kombinezon - g-suit
G-suit , lub anty- g garnitur , to kostium lot noszone przez pilotów i astronautów , którzy podlegają wysokich poziomach przyspieszenia siły ( g ). Został zaprojektowany, aby zapobiec utracie przytomności i g-LOC (indukowanej przez g utraty przytomności) spowodowanej gromadzeniem się krwi w dolnej części ciała podczas przyspieszania, co pozbawia mózg krwi. Black-out i g-LOC spowodowały wiele śmiertelnych wypadków lotniczych.
Operacja
Jeśli krew może gromadzić się w dolnych obszarach ciała, mózg zostanie pozbawiony krwi. Ten brak dopływu krwi do mózgu powoduje najpierw szarość (przyciemnienie widzenia, zwane również przyciemnieniem), następnie widzenie tunelowe i ostatecznie całkowitą utratę wzroku „zaciemnienie”, a następnie utratę przytomności wywołaną przez g lub „g-LOC” . Niebezpieczeństwo g-LOC dla pilotów samolotów jest zwiększone, ponieważ po rozluźnieniu siły g następuje okres dezorientacji przed ponownym odzyskaniem pełnego czucia. Kombinezon G nie tyle podwyższa próg przeciążenia, co pozwala dłużej utrzymać wysokie przeciążenie bez nadmiernego zmęczenia fizycznego. Spoczynkowa tolerancja g typowej osoby wynosi od 3 do 5 g w zależności od osoby. Kombinezon G zazwyczaj dodaje 1 g tolerancji do tego limitu. Piloci wciąż muszą ćwiczyć „manewr przeciążenia mięśnia g”, który polega na napinaniu mięśni brzucha w celu zaciśnięcia naczyń krwionośnych, aby zmniejszyć gromadzenie się krwi w dolnej części ciała. Wysoka g nie jest wygodna, nawet w kombinezonie. W starszych samolotach myśliwskich 6 g było uważane za wysoki poziom, ale w nowoczesnych myśliwcach 9 g lub więcej może być utrzymane konstrukcyjnie, co sprawia, że pilot jest kluczowym czynnikiem w utrzymaniu wysokiej manewrowości w bliskiej walce powietrznej .
Projekt
Kombinezon G to specjalna część garderoby, która zazwyczaj przybiera formę 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 wpływem ciśnienia przez zawór wrażliwy na przeciążenia w samolocie lub statku kosmicznym mocno naciskają na brzuch i nogi, ograniczając w ten sposób odpływ krwi z mózgu w okresach dużego przyspieszenia. Ponadto w niektórych nowoczesnych samolotach o bardzo wysokim przeciążeniu efekt kombinezonu przeciw przeciążeniu jest wzmacniany przez niewielką ilość ciśnienia wywieranego na płuca ( oddychanie nadciśnieniem ), co również zwiększa odporność na wysokie przeciążenie. skafandry i oddychanie z dodatnim ciśnieniem są łatwe do odtworzenia w symulatorze, chociaż w urządzeniach takich jak wirówki można sztucznie wytworzyć tylko ciągłe g .
Opracowano różne wzory kombinezonów. Najpierw użyli wypełnionych wodą pęcherzy wokół dolnej części ciała i nóg. Późniejsze projekty wykorzystywały powietrze pod ciśnieniem do nadmuchiwania pęcherzy. Te kombinezony g-suit były lżejsze niż wersje wypełnione płynem i nadal są w powszechnym użyciu. Jednak szwajcarska firma Life Support Systems AG i niemiecka firma Autoflug współpracowały, aby zaprojektować nowy kombinezon Libelle do użytku z samolotami Eurofighter Typhoon , który powraca do postaci płynnej jako medium i poprawia osiągi. Pozew Libelle jest rozważany do przyjęcia przez Siły Powietrzne Stanów Zjednoczonych .
Historia
Już w 1917 roku udokumentowano przypadki utraty przytomności pilotów z powodu g (G-LOC), które określano jako „omdlenie 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 skafandra antygrawitacyjnego podczas bitwy o Anglię w 1940 roku. Oszacowano, że 30% zgonów pilotów było spowodowanych wypadkami, w tym black-outem. Zwłaszcza Spitfire potrafiły wykonywać szybkie skręty, które generowały duże przeciążenia, powodując zaciemnienie podczas nurkowania do ognia lub unikania ostrzału wroga.
