science >> Wetenschap >  >> anders

Hoe schietstoelen werken

Uit een vliegtuig werpen is zeldzaam, maar piloten moeten soms hun toevlucht nemen tot het trekken aan de uitwerphendel om hun leven te redden. Foto met dank aan de Amerikaanse luchtmacht

Kapitein van de Amerikaanse luchtmacht Scott O'Grady hielp op 2 juni bij het afdwingen van het vliegverbod boven Noord-Bosnië, 1995, wanneer een Bosnisch-Servische Luchtdoelraket (SAM) raakte zijn F-16. Met het vliegtuig om hem heen uiteenvallend, O'Grady reikte tussen zijn knieën en greep de trekhendel van zijn schietstoel. Na een luide knal veroorzaakt door het scheiden van de overkapping, O'Grady werd samen met zijn stoel de lucht ingeschoten. Snel na, zijn parachute ingezet en, zoals 90 procent van de piloten die gedwongen worden uit hun vliegtuig te springen, O'Grady overleefde het uitwerpen van zijn F-16. Na zes dagen van het ontwijken van het vangen en het eten van insecten om te overleven, O'Grady werd gered.

Uitwerpen uit een vliegtuig dat beweegt met snelheden groter dan de snelheid van geluid (mach 1:750 mijl per uur / 1, 207 km/u) kan erg gevaarlijk zijn. De kracht van het uitwerpen bij die snelheden kan oplopen tot meer dan 20 Gs - één G is de zwaartekracht van de aarde. Bij 20 Gs, een piloot ervaart een kracht gelijk aan 20 keer zijn of haar lichaamsgewicht, die ernstig letsel en zelfs de dood kunnen veroorzaken.

De meeste militaire vliegtuigen, NASA-onderzoeksvliegtuigen en sommige kleine commerciële vliegtuigen zijn uitgerust met schietstoelen om piloten te laten ontsnappen uit beschadigde of defecte vliegtuigen. In deze editie van Hoe dingen werken , je leert over de onderdelen die een schietstoel laten werken, hoe de stoel een piloot uit een vliegtuig tilt en over de fysica die betrokken is bij het uitwerpen.

Inhoud
  1. Ga zitten
  2. reddingsoperatie
  3. Fysica van het uitwerpen

Ga zitten

Een schietstoel wordt verwijderd uit een F-15C Eagle Foto met dank aan het Amerikaanse ministerie van Defensie

Het is voor veel soorten vliegtuigen belangrijk om een ​​schietstoel te hebben voor het geval het vliegtuig tijdens de strijd of tijdens het testen wordt beschadigd en de piloot moet springen om zijn of haar leven te redden. Schietstoelen zijn een van de meest complexe uitrustingen in elk vliegtuig, en sommige bestaan ​​uit duizenden onderdelen. Het doel van de schietstoel is eenvoudig:om de piloot recht uit het vliegtuig te tillen naar een veilige afstand, zet vervolgens een parachute in om de piloot veilig op de grond te laten landen.

Om te begrijpen hoe een schietstoel werkt, u moet eerst bekend zijn met de basiscomponenten van elk uitwerpsysteem. Alles moet in een fractie van een seconde en in een bepaalde volgorde goed presteren om het leven van een piloot te redden. Als slechts één onderdeel van de kritieke apparatuur defect raakt, het kan dodelijk zijn.

Schietstoelen worden in de cockpit geplaatst en worden meestal vastgemaakt aan: rails via een set rollers aan de randen van de zitting. Tijdens een uitworp, deze rails geleiden de stoel onder een vooraf bepaalde stijghoek uit het vliegtuig. Zoals elke stoel, de basisanatomie van de schietstoel bestaat uit de emmer, rug en hoofdsteun. Al het andere is opgebouwd rond deze hoofdcomponenten. Hier zijn de belangrijkste apparaten van een schietstoel:

  • Katapult
  • Raket
  • beperkingen
  • Parachute

In het geval van een uitworp, de katapult schiet de stoel op de rails, de raket vuurt om de stoel hoger te stuwen en de parachute gaat open om een ​​veilige landing mogelijk te maken. Bij sommige modellen is de raket en katapult worden gecombineerd in één apparaat. Deze stoelen dienen ook als bevestigingssystemen voor de bemanningsleden, zowel tijdens het uitwerpen als tijdens normaal gebruik.

