О том, чему равна перегрузка в 1G, 2G, 5G, 8G и 10G современный человек знает достаточно мало — по крайней мере, если он не работает, например, в сфере гражданской или военной авиации. Считается, что люди, находящиеся на борту воздушного пассажирского лайнера, при взлете испытывают на себе инерционное воздействие в районе 1,5 G.
Их телам, пребывающим внутри летящей конструкции, сообщается определенное ускорение (со стороны внешней силы, в роли которой выступает двигатель). Организм реагирует на такое воздействие по-разному — едва заметным потемнением в глазах, легким головокружением или даже болью в голове.
О природе данного явления мало кто задумывается, равно как и об основных принципах функционирования существующих летательных аппаратов. На самом деле эта тема довольно интересна, причем не только для увлекающихся самолетостроением, но и для «обывателей», поскольку со схожими силами каждому жителю мегаполиса приходится сталкиваться повсеместно: при поездке на поезде, подъеме на лифте и в момент пребывания на пассажирском сидении резко изменившего скорость движения автомобиля.
Общие сведения
Рассказать простыми словами о том, что такое G-перегрузка для человека — это значит сделать небольшой экскурс в мир современной физики. За соответствующим понятием скрывается абстрактное определение — отношение величины линейного ускорения, вызванного негравитационным давлением, к стандартной инерции свободного падения. Разобраться с таким обозначением достаточно трудно, по крайней мере, лучше предварительно освежить знания, полученных на школьной скамье. Вспомним формулу:
Перегрузка (G)=Ускорение, переданное телу негравитационной силой/Стандартное ускорение свободного падения (9,8 м/с²)
Результирующая величина абстрактна — мы соотносим метры, деленные на «квадратные» секунды, а затем смотрим на полученный результат в единицах. Однако специалисты внедрили в обиход ту самую буковку G, которой сегодня принято идентифицировать «отношение ускорений».
Например, если человек встанет на ноги из положения сидя, он не почувствует ничего. Хотя фактически окажется, что на его тело действует нагрузка в размере 1 G. Если окружающая его квартира вдруг резко сдвинется, скажем, на 300-400 метров вправо, сила инерции, обеспечивающая давление, изменится пропорционально той скорости, с которой будет смещаться дом.
Перегрузки в 1G, 7G, 10G или 12 G — это сколько
На любой предмет, находящийся на нашей планете, действует целый спектр различных сил: тяготение, инерция, давление, упругость, трение и пр. Как сейчас принято считать, между объектами, обладающими ненулевым весом, всегда образуется притяжение. Эти же силы действуют и на человека.
Однако в эту схему, завязанную на ускорении двух тел, нередко вмешиваются всевозможные сторонние факторы. Они могут быть:
-
Кратковременными. Водитель и пассажиры автобуса при резком торможении подаются вперед, испытывая перегрузки.
-
Длительными. Летчики за штурвалами самолетов, когда выполняют фигуры высшего пилотажа.
-
Положительными. Проявляются, например, в лифте или при стремительном разгоне на мощном мотоцикле.
-
Отрицательными. Хорошо заметны в поездах, когда машинист вместо плавного торможения, как будто бы дергает стоп-кран.
-
Нулевыми. Наблюдаются исключительно в космосе — никаких сил на тело не действует, так что оно свободно находится в условиях невесомости.
Все связанные с инерционным воздействием понятия тем или иным образом касаются отраслей гражданской, военной авиации, а также космонавтики. Именно там эффект смены вектора ускорения достигает своего пика, становясь максимально заметным. Даже тренировки будущих космонавтов осуществляются посредством аэротруб и мощных центрифуг, которые готовят организм человека к тем нагрузкам, которые он будет испытывать, например, при старте ракеты.
1 G
Чтобы понять, что значит максимальная (предельно допустимая перегрузка), и сколько G может выдержать человек, нужно сначала разобраться с таким параметром, как инерция. На любой объект, находящийся на поверхности планеты, действует сила притяжения, связанная с показателем ускорения свободного падения 9,8 м/с², при этом человеческий организм к этому приспособлен.
Поскольку обозначенная величина носит векторный характер, то для любого тела важно направление ее воздействия. Когда мы двигаемся строго по прямой или не двигаемся вообще, внутренние органы тела остаются в прежнем состоянии. Если в этот момент появится какая-либо третья негравитационная нагрузка, то «внутренности» попытаются остаться на месте, стараясь остаться в прежнем положении.
2 G
Считается, что на пассажиров гражданских авиалайнеров действует нагрузка порядка 1,5-2,5 G. Представленные цифры стандартизированы — авиакомпании не имеют прав на использование самолетов, обладающих слишком слабой защитой от перегрузок. С аналогичными состояниями сталкиваются и парашютисты, зависающие под куполом на высоте нескольких тысяч метров от поверхности земли. Там речь идет о перегрузочном векторе в районе 1,8-1,9 G (при раскрытии от 10 до 16 G, в зависимости от конструкции парашюта).
Проблема заключается в том, что соответствующие силы оказывают самое деструктивное влияние на состояние здоровья. Человек может выдерживать 15-кратное давление не более 3-5 секунд, после чего теряет сознание. При влиянии больших величин происходит процесс оттока крови от головы, с последующим кислородным голоданием мозга. Величина ущерба здоровью зависит от индивидуальных характеристик организма. Чем меньше индивидуум подготовлен к подобному воздействию, тем хуже будут последствия.
5G
С семикратными перегрузками сталкиваются лишь опытные летчики разнообразных военных и спортивных самолетов, которые выполняют сложные фигуры высшего пилотажа.
При посадке летательного аппарата двигатель стремится воспрепятствовать его свободному падению. Реактивная установка направляет борт в противоположную сторону падения. Соответственно, образуется та самая разность ускорений, наносящая определенный урон здоровью пилота.
