Astronautul, îmbrăcat într-un costum spațial greu și inconfortabil, s-a oprit pentru o clipă la trapa care ducea în navă spațială, s-a uitat înapoi la mulțimea de îndoliați care stătea dedesubt, și-a ridicat mâna în semn de salut și a dispărut în deschiderea întunecată a compartimentului său. S-a așezat confortabil pe un scaun din material plastic poros, moale, a prins curelele, a conectat contactele costumului la rețeaua generală de semnalizare a navei și a apăsat pe unul dintre butoanele de pe panoul de comandă, semnalând disponibilitatea pentru recepția radio. Un minut mai târziu a auzit vocea comandantului de zbor:

Bine, doar câteva minute! - Cosmonautul a pornit rețeaua generală de radiodifuziune și a auzit vocea unui comentator radio, care a raportat detaliile pregătirilor pentru lansare și a descris colorat emoțiile și stările de spirit dinaintea lansării. Cosmonautul și-a amintit încă o dată scenele de rămas bun de la rude și prieteni, de la oamenii de știință-șefi de cercetare spațială.

Declar disponibilitatea numărul unu! - deodată s-a auzit vocea comandantului în casca de presiune. După aceea, a început o numărătoare inversă incitantă, atât de familiară tuturor astronauților, fiecare cifră a cărei număr a adus cu ea o tensiune din ce în ce mai mare a așteptărilor.

Atentie, atentie, atentie! Zece... nouă... opt... șapte... șase... cinci... patru... trei... doi... unu... Începe!

Cabina astronautului a fost străpunsă mai întâi de o vibrație care venea în valuri de undeva dedesubt; apoi s-a auzit un tunet înfundat, care s-a transformat repede într-un bubuit lung și continuu. Un șuvoi lung de fulgere de foc a apărut de sub fundul rachetei, iar corpul ei uriaș, printre fum și vuiet, s-a despărțit încet de pământ, crescându-și treptat viteza.

În timp ce toți cei îndoliați de la cosmodrom, încercând să urmărească zborul navei spațiale, își ridicau capetele tot mai sus, în cabină au început minutele critice pentru astronaut.

Supraîncărcarea este în creștere! a relatat el la radio. - Totul este in regula, aparatele functioneaza corect! - Acestea au fost ultimele cuvinte pe care astronautul a reușit să le rostească fără prea multă dificultate, pentru că deodată o forță puternică i-a apăsat corpul pe scaun. O greutate uriașă i-a căzut pe piept, astfel încât astronautul nu a putut lua nici măcar o gură de aer. Părea puțin mai mult și avea să fie zdrobit. Picioarele și brațele au devenit grele, ca plumbul, mușchii feței s-au răsucit și s-au rezemat, ochii, ca două mingi, au fost strânși adânc în craniu.

De asemenea, astronautul a încercat să spună ceva în microfon, dar fără rezultat. Doar un mormăit de neînțeles i-a scăpat de pe buze. Refuzând să încerce o conversație, astronautul s-a concentrat asupra experiențelor sale, a încercat să reziste forței puternice, înghițind aer cu buzele.

Deodată simţi o uşurare accentuată.

Capătul motorului primei trepte a rachetei îi trecu prin cap.

Dar a fost doar o întrerupere de moment în funcționarea motoarelor. De îndată ce prima etapă a rachetei s-a separat, motoarele celei de-a doua etape s-au pornit.

Viteza a început să crească din nou și, odată cu ea, sarcina a crescut, corpul cosmonautului s-a apăsat din nou în pernele scaunului. Câteva minute mai târziu, combustibilul din motoarele celei de-a doua etape a rachetei s-a epuizat, a avut loc o scurtă pauză, după care motoarele din a treia etapă au început să funcționeze. Și deși corpul a depășit încă cu mare dificultate sarcina, capul astronautului a avut o idee despre iminentul sfârșit al testului. Știa că motoarele din treapta a treia trebuiau să funcționeze pentru o perioadă foarte scurtă de timp, iar în câteva minute - sfârșitul supraîncărcărilor!

Și așa s-a întâmplat. După nouăzeci de secunde, motoarele au încetat să funcționeze și s-a făcut o tăcere bruscă.

Tranziția a fost atât de bruscă și rapidă încât nici corpul, nici mintea astronautului nu au avut timp să se pregătească pentru ea. Inima bătea cu putere în piept, pieptul se ridica și cobora rapid, astronautul găfăia după aer cu gura deschisă și de multe ori, puțin adânc, respira. Dar brusc totul a dispărut.

Uf! - a oftat adânc și cu un sentiment de ușurare astronautul. Prima parte a zborului s-a terminat. A pornit microfonul și, evidențiind clar silabele, a spus:

A intrat pe orbită. Toate echipamentele și dispozitivele funcționează fără probleme. Mă simt bine.

Am încercat să descriem o lansare obișnuită, obișnuită, a unui astronaut în spațiu, când sarcina este limitată doar la un zbor orbital în jurul Pământului. Un astfel de start este încă un test dificil pentru corpul uman din cauza acțiunii forței de accelerație.

Ce este această putere?

Cum se măsoară?

Imaginați-vă pentru o clipă că ne-am urcat într-un balon și, după ce am ales un moment convenabil, am aruncat o greutate. În momentul ejectării, viteza greutății va fi egală cu zero, dar deja la sfârșitul primei secunde a zborului va fi de 9,8 metri pe secundă, la sfârșitul celei de-a doua secunde - de două ori mai mult, că este, 19,6 m / s, la sfârșitul celei de-a treia secunde - în trei ori mai mult, adică 29,4 m / s și așa mai departe. Viteza zborului cu greutatea crește în fiecare secundă cu 9,8 m/sec.

