Sådan fungerer udstødningssæder

US Air Force kaptajn Scott O'Grady hjalp med at håndhæve flyveforbudszonen over det nordlige Bosnien den 2. juni, 1995, da en bosnisk-serber overflade-til-luft missil (SAM) slog sin F-16. Med flyet i opløsning omkring ham, O'Grady rakte ned mellem knæene og tog fat i trækhåndtaget på sit udkastningssæde. Efter et højt brag forårsaget af baldakinen adskilt, O'Grady blev sprængt i luften sammen med sit sæde. Kort efter, hans faldskærm indsat og, ligesom 90 procent af piloter, der er tvunget til at skubbe ud af deres fly, O'Grady overlevede udkastningen fra sin F-16. Efter seks dages unddragelse af at fange og spise insekter for at overleve, O'Grady blev reddet.

Udkastning fra et fly, der bevæger sig med hastigheder større end lydens hastighed (mach 1:750 miles i timen / 1, 207 km / t) kan være meget farlig. Udkastningskraften ved disse hastigheder kan nå over 20 Gs - en G er kraften af ​​Jordens tyngdekraft. Ved 20 Gs, en pilot oplever en kraft svarende til 20 gange hans eller hendes kropsvægt, som kan forårsage alvorlig personskade og endda død.

De fleste militære fly, NASA -forskningsfly og nogle små kommercielle fly er udstyret med udslyngningssæder, så piloter kan flygte fra beskadigede eller funktionssvigtige fly. I denne udgave af HowStuffWorks , du vil lære om de dele, der får et udstødningssæde til at fungere, hvordan sædet løfter en pilot ud af et fly og om fysikken involveret i udkastning.

1. Sid ned
2. Bail Out
3. Udkastningens fysik

Sid ned

Det er vigtigt for mange typer fly at have et udstødningssæde, hvis flyet er beskadiget i kamp eller under test, og piloten skal redde ud for at redde sit liv. Udkastningssæder er et af de mest komplekse udstyrstyper på ethvert fly, og nogle består af tusinder af dele. Formålet med udkastningssædet er enkelt:At løfte piloten lige ud af flyet til en sikker afstand, indsæt derefter en faldskærm, så piloten kan lande sikkert på jorden.

For at forstå, hvordan et udstødningssæde fungerer, du skal først kende de grundlæggende komponenter i ethvert udkastsystem. Alt skal fungere korrekt på et splitsekund og i en bestemt sekvens for at redde en pilots liv. Hvis kun et stykke kritisk udstyr fungerer forkert, det kan være dødeligt.

Udkastningssæder placeres i cockpittet og fastgøres normalt til skinner via et sæt ruller på kanterne af sædet. Under en udstødning, disse skinner leder sædet ud af flyet i en forudbestemt stigningsvinkel. Som ethvert sæde, udstødningssædets grundlæggende anatomi består af spanden, ryg og nakkestøtte. Alt andet er bygget op omkring disse hovedkomponenter. Her er nøgleindretninger til et udstødningssæde:

• Katapult
• Raket
• Begrænsninger
• Faldskærm

I tilfælde af en udstødning, katapulten affyrer sædet op ad skinnerne, raketten affyrer for at drive sædet højere, og faldskærmen åbner for at muliggøre en sikker landing. I nogle modeller, raketten og katapulten kombineres til en enhed. Disse sæder fungerer også som fastholdelsessystemer for besætningsmedlemmerne både under en udkastning og under normal drift.

Udkastningssæder er blot en del af et større system kaldet assisteret udgangssystem . "Udgang" betyder "en vej ud" eller "afgang". En anden del af det overordnede udgangssystem er flyets baldakin , som skal skubbes ud, før udstødningssædet sættes i gang fra flyet. Ikke alle fly har baldakiner. Dem der ikke vil have flugtluger indbygget i taget af flyet. Disse luger blæser lige før udstødningssædet aktiveres, give besætningsmedlemmer en flugtportal.

