Fotel wyrzucany - Polski Serwis Naukowy

Fotel wyrzucany (katapulta) — system ratunkowy stosowany głównie w samolotach wojskowych, przeznaczony do szybkiej ewakuacji załogi samolotu w przypadku utraty jego własności lotnych, poprzez wystrzelenie fotela członka załogi za pomocą zainstalowanego pod nim ładunku pirotechnicznego, najczęściej silnika rakietowego. Po wyrzuceniu fotela z kabiny, oddziela się on od lotnika, uwalniając spadochron ratowniczy.
Prowadzono próby również z wyrzucanymi kabinami i kapsułami ratowniczymi, umożliwiającymi ewakuację z samolotów lecących z bardzo dużymi prędkościami.

Heinkel He 280 – Niemiecki prototyp jednomiejscowego samolotu myśliwskiego o napędzie turboodrzutowym, projektowany od 1939 roku przez Heinkel Flugzeugwerke, prototyp zaprezentowano we wrześniu 1940. Jako pierwszy myśliwiec w historii odbył lot z silnikami odrzutowymi (2 kwietnia 1941), był też pierwszym w historii odrzutowcem dwusilnikowym. Początkowo samolot latał z silnikami Heinkel HeS 8A, które później zastąpiono silnikami Junkers Jumo 004A. Uzbrojenie składało się z trzech działek MG 151 kalibru 20 mm. Samolot nie spotkał się z zainteresowaniem Ministerstwa Lotnictwa Rzeszy i po zbudowaniu 8 prototypów prace nad He 280 przerwano w roku 1944. W owym czasie model był już zdystansowany pod względem technicznym przez inne konkurencyjne projekty niemieckich firm. Ciekawostką jest, że w tym samolocie po raz pierwszy w historii awiacji zastosowano katapultowanie się pilota (powodem było oblodzenie podczas lotu zimą 1942r).
Bariera dźwięku – potoczne, obrazowe określenie dotyczące zjawisk, które zachodzą w zakresie prędkości samolotu bliskich prędkości dźwięku. Przy prędkości dokładnie równej prędkości dźwięku nie dzieje się nic nadzwyczajnego, w szczególności nie powstaje grom dźwiękowy.

Historia

Oznaczenie obecności fotela wyrzucanego w kabinie.

Pierwszy fotel wyrzucany zwany również, choć błędnie, fotelem katapultowym został wynaleziony w Niemczech w 1938 roku i udoskonalony podczas II wojny światowej. Wcześniej jedynym sposobem ewakuacji z uszkodzonego samolotu, było wyskoczenie z otwartej kabiny, co w przypadku odniesienia przez pilota ran mogło być bardzo trudne lub niewykonalne, a ponadto zabierało cenny czas, podczas którego samolot spadał. Skok z kabiny mógł być niemożliwy także w przypadku zablokowania się owiewki kabiny, lub całkowitej utraty kontroli nad maszyną i wpadnięciu w korkociąg. Również prędkość samolotu przekraczająca 600km/h uniemożliwia wydostanie się z kabiny – zbyt silny jest wówczas napór powietrza (przykładowo dla prędkości 700 km/h na pilota działa siła 6 kN).

Pasami bezpieczeństwa w samochodzie lub samolocie nazywamy pasy z tkaniny lub tworzywa sztucznego, które po zapięciu częściowo chronią ludzi przed uszkodzeniami ciała w razie zderzenia lub gwałtownego hamowania samochodu, lub wpadnięcia samolotu w turbulencje. Ścisłe powiązanie pasażerów ze szkieletem kabiny samochodu tworzącym klatkę bezpieczeństwa za pomocą ciasno dopasowanych pasów bezpieczeństwa pozwala użytkownikom pojazdu wytracić prędkość podczas zderzenia wraz z samochodem. Dzięki temu mniejsze są działające na nich przyspieszenia (opóźnienia). Dorośli pasażerowie „związani” są z kabiną 3-punktowym, automatycznym pasem barkowo–biodrowym lub 2-punktowym pasem biodrowym. Kierowcy rajdowi używają 5- a nawet 6-punktowych pasów.
Wielka Brytania (), Zjednoczone Królestwo Wielkiej Brytanii i Irlandii Północnej (ang. United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland) – unitarne państwo wyspiarskie położone w Europie Zachodniej. W skład Wielkiej Brytanii wchodzą: Anglia, Walia i Szkocja położone na wyspie Wielka Brytania, Irlandia Północna leżąca w północnej części wyspy Irlandia. Guernsey, Jersey i Wyspa Man, posiadają odrębny status dependencji Korony brytyjskiej i nie wchodzą w skład Zjednoczonego Królestwa.

