挑战生理的极限

Bulldog

挑战生理的极限
编码:0435
刊登媒体:航空知识
刊登日期: 2006-04-20

航空爱好者都知道，招收飞行员要经过严格的体检，成为飞行员还要进行严格的身体锻炼，这样做的目的是使飞行员保持强健的体魄，来应对飞行中出现的超常的生理压力。但是，随着现代战斗机的机动性、灵活性和高空高速性能不断增强，飞行员的生理机能成为制约飞机性能发展的最薄弱环节。而机载生命保障系统则成为帮助飞行员应对恶劣的环境和超常过载的生命之盾。它包括机载环境控制系统和抗过载系统。 机载环境控制系统 众所周知，随着高度的增加，气压会降低，空气含氧量低，超过8000米时，由于血液缺氧，人体根本无法适应环境，也就无法继续生存。缺氧会导致头痛、心跳过速、出汗、皮肤青紫、视力和听力下降、失去知觉、肺或大脑栓塞，而最终导致死亡。 解决这些问题最有效的办法就是为飞机座舱加压，使其生成比实际飞行高度低许多时的内部环境。当前，多数飞机都配有环境控制系统。它可提供空气调节、座舱加压、航空电子设备和系统的通风与制冷，为飞行员和机载设备创造适宜的工作条件。通过自动电子控制系统以及手动控制装置，环境控制系统可以按飞行员要求调整座舱内温度。 座舱加压  通过控制一个或多个将座舱与外部连接的阀门，自动控制系统为飞机座舱加压。在飞机飞行高度至1200米左右前，这个阀门通常情况下一直是打开的。这样，座舱内的气压就与外部气压相同。超过1200米时，阀门关闭，座舱内的气压就不会因飞行高度的增加、外部气压的下降而变化。然而随着高度的增加，内外压力差会越来越大，为了保持座舱结构的整体性，内外的最大压力差必须限制在一个特定值（0.6～0.7千克/平方厘米），通常是在6000～7000米时达到。此时，阀门再次打开，座舱气压继续下降至1200米以上，以保持最大压力差。上述气压值适用于商用、运输和高空侦察机。对于战斗机，座舱气压一般保持4000米时的气压，而这足以避免由氧气稀薄引发的问题。此时，内外压力差变小，可以节省飞机结构重量，更重要的是减少因机身突然损坏而引发的减压危险。 空气调节　空气调节设备通常用来使座舱内温度达到18～25度，湿度达到30%～70%。如果相对温度减少或增加，飞行员也可承受较高的座舱温度。通过加快空气流动，即增加空气从调节设备流向座舱的速度，飞行员甚至可承受相当高的座舱温度。为了清除飞行员呼吸时产生的二氧化碳(以及商用飞机产生的烟雾和臭氧)，经过一段时间后，空气调节设备会产生等量的空气，将座舱内的空气全部换掉，或者部分换掉，而另一部分则通过含有可凝固二氧化碳的氢氧化钾、氢氧化钠等物质的特殊过滤回路重新生成。显而易见，完全换掉座舱内的空气需要空气调节设备产生相当大的气流，以及相当高的能量吸收要求。如果从发动机压缩机流出的空气太热，通过吸入外部空气的热量交换器，或者为压缩机安装空气热量交换器以辅助涡轮冷却系统，就可以将空气冷却到所需温度。那些需长时间在超高空遂行任务的飞机的空气调节系统，都必须配有特殊的过滤设备，它们可以阻挡平流层中的一些放射性物质。 　　供氧系统　即使在加压过的座舱内，飞行员也必须戴上氧气面罩，以避免机身损坏、座舱气压降低时失去知觉。橡胶呼吸面罩通过快速连接的橡胶管与氧气流动管和供氧系统相连。在供氧系统和呼吸面罩之间有一个调节阀，它用座舱内的空气，按飞行员确定的标准，稀释氧气。飞行员甚至可以呼吸纯氧，而这在12000米以上是必不可少的。军用飞机内的供氧系统分下列几类：一是气态供氧系统。它们主要用于那些不考虑空间和重量的应急系统以及大型飞机，纯氧存贮在30～40千克/平方厘米的低压瓶中或120～150千克/平方厘米的高空瓶中。二是液态供氧系统。它们通常用于那些主要考虑空间、重量和任务的飞机（如战斗机）。液态氧存放在零下147度和正常的气压下，用时转换成气态氧。但是，液态供氧系统需要大型的后勤设施，如设在空军基地的液态供氧系统生成工厂，或者是用于运输液态供氧系统的特殊车辆。三是机载造氧系统，由于液态氧的大型供氧设备不能满足在世界范围之内快速部署的需要。