Что такое перегрузка в авиации простыми словами
Какие нагрузки испытывает пилот и пассажир самолета
Принято считать, что перегрузка в 1g действует на человека, который спокойно стоит или движется прямо с постоянной скоростью. Но, если скорость движения меняется, то меняется вес тела, а с ним и перегрузка. Обычный человек ощущает такие изменения, когда пользуется лифтом или катается в парке на аттракционах. Перегрузку примерно в 1,5 g переносят пассажиры сверхзвукового лайнера при взлете. Принято различать следующие основные виды перегрузок:
· кратковременные (их испытывают, например, водитель и пассажиры автомобиля при аварии);
· положительные, проявляющиеся, когда человек быстро поднимается в лифте или мотоциклист разгоняется на шоссе;
· отрицательные действуют при резком торможении (особенно эффектно это наблюдается в поезде);
При положительных перегрузках кровь отливает от головы и приливает к ногам. Это состояние переносится легче, чем наоборот, при отрицательных перегрузках. Перегрузки могут быть направлены в любую сторону (вверх, вниз, вбок, по диагонали), но противоположную направлению ускорения.
Профессии, связанные с перегрузками
2. Космонавты в спускаемом аппарате переносят довольно длительные перегрузки в 3-4 “джи”. Выдержать такое испытание может далеко не каждый даже подготовленный космонавт, в космический отряд попадают только пилоты, прошедшие сложные испытания и жесткий отбор.
Еще дальше пошли дятлы. Средняя скорость нанесения ударов дятлом — 20-25 движений за секунду. Если бы по дереву с такой скоростью била любая другая птица, то уже через несколько ударов она бы умерла от перегрузок. Измерения показывают, что перегрузки, испытываемые дятлом, достигают 1000 — 1200g. Это гораздо больше, чем могут выдержать организмы других животных, включая человека.
Как пилоты готовятся к перегрузкам
Чтобы выдерживать огромные постоянные перегрузки, людям героических профессий приходится:
· ежедневно тренироваться по несколько часов в день по специально разработанным программам, уделяя особое внимание мышцам шеи и спины чтобы максимально защитить позвоночник;
· используя тренажеры, настойчиво тренировать и укреплять вестибулярный аппарат;
· очень внимательно следить за здоровьем, регулярно проходить тестирования;
· особое внимание уделять весу, не допуская его увеличения, поскольку при повышенных нагрузках он создает дополнительный риск для сердца.
Как подготовиться к перегрузке пассажиру самолета
Чтобы избежать последствий от перегрузок в виде головокружений, головных болей, закладывания ушей при перепадах давления, выполняйте простые правила:
2. при взлете и посадке используйте кислые леденцы или жвачку;
3. во время полета принимайте побольше жидкости и постарайтесь отвлечься от процесса полета с помощью книги, журнала, беседы. Можно с пользой провести время, работая на ноутбуке.
Перегрузка (аэродинамика)
Перегру́зка — это отношение подъёмной силы [1] к весу самолёта. Перегрузка безразмерная величина, однако повсеместно отождествляется с ускорением свободного падения g. Нормальная перегрузка 1g означает горизонтальный прямолинейный полёт. Если самолёт выполняет горизонтальный координированный разворот с креном 60 градусов, его конструкция испытывает нормальную перегрузку в 2 единицы (или 2g).
Допустимое значение перегрузок для гражданских самолётов составляет 4,33 жи. Обычный человек может выдерживать перегрузки до 5 g. Тренированные пилоты в антиперегрузочных костюмах могут переносить перегрузки до 9 g. Сопротивляемость к отрицательным, направленным вверх перегрузкам, значительно ниже. Обычно при 2-3 g в глазах «краснеет» и человек теряет сознание из-за прилива крови к голове.