Pierwszych opracowań foteli wyrzucanych dokonano równolegle podczas II wojny światowej w niemieckiej firmie Heinkel i szwedzkiej SAAB. Pierwszą maszyną wyposażoną w to urządzenie był prototypowy myśliwiec odrzutowy Heinkel He 280 skonstruowany w 1941 roku, w którym fotel był wyrzucany z kabiny energią sprężonego powietrza. Jeden z pilotów testowych Heinkla, Helmut Schenk, był pierwszym człowiekiem zmuszonym 13 stycznia 1942 roku użyć fotela wyrzucanego ze względu na oblodzenie powierzchni sterowych samolotu i utratę nad nim kontroli. Heinkel He 280 nie został wdrożony do produkcji seryjnej, a pierwszym samolotem, w którym zastosowano fotel wyrzucany na większą skalę był nocny myśliwiec He 219 Uhu.

Silnik rakietowy – rodzaj silnika odrzutowego, czyli wykorzystującego zjawisko odrzutu substancji roboczej, który nie pobiera w trakcie pracy żadnej substancji z otoczenia. Substancją roboczą mogą być produkty spalania (gazy spalinowe) powstałe przy utlenianiu paliwa (chemiczny silnik rakietowy), przy czym zarówno paliwo rakietowe jak i utleniacz znajdują się w zbiornikach napędzanego urządzenia (tlen nie jest pobierany z atmosfery), dzięki czemu silnik może pracować w dowolnych warunkach, np. w przestrzeni kosmicznej i pod wodą. Mogą nią być też jony rozpędzane elektromagnetycznie (silnik jonowy), plazma, także rozpędzana elektromagnetycznie (silnik plazmowy) lub strumień fotonów gamma (hipotetyczny silnik fotonowy). Stosowany najczęściej w rakietach i promach kosmicznych oraz pociskach rakietowych.
Niemcy (Republika Federalna Niemiec, RFN; do traktatu pomiędzy RFN a Polską Rzecząpospolitą Ludową (1970) w Polsce stosowana była oficjalnie nazwa Niemiecka Republika Federalna, NRF; niem.: Deutschland lub Bundesrepublik Deutschland, BRD) – państwo federacyjne położone w Europie, będące członkiem Unii Europejskiej (UE), Unii Zachodnioeuropejskiej (UZE), G8, ONZ oraz NATO. Stolicą Niemiec jest Berlin (przed połączeniem z NRD – Bonn, obecnie noszące tytuł miasta federalnego). Językiem oficjalnym jest język niemiecki.

W Szwecji przetestowano pierwszy model fotela wyrzucanego napędzanego sprężonym powietrzem w 1941 roku. Pierwsze testy w powietrzu przeprowadzono 8 stycznia 1942 roku wystrzeliwując 80-kilogramowego manekina z lecącego z prędkością 280 km/h samolotu Junkers Ju 86. Osiągnięte przy wystrzale przyspieszenie o wartości 20g oceniono jako bezpieczne dla pilota. Wystrzelony manekin osiągnął bezpieczną wysokość 4 metrów nad kadłubem przelatując nad statecznikiem pionowym samolotu.

Gazy prochowe - produkty spalania ładunku miotającego (prochu czarnego lub bezdymnego) w lufie. W momencie powstawania temperatura gazów prochowych (powstałych z prochu bezdymnego) sięga 2500-3500 K, w chwili opuszczenia lufy przez pocisk jest już niższa i wynosi ok. 2000 K. Ciśnienie gazów prochowych zależy od żywości i charakterystyki prochu. Skład gazów prochowych zależy od rodzaju prochu. W przypadku prochów bezdymnych głównymi składnikiami są: tlenek węgla, wodór, azot, para wodna, a także niewielkie ilości tlenu, metanu, i amoniaku. Energia gazów prochowych jest wykorzystywana do nadania prędkości pociskowi (praca główna gazów prochowych). Część energii gazów prochowych jest zużywana do wykonania prac ubocznych (szkodliwych) (zjawisko odrzutu broni, nagrzewanie się broni).
Stany Zjednoczone, Stany Zjednoczone Ameryki (ang.: United States, United States of America, US, USA) – państwo w Ameryce Północnej graniczące z Kanadą od północy, Meksykiem od południa, Oceanem Spokojnym od zachodu, Oceanem Arktycznym od północnego zachodu, Oceanem Atlantyckim od wschodu.

