Surcharges, leur effet sur une personne dans différentes conditions. Unités de force G négatif dans l'aviation

Surcharge- le rapport de la valeur absolue de l'accélération linéaire provoquée par les forces non gravitationnelles à l'accélération de la gravité à la surface de la Terre. Étant un rapport de deux forces, la force g est une quantité sans dimension, mais la force g est souvent exprimée en termes d'accélération gravitationnelle. g. Surcharge de 1 unité (soit 1 g) est numériquement égal au poids d'un corps au repos dans le champ de gravité terrestre. Surcharge à 0 g est testé par un corps en chute libre sous l'influence des seules forces gravitationnelles, c'est-à-dire en état d'apesanteur.

La surcharge est une quantité vectorielle. Pour un organisme vivant, la direction de l’action de surcharge est importante. Lorsqu’ils sont surchargés, les organes humains ont tendance à rester dans le même état (mouvement linéaire uniforme ou repos). Avec une surcharge positive (tête - jambes), le sang passe de la tête aux jambes, l'estomac descend. En cas de surcharge négative, le flux sanguin vers la tête augmente. La position la plus favorable du corps humain, dans laquelle il peut percevoir les plus grandes surcharges, est allongée sur le dos, face au sens d'accélération du mouvement, la plus défavorable au transfert des surcharges est dans le sens longitudinal avec les jambes vers le sens de accélération. Lorsqu'une voiture entre en collision avec un obstacle stationnaire, une personne assise dans la voiture subira une surcharge au niveau du dos et de la poitrine. Une telle surcharge peut être tolérée sans trop de difficultés. Une personne ordinaire peut supporter des surcharges allant jusqu'à 15 g environ 3 à 5 secondes sans perte de conscience. Surcharge de 20 à 30 g ou plus, une personne ne peut pas résister plus de 1 à 2 secondes sans perdre connaissance, selon l'ampleur de la surcharge.

Symptômes et mécanisme d'action des surcharges
Symptômes généraux. La réaction d'une personne aux surcharges est déterminée par son ampleur, son gradient d'augmentation, sa durée d'action, sa direction par rapport aux principaux vaisseaux du corps, ainsi que par l'état fonctionnel initial du corps. En fonction de la nature, de l'ampleur et des combinaisons de ces facteurs, des modifications de changements fonctionnels subtils peuvent survenir dans le corps jusqu'à des conditions extrêmement graves, accompagnées d'une perte complète de la vision et de la conscience en présence de troubles profonds des fonctions des systèmes cardiovasculaire, respiratoire, nerveux et autres.

Les changements généraux dans l'état d'une personne sous l'influence de surcharges se manifestent par une sensation de lourdeur dans tout le corps, au début des difficultés, et par une augmentation de l'ampleur de la surcharge et une absence totale de mouvement, notamment dans les membres, dans certains cas. cas, douleurs dans les muscles du dos et du cou [Babushkin V.P., 1959 ; de Graef P., 1983]. Il existe un déplacement clairement défini des tissus mous et leur déformation. Lors d'une exposition prolongée à des surcharges positives suffisamment importantes, des hémorragies cutanées pétéchies sous forme de points ou de grosses taches, intensément colorées mais indolores, qui disparaissent spontanément en quelques jours, peuvent apparaître sur les zones des jambes, des fesses et du scrotum non protégées par une contre-pression. Parfois, un gonflement est observé à ces endroits et, en cas de surcharge négative, un gonflement du visage. Les troubles visuels surviennent précocement. Avec des valeurs de surcharge élevées, une perte de conscience se développe, qui dure 9 à 21 s.

Le mécanisme d'action des surcharges positives et négatives est complexe et est déterminé par les effets primaires provoqués par les forces d'inertie. Les plus importants d'entre eux sont les suivants : redistribution du sang dans l'organisme vers la moitié inférieure (+G Z) ou supérieure (-G z) du corps, déplacement d'organes et déformation des tissus, qui sont sources d'impulsions inhabituelles dans le système nerveux central, troubles de la circulation, respiration et réaction au stress. Le développement d'une hypoxémie et d'une hypoxie entraîne un dysfonctionnement du système nerveux central, du cœur et des glandes endocrines. La biochimie des processus vitaux est perturbée. Des dommages aux structures cellulaires de nature réversible ou irréversible peuvent survenir, détectés par des méthodes cytochimiques et histologiques.