| Человек, стоящий неподвижно | 1 g |
| Пассажир в самолёте при взлёте | 1,5 g |
| Парашютист при приземлении со скоростью 6 м/с | 1,8 g |
| Парашютист при раскрытии парашюта (при изменении скорости от 60 до 5 м/с) | 5,0 g |
| Космонавты при спуске в космическом корабле «Союз» | до 3,0—4,0 g |
| Лётчик при выполнении фигур высшего пилотажа | до 5 g |
| Лётчик при выведении самолёта из пикирования | 8,0—9 g |
| Перегрузка (длительная), соответствующая пределу физиологических возможностей человека | 8,0—10,0 g |
| Наибольшая (кратковременная) перегрузка автомобиля, при которой человеку удалось выжить [2] | 179,8 g |
Примечания
Полезное
Смотреть что такое «Перегрузка (аэродинамика)» в других словарях:
Аэродинамика самолёта Боинг 737 — Bóeing 737 (русск. Боинг 737) самый популярный в мире узкофюзеляжный реактивный пассажирский самолёт. Boeing 737 является самым массовo производимым реактивным пассажирским самолётом за всю историю пассажирского авиастроения (6160 машин заказано… … Википедия
Перегрузка (авиация) — Акробатический манёвр с увеличением угла тангажа (например, ввод в горку) сопровождается положительной перегрузкой тело весит больше, чем обычно … Википедия
МиГ-23 — Тип многоцелевой и … Википедия
Як-52 — Тип учебный самолёт Разработчик … Википедия
Клипер (космический аппарат) — У этого термина существуют и другие значения, см. Клипер. «Клипер» многоцелевой пилотируемый многоразовый космический корабль, проектировавшийся в РКК «Энергия» с 2000 года на смену кораблям серии «Союз» … Википедия
МиГ-25 — МиГ 25ПУ, 2003 год. Ти … Википедия
Восток (космическая программа) — У этого термина существуют и другие значения, см. Восток (значения). Копия «Р 7» на терри … Википедия
Су-33УБ — (Су 27КУБ;Т 12УБ) … Википедия
Клипер (КА) — «Клипер» многоцелевой пилотируемый многоразовый космический корабль, проектировавшийся в РКК «Энергия» с 2000 года на смену кораблям серии «Союз». Макет на авиавыставке в Ле Бурже В 2006 году по результатам конкурса проект был отправлен… … Википедия
Клипер (космический летательный аппарат) — «Клипер» многоцелевой пилотируемый многоразовый космический корабль, проектировавшийся в РКК «Энергия» с 2000 года на смену кораблям серии «Союз». Макет на авиавыставке в Ле Бурже В 2006 году по результатам конкурса проект был отправлен… … Википедия
Перегрузки и их действие на человека в разных условиях
В авиационной и космической медицине перегрузкой считается показатель величины ускорения, воздействующего на человека при его перемещении. Он представляет собой отношение равнодействующей перемещающих сил к массе тела человека.
Перегрузка измеряется в единицах, кратных весу тела в земных условиях. Для человека, находящегося на земной поверхности, перегрузка равна единице. К ней приспособлен человеческий организм, поэтому для людей она незаметна.
Если какому-либо телу внешняя сила сообщает ускорение 5 g, то перегрузка будет равна 5. Это значит, что вес тела в данных условиях увеличился в пять раз по сравнению с исходным.
При взлете обычного авиалайнера пассажиры в салоне испытывают перегрузку в 1,5 g. По международным нормам предельно допустимое значение перегрузок для гражданских самолетов составляет 2,5 g.
В момент раскрытия парашюта человек подвергается действию инерционных сил, вызывающих перегрузку, достигающую 4 g. При этом показатель перегрузки зависит от воздушной скорости. Для военных парашютистов он может составлять от 4,3 g при скорости 195 километров в час до 6,8 g при скорости 275 километров в час.
Реакция на перегрузки зависит от их величины, скорости нарастания и исходного состояния организма. Поэтому могут возникать как незначительные функциональные сдвиги (ощущение тяжести в теле, затруднение движений и т.п.), так и очень тяжелые состояния. К ним относятся полная потеря зрения, расстройство функций сердечно-сосудистой, дыхательной и нервной систем, а также потеря сознания и возникновение выраженных морфологических изменений в тканях.
