Что такое перегрузка у летчиков
Перегрузка (летательные аппараты)
Перегрузка — векторная величина. Для живого организма очень важно направление действия перегрузки. При перегрузке органы человека стремятся оставаться в прежнем состоянии (равномерного прямолинейного движения или покоя). При положительной перегрузке (ускорение направлено от ног к голове, а вектор перегрузки — от головы к ногам) кровь уходит от головы в ноги, желудок опускается вниз. При отрицательной перегрузке увеличивается приток крови к голове. Наиболее благоприятное положение тела человека, при котором он может воспринимать наибольшие перегрузки — лёжа на спине, лицом к направлению ускорения движения, наиболее неблагоприятное для перенесения перегрузок — в продольном направлении ногами к направлению ускорения. При столкновении автомобиля с неподвижной преградой сидящий в автомобиле человек испытает перегрузку спина — грудь. Такая перегрузка переносится без особых трудностей. Обычный человек может выдерживать перегрузки до 15 g около 3—5 секунд без потери сознания. Перегрузки от 20—30 g и более человек может выдерживать без потери сознания не более 1—2 секунд и зависимости от величины перегрузки.
Одно из основных требований к военным летчикам и космонавтам — способность организма переносить перегрузки. Тренированные пилоты в противоперегрузочных костюмах могут переносить перегрузки от −3…−2 g до +12 g. Обычно при положительной перегрузке 7—8 g в глазах «краснеет», пропадает зрение, и человек постепенно теряет сознание из-за отлива крови от головы. Сопротивляемость к отрицательным, направленным вверх перегрузкам, значительно ниже. Космонавты во время взлёта переносят перегрузку лёжа. В этом положении перегрузка действует в направлении грудь — спина, что позволяет выдержать несколько минут перегрузку в несколько единиц g. Существуют специальные противоперегрузочные костюмы, задача которых — облегчить действие перегрузки. Костюмы представляют собой корсет со шлангами, надувающимися от воздушной системы и удерживающими наружную поверхность тела человека, немного препятствуя оттоку крови.
Перегрузка увеличивает нагрузку на конструкцию машин и может привести к их поломке или разрушению, а также к перемещению не закреплённого или плохо закреплённого груза. Разрешённая эксплуатационной документацией величина перегрузки для пассажирских самолётов составляет 2,5 g.
Примеры перегрузок и их значения:
Как пилоты учатся выдерживать перегрузки
Обучение военных лётчиков и космонавтов включает в себя тренировки, во время которых пилотов учат выдерживать перегрузки. Онлайн-журнал Popular Mechanic подготовил подборку видеороликов с таких тренировок. Стоит признать, что выглядят эти тренировки весьма своеобразно.
Без стороннего ускорения человек, находящийся в поле тяжести Земли, испытывает перегрузку, равную 1g (не путать с гравитационной постоянной g, равной 9,8 м/с²). При взлёте пассажирского самолёта люди, находящиеся внутри него, испытывают перегрузки на уровне 1,5g. Неподготовленный человек способен выдержать перегрузки на уровне 5g, после чего может потерять сознание.
Пилоты современных истребителей могут испытывать сильнейшие кратковременные перегрузки, но тренированный организм способен их выдержать. При этом длительная перегрузка 8–10g – предел человеческих возможностей.
Чтобы стать пилотом истребителя, необходимо, чтобы человек мог переносить как длительные, так и кратковременные перегрузки, не теряя сознания.
Для подготовки космонавтов используются центрифуги, обеспечивающие длительную перегрузку 8g. В этот момент тело массой 90 кг из-за ускорения увеличивает свой вес до 720 кг.
Юрий Ф.
КОЕ-ЧТО О ПЕРЕГРУЗКАХ. Эссе не для профессионалов.
Получил личное сообщение:
Сел писать ответ. Но потом подумал, что, возможно, это будет интересно и другим читателям-НЕлётчикам, интересующимся авиацией.
Больно от пилотажа (перегрузки) не становится никогда. Больно пытаются сделать, когда тебе начинают грязно и мелко мстить за твоё творчество, за твой какой-нибудь рассказ, который не понравился какой-либо мелкой душонке, мрази, которая со смаком собирает сплетни о том, что могло быть или вообще не было, но рассказывает с видом знатока, что якобы было. К сожалению, таких оказалось из Борисоглебского училища многовато… Но не на того напали!
