Supraîncărcările, efectul lor asupra unei persoane în diferite condiții. Unități de forță G negativ în aviație

Supraîncărcare- raportul dintre valoarea absolută a accelerației liniare cauzată de forțele negravitaționale și accelerația gravitației pe suprafața Pământului. Fiind un raport de două forțe, forța g este o mărime adimensională, dar forța g este adesea exprimată în termeni de accelerație gravitațională. g. Supraîncărcare de 1 unitate (adică 1 g) este numeric egală cu greutatea unui corp în repaus în câmpul gravitațional al Pământului. Supraîncărcare la 0 g este testat de un corp în stare de cădere liberă sub influența doar a forțelor gravitaționale, adică în stare de imponderabilitate.

Supraîncărcarea este o mărime vectorială. Pentru un organism viu, direcția acțiunii de supraîncărcare este importantă. Când sunt supraîncărcate, organele umane tind să rămână în aceeași stare (mișcare liniară uniformă sau repaus). Cu o suprasolicitare pozitivă (cap - picioare), sângele se deplasează de la cap la picioare, stomacul coboară. Cu supraîncărcare negativă, fluxul de sânge către cap crește. Poziția cea mai favorabilă a corpului uman, în care poate percepe cele mai mari supraîncărcări, este culcat pe spate, cu fața în direcția de accelerare a mișcării, cea mai nefavorabilă pentru transferul supraîncărcărilor este în direcția longitudinală cu picioarele spre direcția de accelerare. Atunci când o mașină se ciocnește de un obstacol staționar, o persoană care stă în mașină va experimenta suprasolicitarea spatelui pieptului. O astfel de supraîncărcare poate fi tolerată fără prea multe dificultăți. O persoană obișnuită poate rezista la supraîncărcări de până la 15 g aproximativ 3 - 5 secunde fără pierderea conștienței. Supraîncărcare de la 20 la 30 g sau mai mult, o persoană poate rezista nu mai mult de 1 - 2 secunde fără a-și pierde cunoștința, în funcție de amploarea supraîncărcării.

Simptomele și mecanismul de acțiune al supraîncărcărilor
Simptome generale. Reacția unei persoane la supraîncărcări este determinată de amploarea lor, gradientul de creștere, durata acțiunii, direcția în raport cu principalele vase ale corpului, precum și starea funcțională inițială a corpului. În funcție de natura, amploarea și combinațiile de acești factori, schimbările subtile ale schimbărilor funcționale pot apărea în organism la condiții extrem de severe, însoțite de pierderea completă a vederii și a conștienței în prezența unor tulburări profunde ale funcțiilor sistemului cardiovascular, respirator, nervos și a altor sisteme ale corpului.

Modificările generale ale stării unei persoane sub influența supraîncărcărilor se manifestă printr-o senzație de greutate în întregul corp, la prima dificultate, și cu o creștere a mărimii supraîncărcării și o lipsă completă de mișcare, în special la nivelul membrelor, la unele. cazuri, dureri în mușchii spatelui și gâtului [Babushkin V.P., 1959; de Graef P., 1983]. Există o deplasare clar definită a țesuturilor moi și deformarea acestora. În timpul expunerii prelungite la supraîncărcări pozitive suficient de mari, pe zonele picioarelor, feselor și scrotului, neprotejate de contrapresiune, pot apărea hemoragii petehiale cutanate sub formă de puncte sau pete mari, intens colorate, dar nedureroase, care dispar spontan în câteva zile. Uneori se observă umflarea în aceste locuri, iar cu supraîncărcări negative - umflarea feței. Tulburările vizuale apar devreme. Cu valori mari de suprasarcină, se dezvoltă pierderea conștienței, care durează 9-21 s.

