G-костюм - G-suit

Брюки MSF830 Anti-g Suit и пояс на летном костюме

А g-костюм, или же анти-g костюм, это летный костюм носил авиаторы и космонавты которые подвержены высокому уровню ускорение сила (грамм ). Он предназначен для предотвращения затемнения и g-LOC (g-индуцированная потеря сознания), вызванная скоплением крови в нижней части тела при ускорении, что лишает мозг крови.[1] Black-out и g-LOC стали причиной ряда авиационных происшествий со смертельным исходом.[2]

Операция

Если позволить крови скапливаться в нижних частях тела, мозг будет лишен крови, что приведет к временному гипоксия. Гипоксия сначала вызывает серый (затемнение зрения), также называемое затемнением, за которым следует туннельное зрение и, в конечном итоге, полная потеря зрения "затемнение" с последующей g-индуцированной потерей сознания или "g-LOC". Опасность g-LOC для пилотов самолетов увеличивается, потому что при расслаблении g наступает период дезориентации, прежде чем полное ощущение будет восстановлено. G-костюм не столько увеличивает g-порог, но позволяет поддерживать высокий g дольше без чрезмерной физической усталости. G-толерантность в покое обычного человека составляет от 3 до 5 г в зависимости от человека. G-костюм обычно добавляет 1 г допуска к этому пределу. Пилотам по-прежнему необходимо практиковать «маневр перегрузки», который заключается в напряжении мышц брюшного пресса, чтобы сузить кровеносные сосуды и уменьшить скопление крови в нижней части тела. Высокая перегрузка не удобна даже в костюме со стрингами. В старшем самолет истребитель, 6 г считалось высоким уровнем, но с современными истребителями 9 г и более можно выдержать конструктивно.[нужна цитата ] делая пилота решающим фактором в поддержании высокой маневренности на близком расстоянии воздушный бой.[нужна цитата ]

Дизайн

G-костюм - это особая одежда, которая обычно имеет форму плотно прилегающей ткани. брюки, которые подходят либо под, либо над (в зависимости от дизайна) летный костюм носит летчик или космонавт. Брюки снабжены надувными баллонами, которые под давлением через g-чувствительный клапан в самолете или космическом корабле крепко надавите на живот и ноги, чтобы ограничить отток крови от мозга в периоды сильного ускорения. Кроме того, в некоторых современных самолетах с очень высокой перегрузкой эффект костюма Anti-g увеличивается за счет небольшого давления, прикладываемого к легким (частичное давление дыхание), что также повышает устойчивость к высоким G. Эффекты костюмов с защитой от перегрузки и дыхания с парциальным давлением легко воспроизвести в симуляторе, хотя только непрерывный g может быть произведен искусственно в таких устройствах, как центрифуги.[3]

Разработаны различные дизайны костюмов. Сначала они использовали наполненные водой пузыри вокруг нижней части тела и ног. Более поздние конструкции использовали воздух под давлением для надувания баллонов. Эти g-костюмы были легче, чем версии, заполненные жидкостью, и до сих пор широко используются. Тем не менее Швейцарский Компания Life Support Systems AG и немецкий Autoflug сотрудничали, чтобы разработать новый костюм Libelle для использования с Еврофайтер Тайфун самолет, который превращается в жидкость в качестве среды и улучшает характеристики. Иск Libelle находится на рассмотрении для принятия ВВС США.[4]

История

Еще в 1917 году были зафиксированы случаи, когда летчики потеря сознания из-за г (G-LOC), которые были названы «обмороком в воздухе».[5][6]

В 1931 г. профессор физиологии, Фрэнк Коттон, от Сиднейский университет описал новый способ определения центр гравитации человеческого тела. Это позволило описать перемещение массы внутри тела при ускорении.[7] Коттон осознал необходимость антигравитационного костюма во время битвы за Британию в 1940 году. Было подсчитано, что 30% смертей пилотов были вызваны авариями, включая отключение электроэнергии. Спитфайры, в частности, были способны быстро разворачиваться, создавая высокие перегрузки, вызывая затемнение при пикировании, чтобы избежать или нанести удар врагу.[8]