Sæder aktiveres på forskellige måder. Nogle har træk håndtag på siderne eller midt på sædet. Andre aktiveres, når et besætningsmedlem trækker en ansigt gardin ned for at dække og beskytte hans eller hendes ansigt. I det næste afsnit, finder du ud af, hvad der sker, når sædet er aktiveret.

Kilde:Udstødningsstedet

• Spand - Dette er den nederste del af udstødningssædet, der indeholder overlevelsesudstyret.
• Baldakin - Dette er det klare dæksel, der indkapsler cockpit på nogle fly; det ses ofte på militære kampfly.
• Katapult - De fleste udstødninger startes med dette ballistisk patron .
• Drogue faldskærm - Denne lille faldskærm indsættes forud for hovedskærmen; den var designet til at bremse udstødningssædet efter at have forladt flyet. En drogue-faldskærm i et ACES II-udkastssæde har en diameter på 1,5 fod. Andre kan være mindre end 0,6 m i diameter.
• Udgangssystem - Dette refererer til hele udstødningssystemet, herunder sædeudkast baldakin jettisoning og nødhjælpsudstyr.
• Miljøsensor - Dette er en elektronisk enhed, der sporer flyets hastighed og højde på sædet.
• Ansigtsgardin - Fastgjort til toppen af ​​nogle sæder, piloter trækker dette forhæng ned for at dække hans eller hendes ansigt fra snavs. Dette gardin holder også pilotens hoved stille under udkastning.
• Recovery sequencer - Dette er den elektroniske enhed, der styrer hændelsesforløbet under udslyngning.
• Raket katapult - Dette er en kombination af en ballistisk katapult og en underseat raket enhed.
• Undersædet raket - Nogle sæder har en raket fastgjort nedenunder for at give ekstra løft, efter at katapulten løfter besætningsmedlemmet ud af cockpittet.
• Vernier -raket - Vedhæftet et gyroskop, denne raket er monteret i bunden af ​​sædet og styrer sædet.
• Nul-nul udstødning - Dette er en udstødning på jorden, når flyet er i nul højde og nul lufthastighed.

Bail Out

Når en besætningsmedlem løfter trækhåndtaget eller rykker ansigtsgardinet ned på udkastningssædet, det sætter gang i en kæde af begivenheder, der driver baldakinen væk fra flyet og skubber besætningsmedlemmet sikkert ud. At skubbe ud fra et fly tager ikke mere end fire sekunder fra det tidspunkt, ejektionshåndtaget trækkes. Den nøjagtige tidsperiode afhænger af sædemodellen og besætningsmedlemmets kropsvægt.

Træk i udstødningshåndtaget på et sæde starter en eksplosiv patron i katapultpistolen, lancering af udstødningssædet i luften. Når sædet kører op ad føringsskinner , et benstøttesystem aktiveres. Disse benstøtter er designet til at beskytte besætningsmedlemmets ben mod at blive fanget eller blive skadet af snavs under udkastningen. An raketmotor under sædet giver den kraft, der løfter besætningsmedlemmet til en sikker højde, og denne kraft er ikke uden for normale menneskelige fysiologiske begrænsninger, ifølge dokumenter fra Goodrich Corporation , en producent af udstødningssæder, der bruges af det amerikanske militær og NASA.

Inden udkastningssystemet blev lanceret, baldakinen skal sænkes ned for at give besætningsmedlemmet mulighed for at undslippe cockpittet. Der er mindst tre måder, hvorpå flyets baldakin eller loft kan blæses, så besætningsmedlemmet kan flygte:

• Løfte baldakinen - Bolte, der er fyldt med en eksplosiv ladning, detoneres, afmontering af baldakinen fra flyet. Små raketpropeller, der er fastgjort på baldakinets forreste læbe, skubber gennemsigtigheden ud af udstødningsbanens vej, ifølge Martin Herker , en tidligere fysiklærer, der har skrevet om udkastningspladser og vedligeholder et websted, der beskriver udkastningssæder. (Klik her for at gå til Herkers websted.)
• At knække baldakinen - For at undgå muligheden for at et besætningsmedlem støder sammen med en baldakin under udkastning, nogle udgangssystemer er designet til at knuse baldakinen med et sprængstof. Dette gøres ved at installere en detonerende ledning eller en eksplosiv ladning omkring eller på tværs af baldakinen. Når det eksploderer, fragmenterne af baldakinen flyttes ud af besætningsmedlemmens sti ved slipstrømmen.
• Eksplosive luger - Fly uden baldakiner vil have en eksplosiv luge. Eksplosive bolte bruges til at blæse lugen under en udkastning.