Mecanismul de acțiune al supraîncărcărilor pozitive și negative este complex și este determinat de efectele primare cauzate de forțele inerțiale. Cele mai importante dintre ele sunt următoarele: redistribuirea sângelui în corp în jumătatea inferioară (+G Z) sau superioară (-G z) a corpului, deplasarea organelor și deformarea țesuturilor, care sunt surse de impulsuri neobișnuite în sistemul nervos central, circulație afectată, respirație și reacție la stres. Dezvoltarea hipoxemiei și hipoxiei duce la disfuncția sistemului nervos central, a inimii și a glandelor endocrine. Biochimia proceselor vieții este perturbată. Pot apărea leziuni ale structurilor celulare de natură reversibilă sau ireversibilă, detectate prin metode citochimice și histologice.

Una dintre principalele cerințe pentru piloții militari și cosmonauți este capacitatea corpului de a rezista la suprasarcină. Piloții antrenați care poartă costume anti-g pot rezista forțelor g de la -3 ... -2 g până la +12 g. Rezistența la supraîncărcări negative, în sus, este mult mai mică. De obicei la 7 - 8 g ochii „devin roșii”, vederea dispare, iar persoana își pierde treptat cunoștința din cauza unui flux de sânge la cap. În timpul decolării, astronauții suportă suprasolicitarea în timp ce stau întinși. În această poziție, supraîncărcarea acționează în direcția piept-spate, ceea ce vă permite să rezistați la o suprasarcină de câteva g unități timp de câteva minute. Există costume speciale anti-supraîncărcare, a căror sarcină este de a atenua efectele supraîncărcării. Costumele sunt un corset cu furtunuri care sunt umflate de un sistem de aer și țin suprafața exterioară a corpului uman, împiedicând ușor scurgerea sângelui.

Supraîncărcarea crește stresul asupra structurii mașinii și poate duce la defectarea sau distrugerea mașinii, precum și la deplasarea sarcinilor libere sau prost asigurate. Valoarea de suprasarcină admisă pentru aeronavele civile este 2,5 g

Dintr-un motiv special, în lume se acordă multă atenție vitezei de accelerare a unei mașini de la 0 la 100 km/h (în SUA de la 0 la 60 mph). Experții, inginerii, fanii mașinilor sport, precum și pasionații de mașini obișnuiți, cu un fel de obsesie, monitorizează constant caracteristicile tehnice ale mașinilor, care dezvăluie de obicei dinamica accelerației unei mașini de la 0 la 100 km/h. Mai mult, tot acest interes se observă nu numai la mașinile sport pentru care dinamica accelerației de la oprire este foarte importantă, ci și la mașinile de clasă economică complet obișnuite.

În zilele noastre, cel mai mare interes pentru dinamica accelerației este îndreptat către mașinile electrice moderne, care au început să înlocuiască încet supercarurile sport cu vitezele lor incredibile de accelerație din nișa mașinii. De exemplu, în urmă cu doar câțiva ani, părea pur și simplu fantastic că o mașină poate accelera până la 100 km/h în puțin peste 2 secunde. Dar astăzi unele moderne s-au apropiat deja de acest indicator.

Acest lucru vă face, în mod natural, să vă întrebați: ce viteză de accelerare a unei mașini de la 0 la 100 km/h este periculoasă pentru sănătatea umană? La urma urmei, cu cât mașina accelerează mai repede, cu atât șoferul care se află (șezând) la volan are o sarcină mai mare.

Sunteți de acord cu noi că corpul uman are propriile sale anumite limite și nu poate rezista la sarcinile în creștere nesfârșite care acționează și au un anumit efect asupra acestuia în timpul accelerației rapide a vehiculului. Să aflăm împreună ce accelerație maximă a unei mașini poate fi suportată teoretic și practic de o persoană.

Accelerația, după cum probabil știm cu toții, este o simplă schimbare a vitezei de mișcare a unui corp pe unitatea de timp. Accelerația oricărui obiect pe sol depinde, de regulă, de gravitație. Gravitația este o forță care acționează asupra oricărui corp material care se află aproape de suprafața pământului. Forța gravitațională de pe suprafața pământului constă din gravitație și forța centrifugă de inerție, care ia naștere din cauza rotației planetei noastre.

Dacă vrem să fim absolut precisi, atunci 1g supraîncărcare umană stând la volanul unei mașini se formează atunci când mașina accelerează de la 0 la 100 km/h în 2,83254504 secunde.