Почувствовать на себе факторы воздействия в 7G, поднявшись в небо на несколько тысяч метров, сегодня может каждый. Компания «Полетомания» предлагает приобрести сертификат на полет на судне под названием «Дельфин» — чехословацкий Л-29 разгоняется до 700 км/ч, и пассажиры испытывают невероятные ощущения и эмоции. Приключение длится в течение 20-30 минут, в зависимости от выбранной заказчиком программы.
Перегрузка 8 G
На заре эпохи авиастроения специалисты провели множество исследований и выяснили, что «соотношение ускорений» в районе 8G и 10G — это предел физиологических возможностей человека (конечно, если речь идет о длительном влиянии).
Проще говоря, долго существовать человеку под таким перегрузочным вектором не может — кровь отливает от головы, и у мозга начинается кислородное голодание, которое вызывает полную потерю создания. Минимизировать воздействие могут только предварительные тренировки и специализированные противоперегрузочные костюмы, вроде тех, что конструируются для современных космонавтов.
Считается, что парашютисты испытывают на себе эффект инерционной силы в районе 15G при открытии парашюта: он будто зависает в воздухе на несколько миллисекунд. Такое воздействие носит максимально кратковременный характер и не вызывает хоть сколько-нибудь серьезных последствий.
Перегрузка 10 G
10-кратные нагрузки являются наглядной демонстрацией предела физиологических способностей человеческого организма. Если обыкновенное гравитационное ускорение свободного падения 9,8 м/с² тело не ощущает в принципе, то превышение данного значения на целый порядок становится критической проблемой. Люди, попадающие под действие соответствующего перегрузочного вектора более, чем на 2-3 секунды:
-
Начинают страдать от незначительных функциональных сдвигов.
-
Теряют способности, связанные с координацией в пространстве.
-
Ощущают тяжесть, как если бы на них положили каменную плиту.
-
Постепенно утрачивают зрение.
-
Испытывают последствия от расстройств сердечно-сосудистой и дыхательной систем.
Вредное воздействие наносится буквально всему организму, в том числе и в области ЦНС и морфологических изменений тканей. Впрочем, здесь все зависит от степени подготовки. Опытный летчик или космонавт переносит 10-кратное давление относительно спокойно, особенно если будет использовать специализированный высотно-компенсирующий костюм с герметичным шлемом.
12 G
Сведения о том, что такое перегрузка в авиации, и какую максимальную величину может выдержать человек, носят исключительно практический характер. Дело в том, что простых людей подобные вопросы, как правило, не интересуют. Они актуальны для лиц, связанных с военными или гражданскими полетами и космосом. Поэтому все эффекты от 12-кратных нагрузок испытываются только на практике в подготовленных исследователями опытах и экспериментов.
Именно здесь располагается верхняя граница физиологических способностей. Если к меньшим перегрузочным векторам еще можно более или менее приспособиться, то величину, равную 12G, долго никто не сумеет выдержать. Впрочем, о длительном воздействии таких сил на человеческий организм, речи обычно не идет.
Космонавты, летчики, водители гоночных болидов — все они действительно сталкиваются с мощнейшими напряжениями, но их продолжительность никогда не превышает полторы-две секунды. Тем более что персональные способности пилотов дополняются техникой — противоперегрузочными и высотно-компенсаторными костюмами.
Максимальные перегрузки при взлете и посадке пассажирского самолета
Многие люди, пользующиеся услугами современных авиаперевозчиков, замечали, что в одних случаях посадки происходят максимально мягко, а в других — чрезвычайно жестко, с сильным давлением в момент касания. Со стороны кажется, что проблема скрывается исключительно в навыках пилота, пребывающего за штурвалом борта. На практике оказывается, что квалификация летчика, конечно же, играет роль, но она дополняется другим фактором — конструкцией самого летательного аппарата.
Интересно, что советские и российские самолеты ТУ-134 и ИЛ-86 садятся намного мягче, по сравнению со своими зарубежными аналогами. Они словно «притираются» к полосам — сначала двигаются параллельно линии, а затем постепенно достигают точки касания. Иностранные лайнеры функционируют более грубо, но в современной авиации есть стандарты, и их придерживаются абсолютно все авиаперевозчики.
Так, например, максимальная нагрузка, которую испытывают пассажиры летательного аппарата, не должна перешагивать за отметку в 2,5 G. В противном случае посадка получится слишком жесткой. Причем речь идет не только о здоровье пассажиров, но и о качественном состоянии борта. После такого приземления ему потребуется техническое обслуживание или капитальный ремонт.
Какую максимальную перегрузку может выдержать человек
Рекордов, связанных с предельными перегрузочными векторами, воздействующими на людей в течение определенного (краткосрочного или пролонгированного) временного промежутка, на самом деле очень много:
-
Аварийный спуск легендарного космического корабля класса «Союз» — порядка 25 G.
-
Добровольное испытание на специализированном симуляторе-центрифуге — Джон Пол Стэпп, до 46,2 G.
-
Наибольшее кратковременное давление — 214 G, Кенни Брак, авария на последней гонке сезона в Форт-Уорте.
-
Крушение шаттла «Челленджер» с 7 пассажирами на борту — 250 G, выжить не удалось никому.
По оценкам специалистов, межпланетная станция «Венера-7», при торможении в атмосферных слоях планеты Венера, испытывала инерционное воздействие порядка 350 G.
В статье мы разобрали, в чем измеряется уровень G-перегрузок в авиации и космонавтики, у летчиков спортивных самолетов и военных истребителей. Очевидно, что несмотря на уже имеющиеся данные в исследованиях по этой теме, область требует дальнейших научных изысканий.