Schietstoelen zijn slechts een onderdeel van een groter systeem genaamd de geassisteerd uitstapsysteem . "Egress" betekent "een uitweg" of "uitgang". Een ander onderdeel van het algehele uitgangssysteem is het vliegtuig overkapping , die moet worden afgeworpen voordat de schietstoel uit het vliegtuig wordt gelanceerd. Niet alle vliegtuigen hebben luifels. Degenen die dat niet doen, hebben vluchtluiken ingebouwd in het dak van het vliegtuig. Deze luiken blazen net voordat de schietstoel wordt geactiveerd, bemanningsleden een ontsnappingsportaal geven.

Een piloot bereidt zich voor om het gezichtsgordijn naar beneden te trekken dat de schietstoel op de baan van de schietstoeltrainer zal lanceren. Foto met dank aan het Amerikaanse ministerie van Defensie

Stoelen worden op verschillende manieren geactiveerd. Sommigen hebben trekgrepen aan de zijkanten of in het midden van de stoel. Anderen worden geactiveerd wanneer een bemanningslid aan een trekt gezichtsgordijn naar beneden om zijn of haar gezicht te bedekken en te beschermen. In de volgende sectie, u zult ontdekken wat er gebeurt zodra de stoel is geactiveerd.

Voorwaarden voor schietstoel

Bron:De uitwerpsite

  • Emmer - Dit is het onderste deel van de schietstoel waar de overlevingsuitrusting in zit.
  • Overkapping - Dit is de doorzichtige kap die de cockpit van sommige vliegtuigen omhult; het wordt vaak gezien op militaire straaljagers.
  • Katapult - De meeste ejecties worden hiermee gestart ballistische patroon .
  • Drogue parachute - Deze kleine parachute wordt ingezet voorafgaand aan de hoofdparachute; het is ontworpen om de schietstoel te vertragen na het verlaten van het vliegtuig. Een loodsparachute in een ACES II schietstoel heeft een diameter van 1,5 m. Anderen kunnen een diameter hebben van minder dan 2 voet (0,6 m).
  • Uitgangssysteem - Dit betreft het gehele uitwerpsysteem, inclusief stoeluitwerping, luifel afwerpen en noodhulpmiddelen.
  • Omgevingssensor - Dit is een elektronisch apparaat dat de luchtsnelheid en hoogte van de stoel volgt.
  • Gezichtsgordijn - Bevestigd aan de bovenkant van sommige stoelen, piloten trekken dit gordijn naar beneden om zijn of haar gezicht te bedekken tegen puin. Dit gordijn houdt ook het hoofd van de piloot stil tijdens het uitwerpen.
  • Herstel-sequencer - Dit is het elektronische apparaat dat de volgorde van gebeurtenissen tijdens het uitwerpen regelt.
  • Raket katapult - Dit is een combinatie van een ballistische katapult en een raketeenheid onder de stoel.
  • Raket onder het zadel - Sommige stoelen hebben een raket eronder bevestigd om extra lift te bieden nadat de katapult het bemanningslid uit de cockpit tilt.
  • nonius raket - Bevestigd aan een gyroscoop, deze raket is gemonteerd op de onderkant van de stoel en regelt de toonhoogte van de stoel.
  • Nul-nul uitwerpen - Dit is een uitworp op de grond wanneer het vliegtuig zich op nul hoogte en nul luchtsnelheid bevindt.
Lees verder

reddingsoperatie

Deze ACES II schietstoel heeft een middelste trekhendel die wordt gebruikt om de uitwerpvolgorde te activeren. Foto met dank aan Goodrich Corporation

Wanneer een bemanningslid de trekhendel optilt of het gezichtsgordijn op de schietstoel naar beneden trekt, het zet een reeks gebeurtenissen in gang die de overkapping van het vliegtuig wegdrijft en het bemanningslid veilig naar buiten duwt. Uit een vliegtuig werpen duurt niet meer dan vier seconden vanaf het moment dat aan de uitwerphendel wordt getrokken. De exacte tijdsduur is afhankelijk van het stoelmodel en het lichaamsgewicht van het bemanningslid.

