g-garnitur
G -suit lub anty- g suit to kombinezon lotniczy noszony przez lotników i astronautów , którzy są narażeni na duże siły przyspieszenia ( g ). Został zaprojektowany, aby zapobiegać utracie przytomności i g-LOC (utrata przytomności wywołana przeciążeniem) powodowanym przez gromadzenie się krwi w dolnej części ciała podczas przyspieszania, co pozbawia mózg dopływu krwi. Awaria i g-LOC spowodowały wiele śmiertelnych wypadków lotniczych.
Operacja
Jeśli pozwoli się krwi zbierać w dolnych partiach ciała, mózg zostanie pozbawiony krwi. Ten brak dopływu krwi do mózgu najpierw powoduje szarość ( przyciemnienie widzenia zwane również zaciemnieniem), po którym następuje widzenie tunelowe i ostatecznie całkowita utrata widzenia „zaciemnienie”, po którym następuje utrata przytomności wywołana g lub „g-LOC” . Niebezpieczeństwo g-LOC dla pilotów samolotów jest większe, ponieważ po rozluźnieniu siły g następuje okres dezorientacji, zanim odzyskane zostanie pełne czucie. Kombinezon G nie tyle zwiększa próg przeciążenia, ile pozwala na dłuższe jego utrzymanie bez nadmiernego zmęczenia fizycznego. Spoczynkowa tolerancja g typowej osoby wynosi od 3 do 5 g, w zależności od osoby. Kombinezon g zwykle dodaje 1 g tolerancji do tego limitu. Piloci nadal muszą ćwiczyć „manewr rozciągania g”, który polega na napinaniu mięśni brzucha w celu zaciśnięcia naczyń krwionośnych i zmniejszenia gromadzenia się krwi w dolnej części ciała. Wysokie g nie jest wygodne, nawet w garniturze. W starszych samolotach myśliwskich 6 g uważano za wysoki poziom, ale w nowoczesnych myśliwcach 9 g lub więcej można utrzymać konstrukcyjnie [ potrzebne źródło ], co czyni pilota kluczowym czynnikiem w utrzymaniu wysokiej manewrowości w walce powietrznej w zwarciu . [ potrzebne źródło ]
Projekt
Kombinezon G to specjalna część garderoby, która zwykle ma postać obcisłych spodni , które pasują pod lub nad (w zależności od projektu) kombinezonem lotniczym noszonym przez lotnika lub astronautę. Spodnie są wyposażone w nadmuchiwane pęcherze, które pod ciśnieniem przez zawór czuły na przeciążenia w samolocie lub statku kosmicznym mocno uciskają brzuch i nogi, ograniczając w ten sposób odpływ krwi z mózgu w okresach dużego przyspieszenia. Ponadto w niektórych nowoczesnych samolotach o bardzo dużym przeciążeniu efekt kombinezonu anty-g jest wzmacniany przez niewielki nacisk wywierany na płuca ( pod dodatnim ciśnieniem ), co również zwiększa odporność na duże przeciążenie. Kombinezony i oddychanie pod dodatnim ciśnieniem są łatwe do odtworzenia w symulatorze, chociaż tylko ciągłe g można sztucznie wytworzyć w urządzeniach takich jak wirówki .
Opracowano różne projekty g-suit. Najpierw używali wypełnionych wodą pęcherzy wokół dolnej części ciała i nóg. Późniejsze projekty wykorzystywały powietrze pod ciśnieniem do nadmuchiwania pęcherzy. Te g-kombinezony były lżejsze niż wersje wypełnione płynem i nadal są szeroko stosowane. Jednak szwajcarska firma Life Support Systems AG i niemiecka firma Autoflug współpracowały przy projektowaniu nowego kombinezonu Libelle do użytku z samolotami Eurofighter Typhoon , który powraca do stanu ciekłego jako medium i poprawia wydajność. Pozew Libelle jest rozważany do przyjęcia przez Siły Powietrzne Stanów Zjednoczonych .
Historia
Już w 1917 roku udokumentowano przypadki utraty przytomności przez pilotów z powodu g (G-LOC), które określano jako „omdlenia w powietrzu”.
W 1931 roku profesor fizjologii Frank Cotton z Uniwersytetu w Sydney opisał nowy sposób określania środka ciężkości ludzkiego ciała. Umożliwiło to opisanie przemieszczenia masy w ciele pod wpływem przyspieszenia. Cotton dostrzegł potrzebę kombinezonu antygrawitacyjnego podczas bitwy o Anglię w 1940 roku. Oszacowano, że 30% zgonów pilotów było spowodowanych wypadkami, w tym awariami. W szczególności Spitfire były zdolne do szybkich skrętów, które generowały duże siły przeciążenia, powodując utratę zasilania podczas nurkowania w celu wystrzelenia lub uniknięcia ognia wroga.