L’une des principales exigences des pilotes militaires et des cosmonautes est la capacité du corps à résister aux surcharges. Les pilotes entraînés portant des combinaisons anti-g peuvent résister à des forces g de -3 à -2. g jusqu'à +12 g. La résistance aux surcharges négatives et ascendantes est beaucoup plus faible. Habituellement entre 7 et 8 heures g les yeux « deviennent rouges », la vision disparaît et la personne perd progressivement connaissance à cause d'un afflux de sang à la tête. Pendant le décollage, les astronautes subissent une surcharge en position couchée. Dans cette position, la surcharge agit dans le sens poitrine-dos, ce qui permet de supporter une surcharge de plusieurs unités g pendant plusieurs minutes. Il existe des combinaisons spéciales anti-surcharge dont la tâche est d'atténuer les effets de la surcharge. Les combinaisons sont un corset doté de tuyaux gonflés par un système d'air et retenant la surface extérieure du corps humain, empêchant légèrement l'écoulement du sang.

La surcharge augmente les contraintes sur la structure de la machine et peut entraîner une panne ou une destruction de la machine, ainsi que le mouvement de charges lâches ou mal sécurisées. La valeur de surcharge autorisée pour les avions civils est de 2,5 g

Pour une raison particulière, une grande attention est accordée dans le monde à la vitesse d'accélération d'une voiture de 0 à 100 km/h (aux États-Unis de 0 à 60 mph). Les experts, les ingénieurs, les fans de voitures de sport, ainsi que les passionnés de voitures ordinaires, avec une sorte d'obsession, surveillent en permanence les caractéristiques techniques des voitures, qui révèlent généralement la dynamique d'accélération d'une voiture de 0 à 100 km/h. De plus, tout cet intérêt s'observe non seulement dans les voitures de sport pour lesquelles la dynamique d'accélération à l'arrêt est très importante, mais aussi dans les voitures de classe économique tout à fait ordinaires.

De nos jours, le plus grand intérêt pour la dynamique d'accélération se porte vers les voitures électriques modernes, qui ont commencé à supplanter lentement les supercars de sport avec leurs vitesses d'accélération incroyables du créneau automobile. Par exemple, il y a seulement quelques années, il semblait tout simplement fantastique qu’une voiture puisse accélérer jusqu’à 100 km/h en un peu plus de 2 secondes. Mais aujourd'hui, certains modernes se rapprochent déjà de cet indicateur.

Cela nous amène naturellement à nous demander : quelle vitesse d'accélération d'une voiture de 0 à 100 km/h est dangereuse pour la santé humaine ? En effet, plus la voiture accélère vite, plus le conducteur (assis) au volant subit une charge importante.

Convenez avec nous que le corps humain a ses propres limites et ne peut pas résister aux charges croissantes sans fin qui agissent et ont un certain impact sur lui lors d'une accélération rapide du véhicule. Découvrons ensemble à quelle accélération maximale d'une voiture une personne peut théoriquement et pratiquement résister.

L'accélération, comme nous le savons probablement tous, est un simple changement de la vitesse de déplacement d'un corps par unité de temps. L'accélération de tout objet au sol dépend, en règle générale, de la gravité. La gravité est une force agissant sur tout corps matériel proche de la surface de la Terre. La force de gravité à la surface de la Terre est constituée de la gravité et de la force centrifuge d'inertie, qui résulte de la rotation de notre planète.

Si nous voulons être absolument précis, alors 1g de surcharge humaineêtre assis au volant d'une voiture se forme lorsque la voiture accélère de 0 à 100 km/h en 2,83254504 secondes.

Et donc, nous savons que lorsqu'il est surchargé dans 1g la personne ne rencontre aucun problème. Par exemple, une voiture de série Tesla Model S (une version spéciale coûteuse) peut accélérer de 0 à 100 km/h en 2,5 secondes (selon les spécifications). En conséquence, le conducteur au volant de cette voiture subira une surcharge de 1,13g.

Ceci, comme nous le voyons, est plus que la surcharge qu'une personne subit dans la vie ordinaire et qui résulte de la gravité ainsi que du mouvement de la planète dans l'espace. Mais c'est beaucoup et la surcharge ne présente aucun danger pour l'homme. Mais si nous prenons le volant d'un puissant dragster (voiture de sport), la situation ici est complètement différente, puisque nous voyons déjà différents chiffres de surcharge.

Par exemple, le plus rapide peut accélérer de 0 à 100 km/h en seulement 0,4 seconde. En conséquence, il s'avère que cette accélération provoque une surcharge à l'intérieur de la voiture en 7,08g. C'est déjà, comme vous pouvez le constater, beaucoup. Au volant d'un véhicule aussi fou, vous ne vous sentirez pas très à l'aise, et tout cela à cause du fait que votre poids augmentera presque sept fois par rapport à avant. Mais malgré cet état peu confortable avec une telle dynamique d'accélération, cette (cette) surcharge n'est pas capable de vous tuer.