Door aan de uitwerphendel van een stoel te trekken, wordt een explosieve patroon in het katapultgeweer, het lanceren van de schietstoel in de lucht. Terwijl de stoel omhoog rijdt geleiderails , een beensteunsysteem wordt geactiveerd. Deze beensteunen zijn ontworpen om te voorkomen dat de benen van het bemanningslid bekneld raken of beschadigd raken door puin tijdens het uitwerpen. Een raketmotor onder de stoel levert de kracht die het bemanningslid naar een veilige hoogte tilt, en deze kracht ligt niet buiten de normale menselijke fysiologische beperkingen, volgens documenten van Goodrich Corporation , een fabrikant van schietstoelen die worden gebruikt door het Amerikaanse leger en NASA.

Voordat het uitwerpsysteem wordt gestart, de luifel moet worden afgeworpen om het bemanningslid uit de cockpit te laten ontsnappen. Er zijn ten minste drie manieren waarop de kap of het plafond van het vliegtuig kan worden opgeblazen om het bemanningslid te laten ontsnappen:

  • De luifel optillen - Bouten die met een explosieve lading zijn gevuld, worden tot ontploffing gebracht, het losmaken van de kap van het vliegtuig. Kleine raketstuwraketten die op de voorste lip van de kap zijn bevestigd, duwen de transparantie uit de weg van het uitwerppad, volgens Martin Herker , een voormalig natuurkundeleraar die heeft geschreven over schietstoelen en een website onderhoudt waarin schietstoelen worden beschreven. (Klik hier om naar de site van Herker te gaan.)
  • De luifel verbrijzelen - Om te voorkomen dat een bemanningslid tijdens het uitwerpen tegen een luifel botst, sommige uitgangssystemen zijn ontworpen om de kap te verbrijzelen met een explosief. Dit wordt gedaan door een detonatiekoord of een explosieve lading rond of over de overkapping te installeren. Als het ontploft, de fragmenten van de overkapping worden door de slipstream uit het pad van het bemanningslid gehaald.
  • Explosieve luiken - Vliegtuigen zonder luifels hebben een explosief luik. Explosieve bouten worden gebruikt om het luik tijdens het uitwerpen op te blazen.

De stoel, parachute en overlevingspakket worden ook samen met het bemanningslid uit het vliegtuig geworpen. Veel stoelen, zoals die van Goodrich ACES II (Advanced Concept schietstoel, Model II), hebben een raketmotor bevestigd onder de stoel. Nadat de stoel en het bemanningslid de cockpit hebben verlaten, deze raket zal het bemanningslid nog eens 100 tot 200 voet (30,5 tot 61 m) optillen, afhankelijk van het gewicht van het bemanningslid. Door deze extra voortstuwing kan het bemanningslid de staart van het vliegtuig vrijmaken. Met ingang van januari 1998, er waren wereldwijd 463 uitwerpselen met behulp van het ACES II-systeem, volgens de Amerikaanse luchtmacht. Meer dan 90 procent van die uitwerpselen was succesvol. Er vielen 42 doden.

De parachutes die openen op een Martin-Baker schietstoel tijdens een test. De kleine parachute bovenaan wordt de drogue-parachute genoemd. Foto met dank aan NASA

Eenmaal uit het vliegtuig, een loodgeschut in de stoel vuurt een metalen kogel af die een kleine parachute trekt, genaamd a drogue parachute , uit de bovenkant van de stoel. Dit vertraagt ​​de daalsnelheid van de persoon en stabiliseert de hoogte en het traject van de stoel. Na een bepaalde tijd, een hoogtesensor zorgt ervoor dat de loodsparachute de hoofdparachute uit het parachutepakket van de piloot trekt. Op dit punt, een seat-man-separator motor vuurt en de stoel valt weg van het bemanningslid. De persoon valt dan terug naar de aarde zoals bij elke parachutelanding.