Această valoare este unitatea de accelerație. În știință, este de obicei notat cu litera latină „g”. Dacă orice corp fizic se ridică sau coboară pe verticală, forța de accelerație depinde de gravitație sau, ceea ce este la fel, de forța gravitației pământului. Există însă și alte tipuri de accelerație, de exemplu, în timpul rotației, când apare forța centrifugă, sau într-un avion, când pilotul, părăsind un zbor în scufundare, merge la așa-numitul „deal”.

Toate aceste tipuri de accelerare sunt considerate pozitive.

În timpul unei decelerații bruște a unui tren sau mașină care se mișcă rapid, apare o forță de accelerație cu semnul opus - accelerație negativă. În acest caz, forța de inerție cauzată de frânare, adică pierderea vitezei, sau, dacă doriți, de accelerația negativă, aruncă pasagerul înainte. În timpul accidentelor de mașină, oamenii mor cel mai adesea din cauza acțiunii accelerației negative.

A fost o perioadă în care problemele de accelerare erau luate în considerare doar teoretic. După apariția aeronavelor cu viteză mare de zbor, problemele accelerației au început să fie studiate practic. În urmă cu treizeci de ani, în cercurile aviatorilor, un caz a făcut mult zgomot când pilotul, în timp ce ieșea dintr-un zbor de scufundare, a pierdut controlul și s-a prăbușit. S-a dovedit că, sub influența forței de accelerare care a apărut în timpul unei schimbări bruște a direcției de mișcare în timpul unei viteze mari de zbor, pilotul și-a pierdut cunoștința și a eliberat pârghiile de control din mâini.

Care este motivul pierderii cunoștinței? La urma urmei, a fost un pilot experimentat, puternic, sănătos ca fier!

În momentul ieșirii dintr-un zbor în scufundare a apărut o forță centrifugă, care a provocat o accelerație negativă de ordinul a două până la trei. Pe măsură ce forța centrifugă a crescut, la fel a crescut și greutatea corpului și a sângelui pilotului. Când accelerația a ajuns la 4 g, o parte semnificativă a sângelui, sub influența acestei forțe, s-a retras din creier și s-a mutat în părțile inferioare ale corpului, drept urmare pilotul a început să-și piardă vederea. Câteva momente mai târziu, când accelerația a scăzut, pilotul nu a putut vedea nimic, parcă cu un bandaj negru peste ochi.

Cu toate acestea, accelerația a continuat să crească deoarece pilotul conducea aeronava de-a lungul unei curbe, la capătul căreia aeronava se afla într-o poziție de zbor verticală. Din ce în ce mai mult sânge curgea din creier în inima pilotului. Au fost simptome severe. Pilotului i s-a părut că inima cade brusc în jos, că s-a mutat în abdomenul inferior, iar ficatul este și mai jos, undeva lângă genunchi. Pilotul nu mai vedea absolut nimic și trebuia să-și depună toată puterea pentru a nu-și pierde cunoștința. Până acum nu a trăit încă o astfel de stare, dar pilotul nu a vrut să renunțe la luptă, nu a vrut să se supună slăbiciunii propriului său corp. El credea că toate senzațiile neplăcute vor trece de îndată ce efectul forței centrifuge încetează.

Dar de data asta a calculat greșit. Nu a ținut cont de viteza inițială mare în momentul ieșirii din zborul în scufundare și, astfel, de cantitatea semnificativă de forță centrifugă care a apărut în acel moment.

Zborul eșuat a continuat. Creierul pilotului, lipsit de sânge, a încetat să funcționeze. Când forța de accelerație a ajuns la 10 g, corpul pilotului nu mai cântărea 85 kg, ca de obicei, ci 850 kg. Fiecare centimetru cub de sânge cântărea nu 1 gram, ci 10, astfel sângele devenea mai greu decât fierul și cântărea aproape la fel de mult cât cântărește mercurul.

Făcând un ultim efort, pilotul a decis să mai țină încă o secundă înainte de a trage stick-ul de control „departe” pentru a elibera presiunea enormă a forței centrifuge. Totuși, în același moment și-a pierdut cunoștința. A tras de sfoară, n-a putut suporta și... a pierdut.

Avionul a pierdut controlul, un utilaj puternic și greu a început să cadă la întâmplare și, în cele din urmă, s-a prăbușit în pământ. Acesta a fost sfârșitul tragic al acestui zbor.

Acest caz a fost discutat multă vreme în cercurile aviatorilor, mai ales în rândul fiziologilor implicați în problemele medicinei aviatice. Au început cercetări științifice cuprinzătoare.

S-a stabilit că la o accelerație de ordinul a 5 g, chiar și piloții bine antrenați și perseverenți își pierd vederea, capacitatea de a respira și suferă dureri severe la urechi. Dacă o astfel de stare nu durează mai mult de 30-40 de secunde, organismul o depășește rapid, dar dacă durează mai mult, pot apărea tulburări grave și chiar răni.

După ce epoca zborurilor cu reacție a început în aviație, iar viteza aeronavelor a început să depășească 1000 km/h, oamenii de știință au început să primească o mulțime de informații despre rezistența corpului la supraîncărcare atunci când observă comportamentul piloților în timpul acrobației la viteze mari. Pe sol au fost construite și catapulte, cu ajutorul cărora manechinele echipate cu numeroase instrumente de cercetare au fost aruncate în aer cu o viteză inițială mare. Au fost observate și fenomene care au loc în corpul unui parașutist în momentul trecerii de la cădere liberă la zbor cu parașuta deschisă.

Dar astfel de studii au fost incomplete. A fost necesar să se creeze instrumente și instalații mai versatile, convenabile și precise pentru studierea fenomenelor care apar în corpul uman sub influența supraîncărcărilor.

Curând a fost construită o astfel de instalație. Aceasta este o centrifugă, pe care piloții și astronauții din unele țări au numit-o numele „carusel”. A devenit principala instalație pentru studiul rezistenței organismului la suprasarcină. Cum arată acest carusel?

