PEC (Luftfahrt)

Schleudersitz KM-1, der in der MiG-21, MiG-23 und MiG-25 verwendet wurde (Technik Museum Speyer)

Ausstieg kurz vor dem Aufschlag aus F-16 am 14. September 2003; Mountain Home Air Force Base, Idaho.

Ein Schleudersitz ist ein System zur Rettung der Besatzung eines Flugzeuges oder Hubschraubers im Falle eines drohenden Absturzes oder einer unvermeidbaren Kollision. Der Schleudersitz katapultiert sich dabei mitsamt Insassen aus dem Flugzeug in eine sichere Entfernung, danach landet der Insasse an einem Rettungsfallschirm. Schleudersitze finden hauptsächlich in militärischen Flugzeugtypen mit wenig Besatzung (typisch 1 bis 2) Anwendung.

Die Entwicklung von Schleudersitzen wurde im Bereich der Militärluftfahrt durch die immer schneller werdenden Kampfflugzeuge angetrieben. Die Besatzungsmitglieder der propellerangetriebenen Flugzeuge konnten sich noch aus eigener Kraft mit ihrem Rettungsfallschirm aus dem Flugzeug befreien und abspringen. Mit zunehmender Fluggeschwindigkeit wurde dies durch den starken Geschwindigkeitsunterschied zur umströmenden Luft immer schwieriger. Es bestand auch die Gefahr, durch den Fahrtwind gegen das Flugzeug, vor allem gegen das Leitwerk, geschleudert zu werden.

Der Hauptgrund für die Einführung des Schleudersitzes in der deutschen Luftwaffe gegen Ende des Zweiten Weltkrieges war schlicht der akute Mangel an erfahrenen Piloten, ganz besonders in der Nachtjagd. Fehlendes Material konnte, wenn auch mit Mühe, ersetzt werden, aber erfahrene Kampfpiloten konnten nicht mehr in ausreichender Zahl ausgebildet und gegen die übermächtigen Bomberpulks eingesetzt werden. Somit wurde eine so aufwendige technische Weiterentwicklung als notwendig eingestuft.

Heutige Systeme funktionieren auch dann, wenn das Flugzeug sich noch auf dem Boden befindet (sog. 0/0-Sitze; Höhe = 0 / Geschwindigkeit = 0; auch zero/zero geschrieben), aber auch in sehr großen Höhen und bei hohen Fluggeschwindigkeiten. Ein Schleudersitz besteht aus dem Sitz, einer Sprengeinrichtung, evtl. einem Stabilisierungssystem, Rundkappen-Rettungsfallschirm, einer Notsauerstoff-Flasche für größere Höhe und einer Überlebensausrüstung (Schlauchboot, Funkgerät, Verpflegung etc.).

Die meisten Schleudersitze katapultieren sich nach oben aus dem Luftfahrzeug, allerdings gibt es auch Systeme, die sich nach unten herausschießen, so zum Beispiel zwei der fünf Sitze bei der B-52 Stratofortress.

Ablauf eines Schleudersitz-Ausstiegs

Kommt die Besatzung in eine lebensbedrohliche Lage, dann passiert Folgendes: (Der gesamte Vorgang vom Auslösen des Systems bis zur Öffnung des Fallschirms dauert nur etwa 2–3 Sekunden)

Hauptabzugsgriff mit Splitterschutz

Sprengschnur im Kabinendach

Die Raketenpackung hat gezündet, der „Feuerstuhl“ wird weiter hoch geschossen, während gleichzeitig der Hilfsfallschirm herausgeschossen wird.