А перегрузка? С чего она, боль, будет-то? Перегрузка – это коэффициент, показывающий, во сколько раз вес вашего тела превышает то, что в нормальном состоянии. В виде формулы можно представить так:
На первом фото то, что видит курсант перед собой до создания большой перегрузки. На втором: создана большая перегрузка, пилот не успел сильно напрячь мышцы всего тела, кровь отлила от головного мозга, пелена во взгляде обступила со всех сторон, ещё немного инструктор потянет ручку на себя и курсант потеряет сознание.
На этих же факторах построен принцип действия противоперегрузочного костюма (ППК), его камеры пережимают тело пилота на животе, бёдрах и икрах ног, препятствуя оттоку крови. Специальный автомат подаёт воздух в камеры ППК в зависимости от перегрузки: чем больше перегрузка, тем больше обжатие тела лётчика. Но! Надо иметь в виду, что ППК не снимает перегрузку, а только облегчает её переносимость!
Наличие ППК в разы увеличивает возможности истребителя. И в воздушном бою лётчик с ППК получает преимущества перед противником, который «забыл» его надеть!
Это лётчик смотрит не вверх, это он смотрит на горизонт!
На авиационных праздниках можно видеть виртуозов, которые крутят «обратный» пилотаж – выполняют виражи, пикирования и горки, петли Нестерова, полупетли, боевые развороты и перевороты в перевёрнутом положении. (Т.е. с отрицательной перегрузкой.) И в таком напряжении их тело находится 5-7 минут! Это действительно мастерство! Высшее мастерство!! Как они это умудряются делать, мне трудно усечь! Тут нужны годы тренировки. Это мастерство в сотни раз увеличивается, когда такой пилотаж выполняется в паре: один лётчик пилотирует самолёт нормально, а другой метрах в десяти стоит над ним в перевёрнутом положении (кабина к кабине) и так сохраняет своё место в строю! Малейшая несогласованность в действиях и столкновение неминуемо, погибнут оба! Однако такой пилотаж будет вытянутым в вертикальной плоскости – это чтобы не превышать отрицательную перегрузку для перевёрнутого самолёта (-) 4. После посадки у этих лётчиков, выполнявших фигуры обратного пилотажа, чаще всего красные белки глаз (если отрицательные перегрузки предельные, и тогда мелкие капилляры лопаются). Но так летают только спортивные самолёты, боевые самолёты в перевёрнутом положении могут летать не более 30 секунд (по обеспечению топливом двигателей из бачков отрицательных перегрузок). Это действительно высококлассные лётчики-спортсмены! Я так никогда не летал! Вернее, было один раз: уходил от атаковавшего меня истребителя в учебном воздушном бою отжатием ручки от себя на вираже (получился вираж «обратный») Ушёл! «Противник» (командир полка подполковник Туненко Борис Тихонович, имевший опыт реальных воздушных боёв на Бл. Востоке, где он открыл счёт сбитым – один F-4e «Фантом») к такому маневру готов не был и не последовал за мной. Меня потеряли из виду, Я атаковал его с задней полусферы-сверху и «сбил» его. Но это было один раз, и скажу, что ощущения не из приятных! И я убедился: данный приём Э. Хартмана очень эффективен, прежде всего неожиданностью применения. (Впрочем, нет, был у меня ещё один такой случай, когда меня в учебном воздушном бою «зажимали» два истребителя, а я от них ушёл подобным методом. Но об этом расскажу как-нибудь в другой раз.)
А перед лётчиками-спортсменами, которые так могут пилотировать регулярно, я снимаю шляпу!
В современном ближнем воздушном бою перегрузка должна быть 6-8 ед. и более на протяжении всего боя! Будет меньше – собьёшь не ты, собьют тебя!
При катапультировании вертикальная перегрузка воздействия на тело лётчика достигает 18-20 единиц. Приятного мало.
«Но как же так! — воскликните вы. — Вы же только что говорили, что предел для человеческого организма – (+)12! А тут 20 единиц!»
