g-suit
En g-dräkt , eller anti- g -dräkt , är en flygdräkt som bärs av flygare och astronauter som utsätts för höga nivåer av accelerationskraft ( g ). Den är utformad för att förhindra en black-out och g-LOC (g-inducerad förlust av medvetande) som orsakas av att blodet samlas i den nedre delen av kroppen under acceleration, vilket berövar hjärnan blod. Black-out och g-LOC har orsakat ett antal dödliga flygplansolyckor.
Drift
Om blod tillåts samlas i de nedre delarna av kroppen, kommer hjärnan att berövas blod. Denna brist på blodflöde till hjärnan orsakar först en gråton (en dämpning av synen även kallad brownout), följt av tunnelseende och i slutändan fullständig synförlust "blackout" följt av g-inducerad medvetslöshet eller "g-LOC" . Faran med g-LOC för flygplanspiloter är förstorad eftersom det vid avslappning av g-kraften finns en period av desorientering innan full känsla återvinns. En g-suit ökar inte g-tröskeln så mycket, utan gör det möjligt att hålla högt g längre utan överdriven fysisk trötthet. En typisk persons vilo-g-tolerans är allt från 3–5 g beroende på person. En g-suit kommer vanligtvis att lägga till 1 g tolerans till den gränsen. Piloter behöver fortfarande öva på "g-ansträngningsmanövern" som består i att spänna magmusklerna för att dra åt blodkärlen för att minska blodansamlingen i underkroppen. Högt g är inte bekvämt, även med en g-dräkt. I äldre stridsflygplan ansågs 6 g vara en hög nivå, men med moderna stridsflygplan kan 9 g eller mer upprätthållas strukturellt [ citat behövs ] vilket gör piloten till den kritiska faktorn för att upprätthålla hög manövrerbarhet i nära luftstrid . [ citat behövs ]
Design
En g-suit är ett speciellt plagg och har i allmänhet formen av tättslutande byxor , som passar antingen under eller över (beroende på design) flygdräkten som flygaren eller astronauten bär. Byxorna är försedda med uppblåsbara blåsor som, när de trycksätts genom en g-känslig ventil i flygplanet eller rymdfarkosten, trycker hårt på buken och benen, vilket begränsar dräneringen av blod bort från hjärnan under perioder med hög acceleration. Dessutom, i vissa moderna flygplan med mycket högt g, förstärks Anti-g-dräktseffekten av ett litet tryck som appliceras på lungorna ( med positivt tryck ), vilket också ökar motståndet mot högt G. Effekterna av anti-g dräkter och övertrycksandning är enkla att replikera i en simulator, även om endast kontinuerlig g kan produceras artificiellt i enheter som centrifuger .
Olika designer av g-suit har utvecklats. De använde först vattenfyllda blåsor runt underkroppen och benen. Senare konstruktioner använde luft under tryck för att blåsa upp blåsorna. Dessa g-dräkter var lättare än de vätskefyllda versionerna och är fortfarande i stor användning. Det schweiziska företaget Life Support Systems AG och tyska Autoflug samarbetade dock för att designa den nya Libelle-dräkten för användning med Eurofighter Typhoon- flygplanet, som återgår till vätska som medium och förbättrar prestandan. Libelle-dräkten övervägs för antagande av United States Air Force .
Historia
Redan 1917 fanns det dokumenterade fall av piloters medvetslöshet på grund av g (G-LOC) som betecknades som "svimning i luften".
1931 beskrev en professor i fysiologi, Frank Cotton , från University of Sydney ett nytt sätt att bestämma människokroppens tyngdpunkt . Detta gjorde det möjligt att beskriva massans förskjutning inom kroppen under acceleration. Cotton hade insett behovet av en antigravitationsdräkt under slaget om Storbritannien 1940. Det uppskattades att 30 % av piloternas dödsfall berodde på olyckor, inklusive black-out. Speciellt Spitfires var kapabla till snabba svängar som genererade höga g-krafter, vilket orsakade black-out vid dykning för att skjuta eller undvika fiendens eld.