Sædet, faldskærm og overlevelsespakke skubbes også ud af flyet sammen med besætningsmedlemmet. Mange sæder, som Goodrichs ACES II (Avanceret konceptudstødningssæde, Model II), have en raketmotor fastgjort under sædet. Efter at sædet og besætningsmedlemmet har ryddet cockpittet, denne raket vil løfte besætningsmedlemmet yderligere 100 til 200 fod (30,5 til 61 m), afhængigt af besætningsmedlemmets vægt. Denne ekstra fremdrift gør det muligt for besætningsmedlemmet at rydde halen på flyet. Fra januar 1998, der havde været 463 udstødninger verden over ved hjælp af ACES II -systemet, ifølge det amerikanske luftvåben. Mere end 90 procent af disse udkastninger var vellykkede. Der var 42 dødsfald.

Når man var ude af flyet, -en drogue pistol i sædet affyrer en metalsnegl, der trækker en lille faldskærm, kaldet a drogue faldskærm , ud af stolen. Dette sænker personens nedstigningshastighed og stabiliserer sædeets højde og bane. Efter en bestemt tid, en højdesensor får drogue faldskærmen til at trække hoved faldskærmen fra pilotens rendepakke. På dette tidspunkt, -en sæde-mand-separator motor brande og sædet falder væk fra besætningsmedlemmet. Personen falder derefter tilbage til Jorden som ved enhver faldskærmslanding.

Udstødningsmetoder

I ACES II udslyngningssæde produceret af Goodrich Corporation, der er tre mulige udstødningstilstande. Den, der bruges, bestemmes af flyets højde og lufthastighed på tidspunktet for udkastning. Disse to parametre måles ved hjælp af miljøsensor og genoprettelses sequencer i bagsiden af ​​udkastningssædet.

Miljøsensoren registrerer sædeets lufthastighed og højde og sender data til genoprettelses -sequencer. Når udstødningssekvensen begynder, sædet bevæger sig op ad styreskinnerne og udsætter pitotrør . Pitot rør, opkaldt efter fysiker Henri Pitot, er designet til at måle lufttrykforskelle for at bestemme luftens hastighed. Data om luftstrømmen sendes til sequencer, som derefter vælger blandt de tre udstødningsmetoder:

• Tilstand 1:lav højde, lav hastighed - Tilstand 1 er til udstødning ved hastigheder på mindre end 250 knob (288 mph / 463 kph) og højder på mindre end 15, 000 fod (4, 572 meter). Drogue -faldskærmen installeres ikke i tilstand 1.
• Tilstand 2:lav højde, høj hastighed - Mode 2 er til udstødning ved hastigheder på mere end 250 knob og højder på mindre end 15, 000 fod.
• Tilstand 3:stor højde, enhver hastighed - Tilstand 3 er valgt til enhver udstødning i en højde over 15, 000 fod.

Kilde:Goodrich Corporation

• 0 sekunder - Pilot trækker i snoren; baldakin er skubbet eller knust; katapult indleder, sender sæde op skinner.
• 0,15 sekunder - Sædet rydder udstødningsskinner med 15 m (50 fod) i sekundet og er fri for omgivende cockpit; raket katapult antænder; vernier motorbrande for at modvirke eventuelle pitchændringer; ja motorbrande, fremkalder let gab for at sikre adskillelse mellem mand og sæde. (Brændetid for alle motorer svarer til 0,10 sekunder.)
• 0,50 sekunder - Sædet er løftet til omkring 100 til 200 fod (30,5 til 61 m) fra udslyngningshøjde.
• 0,52 sekunder -Seat-man-separator motorbrande; patron affyrer for at frigøre besætningsmedlem og hans udstyr fra sædet; drogue pistol affyrer faldskærm.
• 2,5 til 4 sekunder - Hovedskærmen er fuldt udlagt.