С целью повышения устойчивости организма летчиков к ускорениям в полете применяют противоперегрузочные и высотно-компенсирующие костюмы, которые при перегрузках создают давление на область брюшной стенки и нижние конечности, что приводит к задержке оттока крови в нижнюю половину тела и улучшает кровоснабжение головного мозга.
Для повышения устойчивости к ускорениям проводятся тренировки на центрифуге, закаливание организма, дыхание кислородом под повышенным давлением.
При катапультировании, грубой посадке самолета или приземлении на парашюте возникают значительные по величине перегрузки, которые могут также вызвать органические изменения во внутренних органах и позвоночнике. Для повышения устойчивости к ним используются специальные кресла, имеющие углубленные заголовники, и фиксирующие тело ремнями, ограничителями смещения конечностей.
Перегрузкой также является проявление силы тяжести на борту космического судна. Если в земных условиях характеристикой силы тяжести является ускорение свободного падения тел, то на борту космического корабля в число характеристик перегрузки также входит ускорение свободного падения, равное по величине реактивному ускорению по противоположному ему направлению. Отношение этой величины к величине называется «коэффициентом перегрузки» или «перегрузкой».
На участке разгона ракеты-носителя перегрузка определяется равнодействующей негравитационных сил — силы тяги и силы аэродинамического сопротивления, которая состоит из силы лобового сопротивления, направленной противоположно скорости, и перпендикулярной к ней подъемной силы. Эта равнодействующая создает негравитационное ускорение, которое определяет перегрузку.
Ее коэффициент на участке разгона составляет несколько единиц.
Если космическая ракета в условиях Земли будет двигаться с ускорением под действием двигателей или испытывая сопротивление среды, то произойдет увеличение давления на опору из-за чего возникнет перегрузка. Если движение будет происходить с выключенными двигателями в пустоте, то давление на опору исчезнет и наступит состояние невесомости.
При старте космического корабля на космонавта действует ускорение, величина которого изменяется от 1 до 7 g. По статистике, космонавты редко испытывают перегрузки, превышающие 4 g.
Способность переносить перегрузки зависит от температуры окружающей среды, содержания кислорода во вдыхаемом воздухе, длительности пребывания космонавта в условиях невесомости до начала ускорения и т.д. Существуют и другие более сложные или менее уловимые факторы, влияние которых еще не до конца выяснено.
Под действием ускорения, превышающего 1 g, у космонавта могут появиться нарушения зрения. При ускорении 3 g в вертикальном направлении, которое длится более трех секунд, могут возникнуть серьезные нарушения периферического зрения. Поэтому в отсеках космического корабля необходимо увеличивать уровень освещенности.
При продольном ускорении у космонавта возникают зрительные иллюзии. Ему кажется, что предмет, на который он смотрит, смещается в направлении результирующего вектора ускорения и силы тяжести. При угловых ускорениях возникает кажущееся перемещение объекта зрения в плоскости вращения. Эта иллюзия называется окологиральной и является следствием воздействия перегрузок на органы внутреннего уха.
Многочисленные экспериментальные исследования, которые были начаты еще ученым Константином Циолковским, показали, что физиологическое воздействие перегрузки зависит не только от ее продолжительности, но и от положения тела. При вертикальном положении человека значительная часть крови смещается в нижнюю половину тела, что приводит к нарушению кровоснабжения головного мозга. Из-за увеличения своего веса внутренние органы смещаются вниз и вызывают сильное натяжение связок.
Чтобы ослабить действие высоких ускорений, космонавта помещают в космическом корабле таким образом, чтобы перегрузки были направлены по горизонтальной оси, от спины к груди. Такое положение обеспечивает эффективное кровоснабжение головного мозга космонавта при ускорениях до 10 g, а кратковременно даже до 25 g.
При возвращении космического корабля на Землю, когда он входит в плотные слои атмосферы, космонавт испытывает перегрузки торможения, то есть отрицательного ускорения. По интегральной величине торможение соответствует ускорению при старте.