Med utvecklingen av högre hastighet monoplanjaktflygplan i slutet av 1930-talet blev accelerationskrafterna under strid strängare. Redan 1940 hade vissa flygplan fotstöd ovanför roderpedalerna så att pilotens fötter och ben kunde höjas under strid i ett försök att minimera de negativa effekterna av höghastighetssvängar. Stora roderavböjningar var ofta inte nödvändiga vid sådana manövrar, men att kunna skära innanför motståndarens svängradie var det. [ citat behövs ]
Franks G-Suit
De första g-dräkterna utvecklades av ett team ledd av Wilbur R. Franks vid University of Torontos Banting och Best Medical Institute 1941. Dräkterna tillverkades av Dunlop -företaget och användes först operativt 1942 av Fleet Air Arm (FAA) under Operation Torch . Dessa enheter använde vattenfyllda blåsor runt benen och två " Mk." versioner (eller märken) utvecklades:
- Franks Mark I-dräkter användes av RAF Hurricane och Spitfire -piloter;
- Franks Mark II-dräkter användes av United States Army Air Forces och Royal Canadian Air Force- piloter.
Bomull Aerodynamisk Anti-G flygdräkt
Professor Frank Cotton vid Sydney University , Australien , designade världens första framgångsrika gasdrivna anti-G-dräkt. Forskningen började sent på 1940, och en kostym designades med gummisäckar täckta utvändigt av outtöjbart material. Säckarna blåstes automatiskt upp när G-krafterna ökade under flygningen. Dräkten utvecklades vid Sydney Medical School. Cotton konstruerade den första mänskliga centrifugen i Anderson Stuart-byggnaden vid Sydney University under sträng säkerhet under krigstid. De frivilliga, unga flygare, spändes fast vid sina ben vid centrifugen och utsattes för hög g-kraft och övervakades tills black-out inträffade. Alla förlorade medvetandet. Den 19 februari 1942, dagen för den stora japanska flygattacken mot Darwin , godkändes Cottons dräkt av de allierade krigscheferna. Amerikanerna utfärdade snart order om tillverkning av en kostym baserad på Cottons design. Cotton-dräkten testades senare i en Hurricane, Kittyhawks och Spitfires och gav ungefär 2G-skydd. Royal Air Force körde tävlingsförsök av Cotton Anti-G-dräkten med Frank G-Suit som antogs redan 1944. Royal Air Force drog slutsatsen att: "Det råder ingen tvekan om att Cotton Suit ger det bästa skyddet." Bomullsdräktens användning av gasuppblåsbara blåsor används fortfarande i den moderna anti-G-dräkten.
'Berger' Gradient Pressure Suit
I USA har fysiologerna Drs . Earl H. Wood , Edward Baldes, Charles Code och Edward H. Lambert , som arbetar i ett topphemligt forskningslabb vid Mayo Clinic, hjälpte till att definiera de specifika fysiologiska effekterna som orsakar blackout och medvetslöshet under höga G-krafter. Baserat på deras nya förståelse av de fysiologiska effekterna av höga G-krafter, utvecklade de en mer praktisk g-dräkt som härrör från Cottons och Franks arbete. Denna kostym använde inflation som bomullsdräkten. Medan professor Cottons design var spännande, var han mer fokuserad på tyngdpunkten än på blodflödet. Denna senare punkt var nyckeln till att göra en praktisk anti-g-dräkt som kunde bäras i strid. Den här dräkten bars av amerikanska piloter mot slutet av andra världskriget.