美军已经越来越青睐于机载造氧系统。它来自于飞机的压缩空气系统，除了可使后勤保障最小化外，机载造氧系统还大量采用新技术，提高了使用的安全性。 抗过载系统 过载的影响　正过载，受力方向朝上，反作用力朝下，使人体重量增加到与过载相同。受正过载影响时，全身血液流向腿部、腹部，并在此淤积，造成心脏收缩期缩短。同时，随着心脏和头部的血液重量的增加，其液压也相应增加，导致流向大脑和眼睛的血液减少。由此，造成头部血压过低、大脑和眼睛缺氧。最初，飞行员会出现所谓的“灰视”现象，即失去识别颜色的能力，接下来是管状视(又称有限视力)，稍后则是“黑视”（完全失明），最坏时会出现过载引起的失去知觉，这种情况是十分可怕的，在高速机动的飞行中失去知觉后，生还的可能性微乎其微。 负过载，受力方向朝下，反作用力朝下，受到加速度等于重力加速度时，就是所谓的失重。但是当飞机加速度使身体重量增加到重力加速度一倍以上时，就会造成飞行员身体内的血液大量淤积在头部，先是出现“红视”现象，接下来就是大脑血管破裂。 两者相比较，人类承受负过载的能力要远远小于正过载。尽管长时间承受6～8G以上的正重力加速度会造成永久性伤害，但是负过载达到2～3G，很短时间就会导致脑出血，并由此引发死亡。正是出于这一原因，翻筋斗才被视为一个非常危险的特技动作，只有那些身体状况良好、经验丰富的飞行员才能够完成。另外，长时间或较高的过载还会导致令人无法忍受的手臂和腿部疼痛，使飞行员完成任务的能力大大降低。 抗荷服是解决上述问题的一种方法。它由内装充气管的一条裤子和一条腹带组成，最早于1939年由加拿大人发明，并在随后的几十年中不断进行了改进。当飞机和飞行员承受由加速计预先测定的正过载时，这些充气管就会充入压缩空气，自动膨胀。充气后的长裤和腹带就会压迫飞行员的下腹、大腿和小腿，防止血液过多地流向下肢，便于血液流回心脏。通常情况下，穿着合适的抗荷服，所有训练有素、身体健康的战斗机飞行员都可以承受9 G/15秒的最大安全过载，并保证完成任务。 初始加速度对飞行员承受过载的能力起着关键作用。飞机在空中动作越灵活，就会越快地产生过载，首次出现黑视、红视的时间就会越短。以正过载为例，当初始加速度大于5G/秒时，黑视甚至过载引起的失去知觉就可能在没有任何预兆的情况下同时出现。特别值得一提的是，第四代战斗机的初始加速度可高达15～20G/秒。也就是说，在半秒内，飞行员和飞机就要承受10G的最大允许过载。 随着第三、四代战斗机的发展，过载成为一个可怕的杀手。以美国为例，从1982年到1997年，由于瞬间黑视或过载引起的失去知觉，美国空军共损失了12架F-16和9名飞行员，以及2架F-20原型机和第1架“鹰眼”200原型机。其原因在于，传统的抗荷服反应时间太长，已经无法适应重力加速度瞬间的变化。下面是欧美先进战机飞行员目前最常用的方法和系统，它们能帮助飞行员承受过载的影响。 抗过载动作　这是一种呼吸技术，通过减少四肢和腹腔血液含量，有节奏地增加胸腔压力以帮助心脏产生足够血压向头部供血，从而增强飞行员抵抗过载的能力。它基于咽鼓管充气检查法，即将口鼻闭住，作深呼气，以进行咽鼓管充气检查。这种方法最初用于诊断心脏状况，医学上有时也用来校正心率不稳或减轻胸部疼痛。美国空军标准的作法是，将声门关闭2秒，期间，每次吸/呼气时间不足0.5秒，所有腹部、胳膊、腿部主要的随意肌都收缩。如果操作正确，会得到具有同标准抗荷服一样的效果，可达到3G以上的防护效能。 主动加压呼吸系统　将含氧量高的空气或纯氧压进飞行员的肺部，以减少大过载时的呼吸疲劳。这种系统自身并不能提供其它抗较高过载的防护，它们只是大幅减少特定过载所需的应变措施，从而减弱飞行员的疲劳，提高对瞬间大过载的承受能力，减轻由于不断承受大过载而导致的长期不利影响。但是，由于飞行员的语言功能被破坏，会导致通讯困难。 其典型代表是美军的CSU-17/P组合式高科技增强设计抗荷服，俗称战斗抗荷服，F-15和F-16战斗机均采用这种系统。其工作原理是：当抗荷阀压力超过4G，飞行员氧气面罩中的压力调节阀就会收到信号，相应地将呼吸用空气的压力最大增至标准以上的0.08千克/平方厘米。