Alors, comment une voiture doit-elle accélérer pour tuer une personne (le conducteur) ? En fait, il est impossible de répondre sans ambiguïté à cette question. Le point ici est le suivant. Chaque organisme de toute personne est purement individuel et il est naturel que les conséquences de l'exposition à certaines forces sur une personne soient également complètement différentes. Surcharge pour certains à 4-6g même pendant quelques secondes, ce sera déjà (est) critique. Une telle surcharge peut entraîner une perte de conscience et même la mort de la personne. Mais généralement, une telle surcharge n’est pas dangereuse pour de nombreuses catégories de personnes. Il existe des cas connus de surcharge dans 100g permis à une personne de survivre. Mais la vérité est que c’est très rare.

Avion. La surcharge est une quantité sans dimension, mais elle est largement identifiée à l'accélération de la gravité. g. Surcharge normale 1 g signifie vol droit horizontal. Si un avion effectue un virage coordonné horizontal avec une inclinaison de 60 degrés, sa structure subit une surcharge normale de 2 unités (ou 2g).

La valeur de surcharge autorisée pour les avions civils est de 4,33 en direct. Une personne ordinaire peut supporter des surcharges allant jusqu'à 5 g. Les pilotes entraînés portant des combinaisons anti-g peuvent résister à des forces g allant jusqu'à 9 g. La résistance aux surcharges négatives et ascendantes est beaucoup plus faible. Habituellement à 2-3 g les yeux « deviennent rouges » et la personne perd connaissance à cause d’un afflux de sang à la tête.

Valeurs approximatives des surcharges rencontrées dans la vie

Homme debout, immobile	1 g
Passager dans un avion pendant le décollage	1,5 g
Un parachutiste atterrit à une vitesse de 6 m/s	1,8 g
Un parachutiste lors de l'ouverture d'un parachute (lorsque la vitesse passe de 60 à 5 m/s)	5,0 g
Cosmonautes pendant la descente dans le vaisseau spatial Soyouz	jusqu'à 3.0-4.0 g
Pilote effectuant des manœuvres de voltige	jusqu'à 5 g
Un pilote récupérant un avion après une plongée	8,0-9 g
Surcharge (à long terme), correspondant à la limite des capacités physiologiques humaines	8,0-10,0 g
La plus grande surcharge (à court terme) d'une voiture dans laquelle une personne a réussi à survivre	179,8 g

Remarques

Fondation Wikimédia. 2010.

Voyez ce qu'est « Surcharge (aérodynamique) » dans d'autres dictionnaires :

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Une manœuvre acrobatique avec augmentation de l'angle de tangage (par exemple, entrer dans une colline) s'accompagne d'une surcharge positive ; le corps pèse plus que d'habitude... Wikipédia

Le type est polyvalent et ... Wikipedia

Développeur d'avions d'entraînement de type ... Wikipédia

Ce terme a d’autres significations, voir Clipper. "Clipper" est un vaisseau spatial réutilisable habité polyvalent, conçu chez RSC Energia depuis 2000 pour remplacer le vaisseau spatial de la série Soyouz... Wikipedia

Surcharge est le rapport de la résultante de toutes les forces (sauf le poids) agissant sur l'avion au poids de l'avion.

Les surcharges sont définies dans le repère associé :

nx- surcharge longitudinale ; non- surcharge normale ; nz- surcharge latérale.

La surcharge totale est déterminée par la formule

Surcharge longitudinale nх se produit lorsque la poussée et la traînée du moteur changent.

Si la poussée du moteur est supérieure à la traînée, alors la surcharge est positive. Si l’ampleur de la traînée est supérieure à la poussée du moteur, alors la surcharge est négative.

La surcharge longitudinale est déterminée par la formule

Surcharge latérale nz se produit lorsque l'avion vole dans un état glissant. Mais en termes d'ampleur, la force aérodynamique latérale Z est très faible. Par conséquent, dans les calculs, la surcharge latérale est prise égale à zéro. La surcharge latérale est déterminée par la formule

L'exécution de manœuvres de voltige s'accompagne principalement de l'apparition de surcharges normales importantes.

Surcharge normale non est appelé le rapport entre la portance et le poids de l'avion et est déterminé par la formule

La surcharge normale, comme le montre la formule (11.5), est créée par la force de levage. En vol horizontal en atmosphère calme, la force de portance est égale au poids de l'avion, donc la surcharge sera égale à l'unité :

Riz. 6 L'effet de la force d'inertie centrifuge sur le pilote a - avec une forte augmentation de l'angle d'attaque, b - avec une forte diminution de l'angle d'attaque

En vol courbe, lorsque la force de portance devient supérieure au poids de l'avion, la surcharge sera supérieure à un.