Космический корабль, входящий в плотные слои атмосферы, ориентируют так, чтобы перегрузки торможения имели горизонтальное направление. Таким образом, их воздействие на космонавта сводится к минимуму, как и во время запуска корабля.
«Перегрузки в авиации»
Тамбовское областное государственное общеобразовательное учреждение
Общеобразовательная школа – интернат с первоначальной летной подготовкой
имени М. М. Расковой
«Перегрузки в авиации»
Выполнил: воспитанник 103 взвода
Руководитель: Пеливан В.С.
4. Перегрузки при выполнении фигур высшего пилотажа.
5. Ограничения по перегрузке. Невесомость.
ПЕРЕГРУЗКИ В АВИАЦИИ
Силы тяготения являются, очевидно, первыми, с которыми мы знакомимся еще с детских лет. В физике их часто называют гравитационными (от латинского – тяжесть).
Значение сил тяготения в природе огромно. Они играют первостепенную роль в образовании планет, в распределении вещества в глубинах небесных тел, определяют движение звезд, планетных систем и планет, удерживают около планет атмосферу. Без сил тяготения невозможной была бы жизнь и само существование вселенной, а значит, и нашей Земли.
Сооружая здания и каналы, проникая в глубь Земли или в космическое пространство, конструируя корабль или шагающий экскаватор, добиваясь результатов почти в любом виде спорта, человек всюду имеет дело с силой тяготения.
Великие и таинственные силы тяготения были предметом размышления выдающихся умов человечества: от Платона и Аристотеля в древнем мире до ученых эпохи Возрождения – Леонардо да Винчи, Коперника, Галилея, Кеплера, от Гука и Ньютона до нашего современника Эйнштейна.
При рассмотрении гравитационных сил используются различные понятия, в числе которых сила тяготения, сила тяжести, вес.
Вес – есть сила, с которой вследствие земного притяжения тело давит на опору или натягивает подвес.
В аэродинамике под весом тела понимают несколько иную величину.
На самолет при полете действуют аэродинамические силы (подъемная сила и лобовое сопротивление), сила тяги двигательной установки и сила земного притяжения, которую называют весом и обозначают G.
где m – масса летательного аппарата, g – ускорение свободного падения.
Вес – одна из самых сложных сил в природе. Вы знаете, что вес – величина непостоянная, он меняется в зависимости от характера движения тела.
Если тело движется без ускорения, то вес тела равен силе тяжести и определяется по формуле P = mg.
Если тело движется с ускорением вверх, т. е. с ускорением противоположно направленным ускорению свободного падения (а↓↑g), то вес тела увеличивается, определяется по формуле P = m(g+a) и возникает перегрузка.
Если тело движется с ускорением вниз, т. е. с ускорением сонаправленным с ускорением свободного падения (а ↓↓g), то вес тела определяется по формуле P = m(g-a), и в этом случае возможны несколько вариантов:
если |a| |g|, то вес тела становится отрицательным и возникает отрицательная перегрузка.
Перегрузкой называется отношение суммы всех сил, кроме силы веса, действующих на самолет, к весу самолета, и определяется по формуле:
где P – тяга двигателя, R – суммарная аэродинамическая сила.
Стрелки над символами в формуле указывают, что учитывается направление действия сил, поэтому силы нельзя складывать алгебраически.
Например, если аэродинамическая сила R и тяга двигателя P лежат в плоскости симметрии, то их сумма R+P, определяется, как показано на рисунке 4.14.
Существуют три вида перегрузки: нормальная, продольная и боковая.
Нормальная перегрузка ny определяется в первую очередь подъемной силой и определяется по формуле:
где Y – подъемная сила.
На заданной скорости и высоте полета изменить нормальную перегрузку можно путем изменения угла атаки. Как показано на рисунке с уменьшением скорости полета предельные нормальные перегрузки возрастают, а с увеличением высоты – уменьшаются. При отрицательном угле атаки возникают отрицательные перегрузки.
Продольная перегрузка nx определяется отношением разности сил тяги двигателя (Р) и лобового сопротивления (Q) к весу самолета:
Продольная перегрузка положительна, если тяга больше лобового сопротивления, и отрицательна, если тяга меньше лобового сопротивления или если тяги вообще нет.