Și așa, știm că atunci când este supraîncărcat în 1g persoana nu are probleme. De exemplu, o mașină Tesla Model S de serie (o versiune specială scumpă) poate accelera de la 0 la 100 km/h în 2,5 secunde (conform specificației). În consecință, șoferul aflat la volanul acestei mașini va experimenta o supraîncărcare de 1,13 g.

Aceasta, după cum vedem, este mai mult decât suprasolicitarea pe care o experimentează o persoană în viața obișnuită și care apare din cauza gravitației și, de asemenea, din cauza mișcării planetei în spațiu. Dar acest lucru este destul de puțin și supraîncărcarea nu prezintă niciun pericol pentru oameni. Dar, dacă ne urcăm la volanul unui dragster puternic (mașină sport), atunci imaginea de aici este complet diferită, deoarece vedem deja diferite cifre de suprasarcină.

De exemplu, cel mai rapid poate accelera de la 0 la 100 km/h în doar 0,4 secunde. Ca urmare, se dovedește că această accelerație provoacă supraîncărcare în interiorul mașinii 7,08 g. Acest lucru este deja, după cum puteți vedea, mult. Conducând un vehicul atât de nebun, nu te vei simți foarte confortabil și totul datorită faptului că greutatea ta va crește de aproape șapte ori față de înainte. Dar, în ciuda acestei stări nu foarte confortabile cu o astfel de dinamică de accelerație, această (această) suprasarcină nu este capabilă să te omoare.

Deci, cum trebuie să accelereze o mașină pentru a ucide o persoană (șoferul)? De fapt, este imposibil să răspundem fără ambiguitate la această întrebare. Ideea aici este următoarea. Fiecare organism al oricărei persoane este pur individual și este firesc ca consecințele expunerii la anumite forțe asupra unei persoane să fie, de asemenea, complet diferite. Supraîncărcare pentru unii la 4-6g chiar și pentru câteva secunde va fi deja (este) critic. O astfel de supraîncărcare poate duce la pierderea conștienței și chiar la moartea acelei persoane. Dar, de obicei, o astfel de supraîncărcare nu este periculoasă pentru multe categorii de oameni. Există cazuri cunoscute de supraîncărcare 100 g a permis unei persoane să supraviețuiască. Dar adevărul este că acest lucru este foarte rar.

Avion. Supraîncărcarea este o mărime adimensională, dar este larg identificată cu accelerația gravitației g. Suprasarcină normală 1 gînseamnă zbor orizontal drept. Dacă un avion efectuează o viraj coordonat orizontal cu o înclinare de 60 de grade, structura sa suferă o suprasarcină normală de 2 unități (sau 2 g).

Valoarea de suprasarcină admisă pentru aeronavele civile este 4,33 Trăi. O persoană obișnuită poate rezista la supraîncărcări de până la 5 g. Piloții antrenați care poartă costume anti-g pot rezista forțelor G de până la 9 g. Rezistența la supraîncărcări negative, în sus, este mult mai mică. De obicei la 2-3 g ochii „devin roșii” și persoana își pierde cunoștința din cauza unui flux de sânge la cap.

Valorile aproximative ale suprasolicitarilor intalnite in viata

Bărbat care stă nemișcat	1 g
Pasager într-un avion în timpul decolării	1,5 g
Parașutist aterizează cu o viteză de 6 m/s	1,8 g
Un parașutist când deschide o parașută (când viteza se schimbă de la 60 la 5 m/s)	5,0 g
Cosmonauți în timpul coborârii în nava spațială Soyuz	până la 3,0-4,0 g
Pilot care efectuează manevre acrobatice	până la 5 g
Un pilot recuperează o aeronavă dintr-o scufundare	8,0-9 g
Supraîncărcare (pe termen lung), corespunzătoare limitei capacităților fiziologice umane	8,0-10,0 g
Cea mai mare supraîncărcare (pe termen scurt) a unei mașini în care o persoană a reușit să supraviețuiască	179,8 g

Note

Fundația Wikimedia. 2010.

