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Cómo funcionan los asientos eyectables

Cómo funcionan los asientos eyectables
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Se quita un asiento eyectable de un F-15C Eagle

Foto cortesía del Departamento de Defensa de los Estados Unidos.

Es importante que muchos tipos de aeronaves tengan un asiento eyectable, en caso de que la aeronave se dañe en combate o durante las pruebas y el piloto tenga que flotar para salvar su vida. Los asientos eyectables son uno de los equipos más complejos de cualquier avión y algunos están compuestos por miles de piezas. El propósito del asiento eyectable es simple: levantar al piloto directamente desde la aeronave a una distancia segura y luego lanzar un paracaídas para permitir que el piloto aterrice de manera segura en el suelo.

Para comprender cómo funciona un asiento de eyección, primero debe familiarizarse con los componentes básicos de cualquier sistema de eyección. Todo tiene que funcionar correctamente en una fracción de segundo y con precisión para salvar la vida del conductor. Si falla una sola pieza de equipo crítico, puede ser fatal.

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Los asientos eyectables se colocan en la cabina y generalmente se fijan en caminos a través de una serie de rodillos en los bordes del asiento. Durante la expulsión, estas guías guían el asiento fuera del avión en un ángulo de ascenso predeterminado. Como cualquier asiento, la anatomía básica del asiento eyectable consiste en el cubo, el respaldo y el reposacabezas. Todo lo demás se basa en estos componentes principales. Estas son las características principales de un asiento eyectable:

  • Catapulta
  • Cohete
  • Restricciones
  • Paracaídas

Si se expulsa, la catapulta tira del asiento hacia las vías, el cohete dispara para empujar el asiento más alto y el paracaídas se abre para permitir un aterrizaje seguro. En algunos modelos, el cohete y la catapulta se combinan en un solo dispositivo. Estos asientos también sirven como sistemas de sujeción para los miembros de la tripulación, tanto durante la expulsión como durante el funcionamiento normal.

Los asientos eyectables son solo parte de un sistema más grande llamado sistema de salida asistida. “Salida” significa “una salida” o “salida”. Otra parte del sistema de producción general es el marquesina, que debe soltarse antes de que el asiento eyectable sea arrojado fuera de la aeronave. No todos los aviones tienen ala. Que no tienen escotillas de escape incrustado en el techo del avión. Estas escotillas explotan justo antes de que se active el asiento eyectable, lo que ofrece a los miembros de la tripulación una escotilla de escape.

Un piloto se prepara para bajar la cortina facial que lanzará el asiento de eyección en el camino del entrenador del asiento de eyección.
Un piloto se prepara para bajar la cortina facial que lanzará el asiento de eyección en el camino del entrenador del asiento de eyección.

Foto cortesía del Departamento de Defensa de los Estados Unidos.

Los asientos se activan por diferentes métodos. Algunos tienen tirar de las manijas a los lados o en el centro del asiento. Otros se activan cuando un miembro de la tripulación dispara un archivo. cortina de cara para cubrir y proteger tu rostro. En la siguiente sección, descubrirás qué sucede después de que se activa el asedio.

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Proveer

Este asiento eyectable ACES II tiene una palanca de tiro central que se usa para activar la secuencia de eyección.
Este asiento eyectable ACES II tiene una palanca de tiro central que se usa para activar la secuencia de eyección.

Foto cortesía de Goodrich Corporation

Cuando un miembro de la tripulación levanta el tirador o baja la cortina del asiento de expulsión, se desencadena una cadena de eventos que empuja el toldo lejos de la aeronave y empuja al miembro de la tripulación de forma segura. La expulsión de un avión no requiere más de cuatro segundos desde el momento en que se tira de la palanca de expulsión. La duración exacta depende del modelo del asiento y del peso corporal del miembro de la tripulación.

Al tirar de la palanca de expulsión de un asiento se activa un cartucho explosivo en la catapulta, lanzando el asiento eyectable al aire. A medida que aumenta el asedio carriles guía, se activa un sistema de sujeción de piernas. Estos soportes para las piernas están diseñados para proteger las piernas del miembro de la tripulación de quedar atrapadas o lesionadas por escombros durante la expulsión. UNO motor de cohete debajo del asiento proporciona la fuerza que eleva al tripulante a una altura segura, y esa fuerza no está fuera de los límites fisiológicos humanos normales, según los registros de Goodrich Corporation, fabricante de asientos eyectables utilizados por el ejército de EE. UU. y la NASA.