Таким образом, знак продольной перегрузки зависит от соотношения величин тяги двигателя и лобового сопротивления самолета.
С увеличением высоты полета положительные продольные перегрузки nх уменьшаются, т. к. уменьшается избыточность тела. Зависимость продольной перегрузки от высоты и скорости полета изображена на рисунке.
Боковая перегрузка nz возникает при несимметричном обтекании самолета воздушным потоком. Это наблюдается при наличии скольжения, либо при отклонении руля направления.
4. Перегрузки при выполнении фигур высшего пилотажа.
Рассмотрим, какие перегрузки возникают при выполнении фигур высшего пилотажа.
На самолетах в разных пилотажных фигурах перегрузка действует по-разному.
Например, на самолете Л-39 при выполнении полупетли необходимо выдерживать оптимальные изменения перегрузки.
Полупетля – фигура пилотажа, при выполнении которой самолет описывает восходящую часть петли Нестерова с последующим поворотом относительно продольной оси на 180 0 и выводом в горизонтальный
полет в направлении, обратном вводу.
При выполнении данной фигуры можно отметить несколько отсчетных точек:
1. Ввод в полупетлю.
4. Начало ввода в полубочку. Перегрузка
приблизительно равна 1ед.
5. Вывод из полубочки.
При перегрузке больше оптимальной резко увеличивается лобовое сопротивление и быстро падает скорость, возможен выход самолета на режим тряски и сваливания. При перегрузке меньше оптимальной увеличивается время выполнения фигуры и скорость в верхней точке также становится менее заданной.
Рассмотрим еще одну фигуру высшего пилотажа – переворот.
Переворот – это фигура пилотажа, при выполнении которой самолет поворачивается относительно продольной плоскости оси на 180 0 с последующим движением по нисходящей траектории в вертикальной плоскости и выводом в горизонтальный полет в направлении, обратном вводу.
При выполнении переворота на Л-39, в первой половине траектории составляющая силы веса (Gcosθ) способствует искривлению траектории, поэтому на этом участке достаточно небольшое значение нормальной перегрузки 2 – 3 ед. Во второй половине эта же сила препятствует искривлению траектории, поэтому для вывода самолета из пикирования необходима большая перегрузка 3,5 – 4,5 ед. При перевороте происходит зависание самолета, возникновение отрицательных перегрузок в положении «вверх колесами» летчик устраняет, взяв РУС на себя, увеличивает перегрузку до допустимой и создает необходимое угловое вращение.
При выводе из виража «Горки», во избежание возникновения больших отрицательных перегрузок, вывод летчик производит плавным движением ручки управления от себя.
Еще одной захватывающей фигурой высшего пилотажа является петля Нестерова.
Петля Нестерова – фигура пилотажа, при выполнении которой самолет описывает траекторию в вертикальной плоскости, расположенную выше точки ввода.
При выполнении петли Нестерова на Як-52 летчик должен следить по нарастанию перегрузки за созданием угловой скорости. Необходимо создать угловую скорость вращения с таким расчетом, чтобы при угле кабрирования 40 0 – 50 0 перегрузка была равна 4 – 4,5 ед. При выводе самолета из петли летчик должен следить за темпом нарастания перегрузки.
5. Ограничения по перегрузке. Невесомость.
Исходя из условий обеспечения безопасности полета, вводятся ограничения, накладываемые на различные режимы полета самолета.
Для существующих самолетов ограничения накладываются на нормальную перегрузку. Продольная и боковая перегрузки не учитываются, т. к. они незначительны. Создание больших перегрузок, с одной стороны, приводит к разрушению самолета, с другой – имеет ограничения, обусловленные физиологическими особенностями членов экипажа.