同时，经加压的气体从氧气面罩终端溢出，将头盔后部的一个小型气囊充满，从而绷紧氧气面罩，同时溢出的加压气体为抗压背心充气，对飞行员胸部施加外部压力，使肺部高压得到平衡。对胸部加压十分重要，可以避免胸腔受迫膨胀，并进一步减少重压下呼吸空气所需的力量。保持了胸腔内的正常压力，使人体中枢便于将血液输向眼睛和大脑，并防止下行血液流向下肢。虽然并不能取代抗荷应变方法，但可以从很大程度上减少抗荷应变方法所需的努力，并提高飞行员对持续大过载的长期承受能力，极大地提高了飞行员在大过载作战时的安全。 “阿塔哥斯”高科技抗荷服，（Advanced Technology Anti-G SuitATAGS ）F/A-22“猛禽”战斗机飞行员就得益于这种新式抗荷服。它采用全充气式抗荷服裤，对长时间的高G环境提供额外的保护。作为一件出色的战斗服，“阿塔哥斯”将机组人员的抗荷能力提高了60%。与战斗抗荷服配套使用，它对机组人员抗荷能力的提高效果超出现有的抗荷服的350%。 “利贝乐”自调式多功能抗荷服  尽管抗过载动作、扩大抗荷服覆盖面等方法非常有效，但它们也会产生负面影响。因为，传统的抗荷服必须与一套机械化/可充气式系统连接，用于在过载条件下提供空气。这时，采取应变方法就可能转移飞行员的注意力，而激烈的空战却要求飞行员全神贯注。而由德国和瑞士合作生产的“利贝乐”自调式多功能抗荷服，则可以解决这一问题。其研制基于自我调节液压原理，而不是可充气原理。过载将血液推向身体下方的同时，也将抗荷服内的液体推向下身，由此产生一个可由过载自身自动调节的加压。这些液体在一根从颈部一直延伸到脚踝的管子里，经肩部延伸至手腕。这种多功能抗荷服是一种全自动系统，它既不需要飞机发动机产生压缩空气，又不需要其它接口或连接。 在空战中，除了通讯联络外，指挥员还要不断通过对话对空战飞机实施指挥，所以飞行员的语言能力十分重要。而“利贝乐”多功能抗荷服最显著的战术优势就是，它减少了飞行员对主动加压呼吸的需要，使飞行员可在9G过载条件下进行正常对话，而不受应变呼吸技术的影响，继续遂行作战任务。 在医学和心理作用方面，它的优点在于，它对过载可立即做出反应，不会出现较大的误差，而传统的可充气式抗荷服则需2秒才能全部发挥效能。灰视、管状视、黑视等负面作用也会得到抑制，较晚些时候才能出现，而过载引起的失去知觉则几乎消失。另外，身着“利贝乐”多功能抗荷服的飞行员，即使承受极限过载，也能自由地举起胳膊，而不会经历极度痛苦。在承受9～10G过载时，身体也能够快速恢复；承受4～5G过载时，身体可完全放松。由于能够消除下肢疲劳，使身体更快地恢复，“利贝乐”多功能抗荷服使飞行员几乎可以将飞机的作战性能发挥至极点，或在适当过载条件下飞行更长的时间。目前，德国空军已经为其“台风”欧洲战斗机和F-4战斗机飞行员配备了这种抗荷服。 空勤人员装备组合服  是欧洲战斗机“台风”武器系统的一部分，被称为世界上最先进的。它可以使飞行员轻松地驾驶飞机，并发挥其最大效能。除防止过载、确保飞行员弹射时的安全外，它还用来提高飞行员在陆、海或敌方领土降落时的生存能力。空勤人员装备组合服包括一套主动加压呼吸系统、一件胸部加压服和一条全覆盖抗荷裤，与美国空军“猛禽”战斗机所采用的高科技抗荷服和战斗抗荷服十分类似，但增加了保护双脚的可充气式气囊。空勤人员装备组合服的另一项重要功能是，提供保暖和浸入式防护，使飞行员的身体即使在最寒冷、最潮湿的情况下也保持温暖和干燥。另外，它还提供对核生化威胁的全身防护。为了确保飞行员的舒适，保持其全部的作战能力，一套液体空调系统会向飞行员上身输送液体，提供所需的热量或凉爽。空勤人员装备组合服的其它关键特点是：具有内部火灾防护能力，配有一体化自动救生系统，可存贮空勤人员生存救援工具。

[ 本帖最后由 Bulldog 于 2007-3-8 13:35 编辑 ]

mac

谁搞一套在家用？[s:17] 长知识的贴，订一下！[s:6]

xiaochong

长知识了。[s:19]