С появлением в конце 1930-х годов истребителей-монопланов с большой скоростью ускорение во время боя стало еще более серьезным.[6][9] Еще в 1940 году на некоторых самолетах были упоры для ног над педалями руля направления, чтобы ступни и ноги пилота можно было поднимать во время боя в попытке минимизировать негативные последствия поворотов на высокой скорости. Во время таких маневров часто не было необходимости в больших отклонениях руля направления, но было необходимо иметь возможность проникнуть внутрь радиуса поворота противника.[нужна цитата ]

Franks G-костюм

Первые g-костюмы[10] были разработаны командой во главе с Уилбур Р. Фрэнкс на Университет Торонто с Бантинг и лучший медицинский институт в 1941 г.[11] Костюмы были изготовлены Данлоп компания и впервые использовалась в оперативном режиме в 1942 г. Авиация флота (FAA) во время Операция Факел.[12] Эти устройства использовали заполненные водой пузыри вокруг ног и два «Mk.» версии (или Марки) были разработаны:

Хлопковый аэродинамический костюм с защитой от перегрузок

Профессор Фрэнк Коттон из Сиднейский университет, Австралия, разработал первый в мире успешный противогазовый костюм с газовым приводом.[13] Исследования начались в конце 1940 года, и был разработан костюм с резиновыми мешочками, покрытыми снаружи нерастяжимым материалом. Мешки автоматически надуваются при увеличении перегрузки во время полета. Костюм был разработан в Сиднейской медицинской школе. Коттон построил первую человеческую центрифугу в здании Андерсона Стюарта в Сиднейском университете в условиях строгой безопасности во время войны. Добровольцев, молодых летчиков, привязали за ноги к центрифуге, подвергли воздействию большой силы перегрузки и наблюдали, пока не произошло отключение электричества. Все потеряли сознание. 19 февраля 1942 г., в день крупного авиаудара Японии Дарвин Костюм Коттона был одобрен военачальниками союзников. Вскоре американцы выдали заказ на изготовление костюма по проекту Коттона.[14]Костюм Cotton позже прошел летные испытания на самолетах Hurricane, Kittyhawks и Spitfires и обеспечил примерно защиту 2G. Королевские военно-воздушные силы провели соревновательные испытания костюма Cotton Anti-G с костюмом Frank G-Suit, который был принят на вооружение в 1944 году. Королевские военно-воздушные силы пришли к выводу, что: «Нет сомнений, что костюм Cotton обеспечивает лучшую защиту». Газонадувные баллоны в костюме Cotton все еще используются в современных костюмах с защитой от перегрузок.[13]

Костюм градиентного давления Berger

в Соединенные Штаты, физиологи Доктора Эрл Х. Вуд Эдвард Балдес, Чарльз Код и Эдвард Ламберт, работающие в сверхсекретной исследовательской лаборатории в клинике Мэйо, помогли определить конкретные физиологические эффекты, вызывающие затемнение и потерю сознания во время высоких перегрузок. Основываясь на новом понимании физиологических эффектов высоких G-сил, они разработали более практичный G-костюм, основанный на работах Коттона и Фрэнкса. В этом костюме использовалась инфляция, как в хлопковом. Хотя дизайн профессора Коттона был интригующим, он был больше сосредоточен на центре тяжести, чем на кровотоке. Этот последний пункт был ключом к созданию практичного костюма против перегрузки, который можно было носить в бою.[11]Этот костюм носили летчики США в конце Второй мировой войны.[10][15][16][17][18]

Исследователи были частью команды, собранной в Клиника Майо изучение воздействия высокопроизводительных полетов на военных пилотов путем изучения физиологических эффектов полета и способов их смягчения. Они использовали большой центрифуга водить гонщиков и наблюдать за их кровяным давлением на уровне головы и сердца с помощью специальных приборов. Чтобы предотвратить падение артериального давления, команда разработала костюм с воздушным пузырем, который надувается до икры, бедер и живота пилота.[19] Основной вклад, позволивший перейти от пульсирующих мочевых пузырей, заполненных водой, к непульсирующим, наполненным воздухом, исследователи Мэйо показали, что для поддержания перфузии глаз и мозга требуется поддержание артериального давления, а не венозного возврата.[20] Прототипы костюмов GPS были известны как "артериальный окклюзионный костюм" (AOS) или костюм Кларка-Вуда, названный в честь Эрла Х. Вуда и Дэйва Кларка (главы компании Дэйва Кларка, который изготовил ранние костюмы для команды Майо. )[21]