Într-o sală vastă rotundă, la o înălțime de aproximativ un metru deasupra nivelului podelei, se vede o consolă cu zăbrele din țevi de oțel, care amintește oarecum de o macara de construcții. La un capăt, consola este plantată pe o axă verticală cu propulsie electrică, cu o capacitate de 6000 CP. cu. Lungimea consolei carusel este de 17 metri; la celălalt capăt al zăbrelei se află o cabină cu un loc pentru o persoană; cabina de pilotaj conține o varietate de echipamente complexe de cercetare.

Cabina este sigilată ermetic, ceea ce face posibilă setarea temperaturii și presiunii în interiorul acesteia în limite foarte largi, adică este posibil să se creeze în ea condiții foarte apropiate de cele care pot predomina în cabina unui astronaut în timpul unui zbor. in spatiu.

Un mecanism special de suspensie a cabinei o setează automat în timpul testării într-o astfel de poziție încât forța centrifugă acționează asupra unei persoane din interiorul cabinei în linie dreaptă, similar modului în care această forță acționează în timpul zborului în spațiu. Acest lucru facilitează calculele pentru medicii care observă experimentul.

Dintre numeroasele dispozitive din cockpit, merită să acordați atenție lentilei camerei de televiziune situate direct deasupra capului pasagerului din cabină. De îndată ce pilotul își ia locul în carlingă, oamenii de știință îi atașează corpul o varietate de senzori, conectați la echipamente de control electronic. Datorită acestui fapt, toate fenomenele care apar în corpul pilotului în timpul centrifugării sunt înregistrate cu precizie pe benzi ale instrumentelor de auto-înregistrare.

De îndată ce consola carusel începe să se rotească, în cockpit apare o forță centrifugă, care acționează asupra corpului pilotului ca forța de accelerație din cabina unei nave spațiale sau aeronave. Pe măsură ce numărul de rotații crește, crește și această forță și poate ajunge la o valoare de 40 g, la care greutatea corporală a pilotului crește la 3200 kg. O astfel de supraîncărcare pentru o persoană se poate termina cu moartea, așa că este creată numai în cazuri excepționale în experimente cu animale.

Totuși, trebuie menționat că la baza aviației americane din Jonesville (centrifuga instalată acolo, tocmai o descriem), la un moment dat a devenit celebru recordul stabilit de unul dintre piloți. În ciuda faptului că accelerația a depășit limita periculoasă de 5 g, pilotul nu a dat semnal de oprire a experimentului și a refuzat propunerea de oprire a centrifugei transmisă prin telefon. Mai mult, a cerut o creștere a cifrei de afaceri. Pilotul a susținut o accelerație de 8 g, apoi 10 și 12 g. Și abia când forța de accelerație a ajuns la 14 g și s-a menținut la acest nivel timp de două minute, pilotul a arătat în cele din urmă clar că nu mai poate rezista.

Capacitatea corpului uman de a suporta suprasolicitare nu este aceeași pentru diferiți indivizi și depinde în mare măsură de calitățile individuale, gradul de pregătire, starea de sănătate, vârsta unei persoane și așa mai departe. Practic, o persoană normală se simte rău la 5 Gs, dar piloții antrenați, excepțional de sănătoși, pot rezista la un G de ordinul 10 Gs timp de 3-5 minute.

Ce supraîncărcări au trebuit să suporte cosmonauții până acum?

Potrivit datelor sovietice, primul om din lume care a zburat în spațiul cosmic, Yuri Gagarin, a rezistat la o supraîncărcare de aproximativ 4 g în timpul lansării. Cercetătorii americani raportează că astronautul Glenn a rezistat la o suprasarcină tot mai mare de până la 6,7 ​​g din momentul lansării și până în momentul în care prima etapă a rachetei s-a separat, adică timp de 2 minute și 10 secunde. După separarea primei etape, accelerația a crescut de la 1,4 la 7,7 g în 2 minute și 52 de secunde.

Deoarece în aceste condiții accelerația și, odată cu ea, forțele g se acumulează treptat și nu durează mult, organismul puternic și antrenat al cosmonauților le suportă fără niciun rău.

Există un alt tip de instalație pentru studierea reacției corpului uman la supraîncărcări. Aceasta este o sanie cu jet, care este o cabină care se deplasează de-a lungul unei căi ferate de lungime considerabilă (până la 30 de kilometri). Viteza cabinei pe derapaje atinge 3500 km/h. Pe acest suport, este mai convenabil să se studieze reacțiile corpului la supraîncărcări, deoarece acestea pot crea nu numai accelerații pozitive, ci și negative. După ce un motor cu reacție puternic informează sania o viteză de ordinul a 900 m/s (adică viteza unui glonț de pușcă) la câteva secunde după pornire, accelerația poate ajunge la 100 g. La frânare puternică, tot cu ajutorul motoarelor cu reacție, accelerația negativă poate ajunge chiar și la 150 g.

Testele cu sania cu reacție sunt potrivite în principal pentru aviație, nu pentru astronautică și, în plus, această instalație costă mult mai mult decât o centrifugă.

Pe același principiu ca și săniile cu jet, catapultele funcționează cu ghidaje înclinate de-a lungul cărora se mișcă scaunul cu pilotul. Catapultele sunt potrivite în special pentru aviație. Ei testează reacțiile corpului piloților, care în viitor ar putea fi nevoiți să se ejecteze în cazul unui accident de avion pentru a-și salva viața. În acest caz, cabina, împreună cu pilotul, este trasă din aeronava cu reacție prăbușită și coboară la sol cu ​​ajutorul unei parașute. Catapultele sunt capabile să raporteze o accelerație de cel mult 15 g.

În căutarea unei modalități de a preveni efectele nocive ale supraîncărcării asupra corpului uman, oamenii de știință au descoperit că scufundarea unei persoane într-un mediu lichid, a cărui densitate corespunde aproximativ cu densitatea medie a corpului uman, aduce mari beneficii.