1. Der Pilot aktiviert den Mechanismus durch Ziehen an einem der Abzuggriffe (1. Überkopf, 2. zwischen oder neben den Beinen) und nimmt dadurch die Arme vom Steuerknüppel und/oder dem Leistungshebel weg.
2. Moderne Systeme ziehen Arme und Beine (Beinrückholgurte) automatisch an den Sitz, damit sie nicht verletzt werden.
3. Eine Sprengladung trennt bei Hubschraubern die Rotorblätter von der Achse, die weggeschleudert keine Gefahr mehr für den Piloten darstellen.
4. Eine Sprengladung entfernt das Dach oder die Scheibe über der Pilotenkanzel. Bei manchen Luftfahrzeugen sind Sprengschnüre, die in eine Silikonhülle gelegt sind, mit dieser auf dem Kunststoffglas des Kabinendaches aufgeklebt. Bei alten Flugzeugtypen musste entweder das Kabinendach vorher manuell abgeworfen werden, oder der Sitz war an der Oberseite mit einem „Dorn“ etwas verlängert und verstärkt um das Glas zu durchbrechen. Bei solchen Flugzeugtypen waren daher die Abzuggriffe am Kopfstück des Schleudersitzes an eine Splitterschutzkapuze angearbeitet, die der Pilot beim Auslösen über das nur von der Sauerstoffmaske geschützte Gesicht zog.
5. Der Sitz wird oft durch eine „Schleudersitzkanone“ (ein Teleskoprohr mit eingebauten pyrotechnischen Munitionselementen) aus dem Flugzeug hochgeschossen.
6. Nachdem die Schleudersitzkanone auf eine genau definierte Höhe ausgefahren ist, wird eine Raketenpackung unter dem Sitz gezündet und katapultiert die Besatzung weiter nach oben heraus. Dabei erfolgt der Ausschuss bei mehrsitzigen Flugzeugen gestaffelt von hinten nach vorne. Um einen Zusammenstoß in der Luft zu vermeiden, wird ein Sitz bewusst nach links, der andere nach rechts katapultiert.
7. Einige Schleudersitze besitzen ein Stabilisierungssystem, das einen Ausstieg bei minimaler Höhe oder ungünstiger Flugzeuglage ermöglicht. Dieses System bringt den Sitz mit Steuerdüsen in eine bessere Position. Auf diese Weise ist in jeder Situation ein sicheres „Aussteigen“ gewährleistet.
8. Eine barometrische Auslösung (< 5000 m) regelt den weiteren Ablauf. Mit einer kleinen Rakete (die Droguegun) wird der Hilfs- oder Steuerschirm herausgeschossen, welcher einen größeren Hilfsschirm oder (je nach Type unterschiedlich) den Haupt-Rettungsschirm aus der Sitzpackung zieht. Dieser öffnet sich automatisch und synchron. Ein Beschleunigungsschalter verhindert das Öffnen des Fallschirms bei Geschwindigkeiten über 400 km/h ^[1], welches das Zerreißen des Schirmes verhindern soll.
9. Gleichzeitig mit dem Auslösen des Schleudersitzes wird die Notsauerstoffversorgung am Sitz über den „PEC“ aktiviert und die Verbindungs- und Kommunikationsleitungen vom Flugzeug getrennt. Des Weiteren wird ein voll-automatischer Notfunksender auf 243 MHz aktiviert, um gezielte Rettungsaktionen auch dann zu ermöglichen, wenn der Pilot bewusstlos ist. Der Sender kann auch zum Wechselsprechen mit der Bergemannschaft benutzt werden.
10. Der Sitz trennt sich nach definierter Zeit oder unterhalb einer vordefinierten Höhe vom Piloten und fällt ungebremst auf die Erde. Die Überlebensausrüstung und das Schlauchboot befinden sich in einem Notausstattungsbehälter; dieser ist über eine Packhüllenleine mit dem Besatzungsmitglied verbunden.
11. Landung des Piloten.

PEC (personal equipment connector)

In Grün (rechts) das PEC, in Blau die Beinrückholgurte an einem MK. GT5

Mit PEC wird eine dreiteilige Abreißkupplung am Schleudersitz für die schnelle und gleichzeitige Trennung aller Verbindungen des Piloten zum Flugzeug im Falle eines Notausstiegs bezeichnet.

