1995年6 月2日，美国空军上校Scott O'Grady正在波斯尼亚北部上方的禁飞区执行任务。他驾驶的F-16战斗机突然被一枚波斯尼亚-塞尔维亚的地对空导弹（SAM）击中。眼看着飞机即将在他的周围解体，O'Grady赶紧将头埋入膝部，抓住弹射座椅的拉柄。在座舱罩分离引发的一声巨响之后，O'Grady连同他的座椅一同被弹射到了空中。很快，降落伞打开了，与90%被迫从飞机中弹出的飞行员一样，O'Grady在弹出飞机之后幸免于难。在接下来的6天里，他一面逃避追捕，一面靠昆虫为生，最终获救。
 美国空军供图 从飞机中弹射出来的情况并不多见，但飞行员有时 必须通过拉动弹射手柄才能挽救自己的生命。 |
从飞机中弹出时的速度高于音速（1马赫，即1,207公里/小时）时，飞行员的情况会非常危险。这时弹出的作用力可以达到20G以上——1G相当于一个地球重力常数。当作用力为20G时，飞行员承受的作用力是其体重的20倍。这样大的作用力可能会使飞行员受到严重伤害甚至导致死亡。
大多数军用飞机、美国国家航空航天局（NASA）研究用飞机和一些小型民用飞机均配有弹射座椅，使飞行员可以从损坏或者出现故障的飞机中逃脱。在本文中，您将了解使弹射座椅能够发挥作用的部件、座椅如何将飞行员弹出飞机以及弹射所涉及到的物理知识。许多类型的飞机上都配有弹射座椅，这样，一旦飞机在战斗或者测试中发生故障，飞行员就可以弹出机舱逃生，这一点很重要。在任何飞机上，弹射座椅都是最复杂的设备之一。有些弹射座椅甚至由数千个零部件组成。弹射座椅的用途很简单：将飞行员从飞机中直接弹出，拉开一段安全距离后，打开降落伞，让飞行员安全着陆。
 美国国防部供图 机组人员正从F-15C“鹰”战斗机上拆下一个弹射座椅 |
若要了解弹射座椅的工作原理，您首先必须熟悉弹射系统的基本部件。所有动作都要在瞬间以特定的顺序正确执行，这样才能保住飞行员的性命。哪怕只有一个关键设备发生故障，其结果也将是致命的。
弹射座椅位于座舱中，通常通过座椅边缘的一组滚轴连接到导轨上。在弹射过程中，这些导轨以预定的上升角引导座椅弹出飞机。同所有座椅类似，弹射座椅的基本结构包括椅盆、靠背和头靠。其他部分都是围绕这三个主要部件来制作的。下面是弹射座椅的主要设备：
- 飞机弹射器
- 火箭发动机
- 固定装置
- 降落伞
在弹射时，飞机弹射器点火，使座椅高过导轨，接着火箭发动机点火，将座椅推向高空，之后降落伞打开，让飞行员安全着陆。在有些模型中，火箭发动机和飞机弹射器安装在一个装置中。在弹射和正常工作期间，这些座椅还可作为机组人员的安全防护系统。
弹射座椅只是一个名为“辅助离机系统”的较大系统的一部分。“离机”意味着“出去”或者“出口”。整个离机系统的另一个部分是飞机的座舱罩，必须在弹射座椅从飞机上发射之前就丢弃。不过，并非所有的飞机都有座舱罩。没有座舱罩的飞机的安全舱口建在飞机天花板的下面。这些舱口刚好在弹射座椅弹射之前打开，从而为机组人员提供一个逃生出口。
 美国国防部供图 飞行员准备拉下面罩，这将启动弹射座椅， 使其脱离弹射座椅训练设备的轨道。 |
座椅可以通过多种方式启动。有些座椅在侧部或中部装有拉柄。其他座椅则是在机组人员拉下面罩来盖住并保护面部时启动。在下一部分中，您将了解座椅启动后发生的情况。
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当机组人员坐在弹射座椅上向上抬起拉柄或者向下猛拉面罩时，会引发一连串的事件：座舱罩被推离飞机，而机组人员被安全弹出。从拉动弹射手柄的那一刻算起，飞行员从飞机中弹出的过程不超过4秒钟的时间。具体取决于座椅型号和机组人员的体重。
 古德里奇公司供图 此ACESII弹射座椅有一个居中拉柄，用于启动弹射。 |
在座椅上拉动弹射手柄会启动弹射枪中的爆破筒，将弹射座椅发射到空中。当座椅从导轨上升起时，腿部限位系统将启动，它的作用是保护机组人员的腿部在弹射期间不会被绊住或者被碎片伤害。根据古德里奇公司（一家为美国军方和NASA生产弹射座椅的厂商）提供的资料，座椅下的火箭发动机会提供一个将机组人员升到安全高度的作用力，并且此作用力不会超出人的正常生理极限。
座舱罩必须在弹射系统启动之前丢掉，这样机组人员才能从座舱中逃脱。至少有三种方式可以移走座舱罩或飞机的天花板，使机组人员得以逃脱：
- 升起座舱罩——引爆装满炸药的螺栓，将座舱罩与飞机分离开来。根据Martin Herker（曾是一位物理学讲师，撰写过关于弹射座椅的文章，现在负责维护一个描述弹射座椅的网站）的说法，与座舱罩的前部边缘相连的小火箭推进器会将这个透明物推离弹射路径。