Vedeți ce înseamnă „Suprasarcină (aerodinamică)” în alte dicționare:

Bóeing 737 (în rusă: Boeing 737) este cea mai populară aeronavă de pasageri cu reacție îngustă din lume. Boeing 737 este cel mai produs în masă avion cu reacție de pasageri din întreaga istorie a industriei aeronavelor de pasageri (6.160 de avioane comandate... ... Wikipedia

O manevră acrobatică cu o creștere a unghiului de înclinare (de exemplu, intrarea într-un deal) este însoțită de o suprasarcină pozitivă; corpul cântărește mai mult decât de obicei ... Wikipedia

Tipul este multifuncțional și... Wikipedia

Tip avioane de antrenament Dezvoltator ... Wikipedia

Acest termen are alte semnificații, vezi Clipper. „Clipper” este o navă spațială reutilizabilă multifuncțională, proiectată la RSC Energia din 2000 pentru a înlocui nava spațială din seria Soyuz ... Wikipedia

Supraîncărcare este raportul dintre rezultanta tuturor forțelor (cu excepția greutății) care acționează asupra aeronavei și greutatea aeronavei.

Supraîncărcările sunt definite în sistemul de coordonate asociat:

nx- suprasarcina longitudinala; nу- suprasarcina normala; nz- suprasarcină laterală.

Supraîncărcarea completă este determinată de formulă

Suprasarcină longitudinală nх apare atunci când forța motorului și tracțiunea se schimbă.

Dacă tracțiunea motorului este mai mare decât rezistența, atunci suprasarcina este pozitivă. Dacă mărimea rezistenței este mai mare decât forța motorului, atunci suprasarcina este negativă.

Supraîncărcarea longitudinală este determinată de formulă

Suprasarcină laterală nz apare atunci când aeronava zboară în stare de alunecare. Dar din punct de vedere al mărimii, forța aerodinamică laterală Z este foarte mică. Prin urmare, în calcule, suprasarcina laterală este considerată egală cu zero. Supraîncărcarea laterală este determinată de formulă

Efectuarea manevrelor acrobatice este însoțită în principal de apariția unor supraîncărcări normale mari.

Supraîncărcare normală nу se numește raportul de sustentație la greutatea aeronavei și este determinat de formulă

Suprasarcina normală, după cum se poate observa din formula (11.5), este creată de forța de ridicare. În zborul orizontal într-o atmosferă calmă, forța de ridicare este egală cu greutatea aeronavei, prin urmare, suprasarcina va fi egală cu unitatea:

Orez. 6 Efectul forței de inerție centrifugă asupra pilotului a - cu o creștere bruscă a unghiului de atac, b - cu o scădere bruscă a unghiului de atac

În zborul curbat, când forța de ridicare devine mai mare decât greutatea aeronavei, suprasarcina va fi mai mare de unu.

Când un avion se mișcă de-a lungul unei căi curbe, forța centripetă este, așa cum am menționat deja, ridicare, adică presiunea aerului pe aripi. În acest caz, mărimea forței centripete este întotdeauna însoțită de o forță de inerție centrifugă egală, dar opusă ca direcție, care este exprimată prin forța de presiune a aripilor asupra aerului. Mai mult decât atât, forța centrifugă acționează ca greutatea (masa), și întrucât este întotdeauna egală cu forța centripetă, atunci când aceasta din urmă crește, crește cu aceeași cantitate. Astfel, suprasarcina aerodinamică este similară cu o creștere a greutății aeronavei (pilot).

Când apare suprasarcină, pilotul simte ca și cum corpul său a devenit mai greu.

Supraîncărcarea normală este împărțită în pozitiv și negativ. Când suprasarcina apasă pe pilot în scaun, atunci această suprasarcină pozitiv, dacă îl desparte de scaun și îl ține de centurile de siguranță - negativ (Fig. 6).

În primul caz, sângele va curge de la cap la picioare, în al doilea caz, va curge la cap.

După cum sa menționat deja, o creștere a portanței în mișcarea curbilinie este echivalentă cu o creștere a greutății aeronavei cu aceeași valoare, apoi

(11.6)

(11.7)

Unde nivel n - suprasarcina disponibila.