Ze względu na dużą masę i stopień komplikacji systemu sprężonego powietrza, pod koniec 1942 firma SAAB w kooperacji z Boforsem podjęły prace zmierzające do opracowania fotela wystrzeliwanego energią gazów prochowych. Pierwszy model fotela o symbolu Saab Mk.I umożliwiał osiągnięcie przyspieszenia 15 g. Procedura wyrzucenia fotela zaczynała się od odstrzelenia owiewki kabiny i automatycznego odcięcia przewodów radiowych i tlenowych. Następnie następowało wyrzucenie fotela energią wybuchającego ładunku prochowego, a w chwilę później odcięcie pasów bezpieczeństwa (ówcześnie tylko biodrowych). Spadochron musiał być uruchomiony ręcznie przez pilota po uwolnieniu się z fotela.

II wojna światowa – największy konflikt zbrojny w historii świata, trwający od 1 września 1939 do 2 września 1945 (w Europie do 8 maja 1945), obejmujący zasięgiem działań wojennych prawie całą Europę, wschodnią i południowo-wschodnią Azję, północną Afrykę, część Bliskiego Wschodu i wszystkie oceany. Niektóre epizody wojny rozgrywały się nawet w Arktyce i Ameryce Północnej. Poza większością państw europejskich i ich koloniami, brały w niej udział państwa Ameryki Północnej i Ameryki Południowej oraz Azji. Głównymi stronami konfliktu były państwa osi i państwa koalicji antyhitlerowskiej (alianci).
Międzynarodowa Federacja Lotnicza (FAI - Fédération Aéronautique Internationale), międzynarodowa federacja zrzeszająca aerokluby narodowe, założona w 1905 roku.

Szwedzki fotel wyrzucany był opracowywany pod kątem zastosowania w maszynie Saab 21, ale zanim prototypowy egzemplarz wzbił się w powietrze 27 lutego 1944, przetestowano go na bombowcu Saab 17. Pierwszy produkcyjny Saab 21A był standardowo wyposażony w fotel wyrzucany. W 1940, na początku prac projektowych nad tą maszyną planowano zastosowanie fotela wyrzucanego uruchamianego po odstrzeleniu łopat śmigła pchającego i jednostki napędowej, aby zmniejszyć niebezpieczeństwo uderzenia pilota o śmigło. Ostatecznie zrezygnowano z tego rozwiązania. Napędzana silnikiem odrzutowym odmiana Saaba 21, wyprodukowany 28 marca 1948 Saab 21R, również posiadał fotel wyrzucany. Podczas całego okresu służby maszyn obu odmian przeprowadzono 25 katapultowań, z których 23 zakończyły się sukcesem.

Messerschmitt Me 262 Schwalbe – (niem. jaskółka), pierwszy użyty bojowo samolot myśliwski o napędzie odrzutowym. Produkowany masowo podczas II wojny światowej przez Niemcy wszedł do służby w 1944 roku jako samolot bombowy (A-2a) i rozpoznawczy (A-1a/U3 oraz A-4a), a także jako myśliwiec przechwytujący (A-1a) i nocny (B-1a/U1). Przez pilotów niemieckich został nazwany Sturmvögel (niem. burzyk), a wśród aliantów zachodnich znany jako Turbo. Ze względu na późne wprowadzenie tego samolotu do uzbrojenia, jego wpływ na działania wojenne był nieznaczny. Messerschmitty Me 262 uzyskały jedynie 900 zestrzeleń przy stratach własnych 100 maszyn.
Szwecja, Królestwo Szwecji (Sverige, Konungariket Sverige) – państwo w Europie Północnej, zaliczane do państw skandynawskich. Szwecja jest członkiem Unii Europejskiej od 1995 roku. Graniczy z Norwegią, Finlandią i Danią.

Również w 1944 roku Niemcy opracowali nowy typ fotela katapultowego, wyrzucanego ładunkiem prochowym, który został zastosowany najpierw w myśliwcu He 162 Volksjäger, a do końca wojny także w Do 335 Pfeil, Me 262 Schwalbe i Me 163 Komet.