Udkastningens fysik

At skubbe ud fra et fly er en voldsom begivenhedssekvens, der sætter menneskekroppen under en ekstrem mængde kraft. De primære faktorer, der er involveret i et flyudkast, er besætningsmedlemmets kraft og acceleration, ifølge Martin Herker , en tidligere fysiklærer. For at bestemme den kraft, der udøves på den person, der udsendes, vi skal se på Newtons anden bevægelseslov , der siger, at accelerationen af ​​et objekt afhænger af kraften, der virker på det, og objektets masse.

Newtons anden lov er repræsenteret som:

Kraft =masse x acceleration

(F =MA)

Med hensyn til et besætningsmedlem, der skubber ud fra et fly, M svarer til hans eller hendes kropsmasse plus massen af ​​sædet. EN er lig accelerationen skabt af katapulten og raketten under undersædet.

Acceleration måles i form af G, eller tyngdekraften. Udkastning fra et fly er i området 5-G til 20-G, afhængigt af typen af ​​udkastningssæde. Som nævnt i indledningen, 1 G er lig med kraften af ​​Jordens tyngdekraft og bestemmer, hvor meget vi vejer. En G acceleration er lig med 32 fod/sekund ² (9,8 m/s ² ). Det betyder, at hvis du taber noget fra en klippe, det vil falde med en hastighed på 32 fod/sekund ² .

Det er enkelt at bestemme masse af sædet og det udstyr, der er fastgjort til sædet. Pilotens masse er den største variabel. En person på 180 pund føler normalt 180 pund kraft, der påføres ham, når han står stille. I en 20-G effekt, den samme person på 180 pund vil føle 3, 600 pund kraft udøves. For at lære mere om magt, Klik her.

"For at bestemme hastigheden på [udstødning] sædet på et hvilket som helst tidspunkt, man løser Newton -ligningen ved at kende kraften og massen af ​​sæde/passagersystemet. De eneste andre faktorer, der er nødvendige, er tidspunktet for kraften, der skal påføres og den tilstedeværende initialhastighed (hvis nogen), "skriver Herker på sit websted, der beskriver fysikken til forståelse af ejektioner. Herker giver denne ligning til bestemmelse af sædehastigheden:

Hastighed =acceleration x tid + starthastighed

V (f) =AT + V (i)

Indledende hastighed refererer til enten flyets stigning eller synkehastighed. Det kan også bestemmes af det indledende trin i udstødningsprocessen i et sæde, der kombinerer en eksplosiv katapult og en underseat -raket. Sædehastigheden skal være høj nok til at muliggøre adskillelse af sæde og person fra flyet så hurtigt som muligt for at rydde hele flyet.

Brugen af ​​et udstødningssæde er altid en sidste udvej, når et fly er beskadiget, og piloten har mistet kontrollen. Imidlertid, at redde piloters liv er en højere prioritet end at redde fly, og nogle gange er en udstødning nødvendig for at redde et liv.

For mere information om udstødningssæder og tilhørende teknologi, se links på næste side.

Masser mere information

Relaterede HowStuffWorks -artikler

• Sådan fungerer sorte kasser
• Sådan fungerer det at blive en flyverpilot
• Sådan fungerer fly
• Hvordan fungerer en EPIRB nødradio?
• Hvor kraft, Strøm, Moment- og energiarbejde
• HowStuffWorks Aviation!

Flere gode links!

• Udstødningssæder
• Goodrich Corporation
• Martin-Baker Aircraft Company
• Historie om fremdrift af flyets flugtsystem
• U.S. Air Force Museum:Udkastning af sædeudvikling