Wenn in einem Notfall ein Ausstieg des Piloten mit dem Schleudersitz notwendig ist, müssen die zur Versorgung des Piloten dienenden Verbindungen zum Flugzeug, wie Sauerstoffleitung, Anti-g-System, Kommunikationskabel etc. schnell und ohne Probleme getrennt werden können, damit der Pilot sich nicht in der nur 2–3 s dauernden Ausstiegsphase mit den Verbindungskabeln stranguliert.

Das PEC besteht aus drei Teilen, dem Flugzeugteil, dem Sitzteil und dem Pilotenteil. Bei einem Schleudersitzausstieg trennt diese Kupplung zunächst die flugzeugseitige Zuführung der Versorgungsleitungen vom Sitz und dann auch die Verbindung auf der Pilotenseite.

Gesundheitliche Schäden

Die Raketenantriebe der Schleudersitze sind so stark, dass ernsthafte Wirbelsäulenschäden die Folge sein können. Die Beschleunigungskraft (G-Kraft) beträgt für den Bruchteil einer Sekunde je nach Sitzmodell 15 bis 20 g. Zum Vergleich: Achterbahnlimit sowie der Start einer Raumfähre betragen ca. 5 g, ab ca. 8 g tritt ohne spezielle Anzüge Bewusstlosigkeit ein. Nur durch den Umstand, dass die Beschleunigungsphase sehr kurz andauert, sind solch enorme Kräfte zu ertragen.

Bereits einmaliges Aussteigen per Schleudersitz kann deshalb auch zu einer Beendigung der Pilotenkarriere führen. Ca. 30 % der Strahlflugzeugführer werden nach einem Notausstieg nicht mehr für flugtauglich befunden. Für Untrainierte können diese Ausstiege sogar tödlich sein. ^[2]

Die größte überlebte Geschwindigkeit eines Schleudersitzausstiegs betrug Mach 2,6 in 18.000 m Höhe. Ein sowjetischer Testpilot musste sich 1981 aus einer MiG-25 retten. Er trug dabei einen Druckanzug.

Geschichte

Der erste Schleudersitz war eine deutsche Entwicklung aus dem Jahr 1938 ^[3]. Am 13. Januar 1943 katapultierte sich der Versuchspilot der Firma Argus Motoren Gesellschaft, Dipl.-Ing. Rudolf Schenk, aus dem noch motorlosen Prototyp V-1 der He 280, der von einer He 111 geschleppt wurde. Er musste aussteigen, weil sich an Schenks Flugzeug wegen Vereisung das Schleppseil nicht aus der Kupplung löste. Auch der zweite Schleudersitzausschuss der Welt fand in Deutschland statt. Am 15. Juli 1943 musste sich Flugkapitän Hans-Joachim Pancherz, Erprobungspilot bei Junkers, in Lärz (Rechlin) aus der Junkers Ju 290 SB+QF, Wnr. 0156 herausschießen, nachdem beim Erfliegen der damals größten Geschwindigkeit Teile des Flugzeugs abgebrochen waren. Die erste Maschine mit serienmäßig eingebautem Schleudersitz war der ab 1940 entwickelte Nachtjäger Heinkel He 219, aus dem sich während des Zweiten Weltkrieges immerhin 60 Besatzungsmitglieder per Schleudersitz retten konnten.

Die ersten Schleudersitze wurden mit Pressluft angetrieben. Moderne Schleudersitze werden von Raketen aus dem Flugzeug geschossen. Diese können sogar am Boden (sogenannter Zero-Zero-Ausstieg) und aus jeder Fluglage benutzt werden. Allein die Schleudersitze der Firma Martin-Baker, einem der führenden Hersteller dieser Rettungssysteme, haben bis heute über 7.000 Menschenleben^[4] gerettet.