S-au construit bazine umplute cu o suspensie lichida de densitate corespunzatoare, cu aparat de respiratie; animalele de experiment (șoareci și șobolani) au fost plasate în bazine, după care s-a efectuat centrifugarea. S-a dovedit că rezistența șoarecilor și șobolanilor la supraîncărcare a crescut de zece ori.

Într-unul dintre institutele științifice americane s-au construit bazine care au făcut posibilă plasarea unei persoane în ele; (piloții au poreclit ulterior aceste piscine „sirene de fier”). Pilotul a fost plasat într-o baie umplută cu un lichid de densitatea corespunzătoare și s-a efectuat centrifugarea. Rezultatele au depășit toate așteptările - într-un caz, supraîncărcările au fost aduse la 32 g. Persoana a suportat o astfel de suprasolicitare timp de cinci secunde.

Adevărat, „sirena de fier” nu este perfectă din punct de vedere tehnic și, în special, există obiecții din punct de vedere al confortului pentru astronaut. Cu toate acestea, nu ar trebui să judeci prea grăbit. Poate că, în viitorul apropiat, oamenii de știință vor găsi o modalitate de a îmbunătăți condițiile de testare la o astfel de unitate.

Trebuie adăugat că rezistența la suprasarcini depinde în mare măsură de poziția corpului cosmonautului în timpul zborului. Pe baza multor teste, oamenii de știință au descoperit că o persoană este mai ușor de tolerat suprasolicitarea într-o poziție înclinată, deoarece această poziție este mai convenabilă pentru circulația sângelui.

Am menționat deja că în zborurile spațiale efectuate supraîncărcările au fost relativ mici și au durat doar câteva minute. Dar acesta este doar începutul erei spațiale, când oamenii zboară în spațiu pe orbite relativ apropiate de Pământ.

Acum suntem în pragul zborurilor către Lună și în timpul vieții următoarei generații - către Marte și Venus. Atunci poate fi necesar să experimentăm accelerații mult mai mari, iar astronauții vor fi supuși la supraîncărcări mult mai mari.

Există și problema rezistenței astronauților la supraîncărcări mici, dar pe termen lung, constante, care durează pe toată durata călătoriei interplanetare. Datele preliminare vorbesc despre faptul că accelerarea constantă a ordinii acțiunilor, „g” este tolerată de o persoană fără nicio dificultate. Au fost deja dezvoltate proiecte pentru astfel de rachete, ale căror motoare vor funcționa cu o accelerație constantă. În ciuda faptului că în timpul experimentului în sine, oamenii au fost nevoiți să îndure diverse fenomene neplăcute, experimentele nu le-au adus niciun rău.

Este posibil ca în viitor să fie posibilă creșterea rezistenței corpului uman la supraîncărcări în alt mod. Experimente interesante au fost efectuate de oamenii de știință de la Universitatea Cambridge din SUA. Au supus șoarecilor gestante la o accelerare constantă de ordinul a 2 g până la apariția șoarecilor, care au fost ținuți în centrifugă toată viața până la moarte. Șoarecii născuți în astfel de condiții au prosperat sub influența unei supraîncărcări constante de 2 g, iar comportamentul lor nu a fost diferit de comportamentul omologilor lor care trăiesc în condiții normale.

Suntem departe de a ne gândi să facem experimente similare cu oameni, dar totuși credem că fenomenul unei astfel de adaptabilitati a organismului la suprasolicitari poate rezolva o serie de probleme cu care se confruntă biologii.

De asemenea, este posibil ca oamenii de știință să găsească o modalitate de a neutraliza forțele de accelerație, iar o persoană echipată cu echipamente adecvate va suporta cu ușurință toate fenomenele care însoțesc supraîncărcările. Speranțe și mai mari sunt asociate cu metoda de congelare, atunci când sensibilitatea unei persoane scade brusc (despre asta scriem mai jos).

Progresele în domeniul creșterii rezistenței organismului uman la suprasolicitare sunt foarte mari și continuă să se dezvolte. S-a obținut deja mult succes în creșterea rezistenței, oferind corpului uman poziția corectă în timpul zborului, folosind un scaun tapițat căptușit cu plastic burete și costume spațiale special concepute. Poate că viitorul apropiat va aduce un succes și mai mare în acest domeniu.

Dintre numeroasele pericole pe care le așteaptă un astronaut în timpul unui zbor, trebuie subliniat încă unul, legat de caracteristicile aerodinamice ale zborului și de funcționarea motoarelor cu reacție. Acest pericol, deși din fericire nu este foarte mare, este adus cu el de vibrații.

În timpul lansării, motoarele puternice funcționează, iar întreaga structură a rachetei este supusă la vibrații puternice. Vibrația este transmisă corpului astronautului și poate duce la consecințe foarte neplăcute pentru acesta.

Efectul nociv al vibrațiilor asupra corpului uman este cunoscut de mult timp. Într-adevăr, lucrătorii care folosesc un ciocan pneumatic sau un burghiu mai mult sau mai puțin îndelungat se îmbolnăvesc de așa-numita boală a vibrațiilor, care se manifestă nu numai prin dureri severe la nivelul mușchilor și articulațiilor membrelor superioare, ci și prin dureri la nivelul abdomenul, inima și capul. Apare scurtarea respirației și respirația devine dificilă. Sensibilitatea corpului depinde în mare măsură de care dintre organele interne este cel mai expus la vibrații. Organele interne ale digestiei, plămânii, membrele superioare și inferioare, ochii, creierul, gâtul, bronhiile etc. reacționează diferit la vibrații.

S-a stabilit că vibrația unei nave spațiale are un efect dăunător asupra tuturor țesuturilor și organelor corpului uman - iar vibrația de o frecvență înaltă este cea mai prost tolerată, adică una greu de observat fără instrumente precise. În timpul experimentelor cu animale și oameni, s-a constatat că, sub influența vibrațiilor, bătăile inimii acestora cresc mai întâi, crește tensiunea arterială, apoi apar modificări în compoziția sângelui: scade numărul de globule roșii, numărul de cele albe. crește. Metabolismul general este perturbat, nivelul de vitamine din țesuturi scade, apar modificări ale oaselor. Interesant este că temperatura corpului depinde în mare măsură de frecvența vibrațiilor. Odată cu creșterea frecvenței oscilațiilor, temperatura corpului crește, cu o scădere a frecvenței, temperatura scade.