Wijzen van uitwerpen

In de ACES II schietstoel geproduceerd door Goodrich Corporation, er zijn drie mogelijke uitwerpmodi. De gebruikte wordt bepaald door de hoogte en luchtsnelheid van het vliegtuig op het moment van uitwerpen. Deze twee parameters worden gemeten door de omgevingssensor en herstel sequencer achter in de schietstoel.

De omgevingssensor detecteert de luchtsnelheid en hoogte van de stoel en stuurt gegevens naar de herstelsequencer. Wanneer de uitwerpreeks begint, de stoel beweegt omhoog langs de geleiderails en legt bloot pitot buizen . pitot buizen, genoemd naar natuurkundige Henri Pitot, zijn ontworpen om luchtdrukverschillen te meten om de snelheid van de lucht te bepalen. Gegevens over de luchtstroom worden naar de sequencer gestuurd, die vervolgens kiest uit de drie manieren van uitwerpen:

  • Modus 1:lage hoogte, lage snelheid - Modus 1 is voor uitwerpen bij snelheden van minder dan 250 knopen (288 mph / 463 km/u) en hoogten van minder dan 15, 000 voet (4, 572 meter). De drogue-parachute wordt niet ingezet in modus 1.
  • Modus 2:lage hoogte, hoge snelheid - Modus 2 is voor uitwerpen met snelheden van meer dan 250 knopen en hoogten van minder dan 15, 000 voet.
  • Modus 3:grote hoogte, elke snelheid - Mode 3 is geselecteerd voor elke uitworp op een hoogte groter dan 15, 000 voet.
Een uitwerping timen

Bron:Goodrich Corporation

  • 0 seconden - Piloot trekt aan koord; luifel wordt overboord gegooid of verbrijzeld; katapult initieert, stoel op rails sturen.
  • 0,15 seconden - De stoel gaat met 15 m per seconde over de uitwerprails en is vrij van de omringende cockpit; raket katapult ontsteekt; noniusmotor vuurt om eventuele toonhoogteveranderingen tegen te gaan; gier motor branden, het induceren van een lichte gier om de scheiding tussen man en stoel te verzekeren. (Brandtijd van alle motoren is gelijk aan 0,10 seconden.)
  • 0,50 seconden - De stoel is opgetild tot ongeveer 100 tot 200 voet (30,5 tot 61 m) vanaf de uitwerphoogte.
  • 0,52 seconden - Seat-man-separator motor branden; patroonvuren om het bemanningslid en zijn uitrusting van de stoel te bevrijden; loodskanon vuurt parachute af.
  • 2,5 tot 4 seconden - Hoofdparachute is volledig ontplooid.
Lees verder

Fysica van het uitwerpen

Een schietstoel wordt getest bij NASA om het vermogen van de stoel te analyseren om op nul hoogte te presteren, nulsnelheid uitwerpen. Foto met dank aan NASA

Uit een vliegtuig werpen is een gewelddadige opeenvolging van gebeurtenissen die het menselijk lichaam onder een extreme hoeveelheid kracht plaatst. De belangrijkste factoren die betrokken zijn bij het uitwerpen van een vliegtuig zijn de kracht en versnelling van het bemanningslid, volgens Martin Herker , een voormalig natuurkundeleraar. Om de kracht te bepalen die wordt uitgeoefend op de persoon die wordt uitgeworpen, we moeten kijken naar De tweede bewegingswet van Newton , die stelt dat de versnelling van een object afhangt van de kracht die erop inwerkt en de massa van het object.

De tweede wet van Newton wordt weergegeven als:

Kracht =massa x versnelling

(V=MA)

Wat betreft een bemanningslid dat uit een vliegtuig springt, m gelijk is aan zijn of haar lichaamsmassa plus de massa van de stoel. EEN is gelijk aan de versnelling die wordt gecreëerd door de katapult en de raket onder de stoel.