Po zakończeniu wojny zaczęto masowo wprowadzać fotele katapultowe do coraz szybszych maszyn wojskowych, ponieważ wraz ze wzrostem prędkości i w niedalekiej przyszłości przekroczeniu bariery dźwięku, ewakuacja z uszkodzonych maszyn bez wspomagania systemem katapultowym stawała się niemożliwa. W Stanach Zjednoczonych prowadzono doświadczenia z napędzanym sprężynami systemem ewakuacji wyrzucającym fotel do dołu przez podłogę maszyny, ale to rozwiązania brytyjskiej firmy Martin-Baker wyznaczyły kierunek rozwoju foteli katapultowych.

Samolot – statek powietrzny cięższy od powietrza (aerodyna), utrzymujący się w powietrzu dzięki wytwarzanej sile nośnej za pomocą nieruchomych, w danych warunkach względem statku, skrzydeł. Ciąg potrzebny do utrzymania prędkości wytwarzany jest przez jeden lub więcej silników.
Dornier Do 335 Pfeil (pol. Strzała) – niemiecki samolot wielozadaniowy (ciężki myśliwiec, myśliwiec nocny, szybki bombowiec i samolot rozpoznawczy) z okresu II wojny światowej zbudowany w koncernie Dornier.

Pierwsze testowe wystrzelenie człowieka z użyciem fotela firmy Martin-Baker miało miejsce 24 lipca 1946 roku, podczas opuszczania samolotu Gloster Meteor. Od końca lat 40. instalowano fotele wyrzucane Martin-Baker we wszystkich prototypowych i seryjnych samolotach wojskowych. Pierwsza ewakuacja za pomocą tego urządzenia miała miejsce podczas testów prototypowego samolotu typu latające skrzydło Armstrong Whitworth A.W.52.

Lockheed SR-71 Blackbird – samolot dalekiego zwiadu strategicznego. Zaprojektowany na przełomie lat 50. i 60. XX wieku na zamówienie CIA, eksploatowany przez CIA, NASA oraz USAF. Dwusilnikowy odrzutowy średniopłat w układzie delta, osiągający prędkość Mach 3 oraz pułap 24-28 km, dzięki temu był nieosiągalny dla ówczesnych systemów obronnych. SR-71 był samolotem nieuzbrojonym, dwumiejscowym, w drugiej kabinie za pilotem znajdował się operator RSO, czyli operator elektronicznej aparatury zwiadowczej. Jej zasięg pozwalał na głęboką penetrację terenu przeciwnika bez konieczności przekraczania granic i naruszania obszaru powietrznego wroga.
Samolot bombowy (bombowiec) – rodzaj samolotu wojskowego, którego podstawowym przeznaczeniem jest niszczenie obiektów naziemnych lub jednostek pływających nieprzyjaciela za pomocą bomb, ewentualnie pocisków rakietowych.

Test fotela wyrzucanego z użyciem manekina.

We wczesnych konstrukcjach foteli wyrzucanych stosowano stały materiał wybuchowy eksplodujący w teleskopowej rurze przytwierdzonej do fotela pilota. Efektem było wystrzelenie pilota, podobnie jak pocisku karabinowego poprzez gwałtowny i krótkotrwały wzrost ciśnienia w rurze. Wraz ze wzrostem prędkości samolotów taka metoda wyrzucania fotela stała się niewystarczająca do ewakuacji pilota poza zasięg kadłuba i elementów usterzenia maszyny w odpowiednio krótkim czasie. Właściwym rozwiązaniem stało się zastosowanie silników rakietowych, które napędzały fotel przez dłuższy czas niż nabój prochowy. Pierwszym typem samolotu, w którym w 1958 roku zastosowano napędzany rakietowo fotel wyrzucany, był Convair F-102 Delta Dagger. Firma Martin-Baker opracowała własne rozwiązanie składające się z kilku rakiet ze wspólną dyszą. Wprowadzenie foteli rakietowych pozwoliło na bezpieczne katapultowanie się pilota z bardzo niskiej wysokości nad ziemią.

MiG-23 (ros. МиГ-23 oznaczenie NATO: Flogger – knut) – radziecki samolot, zaprojektowany jako myśliwiec, lecz później powstały także wersje przeznaczone do innych celów. Przez pilotów nazywany niekiedy żartobliwie "pterodaktyl". Używany był w ZSRR. Wersja MiG-23MF znalazła się na wyposażeniu armii krajów Układu Warszawskiego oraz Algierii, Iraku, Kuby i Libii. Wersję MiG-23BN używały Algieria, Czechosłowacja, Egipt, Etiopia, Indie, Irak, Kuba, Liban oraz Syria i Wietnam. Polskie maszyny wycofano ze służby ze względu na ich małą liczebność.
F-16 Fighting Falcon (ang. Walczący Sokół, pol. Jastrząb) – samolot wielozadaniowy zbudowany przez amerykańską wytwórnię General Dynamics. Od 1993 produkowany przez Lockheed Corporation, obecnie Lockheed Martin. Od drugiej połowy lat 70. do około 2007 wyprodukowano 4459 egzemplarzy.

