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研制飞行服难在哪里?飞行服如何发展而来?来看解读

来源:中国军网-解放军报2022-10-28 10:43

  飞行服的“蝶变”之路

  ■齐呈荣 周志霞 王文辉

  前不久,在一部反映我国新一代空军试飞员成功试飞新型战斗机的电影发布预告片中,试飞员们英姿勃发亮相荧幕,给观众留下深刻印象。其中,极富现代设计美感的一体式飞行服吸引军迷关注。

  飞行服是飞行员飞行训练、作战和遇险救生的重要防护装备,包括头盔、面罩、抗荷服和救生衣等。当飞行员跳伞求生时,飞行服起到防火、防水、防刺等功能;飞机在快速机动时,飞行服还可以提高飞行员的抗荷能力,是名副其实的“生命甲胄”。

  一套看似设计简单的飞行服,目前世界上只有少数国家可以独立研制。以印度采购法国“阵风”战机为例,受制于技术原因,印方不得不在合同中追加购买配套飞行服。那么,研制飞行服难在哪里?飞行服又是如何发展而来的?本文为您一一解读。

  茧蛹般的“外壳”悄然“蜕变”

  1934年10月一天上午,英国伦敦第四届国际飞行大赛,飞行员威莱·柏斯特身着一套“充气衣服”登场,浑圆造型像一个茧蛹,吸睛无数。这一天,专业飞行服首次面世。

  起初,飞行服的研发以防震和御寒功能为主,类似于今天的羽绒服。但随着战斗机性能快速提升,在其做大过载飞行动作时,飞行员有时会因头部血压过低,出现黑视甚至意识丧失等情况。这一情况倒逼着各国科研人员将研究方向投向不起眼的飞行服。

  苦苦探索中,科学家弗兰克在研究长颈鹿习性时灵光乍现,依照长颈鹿通过皮肤收缩调控血压这一原理,在飞行服裤腿里增加气囊装置,帮助飞行员收紧腹部和腿部肌肉,有效缓解飞行员因头部血压过低引起的不良反应,并将其命名为抗荷服。

  穿上抗荷服,飞行员的过载承受能力从最初的4个G提升到8个G。二战期间,各种飞行特技动作频频上演,空战格局也随之改变。

  二战后,世界各军事强国开展抗荷服的研制升级工作,飞行员茧蛹般的“外壳”,在科技的力量下悄然“蜕变”——

  美国科学家在飞行服腹部和左右裤腿里加装了5个连通气囊,制造出囊式抗荷服;苏联科学家另辟蹊径,推出管式抗荷服,在服装表面安装的充气管路“拉紧”下肢,向飞行员身体均匀施压。

  一段时间,两种抗荷服收获行业内不少好评。可没过多久,新的科研难题接踵而至。

  20世纪60年代,第二代高空战斗机横空出世,飞行高度突破至10000米,此时大气压和含氧量会下降70%。如果座舱破损,飞行员暴露在高空环境中,人体体液中的氮气会快速离析,在血管中形成气栓,引发胸痛甚至休克症状。因此,飞行服急需再度“进化”。

  这一次,科研人员从压力潜水服找到创新灵感,研制出可以隔绝外界环境的飞行服——代偿服。代偿服通常设计为连体结构,紧急情况下可以将飞行员与外界隔绝,并根据机型分为部分加压服和全压服,以满足不同高度的飞行要求。

  然而,“笨拙”的代偿服会紧紧包裹身体,导致飞行员在加压环境中难以灵活操纵战机,且长时间穿戴会使身体产生严重的热负荷。随着低空大速度、高机动性为主的第三代战斗机成为空战主流,飞行服急需再次升级。

  20世纪90年代,针对第三代战斗机的任务需求,科研人员巧妙地将前几代飞行服拆分组合,将代偿与抗荷功能相融合,推出“加压供氧面罩+代偿背心+抗荷裤”的复合防护套装,蝶翼般的多功能背心、紧身的飞行裤受到飞行员的青睐,并成为现代战斗机飞行装具的主流设计。

  随着四代机、五代机诞生,矢量推进技术对飞行员身体素质提出更大考验,也助推了飞行服的迭代升级。为了让飞行员驾驶操纵更加轻松自如,飞行服更加注重适体性和个性化设计。目前,部分国家空军飞行员配备了一体式飞行服,外形美观合身且功能多样,成为飞行员挑战飞行极限的“好帮手”。

  既重视“面子”更注重“里子”