Prin urmare, nu este nimic surprinzător în faptul că vibrația unei nave spațiale poate provoca perturbări semnificative în activitatea vitală a organismului și poate afecta negativ activitatea mentală a unui astronaut.

Desigur, consecințele vibrațiilor pot deveni formidabile cu expunerea prelungită la corpul uman. Dacă astronauții ar trebui să suporte vibrații timp de câteva zile, aceasta ar duce la o tulburare completă și ireversibilă a vieții, cu toate consecințele care decurg.

Din fericire, această problemă nu este atât de mare pe cât pare la prima vedere. Cert este că durata vibrațiilor în timpul lansării unei rachete este de doar câteva minute și, deși echipajul navei spațiale se confruntă cu unele inconveniente, acestea durează atât de puțin încât nu fac rău. Vibrația durează puțin mai mult în timpul trecerii navei prin atmosferă în timpul aterizării. Dar nici nu este atât de periculos. În plus, designul special al suspensiei scaunelor flexibile și elastice, care izolează astronauții de corpul rachetei, precum și tapițeria moale, din plastic a scaunelor și spătarului scaunelor, reduc semnificativ vibrațiile transmise de la corpul rachetei către corpul astronautului. .

Instituția Regională de Învățământ de Stat Tambov

Invatamant general internat cu pregatire initiala de zbor

numită după M. M. Raskova

abstract

„Transbordarea în aviație”

Finalizat: elev al plutonului 103

Zotov Vadim

Șef: Pelivan V.S.

Tambov 2006

1. Introducere.

2. Greutatea corporală.

3. Supraîncărcare.

4. Încărcări G la efectuarea acrobației aeriene.

5. Restricții la suprasarcină. Imponderabilitate.

6. Concluzie.

ÎNCĂRCARE ÎN AVIAȚIE

1. Introducere.

Forțele gravitației sunt, evident, primele cu care ne-am familiarizat încă din copilărie. În fizică, ele sunt adesea numite gravitaționale (din latină - gravitație).

Importanța forțelor gravitaționale în natură este enormă. Ele joacă un rol primordial în formarea planetelor, în distribuția materiei în adâncurile corpurilor cerești, determină mișcarea stelelor, sistemelor planetare și planetelor și mențin atmosfera în jurul planetelor. Fără forțele gravitației, viața și însăși existența universului și, prin urmare, a Pământului nostru, ar fi imposibile.

Construind clădiri și canale, pătrunzând adânc în Pământ sau în spațiul cosmic, proiectând o navă sau un excavator ambulant, obținând rezultate în aproape orice sport, omul pretutindeni se confruntă cu forța gravitației.

Forțele mari și misterioase ale gravitației au fost subiectul de reflecție al minților remarcabile ale omenirii: de la Platon și Aristotel în lumea antică până la oamenii de știință renascentist - Leonardo da Vinci, Copernic, Galileo, Kepler, de la Hooke și Newton până la contemporanul nostru Einstein.

Atunci când se iau în considerare forțele gravitaționale, sunt utilizate diferite concepte, inclusiv forța gravitațională, gravitația, greutatea.

2. Greutatea corporală.

Greutatea este forța cu care, din cauza gravitației, corpul apasă pe suport sau trage suspensia.

În aerodinamică, greutatea corporală este înțeleasă ca o valoare ușor diferită.

În timpul zborului, aeronava este afectată de forțele aerodinamice (portare și tracțiune), de forța sistemului de propulsie și de forța gravitației, care se numește greutate și se notează G.

unde m este masa aeronavei, g este accelerația de cădere liberă.

Greutatea este una dintre cele mai complexe forțe din natură. Știți că greutatea este o valoare variabilă, se modifică în funcție de natura mișcării corpului.

Dacă corpul se mișcă fără accelerație, atunci greutatea corpului este egală cu forța gravitațională și este determinată de formula P = mg.

Dacă corpul se mișcă cu accelerație în sus, adică cu accelerație opusă accelerației de cădere liberă (а↓g), atunci greutatea corpului crește, este determinată de formula P = m(g + a) și are loc o suprasarcină.

Dacă corpul se mișcă cu accelerație în jos, adică cu accelerație co-direcțională cu accelerația în cădere liberă (a ↓↓g), atunci greutatea corpului este determinată de formula P = m(g-a), și în acest caz sunt posibile mai multe opțiuni :

dacă |a|<|g|, то вес тела уменьшается (становится меньше силы тяжести), и возникает состояние частичной невесомости;

dacă |a|=|g|, atunci greutatea corpului este 0, apare o stare de imponderabilitate completă (adică corpul cade liber);

dacă |a|>|g|, atunci greutatea corpului devine negativă și apare o forță g negativă.

3. Supraîncărcare.

Suprasarcina este raportul dintre suma tuturor forțelor, cu excepția forței de greutate care acționează asupra aeronavei, și greutatea aeronavei și este determinată de formula:

unde P este forța motorului, R este forța aerodinamică totală.

Săgețile de deasupra simbolurilor din formulă indică faptul că se ia în considerare direcția forțelor, astfel încât forțele nu pot fi adăugate algebric.

De exemplu, dacă forța aerodinamică R și forța motorului P se află în planul de simetrie, atunci suma lor R+P este determinată așa cum se arată în Figura 4.14.

În cele mai multe cazuri, nu se utilizează suprasarcina totală n, ci proiecțiile acesteia pe axele sistemului de coordonate ale vitezei - n x , n y , n z așa cum se arată în Figura 4.15.

Există trei tipuri de suprasarcină: normală, longitudinală și laterală.