Всё верно! Не отказываюсь! Просто при выстреле катапульты такое воздействие перегрузки на организм лётчика кратковременно, доли секунды. Поэтому при правильном положении тела пилота (голова прямо и с силой вжата в заголовник кресла, спина прижата к спинке кресла, бёдра и туловище составляют прямой угол, а позвоночник, в вертикальном положении и образует перпендикуляр по отношению к сидению; кроме того, все мышцы тела должны быть сильно напряжены) отрицательные моменты сведены к минимуму и позвонки не успевают высыпаться в трусы! Если в момент выстрела голова будет наклонена вперёд-вниз, в сторону или даже просто не прижата с силой к заголовнику (за счёт огромной перегрузки она наклонится сама), если пилотяга перед катапультированием развалился в кабине, как дома в любимом кресле перед телевизором, перелома шейных позвонков в первом случае и поясничного отдела позвоночника во втором не избежать. И чем быстрее такого пилота найдут спасатели, тем лучше. Сам он не выживет! Потом будет от 6 до 12 месяцев лежать на досках в гипсе с ног до головы, как бревно, не переворачиваясь. Позвоночник консолидируется, конечно, но это уже будет не тот, что сработан природой. И чем выше был перелом, тем большее количество органов в его теле будет работать хуже и хуже. Такие люди уменьшают свою жизнь на 12-20 лет! Однажды в Киевском госпитале, когда я проходил комиссию, встретил Александра Санатова, с которым служил в Монголии. Много лет назад Саша лейтенантом вынужденно катапультировался на пределе с неправильной посадкой в кресле! («А! Сойдёт!») В результате получил перелом поясничного отдела позвоночника. Долгие упорные месяцы и годы лечения. Спрашиваю: «Как оно сейчас?» — «Живу на лекарствах… По 7-8 месяцев в году в госпитале. » (Когда-нибудь я опишу этот случай… Он по-своему интересен и поучителен…)
Слышал, что на некоторых первых американских самолётах лётчиков катапультировали в сторону. Но там была сложная система разрушения боковой стенки кабины, да и не всегда можно было сохранить шейные позвонки пилотам. От этого отказались. Были самолёты, где члены экипажа (штурман, стрелок) катапультировались вниз. (Первые серии Ту-16 все члены экипажа, кроме лётчиков, катапультировавшихся вверх, и на Ту-22.) Но в этом случае резко повышались минимальные высоты спасения (а иногда делали это невозможным), а такие пилоты долго проходили период реабилитации.
Самое оптимальное для здоровья лётчиков было бы катапультирование вперёд. Тут вообще травм, скорее всего, никогда не было бы! Но технически осуществить это просто невозможно!
Почему 13-й номер — табу, а пилота в линзах никогда не будет? Отвечает военный летчик 1-го класса
Сколько в стране пилотов боевых самолетов, нам не сказали даже шепотом — военная тайна как-никак. Зато намекнули, что на всю Беларусь наберется хорошо если несколько десятков (но сколько точно — опять же, знать не положено) военных летчиков 1-го класса. Именно такой человек согласился ответить на массу наивных и обывательских вопросов от Onliner.
Мы съездили в Лиду, где встретились с начальником штаба — первым заместителем командира 116-й гвардейской штурмовой авиабазы, военным летчиком 1-го класса, гвардии полковником Олегом Олейником. Пилот с налетом около 1200 часов и военным стажем более 20 лет объяснил разницу в управлении боевым самолетом и гражданским лайнером, провел аналогию между Су-25 и «добротным Mercedes», а также рассказал, почему нет парашюта с номером 13, но есть №12А.
Из-за чего с плохим зрением дорога в летчики закрыта
— Когда-то давно слышал байку, что пилотам дают стакан черники — мол, для зрения. Это правда?
— Честно говоря, я только лет десять назад узнал, что черника полезна для зрения. Стакан черники нам точно не дают, но очень пристально следят за питанием. Меню постоянно подбирается: все-таки летчик испытывает большие перегрузки, порядка 5—8G. Для поддержания устойчивости организма к неблагоприятным воздействиям факторов полета пища должна быть легкоусвояемой, небольшой по объему и с достаточным содержанием необходимых веществ. Поэтому строгие нормы и обязательная термическая обработка, чтобы, скажем так, желудок не дал о себе знать в полете. Летчик должен быть накормлен перед полетом. Более того, врач не допустит пилота к вылету, если тот не поел. В переходный сезон, когда свежие ягоды и фрукты заканчиваются, нам обязательно прописывают витамины.
— Обычно перегрузки описывают так: в глазах темнеет, пошевелиться сложно. Это похоже на то, что происходит с вами в реальности?