Versnelling wordt gemeten in termen van G, of zwaartekrachten. Uitwerpen uit een vliegtuig ligt in het bereik van 5G tot 20G, afhankelijk van het type schietstoel. Zoals vermeld in de inleiding, 1 G is gelijk aan de zwaartekracht van de aarde en bepaalt hoeveel we wegen. Eén G versnelling is gelijk aan 32 voet/seconde 2 (9,8 m/s 2 ). Dit betekent dat als je iets van een klif laat vallen, het zal vallen met een snelheid van 32 voet / seconde 2 .

Het is eenvoudig om de te bepalen massa- van de stoel en de uitrusting die aan de stoel is bevestigd. De massa van de piloot is de grootste variabele. Een persoon van 180 pond voelt normaal gesproken 180 pond kracht die op hem wordt uitgeoefend wanneer hij stilstaat. Bij een 20-G-impact, diezelfde persoon van 180 pond zal 3 voelen, 600 pond kracht wordt uitgeoefend. Voor meer informatie over kracht, Klik hier.

"Om op elk moment de snelheid van de [schietstoel] te bepalen, men lost de Newton-vergelijking op door de uitgeoefende kracht en de massa van het stoel/bezittende systeem te kennen. De enige andere factoren die nodig zijn, zijn de tijd van de uit te oefenen kracht en de aanwezige initiële snelheid (indien aanwezig), " schrijft Herker op zijn website en beschrijft de fysica voor het begrijpen van uitwerpselen. Herker geeft deze vergelijking voor het bepalen van de snelheid van de stoel:

Snelheid =versnelling x tijd + beginsnelheid

V(f) =AT + V(i)

Beginsnelheid verwijst naar ofwel de klim of de zinksnelheid van het vliegtuig. Het kan ook worden bepaald door de eerste stap van het uitwerpproces in een stoel die een explosieve katapult en een raket onder de stoel combineert. De stoelsnelheid moet hoog genoeg zijn om de stoel en de persoon zo snel mogelijk van het vliegtuig te kunnen scheiden om het hele vliegtuig vrij te maken.

Het gebruik van een schietstoel is altijd een laatste redmiddel wanneer een vliegtuig beschadigd is en de piloot de controle heeft verloren. Echter, het redden van de levens van piloten heeft een hogere prioriteit dan het redden van vliegtuigen, en soms is een uitwerping nodig om een ​​leven te redden.

Voor meer informatie over schietstoelen en aanverwante technologie, zie de links op de volgende pagina.

Veel meer informatie

Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen

  • Hoe zwarte dozen werken
  • Hoe werkt het om piloot te worden
  • Hoe vliegtuigen werken
  • Hoe werkt een EPIRB-noodradio?
  • Hoe Kracht, Stroom, Koppel en energiewerk
  • HowStuffWorks Luchtvaart!

Meer geweldige links!

  • Schietstoelen
  • Goodrich Corporation
  • Martin-Baker Aircraft Company
  • Geschiedenis van de voortstuwing van het ontsnappingssysteem van vliegtuigen
  • US Air Force Museum:ontwikkeling schietstoel

Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Vereiste chemische reacties om homeostase te handhaven
  2. Hoe het Alien Hand Syndroom werkt
  3. Angiogenese versus vasculogenese
  4. Delen van een dierencel voor kinderen
  5. Welke moleculen kunnen zonder hulp door het plasmamembraan gaan?
  6. Wie ontdekte de nucleaire envelop?
  7. Hoe te metaboliseren glucose om ATP te maken

    Energie opgeslagen in de chemische bindingen van de koolhydraat-, vet- en eiwitmoleculen in levensmiddelen. Het proces van spijsvertering breekt koolhydraatmoleculen af ​​in glucosemoleculen. Glucose die

  8. De locatie van Cilia en Flagella
  9. Wat is de volgorde van de opeenvolging van gebeurtenissen bij de bevruchting van een ei?

Wetenschap