- 粉碎座舱罩——为避免弹射期间机组人员与座舱罩发生碰撞，有些离机系统会设计成通过爆炸的方式来粉碎座舱罩。这是通过安装导爆索或者在座舱罩的周围或内外安装炸药来完成的。炸药爆炸后，滑流会将座舱罩的碎片从机组人员要经过的路线中清除掉。
- 可爆破的舱口盖——没有座舱罩的飞机会配置一个可爆破的舱口盖。爆炸螺栓用于在弹射期间打开舱口盖。
座椅、降落伞和救生包也会随同机组人员一起从飞机上弹出。很多座椅，如古德里奇的ACESII（高级概念弹射座椅，II型），将火箭发动机固定在座椅的下方。在座椅和机组人员脱离座舱之后，此火箭还可以将机组人员向上送出30.5到61米，具体取决于机组人员的重量。这个动作所增加的推进力可以让机组人员脱离飞机的尾部。根据美国空军提供的资料，到1998年1月为止，世界各地已有463个弹射装置采用了ACESII系统，成功率达到了90% 以上，死亡事故有42起。
 NASA供图 测试过程中在马丁·贝克（Martin-Baker）弹射座椅上 方打开的降落伞。顶部的小型降落伞被称为“漏斗形减速伞”。 |
一旦弹出了飞机，座椅中的减速枪会发射金属子弹，从椅子顶部拉出一个名为“漏斗形减速伞”的小型降落伞。它用来减缓飞行员的下降速度并稳定座椅的高度和轨迹。在指定时间之后，高度传感器使漏斗形减速伞从飞行员的降落伞包中拉出主降落伞。此时，人椅分离器发动机点火，使座椅与机组人员脱离。之后，随着降落伞着陆，人员回到地面。
弹射模式
由古德里奇公司生产的ACESII弹射座椅可采用三种弹射模式。选择哪一种是由弹射时的飞机高度和空速决定的。这两个参数均由弹射座椅后面的环境传感器和回收序列器测得。
环境传感器能感知空速和座椅高度，并将数据发送给回收序列器。当弹射程序开始时，座椅将上行至导轨并露出皮托管。“皮托管”这个名字源于物理学家亨利·皮托（Henri Pitot）的名字，它用来测量空气压力差，以确定空气速率。有关气流的数据被发送至序列器，然后从三种弹射模式中选择一种：
- 模式1：低空、低速——用于弹射速度低于463公里/小时且高度低于4,572 米的场合。模式1中不配备漏斗形减速伞。
- 模式2：低空、高速——用于弹射速度超过463公里/小时而高度低于4,572 米的场合。
- 模式3：高空、任何速度——用于所有高度超过4,572米的弹射情况。
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从飞机中弹射出去意味着一系列急剧事件的发生，这将使人体承受极大的作用力。根据Martin Herker（曾是一位物理学讲师）的说法，飞机弹射过程中所涉及的主要因素包括机组人员所承受的力和加速度。若要确定施加于被弹射者身上的作用力，我们需要看一下牛顿第二运动定律。该定律指出，物体的加速度取决于施加于物体上的作用力和物体本身的质量。
 NASA供图 NASA的弹射座椅试验点火，以分析座椅 执行零高度、零速率弹射的能力。 |
（F=MA）
就从飞机上弹射出来的机组人员而言，M等于机组人员质量加上座椅质量。A等于飞机弹射器和座椅下的火箭发动机所产生的加速度。
加速度用G或重力来衡量。从飞机中弹射出来时的加速度在5G到20G之间，具体取决于弹射座椅的类型。正如引言中所提到的，1G等于地球引力常数，它决定着我们的重量。1G的加速度等于9.8米/秒2，这意味着如果您从悬崖边扔下某件东西，它会以9.8米/秒2的加速度下落。
座椅及附着在座椅上的设备的质量很容易确定。飞行员的质量是一个最大的变量。当静止站立时，一个体重为82公斤的人通常感到施加在自己身上的力也是 82公斤。而在加速度为20 G 的情况下，这位体重为82公斤的人将感到自己承受的力为1,633公斤。若要了解更多有关力的信息，请单击此处。
“若要确定弹射座椅在任何时间点的速度，解牛顿方程时应该先知道施加的作用力和座椅/乘客系统的质量。还需要知道的其他因素是施加作用力的时间以及初速度（如果有的话）。”Herker在他的网站上描述理解弹射的物理学原理时这样写道。Herker 提供了下面这个方程式来确定座椅的速度：
V（f）=AT+V（i）
初速度是指飞机的爬升或下降速度。此外，它还可能由座椅（组合爆炸弹射器和座椅下的火箭发动机）弹射过程的开始步骤来决定。座椅运行的速度必须高到足以让座椅和人尽快地脱离飞机，以便离开整个机身。
在飞机受损和飞行员失去对飞机的控制时，弹射座椅始终作为最后的逃生手段。但是拯救飞行员的性命要比拯救飞机来得重要，有时需要通过弹射座椅来拯救生命。
博文
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