Так с увеличением аэродинамических сил растут нагрузки на элементы конструкции самолета. Например, с увеличением подъемной силы увеличиваются перерезывающая сила, изгибающий и крутящий моменты, действующие на крыло. При определенном значении подъемной силы, а следовательно, и нормальной перегрузки крыло разрушится. Перегрузка, при которой происходит разрушение конструкции самолета, называется разрушающей перегрузкой. Максимальная эксплуатационная перегрузка должна быть в 1,5 – 2 раза меньше разрушающей.
Отрицательные перегрузки для большинства самолетов, по существу, ограничены физиологическими особенностями человека и условиями работы топливной системы. Так, например, при отрицательных перегрузках может прекратиться подача топлива в двигатель.
Помимо перегрузки человек может испытывать состояние невесомости.
Полет по параболе – практически единственный метод воспроизведения невесомости на земле. Во время такого полета пилот сначала на высоте 6000 м поднимает нос самолета и начинает набор высоты до 7600 м. Этот этап длится около 20 с и в это время пассажиры испытывают перегрузку 1,8 g. Затем пилот уменьшает тягу двигателя почти до 0 и направляет самолет по параболической траектории. Самолет начинает свободное падение (тяга двигателей компенсирует только сопротивление воздуха). При этом самолет продолжает набор высоты. На высоте 8500 м самолет достигает вершины параболы и начинает терять высоту. В течение почти 20 с в самолете наблюдается невесомость.
В ходе многих испытаний выяснилось, что подавляющее большинство людей переносят кратковременную невесомость хорошо. Но даже натренированный на кратковременные невесомости человек, может страдать спутниковой болезнью.
У человека есть органы, которые отвечают за ощущение веса. Находятся они во внутреннем ухе, по обеим сторонам головы, а выглядят, как маленькие пластиночки. Под микроскопом видно, что каждая пластинка состоит из трех слоев: внутреннего – нервные клетки, среднего – чувствительные волоски, наружного – слизь, в которую вкраплены камешки, точнее кристаллы кальциевых солей. Из-за камешков весь орган был назван отолитовым. Благодаря этим органам человек всегда четко представляет, где небо, а где земля. Только в одном случае органы эти перестают работать, и человек утрачивает ориентировку в пространстве: при невесомости. Такая неестественная для земных условий ситуация приводит к разнообразным расстройствам. Спутниковая болезнь сопровождается головокружением, тошнотой и чувством страха.
Но в подобных случаях существует и еще одна проблема. У человека есть так называемая система гравитации. Это не что иное, как сформированная еще у наших далеких предков система, состоящая как из органов, воспринимающих вес, так и из центров, управляющих борьбой с его постоянным воздействием. Если бы системы антигравитации не существовало, мы не могли бы даже встать, ведь при это кровь переливалась бы в сосуды ног. Земное притяжение тянет кровь вниз, а система антигравитации – вверх. Стоит тяжесть убрать, как кровь устремляется вверх. Сосуды головы набухают, лицо становится отечным, нос закладывает, как при насморке, кровь переполняет вены и артерии легких, мешая дыханию, раздувает предсердия, нарушает работу сердца.
Со всеми этими проблемами, связанными как с перегрузками, так и с невесомостью, человеку приходиться справляться.
В данной работе мы пытались дать полную характеристику такому сложному понятию, как вес тела; пытались разобраться, какое значение играет вес в авиации.
Можно сказать однозначно, что понятие веса тела и, связанные с ним, перегрузка, состояние невесомости – неразрывно связаны с авиацией и космонавтикой. Влияние их на технические конструкции и живые организмы обязательно учитывается.
Поэтому, выбирая профессию, связанную с авиацией, необходимо хорошо ориентироваться в понятии веса тела и в том, какое влияние оказывает его изменение на технические характеристики механизмов, в том числе летательных аппаратов, а также на человека.
2. Коровин А. Е. Пособие летчику Як-52. – М.: «ДОСААФ СССР», 1987
3. Самолет Л-39. Альбом наглядных пособий. Под редакцией В.В.Ерофеева. – М.: Воениздат, 1990
4. Газета. 1сентября./ Физика № 3. – М.: Просвещение, 2006
5. Газета. 1 сентября./ Физика № 6. – М.: Просвещение, 2005.