В конце 1943 года их усилия увенчались выпуском первого военного образца США: костюма G-1 для летчиков-истребителей типа GPS (Gradient Pressure Suit).[22] Впоследствии команда работала над дальнейшими, более совершенными моделями в 1944 году и позже.[22]

Хотя это было неудобно и отвлекало от использования, более поздние исследования показали, что военные летчики-истребители, которые носили g-костюмы, выжили и победили своих противников в большем количестве, чем те, кто этого не сделал.[18]

Современные g-костюмы соответствуют стандарту ВВС США CSU-13B / P и стандарту ВМС США CSU 15 A / P.

Использует

Самолет в положении пилота лежа

В течение Вторая Мировая Война немец Henschel Hs 132 (ни разу не летал) и США Нортроп XP-79 (разбился при первом полете) у обоих самолетов положения лежа чтобы свести к минимуму скопление крови в ногах.[23] После 1945 года британцы экспериментировали с положениями лёта лежа в сильно модифицированный Gloster Meteor F8 реактивный истребитель и Рид и Сигрист Р.С. 3 "Бобслей" поршневой тренажер. Однако другие трудности, связанные с пилотированием лежа и разработкой практических костюмов для обычных сидячих мест, положили конец этим экспериментам.

Военная авиация и космос

Гидрокостюмы воздушного базирования были очень распространены в самолетах всех стран НАТО с 1950-х годов и используются до сих пор.[нужна цитата ]

Более поздние самолеты, такие как F-15 Eagle, F-16 Боевой сокол, F / A-18 Супер Хорнет, Еврофайтер Тайфун и Dassault Rafale могут выдерживать высокие перегрузки в течение более длительных периодов времени и, следовательно, более требовательны к физическим нагрузкам. Используя современный костюм G в сочетании с анти-g штамм Теперь ожидается, что обученный пилот сможет выдерживать ускорения до девяти g без потери сознания.[нужна цитата ]

Космонавтов носить g-костюмы, похожие на летчики, но сталкиваться с другими проблемами из-за воздействия микрогравитация. Костюмы-авиаторы оказывают равномерное давление на голени, чтобы минимизировать эффекты высокого ускорения, но исследования Канадское космическое агентство[24] подразумевает, что костюм для космонавты который использует «доильное действие» для увеличения притока крови к верхней части тела.[нужна цитата ]

Red Bull Air Race

Пилоты в Чемпионат мира Red Bull Air Race с сезона 2009 года носит костюм g-Race Suit. Костюм g-race - это заполненная жидкостью (водой), автономная и независимая от самолетов система защиты всего тела от перегрузки. Он индивидуален для каждого пилота и может быть отрегулирован с помощью шнуровки.[нужна цитата ]