Lorsqu'un avion se déplace le long d'une trajectoire courbe, la force centripète est, comme déjà mentionné, la portance, c'est-à-dire la pression de l'air sur les ailes. Dans ce cas, l'ampleur de la force centripète est toujours accompagnée d'une force d'inertie centrifuge égale, mais de direction opposée, qui s'exprime par la force de pression des ailes sur l'air. De plus, la force centrifuge agit comme le poids (la masse), et comme elle est toujours égale à la force centripète, lorsque celle-ci augmente, elle augmente du même montant. Ainsi, la surcharge aérodynamique s’apparente à une augmentation du poids de l’avion (pilote).

En cas de surcharge, le pilote a l'impression que son corps est devenu plus lourd.

La surcharge normale est divisée en positive et négative. Lorsque la surcharge presse le pilote contre le siège, alors cette surcharge positif, s'il le sépare du siège et le maintient avec les ceintures de sécurité - négatif (Fig.6).

Dans le premier cas, le sang coulera de la tête vers les pieds, dans le second cas, il coulera vers la tête.

Comme déjà mentionné, une augmentation de la portance en mouvement curviligne équivaut à une augmentation du poids de l'avion du même montant, alors

(11.6)

(11.7)

Où n niveau - surcharge disponible.

D'après la formule (11.7), il est clair que le montant de la surcharge disponible est déterminé par la réserve de coefficients de portance (marge d'angles d'attaque) depuis ceux requis pour le vol horizontal jusqu'à sa valeur de sécurité (Su TR ou Su CR).

La surcharge normale maximale possible peut être obtenue lorsque, en vol à une vitesse et une altitude de vol données, la capacité de l'avion à créer de la portance est pleinement utilisée. Cette surcharge peut être obtenue dans le cas où l'avion est brusquement (sans diminution notable de la vitesse de vol) amené à C y = C y max :

(11.8)

Cependant, il n'est pas souhaitable d'amener l'avion à une telle surcharge, car il y aura une perte de stabilité et un décrochage en vrille ou en vrille. Pour cette raison, il n'est pas recommandé d'incliner brusquement le manche de commande vers vous à des vitesses de vol élevées, en particulier à la sortie d'une plongée. Par conséquent, la surcharge maximale possible ou disponible est considérée comme étant d'une valeur inférieure afin d'empêcher l'avion d'entrer en mode tremblement. La formule pour déterminer cette surcharge a la forme

(11.9)

Pour les avions Yak-52 et Yak-55, les dépendances graphiques des surcharges disponibles sur la vitesse de vol sont présentées sur la Fig. 7, fig. 8. Lors de vols sur des avions Yak-52 et Yak-55, la surcharge normale disponible est principalement limitée par les caractéristiques de résistance de l'avion.

Surcharge opérationnelle maximale autorisée pour l'avion Yak-52 :

avec châssis à roues :

positif +7 ;

négatif -5 ;

avec châssis de ski :

positif +5 ;

négatif -3.

Surcharge opérationnelle maximale autorisée pour l'avion Yak-55 :

dans la version formation :

positif +9 ;

négatif -6 ;

en version distillation :

positif +5 ;

négatif -3.

Le dépassement de ces surcharges en vol est interdit, car des déformations résiduelles peuvent apparaître dans la structure de l'avion.

Lors de manœuvres courbes en régime permanent, la surcharge dépend de la réserve de poussée de la centrale. La réserve de poussée est déterminée à partir de la condition de maintien d'une vitesse donnée tout au long de la manœuvre.

Surcharge maximale pour la poussée disponible PR est appelée la plus grande surcharge à laquelle la poussée de la centrale électrique équilibre encore la traînée. Il est déterminé par la formule

(11.10)

La surcharge maximale pour la poussée disponible dépend de la vitesse et de l'altitude du vol, puisque les facteurs ci-dessus affectent la poussée disponible Рр et la qualité aérodynamique K sur la vitesse. Pour calculer la dépendance de n à PREV, il est nécessaire d'avoir des courbes Рр (V) pour différentes altitudes et une grille de polaires.

Pour chaque valeur de vitesse, les valeurs de la poussée disponible sont tirées de la courbe Pp (V), la valeur du coefficient Cy est déterminée à partir de la polaire pour la vitesse V correspondante, et calculée selon la formule (11.10).

Lors de manœuvres dans un plan horizontal avec une surcharge inférieure à celle disponible, mais supérieure à la poussée maximale, l'avion perdra de la vitesse ou de l'altitude de vol.