Wraz z rozwojem myśliwców jednopłatowych o większej prędkości pod koniec lat trzydziestych XX wieku siły przyspieszenia podczas walki stały się bardziej dotkliwe. Już w 1940 roku niektóre samoloty miały podnóżki nad pedałami steru, aby stopy i nogi pilota mogły być uniesione podczas walki, próbując zminimalizować negatywne skutki zakrętów z dużą prędkością. Duże wychylenia steru często nie były konieczne podczas takich manewrów, ale możliwość cięcia wewnątrz promienia skrętu przeciwnika była. [ potrzebne źródło ]
Garnitur Franks
Pierwsze kombinezony g zostały opracowane przez zespół kierowany przez Wilbura R. Franksa z Banting and Best Medical Institute na Uniwersytecie w Toronto w 1941 roku. Kombinezony zostały wyprodukowane przez firmę Dunlop i po raz pierwszy użyte operacyjnie w 1942 roku przez Fleet Air Arm (FAA) podczas operacji Torch . Urządzenia te wykorzystywały wypełnione wodą pęcherze wokół nóg i dwa „Mk.”. wersje (lub znaki) zostały opracowane:
- Kombinezony Franks Mark I były używane przez pilotów RAF Hurricane i Spitfire ;
- Kombinezony Franks Mark II były używane przez pilotów Sił Powietrznych Armii Stanów Zjednoczonych i Królewskich Kanadyjskich Sił Powietrznych .
Bawełniany Aerodynamiczny Kombinezon Anty-G
Profesor Frank Cotton z Sydney University w Australii zaprojektował pierwszy na świecie kombinezon przeciwprzeciążeniowy zasilany gazem. Badania rozpoczęto pod koniec 1940 roku i zaprojektowano kombinezon z gumowymi workami pokrytymi zewnętrznie nierozciągliwym materiałem. Worki automatycznie napełniały się, gdy siły G rosły podczas lotu. Kombinezon został opracowany w Sydney Medical School. Cotton skonstruował pierwszą ludzką wirówkę w Anderson Stuart Building na Uniwersytecie w Sydney pod ścisłą ochroną w czasie wojny. Ochotnicy, młodzi lotnicy, zostali przywiązani za nogi do wirówki i poddani działaniu dużej siły przeciążenia i monitorowani, aż do utraty przytomności. Wszyscy stracili przytomność. 19 lutego 1942 r., w dniu głównego japońskiego ataku powietrznego na Darwin , kombinezon Cottona został zatwierdzony przez alianckich dowódców wojennych. Wkrótce Amerykanie wydali zamówienia na wykonanie garnituru według projektu Cottona. Bawełniany kombinezon został później przetestowany w locie w samolotach Hurricane, Kittyhawks i Spitfire i zapewnił ochronę około 2G. Królewskie Siły Powietrzne przeprowadziły konkurencyjne próby kombinezonu Cotton Anti-G z kombinezonem Frank G, który został już przyjęty w 1944 roku. Królewskie Siły Powietrzne stwierdziły, że: „Nie ma wątpliwości, że kombinezon bawełniany zapewnia najlepszą ochronę”. Użycie nadmuchiwanych gazem pęcherzy w kombinezonie bawełnianym jest nadal używane w nowoczesnym kombinezonie anty-G.
Gradientowy kombinezon ciśnieniowy „Berger”.
W Stanach Zjednoczonych fizjolodzy dr. Earl H. Wood , Edward Baldes, Charles Code i Edward H. Lambert , pracujący w ściśle tajnym laboratorium badawczym w Klinice Mayo, pomogli zdefiniować specyficzne efekty fizjologiczne powodujące utratę przytomności i utratę przytomności podczas dużych sił G. Opierając się na nowym zrozumieniu fizjologicznych skutków wysokich sił przeciążenia, opracowali bardziej praktyczny kombinezon ochronny wywodzący się z prac Cottona i Franksa. Ten garnitur wykorzystywał inflację, podobnie jak garnitur bawełniany. Chociaż projekt profesora Cottona był intrygujący, bardziej skupiał się on na środku ciężkości niż na przepływie krwi. Ten ostatni punkt był kluczem do stworzenia praktycznego kombinezonu przeciwprzeciążeniowego, który można było nosić w walce. Ten kombinezon był noszony przez amerykańskich pilotów pod koniec II wojny światowej.
Naukowcy byli częścią zespołu zebranego w Klinice Mayo , badającego wpływ lotu o wysokich osiągach na pilotów wojskowych, badając fizjologiczne skutki lotu i sposoby ich łagodzenia. Użyli dużej wirówki do wirowania jeźdźców i obserwowali ich ciśnienie krwi na poziomie głowy i serca za pomocą specjalnych przyrządów. Aby zapobiec spadkom ciśnienia krwi, zespół zaprojektował kombinezon z pęcherzem powietrza, który napełniał łydki, uda i brzuch pilota. Głównym wkładem badaczy Mayo, pozwalającym na przejście od pulsujących pęcherzy wypełnionych wodą do niepulsujących pęcherzy wypełnionych powietrzem, było wykazanie, że do utrzymania perfuzji oczu i mózgu wymagane jest utrzymanie ciśnienia tętniczego, a nie powrotu żylnego. Prototypy kombinezonów GPS były znane jako „kombinezon okluzyjny tętnic” (AOS) lub kombinezon Clark-Wood, nazwany na cześć Earla H. Wooda i Dave'a Clarka (szef firmy Dave Clark, który wyprodukował wczesne kombinezony dla zespołu w Mayo )
Ich wysiłki ostatecznie zakończyły się wydaniem pierwszego amerykańskiego projektu wojskowego pod koniec 1943 roku: kombinezonu anty-g-1 dla pilota myśliwca typu GPS (Gradient Pressure Suit). Następnie zespół pracował nad rozwojem dalszych, bardziej zaawansowanych modeli w 1944 roku i później.