— Перегрузка — это то, насколько увеличивается ваш вес. 4G — значит, в четыре раза, 8G — в восемь. Допустим, летчик в снаряжении весит около 100 килограмм. Перегрузка в пять единиц — при выполнении петли Нестерова, переворотов и других фигур — приводит к увеличению веса тела в пять раз, то есть до 500 килограмм. Поэтому и в глазах темнеет, и руку с трудом поднимаешь. Представляете, какую нагрузку испытывает сердце? Так что хорошее здоровье, отличная физическая подготовка — это обязательные требования к пилоту маневренного самолета.
— Почему в летчики не берут с плохим зрением, когда есть очки и линзы?
— Военный летчик в очках и линзах летать никогда не будет — ни сейчас, ни в будущем. Во-первых, перегрузки: если линза весит пару грамм, то умножьте ее вес в восемь-девять раз — вдруг она отвалится, выскочит. Во-вторых, летчик боевого самолета — это военнослужащий. Дежурства, командировки, другие аэродромы: условия бывают разные. Очки можно разбить, линзы требуют чистоты. Да и выполнение полета требует максимальной концентрации, а наличие посторонних предметов лишний раз отвлекает внимание в самый неподходящий момент.
Если говорить в целом о здоровье, то оно должно быть идеальным в том числе для того, чтобы справляться с эмоциональным напряжением. Полет на наших самолетах может длиться от десяти минут до двух-трех часов. Большие скорости, предельно-малые высоты, сложные задания — перегрузки давят, ситуация может поменяться за доли секунды, а упустить ничего нельзя, мелочей в авиации нет.
В воздухе не остановишься, на паузу не нажмешь, времени на раздумья нет, и выдохнуть можно только тогда, когда посадишь самолет на аэродром, зарулишь на стоянку и выйдешь из кабины.
Самое сложное при обучении — просто выполнить вираж
— На авиашоу зрителей развлекают бочками, петлями Нестерова и другими эффектными фигурами. Это все реально необходимо на боевых заданиях?
— Какая фигура самая сложная?
— Самое сложное на этапе обучения — выполнить правильный вираж. Без изменения скорости, потери или набора высоты. Когда научился, проблем с другими фигурами уже нет.
Они, кстати, делятся на три вида: простой, сложный и высший пилотаж. Простой — виражи с креном до 60 градусов, горки и пикирования с углом тангажа до 30 градусов. Сложный — это уже петля Нестерова, косая петля, полупетля, бочка и так далее. А высший пилотаж — это выполнение фигур сложного пилотажа в комплексе.
Об отличиях в самолетах
— На каких самолетах летаете?
— Начинал я с планеров, когда в Военной академии на втором курсе авиационного факультета учился. В Бобруйске летал на Let L-13 Blanik. На третьем курсе освоил спортивный самолет Як-52 в Могилеве. На четвертом уже был L-39. С 2001 года здесь, в Лиде, я летаю на Су-25 и L-39, а с 2015-го — еще и на новом Як-130.
Перегрузки и их действие на человека в разных условиях
В авиационной и космической медицине перегрузкой считается показатель величины ускорения, воздействующего на человека при его перемещении. Он представляет собой отношение равнодействующей перемещающих сил к массе тела человека.
Перегрузка измеряется в единицах, кратных весу тела в земных условиях. Для человека, находящегося на земной поверхности, перегрузка равна единице. К ней приспособлен человеческий организм, поэтому для людей она незаметна.
Если какому-либо телу внешняя сила сообщает ускорение 5 g, то перегрузка будет равна 5. Это значит, что вес тела в данных условиях увеличился в пять раз по сравнению с исходным.
При взлете обычного авиалайнера пассажиры в салоне испытывают перегрузку в 1,5 g. По международным нормам предельно допустимое значение перегрузок для гражданских самолетов составляет 2,5 g.
В момент раскрытия парашюта человек подвергается действию инерционных сил, вызывающих перегрузку, достигающую 4 g. При этом показатель перегрузки зависит от воздушной скорости. Для военных парашютистов он может составлять от 4,3 g при скорости 195 километров в час до 6,8 g при скорости 275 километров в час.
Реакция на перегрузки зависит от их величины, скорости нарастания и исходного состояния организма. Поэтому могут возникать как незначительные функциональные сдвиги (ощущение тяжести в теле, затруднение движений и т.п.), так и очень тяжелые состояния. К ним относятся полная потеря зрения, расстройство функций сердечно-сосудистой, дыхательной и нервной систем, а также потеря сознания и возникновение выраженных морфологических изменений в тканях.