Din formula (11.7) este clar că cantitatea de suprasarcină disponibilă este determinată de rezerva coeficienților de susținere (marja unghiurilor de atac) de la cei necesari pentru zborul orizontal până la valoarea sa sigură (Su TR sau Su CR).

Supraîncărcarea normală maximă posibilă poate fi obținută atunci când, în zbor la o viteză și o altitudine de zbor date, capacitatea aeronavei de a crea portanță este utilizată pe deplin. Această suprasarcină poate fi obținută în cazul în care aeronava este adusă brusc (fără o scădere vizibilă a vitezei de zbor) la C y = C y max:

(11.8)

Cu toate acestea, nu este de dorit să se aducă aeronava la o astfel de supraîncărcare, deoarece va exista o pierdere a stabilității și o blocare într-o rotire a cozii sau rotație. Din acest motiv, nu este recomandat să înclinați strâns maneta spre dvs. la viteze mari de zbor, mai ales când ieșiți dintr-o scufundare. Prin urmare, suprasarcina maximă posibilă sau disponibilă este considerată a fi mai mică ca valoare, pentru a preveni intrarea aeronavei în modul agitare. Formula pentru determinarea acestei suprasarcini are forma

(11.9)

Pentru aeronavele Yak-52 și Yak-55, dependențele grafice ale supraîncărcărilor disponibile de viteza de zbor sunt prezentate în Fig. 7, Fig. 8. Când se efectuează zboruri pe aeronave Yak-52 și Yak-55, suprasarcina normală disponibilă este limitată în principal de caracteristicile de rezistență ale aeronavei.

Suprasarcină operațională maximă admisă pentru aeronava Yak-52:

cu șasiu pe roți:

pozitiv +7;

negativ -5;

cu șasiu de schi:

pozitiv +5;

negativ -3.

Suprasarcină operațională maximă admisă pentru aeronava Yak-55:

în versiunea de antrenament:

pozitiv +9;

negativ -6;

în varianta de distilare:

pozitiv +5;

negativ -3.

Depășirea acestor supraîncărcări în zbor este interzisă,întrucât în ​​structura aeronavei pot apărea deformaţii reziduale.

La efectuarea manevrelor curbe în regim de echilibru, suprasarcina depinde de rezerva de forță a centralei electrice. Rezerva de tracțiune este determinată din condiția menținerii unei viteze date pe toată durata manevrei.

Suprasarcină maximă pentru tracțiunea disponibilă PR se numește cea mai mare suprasarcină la care forța centralei încă echilibrează rezistența. Este determinat de formula

(11.10)

Supraîncărcarea maximă pentru tracțiunea disponibilă depinde de viteza și altitudinea zborului, deoarece factorii de mai sus afectează tracțiunea disponibilă Рр și calitatea aerodinamică K asupra vitezei. Pentru a calcula dependența lui n la PREV este necesar să existe curbe Рр (V) pentru diferite altitudini și o grilă de polari.

Pentru fiecare valoare a vitezei, valorile forței disponibile sunt preluate din curba Pp (V), valoarea coeficientului Cy este determinată din polar pentru viteza corespunzătoare V și calculată folosind formula (11.10).

Atunci când manevrează într-un plan orizontal cu o suprasarcină mai mică decât cea disponibilă, dar mai mare decât tracțiunea maximă, aeronava va pierde viteza sau altitudinea de zbor.

Supraîncărcări pământești

Atunci când o mașină se ciocnește de un obstacol staționar, o persoană care stă în mașină va experimenta suprasolicitarea spatelui pieptului. O astfel de supraîncărcare poate fi tolerată fără prea multe dificultăți. O persoană obișnuită poate rezista la supraîncărcări de până la 15 g aproximativ 3 - 5 secunde fără pierderea conștienței. Supraîncărcare de la 20 la 30 g sau mai mult, o persoană poate rezista nu mai mult de 1 - 2 secunde fără a-și pierde cunoștința, în funcție de amploarea supraîncărcării.