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Antes de lanzar el sistema de expulsión, se debe soltar la capota para permitir que la tripulación pueda escapar de la cabina. Hay al menos tres formas en las que la capota o el techo de la aeronave pueden ser expulsados ​​para permitir que la tripulación escape:

  • Levantar el techo Los pernos llenos de una carga explosiva explotan, destacando la cobertura del avión. Pequeños propulsores de cohetes unidos al borde frontal del dosel empujan la transparencia fuera de la ruta de expulsión, de acuerdo con Martín Herker, un ex profesor de física que escribió sobre asientos eyectables y dirige un sitio web que describe los asientos eyectables. (Haga clic aquí para ir al sitio web de Herker).
  • Romper el dosel – Para evitar la posibilidad de que un miembro de la tripulación choque con una vela durante la expulsión, algunos sistemas de escape están diseñados para romper la vela con un explosivo. Esto se hace instalando un detonador de plomo o una carga explosiva alrededor o a través del dosel. Cuando explota, los fragmentos de la vela son empujados fuera del camino de la tripulación por la estela.
  • Escotillas explosivo – Los aviones sin techo tendrán una trampilla explosiva. Los dardos explosivos se utilizan para hacer estallar la escotilla durante una expulsión.

El asiento, el paracaídas y la mochila de supervivencia también son expulsados ​​del avión junto con la tripulación. Muchos lugares, como el de Goodrich ACES II (Asiento eyectable de concepto avanzado, Modelo II), tiene un motor cohete conectado debajo del asiento. Tan pronto como el asiento y el miembro de la tripulación abandonen la cabina, este cohete elevará al miembro de la tripulación de 30,5 a 61 m (100 a 200 pies), dependiendo del peso de la tripulación. Esta propulsión adicional permite al miembro de la tripulación salir de la cola del avión. En enero de 1998, hubo 463 desalojos en todo el mundo utilizando el sistema ACES II, según la Fuerza Aérea de los Estados Unidos. Más del 90% de estos desalojos tuvieron éxito. Hubo 42 muertes.

Paracaídas que se abren en un asiento Martin-Baker de expulsión durante una prueba.  El pequeño paracaídas superior se llama paracaídas antidrogas.
Paracaídas que se abren en un asiento Martin-Baker de expulsión durante una prueba. El pequeño paracaídas superior se llama paracaídas antidrogas.

Foto cortesía de NASA.

Una vez fuera del avión, un pistola de drogas en el asiento dispara una bala de metal que dispara un pequeño paracaídas, llamado paracaídas de drogas, sobre la silla. Esto disminuye la velocidad de descenso de la persona y estabiliza la altitud y la trayectoria del asiento. Después de un cierto período de tiempo, sensor de altitud hace que el paracaídas tire del paracaídas principal del paracaídas del piloto. En este punto, un hombre asiento separador motor incendios y el asiento se separa del miembro de la tripulación. La persona luego vuelve a caer a la Tierra como en cualquier aterrizaje en paracaídas.

Método de expulsión

Adentro ACES II asiento eyectable fabricado por Goodrich Corporation, hay tres modos de eyección posibles. El utilizado está determinado por la altitud y la velocidad de la aeronave en el momento de la expulsión. Estos dos parámetros se miden mediante sensor ambiental Es secuenciador de recuperación en la parte posterior del asiento eyectable.

El sensor ambiental detecta la velocidad y la altitud del asiento y envía los datos al secuenciador de recuperación. Cuando comienza la secuencia de expulsión, el asiento se eleva sobre los rieles de guía y queda expuesto Tubos de pitot. Los tubos de Pitot, que llevan el nombre del físico Henri Pitot, están diseñados para medir las diferencias en la presión del aire para determinar la velocidad del aire. Los datos del flujo de aire se envían al secuenciador, que luego selecciona entre tres modos de expulsión:

  • Modo 1: baja altitud, baja velocidad El modo 1 está diseñado para la expulsión a velocidades inferiores a 250 nudos (288 mph / 463 km / h) y en altitudes inferiores a 15.000 pies (4.572 metros). El paracaídas no se activa en el modo 1.
  • Modo 2: baja altitud, alta velocidad – El modo 2 está diseñado para eyecciones a velocidades superiores a 250 nudos y en altitudes por debajo de los 15.000 pies.
  • Modo 3: gran altitud, velocidad máxima – El modo 3 se selecciona para cualquier expulsión a una altitud superior a los 15.000 pies.

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Física de expulsión

Un asiento eyectable se prueba en la NASA para analizar la capacidad del asiento para eyectarse a altitud cero y velocidad cero.
Un asiento eyectable se prueba en la NASA para analizar la capacidad del asiento para eyectarse a altitud cero y velocidad cero.

Foto cortesía de NASA.