Meilensteine des Schleudersitzes

1. Generation (1940–1965)

• 1941 Ausschuss mit Druckluftkatapult, Hersteller:Heinkel
• Mk.1 (Hersteller Martin Baker) automatischer Ausschuss, automatische Öffnung des Steuerschirms, manuelle Trennung vom Sitz und Öffnen des Fallschirmes durch den Piloten.
• Mk.2 erster vollautomatischer Schleudersitz auch in Bodennähe.
• Mk.4 G-Kraft-gesteuerte Blockiereinrichtung im Auslösewerk, die den Fallschirm abhängig von der Verzögerung des Sitzes durch den Steuerschirm freigeben konnte.
• Mk.5 ...
• Mk.6 (um 1960) Zero-Zero-Performance, Ausschuss bei Höhe Null und Geschwindigkeit Null.
• 1. April 1961: erster Ausschuss mit einer Raketenpackung unter dem Sitz.

2. Generation (1965–1975)

• Mk.7 ...
• Mk.8 ...
• Mk.9 ...
• Mk.10 Automatische, gasdruckgesteuerte Rückholsysteme an Körper, Arme und Beine für beste Ausschussposition des Piloten. Sauerstoff-Notversorgung mit Regler am Sitz. Automatisches und manuelles Back-Up-System für den Fall, dass die primäre automatische Auslösung von Steuer- oder Fallschirm versagt. Platzsparendes Überlebenspaket im Sitzbehälter mit einem sich selbsttätig nach Wasserkontakt aufblasenden Schlauchboot. Extrem stabiler, steuerbarer Fallschirm mit einer maximalen Sinkrate von 6,5 Metern pro Sekunde. Der Schleudersitz ist ebenfalls "Zero-Zero" - fähig.

3. Generation (seit 1975)

Schleudersitz einer Su-22/Typ K-36DM

• S4S der Firma Stencel ^[5] arbeitet mit einer eigenen Geschwindigkeits- und Höhenmessung und ist schneller als der Mk.10. (nach 2 Sekunden hängt der Pilot am Fallschirm) selbst im Rückenflug von 45 Meter über Grund kann er noch ausgelöst werden ^[6]
• Mk.11 ...
• Mk.12 mechanischer Mode-Selector wählt abhängig von der Flughöhe und Geschwindigkeit unter drei verschiedenen Ausschussarten für Höhen unter 2130 Meter (7000 Fuß)
  • Mode1 bis Mode3.

Der Steuerschirm ist einfach aufgehängt, der Zeitpunkt der Fallschirmentfaltung wird durch barostatischen Druck und einen mechanisch gesteuerten G-Kraft-Begrenzer ausgelöst.

• K-36 ein Schleudersitz der sowjetischen Kampfflugzeuge. Zwei Teleskopstangen mit Bremsfallschirm werden nach dem Ausschuss ausgefahren, stabilisieren den Sitz und ziehen ihn bei der Fallschirmöffnung vom Piloten weg. Ausschuss bis zu Mach 3 möglich.
  • Der K-36RB (für die russische Raumfähre Buran angepasste Version) lässt Einsatzhöhen bis zu 30.000 m und Geschwindigkeiten bis Mach 4 zu.
  • Zitat: ^[7] „Die Version K-36DM gilt unangefochten als der beste Schleudersitz der Welt, was auch Tests der US Air Force gezeigt haben.“
• ACES II (Advanced Concept Ejection Seat) der Firma McDonnell Douglas arbeitet mit einer eigenen Geschwindigkeits- und Höhenmessung ^[8] (wie der S4S) als Konkurrenzprodukt zum Mk.12
• Boeing Military Airplane Company baut den CREST (Crew Escape Technologies) für eine Höhe bis zur 21.336 Meter (70.000 Fuß) und 1300 km/h (700 Knoten)
• Mk.14 ^{[9] [10]} Sensorsystem, elektronischer (mikroprozessor-gesteuerter) Mode-Selector (gekoppelt mit dem Datenbus des Flugzeuges), wählt abhängig von der Flughöhe und Geschwindigkeit unter fünf verschiedenen Ausschussarten:
  • „Mode 1“ für Geschwindigkeit bis 648 km/h und Höhen bis 2438 Meter
  • „Mode 2“ für Geschwindigkeit 648 bis 926 km/h und Höhen bis 2438 Meter
  • „Mode 3“ für Geschwindigkeit über 926 km/h bis in eine Höhe von 2438 Meter
  • „Mode 4“ für Höhen zwischen 2438 und 5486 Meter
  • „Mode 5“ für Höhen über 5486 Meter