Supraîncărcările aplicate oamenilor:

1 - 1 g .

3 - 15 g timp de 0,6 sec.

5 - 22 g .

Una dintre principalele cerințe pentru piloții militari și cosmonauți este capacitatea corpului de a rezista la suprasarcină. Piloții antrenați în costume anti-g pot rezista forțelor g de la -3 ... -2 g până la +12 g . Rezistența la supraîncărcări negative, în sus, este mult mai mică. De obicei la 7 - 8 g ochii „devin roșii”, vederea dispare, iar persoana își pierde treptat cunoștința din cauza unui flux de sânge la cap. În timpul decolării, astronauții suportă suprasolicitarea în timp ce stau întinși. În această poziție, supraîncărcarea acționează în direcția piept-spate, ceea ce vă permite să rezistați la o suprasarcină de câteva g unități timp de câteva minute. Există costume speciale anti-supraîncărcare, a căror sarcină este de a atenua efectele supraîncărcării. Costumele sunt un corset cu furtunuri care sunt umflate de un sistem de aer și țin suprafața exterioară a corpului uman, împiedicând ușor scurgerea sângelui.

Supraîncărcare spațiu

În timpul lansării, astronautul este supus unei accelerații, a cărei valoare variază de la 1 la 7 g.

Supraîncărcările asociate cu accelerația provoacă o deteriorare semnificativă a stării funcționale a corpului uman: fluxul de sânge în sistemul circulator încetinește, acuitatea vizuală și activitatea musculară scad.

Odată cu apariția imponderabilității, astronautul poate prezenta tulburări vestibulare; o senzație de greutate în zona capului persistă mult timp (datorită creșterii fluxului sanguin către aceasta). În același timp, adaptarea la imponderabilitate are loc, de regulă, fără complicații grave: o persoană își menține capacitatea de muncă și efectuează cu succes diverse operațiuni de lucru, inclusiv cele care necesită o coordonare fină sau cheltuieli mari de energie. Activitatea motorie în stare de imponderabilitate necesită mult mai puțină cheltuială de energie decât mișcări similare în condiții de greutate.

În timpul accelerației longitudinale, astronautul experimentează iluzii vizuale. I se pare că obiectul pe care îl privește se mișcă în direcția vectorului de accelerație și gravitație rezultat.

Cu accelerații unghiulare, apare o mișcare aparentă a obiectului vizual în planul de rotație. Această așa-numită iluzie circumgirală este o consecință a efectelor supraîncărcării asupra canalelor semicirculare (organele urechii interne).

Concluzie:

Dacă fluxul de sânge într-o stare de imponderabilitate este cu un ordin de mărime mai mare decât pe Pământ, atunci pierderea conștienței din cauza fluxului sanguin excesiv la cap va avea loc atât la un g mai mic, cât și în cantitatea de secunde pe care o poate rezista un astronaut. Dar există unul + Pentru că ne aflăm în viitorul îndepărtat, costumele noastre anti-G, de exemplu, care vin cu 350 de ruble, vor fi cu un ordin de mărime mai bune pentru a păstra conștiința în timpul supraîncărcărilor puternice și prelungite + ar trebui salvate de gravitația artificială, care ar trebui să creeze o contrabalansare a supraîncărcărilor în 2-5 secunde.

Potrivit medicilor, creierul uman poate rezista la supraîncărcări de aproximativ 150 g, dacă acţionează asupra creierului timp de cel mult 1–2 ms; cu o scădere a supraîncărcărilor, timpul în care o persoană le poate experimenta crește, iar o supraîncărcare de 40 g, chiar și la expunere prelungită, este considerată relativ sigură pentru cap.

O suprasarcină de până la 72 g este considerată sigură, supraîncărcările de la 72 la 88 g cad în zona „roșie” intermediară, iar atunci când depășește 88 g, o leziune la cap este considerată foarte probabilă. Un aspect important al metodei EuroNCAP este evaluarea presiunii care acționează asupra pieptului unei persoane: compresia toracică de 22 mm este considerată sigură, compresia de 50 mm este considerată maximă.