Wraz z rozwojem szybkich myśliwców jednopłatowych pod koniec lat 30. XX wieku siły przyspieszenia podczas walki stały się bardziej dotkliwe. Już w 1940 r. niektóre samoloty posiadały podpórki na stopy nad pedałami steru kierunku, dzięki czemu podczas walki można było unosić stopy i nogi pilota w celu zminimalizowania negatywnych skutków szybkich skrętów. Podczas takich manewrów duże wychylenia steru często nie były konieczne, ale możliwość cięcia wewnątrz promienia skrętu przeciwnika była.
Kombinezon Franksa
Pierwsze G-garnitury zostały opracowane przez zespół kierowany przez Wilbura R. Franków u University of Toronto „s Banting i najlepiej Medical Institute w 1941 roku garnitury zostały wyprodukowane przez Dunlop firmy i po raz pierwszy użyty operacyjnie w 1942 roku przez Fleet Air Arm (FAA) podczas operacji Pochodnia . 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 pilotów Królewskich Kanadyjskich Sił Powietrznych .
Bawełniany kombinezon aerodynamiczny Anti-G Flying
Profesor Frank Cotton z Sydney University w Australii zaprojektował pierwszy na świecie udany skafander przeciwprzeciążeniowy na gaz. Badania rozpoczęły się pod koniec 1940 roku, a kombinezon został zaprojektowany z gumowymi woreczkami pokrytymi z zewnątrz nierozciągliwym materiałem. Worki napełniały się automatycznie, gdy siły przeciążenia wzrastały podczas lotu. Garnitur 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, byli przywiązywani za nogi do wirówki i poddawani działaniu dużej siły g oraz monitorowani aż do zaciemnienia. Wszyscy stracili przytomność. 19 lutego 1942 r., w dniu wielkiego japońskiego ataku powietrznego na Darwin , kombinezon Cottona został zatwierdzony przez alianckich dowódców wojennych. Amerykanie wkrótce wydali zamówienia na wykonanie garnituru według projektu Cottona. Kombinezon Cotton został później przetestowany w locie w Hurricane, Kittyhawk i Spitfire i zapewnił ochronę 2G. Królewskie Siły Powietrzne przeprowadziły konkurencyjne testy kombinezonu bawełnianego anty-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”. W kombinezonie bawełnianym nadmuchiwane gazem pęcherze są nadal używane w nowoczesnym kombinezonie przeciwprzeciążeniowym.
Gradientowy kombinezon ciśnieniowy „Berger”
W Stanach Zjednoczonych , fizjologów dr. Earl H. Wood , Edward Baldes, Charles Code i Edward Lambert, pracujący w ściśle tajnym laboratorium badawczym w Mayo Clinic, pomogli zdefiniować specyficzne efekty fizjologiczne powodujące utratę przytomności i utratę przytomności podczas wysokich przeciążeń. Opierając się na nowym zrozumieniu fizjologicznych skutków wysokich przeciążeń, opracowali bardziej praktyczny kombinezon G, wywodzący się z prac Cottona i Franksa. Ten garnitur używał inflacji jak garnitur bawełniany. Choć projekt profesora Cottona był intrygujący, bardziej skupiał się na środku ciężkości niż na przepływie krwi. Ten ostatni punkt był kluczem do stworzenia praktycznego kombinezonu anty-grawitacyjnego, który można nosić w walce. Ten kombinezon był noszony przez amerykańskich pilotów pod koniec II wojny światowej.
Naukowcy byli częścią zespołu zgromadzonego w Klinice Mayo, badającego wpływ wyczynowego lotu na pilotów wojskowych, badając fizjologiczne skutki lotu i sposoby ich łagodzenia. Używali dużej wirówki do wirowania jeźdźców i obserwowali ciśnienie krwi na poziomie głowy i serca za pomocą specjalnych przyrządów. Aby zapobiec spadkom ciśnienia krwi, zespół zaprojektował kombinezon z pęcherzem powietrznym, który napełnił się na łydkach, udach i brzuchu 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 „arterial okclusion Suit” (AOS) lub kombinezon Clark-Wood, nazwany na cześć Earla H. Wooda i Dave'a Clarka (szef firmy Dave Clark, która wyprodukowała wczesne kombinezony dla zespołu w Mayo )
Ich wysiłki ostatecznie zakończyły się wydaniem pierwszego amerykańskiego projektu wojskowego pod koniec 1943 roku: kombinezonu przeciwprzeciążeniowego G-1 dla pilota myśliwców typu GPS (Gradient Pressure Suit). Zespół pracował następnie nad dalszymi, bardziej zaawansowanymi modelami w 1944 roku i później.