Zeitpunkt der Fallschirmentfaltung frühestens nach 0,35 Sekunden und unter 650 km/h

Mk.14 Das Gewicht des Sitzes beträgt 90 Kilogramm

Mk.14L Das Gewicht des Sitzes in der Light-Version wurde durch den Einsatz von Kompositstoffen (Aluminium-Lithium-Legierungen) um 30% auf ca. 63 Kilogramm verringert.

Mk.15 wurde in die Pilatus PC-7 eingebaut. ^[11]

Schleudersitze der 3. Generation sind Martin Baker Mk.14, McDonnell Douglas ACES II und der Stencil S4S

4. Generation (seit Februar 1992^[12])

Mk.16 High-Speed^[13]

Mk.16A - EF Mk.16A - EF ...

Mk.16 Low-Speed ...

Mk.16E JSF (auch US16E) wurde 2005 erfolgreich getestet

Mk.F16F - Rafale ...

Weitere Entwicklungen

• Alternativ zum Herausschießen des Pilotensitzes wurden auch Systeme entwickelt, bei denen die komplette Cockpitkapsel (als Rettungskapsel) vom Flugzeugrumpf getrennt wird (z. B. bei der F-111). Für zivile Luftfahrtzeuge, insbesondere Passagierflugzeuge, existieren keine derartigen Rettungsmöglichkeiten.

• Interessant war auch die amerikanische Entwicklung eines Rettungssitzes, welche nach dem Vietnamkrieg begann. Ein Schleudersitz, der nach dem Ausschuss einen turbinengetriebenen Antrieb besaß, welcher in Verbindung mit einem ausklappbaren Rotor zum Tragschrauber verwandelt wurde. Die Reichweite wurde mit 100 km und 185 km/h Höchstgeschwindigkeit angegeben. ^[14]

• Der erste Hubschrauber, der mit einem Schleudersitz ausgerüstet wurde, ist der ab 1980 entwickelte russische Kamow Ka-50 „Hokum“. Zusammen mit seiner Weiterentwicklung, dem Kamow Ka-52 Alligator, ist er der einzige Hubschrauber, der bisher mit einem Schleudersitz ausgerüstet wurde. Die Rotorblätter werden bei Aktivierung des Schleudersitzes automatisch abgesprengt.

Bilder

NASA-Test mit einem Dummy im Schleudersitz einer Northrop F/A-18, aus dem Stand abgeschossen.

Startposition

Abschuss

kurz nach dem Ausschuss

Hauptschirm öffnet sich, Sitz fällt ab

Landung am geöffneten Schirm

Hersteller

• Martin-Baker (England)
• NPP Swesda (Russland)
• McDonnell Douglas (USA)
• Stencel (USA)

Literatur

• A. Geertz : Grenzen und Sonderprobleme bei Anwendung von Sitzkatapulten, Dissertation, TH Stuttgart, November 1944
• S. Ruff, M. Ruck, G. Sedelmayr: Sicherheit und Rettung in der Luftfahrt, Bernard & Graefe Verlag, Koblenz 1989, ISBN 3-7637-5293-5
• Heinz A. F. Schmidt: Lexikon der Luftfahrt, Motorbuch-Verlag, Berlin 1971, ISBN 3-87943-202-3, Seiten 325, 326, (308, 309)

englische Literatur:

• METEOR EJECT by Nick Carter, ISBN 1-873203-65-9, published by Woodfield Publishing, 2001.
• MAN IN THE HOT SEAT, Doddy Hay, Pub.Collins, London 1969.
• PANIC TAKES TIME by T W Dumbo Willans Pub. Parrish, London 1956.
• EJECT, EJECT by Bryan Philpott, ISBN 0-7110-1804-9, Published by Ian Allan
• EJECT- The complete history of US aircraft escape systems by Jim Tuttle, Pub. Motorbooks, 2002, ISBN 0-7603-1185-4.
• The Story of an Enterprise. Pub Martin Baker Aircraft Co Ltd 1955. This is a rare book which was given away by the company.
• Engineering for Life- The story of Martin Baker by John Jewell. Pub by Martin Baker Aircraft Co Ltd.
• United States Combat Aircrew Survival Equipment by Michael S Breuninger, pub. Schiffer Military History Books. Library of Congress No.93-90752
• Bone Domes and Speed Jeans by Hans and Mike Halberstadt. Pub by Windrow and Green. ISBN 1-85915-081-0
• No Escape Zone by Nick Richardson. Pub Little, Brown and Co London 2000. ISBN 0-316-85314-3
• Jump For It, The story of the Caterpillar Club by Gerald Bowman. Pub by White lion. ISBN 0-85617-739-3.
• Wild Blue by David Fisher and William Garvey. Pub by Mainstream Publishing. ISBN 1-84018-403-5
• Sir James Martin, The authorised biography of the Martin Baker ejection seat pioneer. by Sarah Sharman. 1996, ISBN 1-85260-551-0.
• Test Pilots by Wolfgang Späte. Pub by Independent Books. ISBN 1-872836-20-8.
• JUMP FOR IT by Gerald Bowman (Stories of the Caterpillar Club). Pub Great Pan Books 1957.
• BROKEN WINGS, POST WAR ROYAL AIR FORCE ACCIDENTS, by James J Halley MBE Pub. Air Britain Publications. ISBN 0-85130-290-4
• M L Aviation Ltd (A Secret World), by Graham Carter. Published by Keyham Books ISBN 0-9527715-6-X 2006.

Quellen

1. ↑ Lexikon der Luftfahrt, Seite 326
2. ↑ US Navy + FAA
3. ↑ Lexikon der Luftfahrt Seite 326
4. ↑ Webseite Martin-Baker
5. ↑ “Generations 1-4” der Schleudersitze
6. ↑ P.M. Peter Moosleitner Magazin 7/1979
7. ↑ Suchoj K 36
8. ↑ P.M. Peter Moosleitner Magazin 11/1983
9. ↑ Mk.13 (gibt es nicht!)
10. ↑ Flug Revue Nr. 9/September 1987
11. ↑ FLIGHT INTERNATIONAL 29.März 1996
12. ↑ EJECTION SEAT CAPABILITIES TO MEET AGILE AIRCRAFT REQUIREMENTS. PDF
13. ↑ MK16 Highspeed (übersetzte Seite) YouTube-Video
14. ↑ Lexikon der Luftfahrt, Seite 308+309

Weblinks

• http://www.martin-baker.com/ bedeutender Hersteller
• http://www.ejectionsite.com (englisch)
• http://www.ejectorseats.co.uk (englisch)
• http://www.ejection-history.org.uk/ (englisch)
• Video: Schleudersitzausschuß während einer Flugshow
• Video: Zwei Schleudersitzausschüsse nach „Touchdown“ auf der Landebahn.
• Suchoj K-36
• Aircrew equipment assemblies engl. PDF (MK.1-4)
• Welt online „Mk 16E“ Explosive Sitzgelegenheit 2003 (abgerufen 20. Februar 2009)
• Escape Systems