Na początku lat 60. rozpoczęto projektowanie rakietowych foteli katapultowych przeznaczonych do ewakuacji przy prędkościach naddźwiękowych, między innymi z ówcześnie projektowanej maszyny Convair F-106 Delta Dart. Do dnia dzisiejszego odnotowano sześciu pilotów zmuszonych do ewakuowania się przy prędkości 1300 km/h za pomocą foteli Martin-Baker, a największa znana wysokość katapultowania z samolotu English Electric Canberra dokonanego w 1958 roku wynosi 17400 metrów. Istnieją niepotwierdzone informacje o katapultowaniu się pilota samolotu SR-71 Blackbird przy prędkości 3 Ma na wysokości ponad 24300 metrów. Pomimo możliwości katapultowania się pilota w tak ekstremalnych warunkach, większość ewakuacji z użyciem foteli wystrzeliwanych ma miejsce przy małych prędkościach i na niskich wysokościach. Zanotowano też udane przypadki katapultowania się z tonącego samolotu, kilka metrów pod powierzchnią wody.

Armstrong Whitworth A.W.52 – brytyjski samolot doświadczalny, zbudowany w układzie konstrukcyjnym latającego skrzydła w latach 40. ubiegłego wieku. Pierwotnie przeznaczony do roli szybkiego bombowca. Wybudowano dwa egzemplarze prototypowe. Był to również samolot, na którym po raz pierwszy w historii, brytyjski pilot w prawdziwej sytuacji użył wyrzucanego fotela w celu ratowania życia.
English Electric Canberra – brytyjski odrzutowy bombowiec, oblatany 13 maja 1949, wprowadzony do służby w maju 1951 (łączna światowa produkcja wyniosła 1352 egzemplarzy). Ostatnie brytyjskie egzemplarze (służące jako samoloty rozpoznawcze) zostały wycofane z RAF w 2006. Siły powietrzne Indii używały typ do 2007. Kilka egzemplarzy służy jeszcze dziś w siłach powietrznych Peru. Stany Zjednoczone wyprodukowały na licencji 406 egzemplarzy pod oznaczeniem Martin B-57 Canberra – dwa z nich do dziś służą w NASA jako samoloty rozpoznania meteorologicznego (kilka byłych brytyjskich egzemplarzy odgrywa podobną rolę).

Obecnie stosowane są fotele klasy 0-0, to znaczy umożliwiające bezpieczne katapultowanie nawet na wysokości 0 m i przy prędkości 0 km/h (z samolotu stojącego na lotnisku). Za jedne z najlepszych uważane są radzieckie i rosyjskie fotele serii K-36, stosowane na myśliwcach MiG-29 i Su-27, ratujące życie pilotom podczas kilku głośnych wypadków na pokazach lotniczych. Dzięki zastosowanym w nich stabilizatorom lotu fotela, w jednym wypadku w 1989 uratował się pilot MiG-a 29, Anatolij Kwoczur, który katapultował się kilkadziesiąt metrów nad ziemią z samolotu spadającego prawie pionowo, a sam fotel został wystrzelony w kierunku ziemi.

Program Wostok (ros. Восто́к - "Wschód") - pierwszy radziecki program załogowych lotów kosmicznych, którego największym osiągnięciem było umieszczenie po raz pierwszy człowieka na orbicie okołoziemskiej. Do realizacji programu wykorzystano specjalnie skonstruowany statek kosmiczny Wostok oraz zaadaptowaną z istniejącego ICBM rakietę Wostok.
Convair F-102 Delta Dagger jest jednomiejscowym myśliwcem służącym do przechwytywania, który może przeprowadzać operacje w każdych warunkach atmosferycznych. Po zakończeniu II wojny światowej znacznie pogorszyły się stosunki między Stanami Zjednoczonymi a ZSRR. Na nowo zorganizowane US Air Force zaczęło szukać myśliwca do przechwytywania radzieckich bombowców zanim dotrą one na teren USA. Nie znaleziono konkretnego rozwiązania.

czytaj dalej: [2], [3]

w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)