La expulsión de un avión es una secuencia de hechos violentos que someten al cuerpo humano a una fuerza extrema. Los principales factores que intervienen en la expulsión de una aeronave son la fuerza y ​​la aceleración de la tripulación, según Martín Herker, ex profesor de física. Para determinar la fuerza ejercida sobre la persona expulsada, debemos mirar Segunda ley del movimiento de Newton, que establece que la aceleración de un objeto depende de la fuerza que actúa sobre él y de la masa del objeto.

La segunda ley de Newton está representada por:

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Fuerza = masa x aceleración

(F = MA)

En cuanto a la expulsión de un miembro de la tripulación de una aeronave, METRO. es igual a la masa corporal más la masa del asiento. UNO es igual a la aceleración creada por la catapulta y el cohete debajo del asiento.

Aceleración se mide en términos de G, o fuerzas de gravedad. La eyección de un avión está entre 5-G y 20-G, dependiendo del tipo de asiento eyectable. Como se mencionó en la introducción, 1 G es igual a la fuerza de la gravedad de la tierra y determina cuánto pesamos. Un G de aceleración es igual a 32 pies / segundodos (9,8 m / sdos) Esto significa que si deja caer algo por un acantilado, caerá a una velocidad de 32 pies / segundo.dos.

Es fácil determinar el archivo. Pasta el asiento y el equipo conectado al asiento. La masa del piloto es la variable más importante. Una persona de 180 libras normalmente siente que se le aplican 180 libras de fuerza cuando está quieta. Con un impacto de 20 G, esa misma persona de 180 libras sentirá una fuerza de 3600 libras. Para obtener más información sobre la fuerza, haga clic aquí.

“Para determinar la velocidad del [ejection] asiento en cualquier momento, la ecuación de Newton se resuelve conociendo la fuerza aplicada y la masa del sistema asiento / ocupante. Los únicos otros factores necesarios son el tiempo de fuerza para aplicar y la velocidad de la tubería presente (si la hay) “, escribe Herker en su sitio web, describiendo la física para comprender las eyecciones. Herker proporciona esta ecuación para determinar la velocidad del asedio:

Velocidad = aceleración x tiempo + velocidad inicial

V (f) = AT + V (i)

Velocidad inicial se refiere al motivo por el cual la aeronave asciende o desciende. También se puede determinar por la etapa inicial del proceso de expulsión en un asiento que combina una catapulta explosiva y un cohete debajo del asiento. La velocidad del asiento debe ser lo suficientemente alta para permitir que el asiento y la persona se separen del avión lo más rápido posible para limpiar todo el avión.

Usar un asiento eyectable es siempre el último recurso cuando una aeronave se daña y el piloto pierde el control. Sin embargo, salvar la vida de los pilotos es una prioridad más alta que rescatar aviones, y a veces es necesaria una expulsión para salvar una vida.

Para obtener más información sobre los asientos eyectables y la tecnología relacionada, consulte los enlaces en la página siguiente.

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Expulsar un avión es raro, pero los pilotos a veces necesitan usar la palanca de expulsión para salvar sus vidas.
Expulsar un avión es raro, pero los pilotos a veces necesitan usar la palanca de expulsión para salvar sus vidas.

Foto cortesía de Fuerza Aérea de EE. UU.

Capitán de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos Scott O’Grady estaba ayudando a fortalecer la zona de exclusión aérea en el norte de Bosnia el 2 de junio de 1995, cuando un misil tierra-aire (SAM) alcanzó su F-16. El avión se desintegró a su alrededor, O’Grady se inclinó entre las rodillas y agarró el asa de su asiento eyectable. Después de un fuerte estruendo de la separación del dosel, O’Grady fue lanzado al aire con su asiento. Poco después, se lanzó su paracaídas y, como el 90% de los pilotos obligados a ser expulsados ​​de su avión, O’Grady sobrevivió a la expulsión de su F-16. Después de seis días de escapar de la captura y consumir insectos para sobrevivir, O’Grady fue rescatado.

Expulsión de una aeronave que viaja a velocidades superiores velocidad del sonido (Mach 1: 1207 km / h / 750 mph) puede ser muy peligroso. La fuerza de eyección a estas velocidades puede exceder los 20 G – G es la fuerza de gravedad en la Tierra. A 20 G, un piloto experimenta una fuerza equivalente a 20 veces su peso corporal, lo que puede causar lesiones graves e incluso la muerte.

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La mayoría de los aviones militares, aviones de investigación de la NASA y algunos aviones comerciales pequeños están equipados con asientos eyectables para permitir que los pilotos escapen de los aviones dañados o defectuosos. En esta edición de Como funcionan las cosas, aprenderá las partes que hacen que un asiento de eyección funcione, cómo el asiento saca a un piloto de un avión y la física involucrada en la eyección.