Chociaż niewygodne i rozpraszające w użyciu, późniejsze badania wykazały, że piloci myśliwców wojskowych, którzy nosili kombinezony ochronne, przeżywali i pokonywali swoich przeciwników w większej liczbie niż ci, którzy ich nie nosili.
Nowoczesne g-Suits spełniają standardy Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych CSU-13B/P i Standardy Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych CSU 15 A/P.
Używa
Samolot w pozycji leżącej pilota
Podczas II wojny światowej niemiecki Henschel Hs 132 (nigdy nie latał) i amerykański Northrop XP-79 (rozbił się podczas pierwszego lotu z napędem) miały pozycje leżące , aby zminimalizować gromadzenie się krwi w nogach. Po 1945 roku Brytyjczycy eksperymentowali z pozycjami leżącymi do lotu w myśliwcu odrzutowym Gloster Meteor F8 oraz Reid and Sigrist RS3 „Bobsleigh”, trenerze z silnikiem tłokowym. Jednak inne trudności związane z pilotowaniem w pozycji leżącej i opracowaniem praktycznych skafandrów dla normalnych pozycji siedzących zakończyły te eksperymenty.
Lotnictwo wojskowe i kosmos
Kombinezony powietrzne były bardzo powszechne w samolotach NATO wszystkich krajów od lat pięćdziesiątych XX wieku i nadal są w powszechnym użyciu. [ potrzebne źródło ]
Późniejsze odrzutowce, takie jak F-15 Eagle , F-16 Fighting Falcon , F/A-18 Super Hornet , Eurofighter Typhoon i Dassault Rafale , mogą wytrzymać duże obciążenia przez dłuższy czas, a zatem są bardziej wymagające fizycznie. Oczekuje się , że dzięki zastosowaniu nowoczesnego kombinezonu przeciążeniowego w połączeniu z przeciwprzeciążeniowymi wyszkolony pilot wytrzyma przyspieszenia do 9 g bez utraty przytomności. [ potrzebne źródło ]
Astronauci noszą skafandry podobne do lotników, ale muszą stawić czoła innym wyzwaniom ze względu na efekty mikrograwitacji . Kombinezony Aviator wywierają równomierny nacisk na dolne części nóg, aby zminimalizować skutki dużego przyspieszenia, ale badania przeprowadzone przez Kanadyjską Agencję Kosmiczną sugerują, że może być korzystne posiadanie kombinezonu dla astronautów , który wykorzystuje „działanie dojenia” w celu zwiększenia przepływu krwi do górna część ciała. [ potrzebne źródło ]
Wyścig lotniczy Red Bulla
Piloci biorący udział w Mistrzostwach Świata Red Bull Air Race od sezonu 2009 noszą kombinezon o nazwie g-Race Suit. Kombinezon g-race jest wypełnionym płynem (wodą), autonomicznym i niezależnym od samolotu działającym systemem g-ochrony całego ciała. Jest dostosowany do każdego pilota i można go precyzyjnie regulować za pomocą sznurowadeł. [ potrzebne źródło ]
Kombinezon g-race zawiera cztery tak zwane „płynne mięśnie”, które są uszczelnionymi, wypełnionymi płynem rurkami. Każdy płynny mięsień rozciąga się od barku do kostki. Dwa płynne mięśnie — każdy wypełniony około 1 litrem płynu, co daje w sumie około 4 litry (1,1 galona amerykańskiego) na kombinezon wyścigowy — są poprowadzone pionowo z przodu kombinezonu wyścigowego, a dwa są poprowadzone pionowo na tylna strona kombinezonu g-race. Kombinezon waży łącznie średnio 6,5 kilograma, a jego materiał jest wykonany ze specjalnej mieszanki Twaronu i Nomexu . Efekt przeciwciśnienia pojawia się natychmiast, bez żadnej zwłoki czasowej, w przeciwieństwie do dwusekundowego opóźnienia przed osiągnięciem pełnej ochrony systemu w standardowych pneumatycznych, nadmuchiwanych skafandrach ochronnych. Pilot wyścigowy interaktywnie wykorzystuje kombinezon g-race, napinając mięśnie i techniki oddychania, aby uzyskać lepszą pojemność minutową serca , a tym samym lepszą ochronę przed przeciążeniem.