С целью повышения устойчивости организма летчиков к ускорениям в полете применяют противоперегрузочные и высотно-компенсирующие костюмы, которые при перегрузках создают давление на область брюшной стенки и нижние конечности, что приводит к задержке оттока крови в нижнюю половину тела и улучшает кровоснабжение головного мозга.
Для повышения устойчивости к ускорениям проводятся тренировки на центрифуге, закаливание организма, дыхание кислородом под повышенным давлением.
При катапультировании, грубой посадке самолета или приземлении на парашюте возникают значительные по величине перегрузки, которые могут также вызвать органические изменения во внутренних органах и позвоночнике. Для повышения устойчивости к ним используются специальные кресла, имеющие углубленные заголовники, и фиксирующие тело ремнями, ограничителями смещения конечностей.
Перегрузкой также является проявление силы тяжести на борту космического судна. Если в земных условиях характеристикой силы тяжести является ускорение свободного падения тел, то на борту космического корабля в число характеристик перегрузки также входит ускорение свободного падения, равное по величине реактивному ускорению по противоположному ему направлению. Отношение этой величины к величине называется «коэффициентом перегрузки» или «перегрузкой».
На участке разгона ракеты-носителя перегрузка определяется равнодействующей негравитационных сил — силы тяги и силы аэродинамического сопротивления, которая состоит из силы лобового сопротивления, направленной противоположно скорости, и перпендикулярной к ней подъемной силы. Эта равнодействующая создает негравитационное ускорение, которое определяет перегрузку.
Ее коэффициент на участке разгона составляет несколько единиц.
Если космическая ракета в условиях Земли будет двигаться с ускорением под действием двигателей или испытывая сопротивление среды, то произойдет увеличение давления на опору из-за чего возникнет перегрузка. Если движение будет происходить с выключенными двигателями в пустоте, то давление на опору исчезнет и наступит состояние невесомости.
При старте космического корабля на космонавта действует ускорение, величина которого изменяется от 1 до 7 g. По статистике, космонавты редко испытывают перегрузки, превышающие 4 g.
Способность переносить перегрузки зависит от температуры окружающей среды, содержания кислорода во вдыхаемом воздухе, длительности пребывания космонавта в условиях невесомости до начала ускорения и т.д. Существуют и другие более сложные или менее уловимые факторы, влияние которых еще не до конца выяснено.
Под действием ускорения, превышающего 1 g, у космонавта могут появиться нарушения зрения. При ускорении 3 g в вертикальном направлении, которое длится более трех секунд, могут возникнуть серьезные нарушения периферического зрения. Поэтому в отсеках космического корабля необходимо увеличивать уровень освещенности.
При продольном ускорении у космонавта возникают зрительные иллюзии. Ему кажется, что предмет, на который он смотрит, смещается в направлении результирующего вектора ускорения и силы тяжести. При угловых ускорениях возникает кажущееся перемещение объекта зрения в плоскости вращения. Эта иллюзия называется окологиральной и является следствием воздействия перегрузок на органы внутреннего уха.
Многочисленные экспериментальные исследования, которые были начаты еще ученым Константином Циолковским, показали, что физиологическое воздействие перегрузки зависит не только от ее продолжительности, но и от положения тела. При вертикальном положении человека значительная часть крови смещается в нижнюю половину тела, что приводит к нарушению кровоснабжения головного мозга. Из-за увеличения своего веса внутренние органы смещаются вниз и вызывают сильное натяжение связок.
Чтобы ослабить действие высоких ускорений, космонавта помещают в космическом корабле таким образом, чтобы перегрузки были направлены по горизонтальной оси, от спины к груди. Такое положение обеспечивает эффективное кровоснабжение головного мозга космонавта при ускорениях до 10 g, а кратковременно даже до 25 g.
При возвращении космического корабля на Землю, когда он входит в плотные слои атмосферы, космонавт испытывает перегрузки торможения, то есть отрицательного ускорения. По интегральной величине торможение соответствует ускорению при старте.
Космический корабль, входящий в плотные слои атмосферы, ориентируют так, чтобы перегрузки торможения имели горизонтальное направление. Таким образом, их воздействие на космонавта сводится к минимуму, как и во время запуска корабля.