Chociaż korzystanie z nich było niewygodne i rozpraszające, późniejsze badania wykazały, że piloci myśliwców wojskowych, którzy nosili kombinezony ochronne, przeżyli i pokonali swoich przeciwników w większej liczbie niż ci, którzy tego nie robili.
Nowoczesne kombinezony typu g-Gass spełniają wymagania US Air Force Standard CSU-13B/P i United States Navy Standard CSU 15 A/P.
Zastosowania
Leżący samolot pozycyjny 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 podatne pozycje, aby zminimalizować gromadzenie się krwi w nogach. Po 1945 roku Brytyjczycy eksperymentowali z leżącymi pozycjami w lotach w wysoce zmodyfikowanym myśliwcu odrzutowym Gloster Meteor F8 oraz Reid and Sigrist RS3 „Bobsleigh” z silnikiem tłokowym. Jednak inne trudności związane z pilotowaniem na brzuchu i opracowaniem praktycznych kombinezonów ochronnych do normalnych miejsc siedzących zakończyły te eksperymenty.
Lotnictwo wojskowe i kosmiczne
Powietrzne kombinezony g były bardzo popularne w samolotach NATO wszystkich krajów od lat 50. XX wieku i nadal są w powszechnym użyciu.
Późniejsze odrzutowce, takie jak F-15 Eagle , F-16 Fighting Falcon , F/A-18 Super Hornet , Eurofighter Typhoon i Dassault Rafale mogą wytrzymać wysokie przeciążenia przez dłuższy czas i dlatego są bardziej wymagające fizycznie. Używając nowoczesnego kombinezonu G w połączeniu z technikami przeciwdziałającymi przeciążeniu , oczekuje się, że wyszkolony pilot wytrzyma przyspieszenia do dziewięciu g bez utraty przytomności.
Astronauci noszą kombinezony podobne do kombinezonów lotników, ale ze względu na działanie mikrograwitacji stają przed innymi wyzwaniami . Kombinezony typu Aviator wywierają równomierny nacisk na dolne partie nóg, aby zminimalizować skutki dużego przyspieszenia, ale badania przeprowadzone przez Kanadyjską Agencję Kosmiczną sugerują, że może być korzystne posiadanie kombinezonu dla astronautów, który wykorzystuje „akcję dojenia” w celu zwiększenia przepływu krwi do ciała. górna część ciała.
Red Bull Air Race
Piloci w Red Bull Air Race World Championship od sezonu 2009 noszą g-suit o nazwie g-Race Suit. Kombinezon wyścigowy jest wypełnionym cieczą (wodą), autonomicznym i niezależnym od samolotu systemem ochrony całego ciała. Jest szyty na miarę dla każdego pilota i można go precyzyjnie regulować za pomocą sznurowadeł.
Kombinezon wyścigowy zawiera cztery tak zwane „mięśnie płynów”, które są zamkniętymi, wypełnionymi płynem rurkami. Każdy płynny mięsień rozciąga się od barku do kostki. Dwa mięśnie płynów – każdy wypełniony około 1 litrem płynu, co daje łącznie około 4 litrów (1,1 galonów US) na kombinezon wyścigowy – są poprowadzone pionowo z przodu kombinezonu wyścigowego, a dwa są poprowadzone pionowo na tył kombinezonu wyścigowego. Kombinezon waży średnio 6,5 kilograma (14 funtów), a jego materiał jest wykonany ze specjalnej mieszanki Twaronu i Nomexu . Efekt przeciwciśnienia pojawia się natychmiast, bez żadnego opóźnienia czasowego w porównaniu z opóźnieniem do dwóch sekund przed osiągnięciem pełnej ochrony systemu w standardowych pneumatycznych, nadmuchiwanych kombinezonach ochronnych. Pilot wyścigowy interaktywnie wykorzystuje kombinezon wyścigowy poprzez napinanie mięśni i techniki oddychania, aby uzyskać lepszą pojemność minutową serca, a tym samym lepszą ochronę przed przeciążeniem.