Suprasarcina normală n y este determinată în primul rând de forța de ridicare și este determinată de formula:

unde Y este forța de ridicare.

Suprasarcina longitudinală n x este determinată de raportul dintre diferența dintre forța motorului (P) și rezistența (Q) și greutatea aeronavei:

n x \u003d (P-Q) / G.

Forța g longitudinală este pozitivă dacă împingerea este mai mare decât rezistența și negativă dacă împingerea este mai mică decât rezistența sau dacă nu există nicio forță.

Odată cu creșterea altitudinii de zbor, supraîncărcările longitudinale pozitive n x scad, deoarece redundanța corpului scade. Dependența suprasarcinii longitudinale de altitudine și viteza de zbor este prezentată în figură.

Supraîncărcarea laterală n z apare atunci când un flux de aer asimetric în jurul aeronavei. Acest lucru se observă în prezența alunecării sau când cârma este deviată.

4. Încărcări G la efectuarea acrobației aeriene.

Luați în considerare ce supraîncărcări apar atunci când efectuați acrobații.

La avioanele cu modele de zbor diferite, supraîncărcarea acționează în moduri diferite.

Half-loop este o manevră de acrobație în care aeronava descrie partea ascendentă a buclei Nesterov, urmată de o întoarcere față de axa longitudinală cu 180 0 și aducerea acesteia la orizontală.

zbor în direcția opusă celei de intrare.

La efectuarea acestei figuri, pot fi remarcate mai multe puncte de referință:

1. Intrarea în semibuclă.

2. Unghiul de pas 50 0 - 60 0 . Supraîncărcare în asta

punctul 4.5 - 5 unități.

3. Unghiul de pas 90 0 . Suprasarcină 3,5 - 4 unități.

4. Începutul intrării în semibutoi. Supraîncărcare

aproximativ egal cu 1 unitate.

5. Concluzie de la semi-butoaie.

Când supraîncărcarea este mai mult decât optimă, rezistența frontală crește brusc și viteza scade rapid, aeronava poate intra în modul de agitare și blocare. Când suprasarcina este mai mică decât optimă, timpul de execuție al figurii crește și viteza în punctul de vârf devine, de asemenea, mai mică decât cea specificată.

Luați în considerare o altă cifră de acrobație - o lovitură de stat.

Când se efectuează o răsturnare pe L-39, în prima jumătate a traiectoriei, componenta forței de greutate (Gcosθ) contribuie la curbura traiectoriei, prin urmare, în această secțiune, o valoare destul de mică a suprasarcinii normale a 2 - 3 unități. În a doua jumătate, aceeași forță împiedică îndoirea traiectoriei, așa că este necesară o suprasarcină mare de 3,5 - 4,5 unități pentru a scoate aeronava dintr-o scufundare. În timpul unei răsturnări, aeronava se blochează, pilotul elimină apariția forțelor g negative în poziția „roți sus”, luând RSS pe sine, crește forța g la una admisibilă și creează rotația unghiulară necesară.

Pe Yak-52, de exemplu, la efectuarea unei scufundări, la intrarea într-o scufundare, apare o suprasarcină negativă. La recuperarea dintr-o scufundare, pierderea înălțimii este determinată de viteză, unghiul scufundării și supraîncărcarea creată de pilot.

La ieșirea din viraj „Gorki”, pentru a evita apariția unor forțe g negative mari, pilotul face ieșirea prin mișcarea lină a stick-ului de comandă departe de el.

„Sumfărire” „Deal”

O altă acrobație incitantă este bucla Nesterov.

Când efectuează bucla Nesterov pe Yak-52, pilotul trebuie să urmărească creșterea suprasarcinii pentru crearea vitezei unghiulare. Este necesar să se creeze o viteză unghiulară de rotație în așa fel încât la un unghi de inclinare de 40 0 ​​​​- 50 0 suprasarcina să fie egală cu 4 - 4,5 unități. Când scoateți aeronava din buclă, pilotul trebuie să monitorizeze rata de creștere a supraîncărcării.

Supraîncărcările Pământului

Când o mașină se ciocnește de un obstacol fix, o persoană care stă într-o mașină va experimenta suprasolicitarea spatelui pieptului. O astfel de supraîncărcare este tolerată fără prea multe dificultăți. O persoană obișnuită poate rezista la supraîncărcări de până la 15 g aproximativ 3 - 5 secunde fără pierderea conștienței. Supraîncărcări de la 20 la 30 g și mai mult o persoană poate rezista fără pierderea conștienței nu mai mult de 1 - 2 secunde și în funcție de amploarea supraîncărcării.

Supraîncărcări în raport cu o persoană:

1 - 1 g .

3 - 15 g în 0,6 secunde.

5 - 22 g .

Una dintre principalele cerințe pentru piloții militari și astronauți este capacitatea corpului de a suporta supraîncărcări. Piloții antrenați în costume anti-g pot suporta forțele g de la -3 ... -2 g până la +12 g . Rezistența la forțele g negative, în sus, este mult mai mică. De obicei la 7 - 8 g ochii „se înroșesc”, vederea dispare, iar persoana își pierde treptat cunoștința din cauza unui flux de sânge la cap. Astronauții în timpul decolării suportă supraîncărcarea întinși. În această poziție, supraîncărcarea acționează în direcția pieptului - spate, ceea ce vă permite să rezistați la câteva minute la o suprasarcină de mai multe unități de g. Există costume speciale anti-g, a căror sarcină este de a facilita acțiunea supraîncărcării. Costumele sunt un corset cu furtunuri care se umflă din sistemul 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, un astronaut poate prezenta tulburări vestibulare și, pentru o lungă perioadă de timp, persistă o senzație de greutate în zona capului (datorită creșterii fluxului sanguin către aceasta). În același timp, adaptarea la imponderabilitate are loc, de regulă, fără complicații grave: o persoană își păstrează capacitatea de a lucra 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 energie decât mișcările similare în imponderabilitate.