Костюм g-race состоит из четырех так называемых «жидких мышц», которые представляют собой герметичные трубки, заполненные жидкостью. Каждая жидкая мышца простирается от плеча до лодыжки. Две жидкие мышцы, каждая из которых наполнена примерно 1 литром жидкости, что в сумме составляет около 4 литров (1,1 галлона США) на костюм g-race, расположены вертикально на передней стороне костюма g-race, а две - вертикально на костюме. задняя сторона костюма g-race. Костюм весит в среднем 6,5 кг (14 фунтов), а его ткань сделана из специальной смеси Twaron и Номекс. Эффект противодавления возникает мгновенно, без какой-либо задержки по сравнению с задержкой до двух секунд перед достижением полной защиты системы в стандартных пневматических надувных костюмах. Пилот гонок использует костюм g-race в интерактивном режиме, напрягая мышцы и используя техники дыхания, чтобы добиться улучшенных результатов. сердечный выброс и, таким образом, улучшенная G-защита.[25]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Баллдин, Ульф I (2002). «33». Эффекты разгона на летчиков-истребителей. В: Медицинские условия в суровых условиях окружающей среды.. 2. Вашингтон, округ Колумбия: Институт Бордена. Архивировано из оригинал на 2009-01-11. Получено 2009-04-06.
  2. ^ Амос, Смит, «Отчет: пилот Blue Angels потерял ориентацию» В архиве 2009-02-03 в Wayback Machine, Military Times, 16 января 2008 г.
  3. ^ "G-костюм". www.456fis.org. Получено 2020-05-07.
  4. ^ "Информационный сайт - DENIC eG". www.autofluglibelle.de.
  5. ^ Голова, Генри (1920). «Чувство устойчивости и равновесия в воздухе». В: Milford H, ed. Медицинские проблемы полета. Лондон: Издательство Оксфордского университета.
  6. ^ а б Бертон Р.Р. (январь 1988 г.). «G-индуцированная потеря сознания: определение, история, текущее состояние». Авиация, космос и экологическая медицина. 59 (1): 2–5. PMID  3281645.
  7. ^ Wh, Брук (февраль 1990 г.). «Разработка австралийского костюма против перегрузки». Авиация, космос и экологическая медицина. PMID  2178602. Получено 2020-06-05.
  8. ^ «Спортсмен-чемпион, изобретатель хлопкового костюма с защитой от перегрузки и пионер спортивной науки» (PDF). sydney.edu.au.
  9. ^ Ладья А.Ф., Доусон DJ (1938). «Гипотония и полет». Ланцет. 232 (2): 1503–10. Дои:10.1016 / s0140-6736 (00) 83970-7.
  10. ^ а б Wood, EH (июль 1987 г.). «Разработка костюмов против перегрузки и их ограничения». Aviat Space Environ Med. 58 (7): 699–706. PMID  3304268.
  11. ^ а б "Костюм Anti-G‹ HistoricWings.com :: Журнал для авиаторов, пилотов и искателей приключений ". fly.historicwings.com.
  12. ^ https://www.flightglobal.com/pdfarchive/view/1961/1961%20-%200160.html
  13. ^ а б Брук, штат Вашингтон (февраль 1990 г.). «Разработка австралийского костюма против перегрузки». Aviat Space Environ Med. 61 (2): 176–82. PMID  2178602.
  14. ^ «Спортсмен-чемпион, изобретатель хлопкового костюма с защитой от перегрузки и пионер спортивной науки» (PDF). sydney.edu.au.
  15. ^ Дерево, EH; Ламберт, EH (1946). «Влияние защитных костюмов на изменение кровяного давления на центрифуге человека». Fed Proc. 5: 115. PMID  21066536.
  16. ^ {цитировать журнал | pmid = 3778400 | объем = 57 | title = Вклад авиамедицинских исследований в летную и биомедицинскую науку | год = 1986 | journal = Aviat Space Environ Med | страницы = A13–23 | last1 = Дерево | first1 = EH}}. Опечатка в: Aviat Space Environ Med 1987 Июль; 58 (7): 706.
  17. ^ Wood, EH (февраль 1987 г.). «Разработка методов предотвращения обморока и потери сознания, вызванного ускорением у летчиков-истребителей времен Второй мировой войны. Ограничения: настоящее и будущее». Физиолог. 30: S27–30. PMID  3550843.
  18. ^ а б Бонд, Билл; Бонд, Карен. Изобретение костюма G: история жизни доктора Эрла Вуда.
  19. ^ Дерево, EH; Ламберт, EH (сентябрь 1946 г.). и другие. «Эффекты ускорения применительно к авиации». Fed Proc. 5: 327–344. PMID  20999477.
  20. ^ Wood, EH (сентябрь 1987 г.). «Некоторые эффекты силовой среды на сердце, легкие и кровообращение». Clin Invest Med. 10 (5): 401–27. PMID  3315363.
  21. ^ Свитинг, К. Г. (2015) Снаряжение авиатора армии США, 1917–1945 гг. McFarland Publishers ISBN  978-0786497379.
  22. ^ а б Питта, Роберт и Фаннелл, Джефф и Роттман, Гордон и Виндроу, Мартин и Маккуэйг, Саймон (1993) Армия США ВВС, Osprey Publishing, 1993, ISBN  978-1-85532-295-0
  23. ^ «Летчики-летчики - Гнездо драконов». www.nestofdragons.net.
  24. ^ «Канадское космическое агентство». space.gc.ca. Архивировано из оригинал на 2005-12-04.
  25. ^ «Новый костюм против G-Race». RedBullAirRace.com. 2009. Архивировано с оригинал на 2011-07-15. Получено 2009-07-14.

внешняя ссылка