Surcharges terrestres

Lorsqu'une voiture entre en collision avec un obstacle stationnaire, une personne assise dans la voiture subira une surcharge au niveau du dos et de la poitrine. Une telle surcharge peut être tolérée sans trop de difficultés. Une personne ordinaire peut supporter des surcharges allant jusqu'à 15 g environ 3 à 5 secondes sans perte de conscience. Surcharge de 20 à 30 g ou plus, une personne ne peut pas résister plus de 1 à 2 secondes sans perdre connaissance, selon l'ampleur de la surcharge.

Surcharges appliquées aux humains :

1 - 1 g .

3 - 15 g pendant 0,6 s.

5 - 22 g .

L’une des principales exigences des pilotes militaires et des cosmonautes est la capacité du corps à résister aux surcharges. Les pilotes entraînés en combinaisons anti-g peuvent résister à des forces g de -3 à -2. g jusqu'à +12 g . La résistance aux surcharges négatives et ascendantes est beaucoup plus faible. Habituellement entre 7 et 8 heures g les yeux « deviennent rouges », la vision disparaît et la personne perd progressivement connaissance à cause d'un afflux de sang à la tête. Pendant le décollage, les astronautes subissent une surcharge en position couchée. Dans cette position, la surcharge agit dans le sens poitrine-dos, ce qui permet de supporter une surcharge de plusieurs unités g pendant plusieurs minutes. Il existe des combinaisons spéciales anti-surcharge dont la tâche est d'atténuer les effets de la surcharge. Les combinaisons sont un corset doté de tuyaux gonflés par un système d'air et retenant la surface externe du corps humain, empêchant légèrement l'écoulement du sang.

Surcharge d'espace

Lors du lancement, l'astronaute est soumis à une accélération dont la valeur varie de 1 à 7 g.

Les surcharges associées à l'accélération provoquent une détérioration significative de l'état fonctionnel du corps humain : le flux sanguin dans le système circulatoire ralentit, l'acuité visuelle et l'activité musculaire diminuent.

Avec l'apparition de l'apesanteur, l'astronaute peut ressentir des troubles vestibulaires, une sensation de lourdeur au niveau de la tête persiste longtemps (en raison de l'augmentation du flux sanguin vers celle-ci). Dans le même temps, l'adaptation à l'apesanteur se produit, en règle générale, sans complications graves : une personne maintient sa capacité de travail et effectue avec succès diverses opérations de travail, y compris celles qui nécessitent une coordination fine ou des dépenses d'énergie importantes. L'activité motrice en apesanteur nécessite beaucoup moins de dépenses énergétiques que des mouvements similaires en apesanteur.

Lors d'une accélération longitudinale, l'astronaute éprouve des illusions visuelles. Il lui semble que l'objet qu'il regarde se déplace dans la direction du vecteur d'accélération et de gravité résultant.

Avec les accélérations angulaires, un mouvement apparent de l'objet de vision se produit dans le plan de rotation. Cette illusion dite circumgyrale est une conséquence des effets de surcharge sur les canaux semi-circulaires (organes de l'oreille interne).

Conclusion:

Si le flux sanguin en état d'apesanteur est d'un ordre de grandeur supérieur à celui sur Terre, alors la perte de conscience due à un flux sanguin excessif vers la tête se produira à la fois à un g inférieur et dans le nombre de secondes qu'un astronaute peut supporter. Mais il y en a un + Parce que nous sommes dans un avenir lointain, nos combinaisons anti-G, par exemple, qui coûtent 350 roubles, seront d'un ordre de grandeur meilleures pour préserver la conscience lors de surcharges fortes et prolongées + devraient être sauvées par gravité artificielle, qui devrait créer un contrepoids aux surcharges en 2 à 5 secondes.

Selon les médecins, le cerveau humain peut supporter des surcharges d'environ 150 g, si elles agissent sur le cerveau pendant 1 à 2 ms maximum ; avec une diminution des surcharges, le temps pendant lequel une personne peut les ressentir augmente, et une surcharge de 40 g, même avec une exposition prolongée, est considérée comme relativement sûre pour la tête.

Une surcharge allant jusqu'à 72 g est considérée comme sûre, les surcharges de 72 à 88 g tombent dans la zone intermédiaire « rouge » et lorsqu'elles dépassent 88 g, un traumatisme crânien est considéré comme hautement probable. Un aspect important de la méthode EuroNCAP est l’évaluation de la pression agissant sur la poitrine d’une personne : une compression thoracique de 22 mm est considérée comme sûre, une compression de 50 mm est considérée comme le maximum.