Cu accelerația longitudinală, astronautul are iluzii vizuale. I se pare că obiectul la care se uită se deplasează în direcția vectorului de accelerație și gravitație rezultat.

Cu accelerații unghiulare, are loc o deplasare aparentă a obiectului vizual în planul de rotație. Această așa-numită iluzie aproape girală este o consecință a efectului forțelor g 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 fi atât pentru mai puțin g, cât și pentru suma de secunde pe care astronautul o poate rezista . Dar există unul + Deoarece ne aflăm într-un viitor îndepărtat, costumele noastre anti-g, de exemplu, care, împreună cu 350r, vor fi cu un ordin de mărime mai bune pentru a ajuta la menținerea conștiinței în timpul supraîncărcărilor puternice și prelungite + gravitația artificială ar trebui salvare, care ar trebui să creeze o contrabalansare la supraîncărcări 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 dacă se depășește 88 g, o accidentare a capului este considerată foarte probabilă. De asemenea, importantă în metodologia EuroNCAP este evaluarea presiunii care acționează asupra toracelui uman: compresia toracică de 22 mm este considerată sigură, compresia de 50 mm este considerată limitativă.

Pe 22 martie 1995, cosmonautul Valery Polyakov s-a întors din spațiu după 438 de zile de zbor. Acest record de durată nu a fost doborât până acum. A devenit posibil ca urmare a studiilor în curs de desfășurare pe orbită asupra influenței factorilor cosmici asupra corpului uman.

1. Forțele G în timpul decolării și aterizării

Poate că Polyakov era cel care, ca nimeni altcineva, era pregătit să rămână pe orbită timp de un an și jumătate. Și nu pentru că ar avea o sănătate fenomenală. Și a fost angajat în pregătirea înainte de zbor nu mai mult decât alții. Doar că Polyakov, fiind medic profesionist - candidat la științe medicale, care a lucrat la Institutul de Probleme Biomedicale al Academiei Ruse de Științe, ca nimeni altcineva din corpul cosmonauților, cunoștea „structura umană”, reacțiile organismului la factori destabilizatori şi metode de compensare a acestora. Ce sunt ei?

La lansarea navei spațiale, supraîncărcările se situează în intervalul de la 1 g la 7 g. Acest lucru este extrem de periculos dacă suprasarcina acționează de-a lungul axei verticale, adică de la cap la picioare. În această poziție, chiar și cu o supraîncărcare de 3g, care durează trei secunde, la o persoană apare afectarea gravă a vederii periferice. Dacă aceste valori sunt depășite, modificările pot deveni ireversibile, iar persoana este garantată să își piardă cunoștința.

Prin urmare, scaunul din navă este amplasat în așa fel încât accelerația să acționeze în plan orizontal. Astronautul folosește și un costum special de compensare. Acest lucru face posibilă menținerea circulației cerebrale normale în timpul supraîncărcărilor prelungite de 10 g și supraîncărcărilor pe termen scurt de până la 25 g. Rata de creștere a accelerației este, de asemenea, extrem de importantă. Dacă depășește o anumită limită, atunci chiar și supraîncărcările minore pot deveni fatale pentru astronaut.

După o lungă ședere pe orbită, un organism dezantrenat suportă supraîncărcările care apar în timpul aterizării, mult mai greu decât în ​​timpul lansării. Prin urmare, cu câteva zile înainte de aterizare, astronautul se pregătește după o metodă specială care presupune exerciții fizice și medicamente. În timpul aterizării, o astfel de orientare a navei în straturile dense ale atmosferei este de mare importanță, astfel încât axa de suprasarcină să fie orizontală. În timpul primelor zboruri spațiale, nu a fost posibilă stabilizarea adecvată a navei și, prin urmare, astronauții și-au pierdut uneori cunoștința în timpul aterizării.

2. Imponderabilitate

Imponderabilitate este un test mult mai dificil pentru organism decât suprasolicitarea. Pentru că acționează timp îndelungat și continuu, provocând modificări într-o serie de funcții vitale ale corpului uman. Astfel, imponderabilitate pune sistemul nervos central și receptorii multor sisteme de analiză (aparatul vestibular, aparatul musculo-articular, vasele de sânge) în condiții neobișnuite de funcționare. Ca urmare, fluxul de sânge încetinește, sângele se acumulează în partea superioară a corpului.

„Melodia” imponderabilității constă în faptul că procesele adaptative în sistemele fiziologice, gradul de manifestare a acestora practic nu depinde de caracteristicile individuale ale organismului, ci doar de durata șederii în imponderabilitate. Adică, indiferent de modul în care o persoană se pregătește pentru asta pe pământ, indiferent cât de puternic este corpul său, acest lucru are puțin efect asupra procesului de adaptare.

Adevărat, o persoană se obișnuiește rapid cu imponderabilitate: amețelile și alte fenomene negative încetează. Astronautul „gustă” din fructele imponderabilității când se întoarce pe pământ.

Dacă nu sunt utilizate metode de contracarare a efectului distructiv al imponderabilității pe orbită, atunci în primele zile un cosmonaut debarcat experimentează următoarele schimbări:

1. Încălcarea proceselor metabolice, în special a metabolismului apă-sare, care este însoțită de deshidratarea relativă a țesuturilor, o scădere a volumului sângelui circulant, o scădere a conținutului unui număr de elemente în țesuturi, în special potasiu și calciu;

2. Încălcarea regimului de oxigen al organismului în timpul efortului fizic;

3. Încălcarea capacității de a menține o postură verticală în static și dinamic; o senzație de greutate a părților corpului (obiectele din jur sunt percepute ca neobișnuit de grele; există o lipsă de antrenament în dozarea eforturilor musculare);

4. Încălcarea hemodinamicii în timpul lucrului de intensitate medie și mare; stările de pre-leșin și de leșin sunt posibile după trecerea de la o poziție orizontală la una verticală;

5. Imunitate redusă.

Pe orbită, se utilizează o întreagă gamă de măsuri pentru a combate efectul distructiv al imponderabilitatii asupra corpului. Aport crescut de potasiu și calciu. Presiune negativă aplicată pe jumătatea inferioară a corpului pentru a drena sângele. Lenjerie barocompensare. Stimularea electrică musculară. Medicație dozată. Antrenament pe o bandă de alergare și alte simulatoare.