  今年,国外某军工企业展示了新研制的飞行员防护套装。演示视频上,该飞行服可以在狭窄空间内抵御长达2分钟的烧灼,还可以根据作战环境增加不同模块。

  近年来,一体式飞行服风靡全球,飞行服样式更加简洁美观,各国科研人员不仅在面子上下功夫,还在里子方面精雕细琢。以美国CWU27/P飞行服为例:由芳纶阻燃织物制造,每平方米质量仅为200克,美国海军F/A-18战斗机飞行员直言:“就像穿着睡衣工作一样。”除了穿着舒适外,该飞行服还具备防水、防火等功能。

  “贴身衣物”,看起来不起眼,每一次迭代更新、技术升级都需要集聚科研人员的智慧,其主要技术支撑点可归纳为以下四点:

  一是提升飞行服耐热性。高空环境复杂多变,一旦发生座舱失火,飞行员需要有充足反应时间。如何让飞行服变得“烈火不侵”,科研人员发现了一个“妙方”——阻燃织物。20世纪70年代,科研人员通过原料阻燃和后整理阻燃两种方式相结合,增强飞行服耐热性。数年后,荷兰一家公司推出了具有高结晶度特性的耐高温织物,无需添加任何其他阻燃物,就能达到近300℃的熔点,在添加玻纤、阻燃剂等其他材料后,耐热性得到进一步提升。

  二是加快抗荷反应速度。以米格-35战斗机为例,从拉杆到产生最大过载仅需1秒,这意味着飞行服响应速度必须足够快。为此,科研人员提出“预充压”理念——战机加速飞行时会给飞行服进行预充压,快速提升抗过载能力。此外,科研人员还探索出新式充液抗荷服,充液抗荷服响应过程完全是物理过程,可以解决传统充气式抗荷服反应滞后的问题。

  三是解决高空供氧问题。飞行员执行多种空战任务,需要不同的供氧模式。国外科研人员研制出增强抗荷装备效能的综合先进技术系统,战斗机加速飞行时,该系统会持续增加呼吸正压,增强飞行员呼吸舒适度。

  四是增强多维环境适应性。战斗机在遭遇特情时,飞行员会面临紧急跳伞、海上救生等情况。为此,科研人员为飞行服加装了充气救生衣,平时如带状般穿戴在肩背上,丝毫不影响飞行员的活动。飞行员一旦落水后,充气救生衣会快速自动开启,提升海上生存能力。

  飞行头盔融入战斗机“神经网络”

  作为一套“从头到脚”打造的战斗装具,头盔是飞行服装备重要的组成部分。那么,打造一款新型飞行头盔需要花费多少钱?

  以F-35战斗机为例:每名飞行员的头盔都是专属定制,造价高达40万美元。该头盔除保护作用外,还有夜视、图像显示等功能,整体重量不到1千克。

  飞行头盔作为人机功效发展最前沿的装备之一,从早期的单一保护功能,发展至能够提供大量数据的智能化头盔,融合了多种先进技术,堪称飞行员的“智慧大脑”。

  国外一些专门制造飞行头盔的公司,梳理出以下三步生产流程:

  第一步是整体塑形。飞行头盔的首要功能是为飞行员提供头部保护,早期的钢制头盔虽然能满足强度要求,但重量太大,对飞行员颈椎造成压迫。为提升飞行头盔坚固性和轻便性,20世纪60年代,一款名为“凯夫拉”的新型合成材料问世,该材料强度为同等质量钢铁的5倍,但密度仅为钢铁的五分之一。由“凯夫拉”材料制造的头盔,可以有效减轻大过载飞行条件下对飞行员颈部的伤害,成为世界各国空军的首选。

  第二步是内置通信。通信是飞行头盔必不可少的功能。为了更好实现隔音降噪效果,科研人员改变耳机固定方式,由以往固定在头盔壳体内,转变为可随耳罩活动的内置通信耳机,极大提升了飞行员对战场的感知能力和协同能力。此外,近些年兴起的3D打印技术也被引入头盔内壳制造,可以为飞行员量身定制头盔、提升通信设备适体性。

  第三步是增设护目镜。为了防止阳光长时间照射使飞行员产生眩晕症状,科研人员在飞行头盔上加装可在不同环境进行调节的护目镜。近年来,随着屏显技术快速发展,头盔护目镜增加了数据显示功能,可以显示战机飞行高度、速度、姿态、机载武器等方面信息,飞行员根据反馈信息实现快速反应,达到“人机合一”的效果。

  此外,第四代飞行头盔新增图像显示技术,飞行员通过头盔面罩,可以获取机体外部360°全方位信息。头部转动时,显示屏会计算出目标识别角度并自动跟踪与锁定。此前,英国提出的“暴风”六代机项目中,飞行头盔成为战斗机研发的重要内容。科研人员取消了战斗机显示系统,引入虚拟现实增强技术,让飞行头盔融入战斗机的“神经网络”,飞行员操纵战斗机更加轻松自如。

[ 责编:丁玉冰 ]
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