击力。

希望未来的直升机在机体撞击吸能设计和材料上有新的突破，来提升直升飞机驾驶员和乘员的事故生还率。