3. Hipodinamie

Banda de alergare și diverse simulatoare musculare sunt, de asemenea, folosite pentru a combate inactivitatea fizică. Pe orbită, este inevitabil, deoarece mișcările în imponderabilitate necesită mult mai puțin efort decât pe sol. Și revenind pe pământ chiar și după antrenamentul zilnic obositor, astronauții experimentează o scădere a masei musculare. În plus, activitatea fizică are un efect benefic asupra inimii, care, după cum știți, este și un mușchi.

4. Radiația

Efectul acestui factor asupra corpului uman este bine studiat. Organizația Mondială a Sănătății a elaborat standarde pentru dozele de radiații, al căror exces este dăunător sănătății. Aceste reglementări nu se aplică astronauților.

Se crede că o persoană poate fi supusă fluorografiei nu mai mult de o dată pe an. În același timp, primește o doză de 0,8 mSv (milisievert). Un astronaut primește o doză zilnică de până la 3,5 mSv. Cu toate acestea, conform standardelor medicinei spațiale, o astfel de radiație de fond este considerată acceptabilă. Deoarece într-o anumită măsură este neutralizat prin medicamente. Doza zilnică de radiații nu este constantă. Fiecare cosmonaut are un dozimetru individual care numără milisieverturile acumulate în organism. Pentru un an de ședere în spațiu, puteți obține de la 100 la 300 mSv.

„Desigur, acesta nu este un cadou”, spune Vyacheslav Shurshakov, șeful laboratorului de metode și mijloace de dozimetrie spațială de la Institutul de Probleme Biomedicale al Academiei Ruse de Științe, „dar acesta este specificul profesiei de cosmonaut. ”

Doza-prag anuală este de 500 mSv. Care este de 25 de ori pragul pentru angajații centralelor nucleare, care este de 20 mSv.

Ei bine, iar doza totală, după care astronautul nu are voie să zboare, este de 1000 mSv. În același timp, când Gagarin a zburat, această cifră era de 4000 mSv. Serghei Avdeev s-a apropiat cel mai mult de prag, zburând 747 de zile în total. Doza pe care a primit-o este de 380 mSv.

Fotografie de ITAR-TASS/Albert Pushkarev

Avioane. Suprasarcina este o mărime adimensională, totuși, adesea unitatea de suprasarcină este indicată în același mod ca și accelerația gravitației, g. O suprasarcină de 1 unitate (sau 1 g) înseamnă zbor drept, 0 înseamnă cădere liberă sau imponderabilitate. Dacă o aeronavă se întoarce la o altitudine constantă cu o înclinare de 60 de grade, structura sa suferă o suprasarcină de 2 unități.

Valoarea admisibilă a supraîncărcărilor pentru aeronavele civile este 2,5. O persoană obișnuită poate rezista oricărei supraîncărcări de până la 15G timp de aproximativ 3-5 secunde fără a se închide, dar o persoană poate rezista la supraîncărcări mari de la 20-30G sau mai mult fără a se închide timp de cel mult 1-2 secunde și în funcție de dimensiunea suprasarcina, de exemplu 50G = 0,2 sec. Piloții antrenați în costume anti-g pot tolera forțele g de la -3 ... -2 la +12. Rezistența la forțele g negative, în sus, este mult mai mică. De obicei, la 7-8 G, ochii „devin roșii” și persoana își pierde cunoștința din cauza unui flux de sânge la cap.

Suprasarcina este o mărime vectorială direcționată în direcția schimbării vitezei. Pentru un organism viu, acest lucru este esențial. Când sunt supraîncărcate, organele umane tind să rămână în aceeași stare (mișcare rectilinie uniformă sau repaus). Cu forța G pozitivă (cap-la-picior), sângele curge de la cap la picioare. Stomacul coboară. Când este negativ, sângele se ridică la cap. Stomacul poate apărea împreună cu conținutul. Când o altă mașină se ciocnește de o mașină staționară, persoana care stă așezată va experimenta suprasolicitarea spatelui pieptului. O astfel de supraîncărcare este tolerată fără prea multe dificultăți. Astronauții în timpul decolării suportă supraîncărcarea întinși. În această poziție, vectorul este îndreptat piept-spate, ceea ce vă permite să rezistați la câteva minute. Cosmonauții nu folosesc dispozitive anti-G. Sunt un corset cu furtunuri gonflabile, umflate din sistemul de aer și țin suprafața exterioară a corpului uman, împiedicând ușor scurgerea sângelui.

Note

Fundația Wikimedia. 2010 .

Vedeți ce înseamnă „Supraîncărcare (aviație)” în alte dicționare:

G-force: G-force (aviație) raport ridicare-greutate G-forță (tehnică) în accelerarea obiectelor G-force (șah) o situație de șah în care piesele (figura) nu pot face față sarcinilor lor. Supraîncărcare ...... Wikipedia

1) P. în centrul de masă este raportul n dintre forța rezultată R (suma forței și forței aerodinamice, vezi Forțe și momente aerodinamice) și produsul dintre masa aeronavei m și accelerația gravitației g: n \u003d R / mg (când se determină P. pentru ... ... Enciclopedia tehnologiei

Cele mai mari neymax și cele mai mici neymin valori admisibile ale suprasarcinii normale ny în ceea ce privește rezistența structurală. Valoarea E. p. este determinată pe baza standardelor de rezistență pentru diferite cazuri de proiectare, de exemplu, pentru manevră, zbor în timpul accidentat. De… … Enciclopedia tehnologiei