Forskarna var en del av ett team som samlats vid Mayo Clinic som undersökte effekterna av högpresterande flygningar på militära piloter, genom att studera fysiologiska effekter av flygning och hur man kan mildra dem. De använde en stor centrifug för att virvla ryttare och observera deras blodtryck på huvud- och hjärtnivå med speciella instrument. För att förhindra blodtrycksfall designade teamet en luftblåsdräkt som blåstes upp vid pilotens vader, lår och mage. Ett primärt bidrag, som möjliggjorde övergången från pulserande vattenfyllda blåsor till icke-pulserande luftfyllda blåsor, från Mayo-utredarna var att visa att upprätthållande av artärtrycket snarare än venöst återflöde krävdes för att upprätthålla perfusion av ögon och hjärna. Prototyper av GPS-dräkterna var kända som "arterial Occlusion Suit" (AOS) eller Clark-Wood-dräkten, uppkallad efter Earl H. Wood och Dave Clark (chef för Dave Clark-företaget som tillverkade de tidiga kostymerna för teamet på Mayo )
Deras ansträngningar kulminerade slutligen med lanseringen av den första amerikanska militärdesignen i slutet av 1943: stridspilotens G-1 anti-g-dräkt av typen GPS (Gradient Pressure Suit). Teamet arbetade därefter med att utveckla ytterligare, mer avancerade modeller 1944 och därefter.
Även om det var obekvämt och distraherande att använda, visade senare forskning att militära stridspiloter som bar g-dräkter överlevde och besegrade sina motståndare i större antal än de som inte gjorde det.
Moderna g-suits uppfyller United States Air Force Standard CSU-13B/P och United States Navy Standard CSU 15 A/P.
Används
Lugna pilotpositionsflygplan
Under andra världskriget hade den tyska Henschel Hs 132 (aldrig flög) och den amerikanska Northrop XP-79 (kraschade under första motordrivna flygningen) båda liggandes för att minimera blodansamling i benen. Efter 1945 experimenterade britterna med benägna flygande positioner i en mycket modifierad Gloster Meteor F8 jetjaktplan och Reid och Sigrist RS3 " Bobsleigh" en kolvmotoriserad tränare. Andra svårigheter förknippade med benägen pilotering och utvecklingen av praktiska g-dräkter för normala sittställningar avslutade dock dessa experiment.
Militärt flyg och rymd
Luftbaserade g-dräkter var mycket vanliga i NATO-flygplan av alla nationer från 1950-talet och framåt och är fortfarande i vanligt bruk idag. [ citat behövs ]
Senare jetplan som F-15 Eagle , F-16 Fighting Falcon , F/A-18 Super Hornet, Eurofighter Typhoon och Dassault Rafale kan tåla höga g-belastningar under längre perioder och är därför mer fysiskt krävande. Genom att använda en modern g-dräkt i kombination med anti-g-töjningstekniker förväntas nu en tränad pilot klara accelerationer på upp till nio g utan att bli mörkare. [ citat behövs ]
Astronauter bär g-dräkter som liknar flygare men står inför olika utmaningar på grund av effekterna av mikrogravitation . Aviator g-dräkter applicerar ett jämnt tryck på underbenen för att minimera effekterna av hög acceleration, men forskning från den kanadensiska rymdorganisationen antyder att det kan vara en fördel med att ha en dräkt för astronauter som använder en "mjölkningsåtgärd" för att öka blodflödet till övre kroppen. [ citat behövs ]
Red Bull Air Race
Piloter i Red Bull Air Race World Championship har burit en g-suit som heter g-Race Suit sedan säsongen 2009. G-race-dräkten är ett vätskefyllt, autonomt och flygplansoberoende fungerande g-skyddssystem för hela kroppen. Den är skräddarsydd för varje pilot och kan finjusteras via snörning. [ citat behövs ]
G-race-dräkten innehåller fyra så kallade "vätskemuskler" som är förseglade, vätskefyllda rör. Varje vätskemuskel sträcker sig från axeln till fotleden. Två vätskemuskler – var och en fylld med cirka 1 liter vätska för totalt cirka 4 liter (1,1 US gal) per g-race-dräkt – dras vertikalt på framsidan av g-race-dräkten och två dras vertikalt på baksidan av g-race dräkten. Dräkten väger i genomsnitt 6,5 kilo (14 lb) totalt, och dess tyg är gjord av en speciell blandning av Twaron och Nomex . Mottryckseffekten uppstår omedelbart utan någon tidsfördröjning jämfört med en fördröjning på upp till två sekunder innan den når fullt systemskydd i standard pneumatiska, uppblåsbara g-dräkter. Racepiloten använder g-race-dräkten interaktivt genom muskelansträngning och andningsteknik för att uppnå en förbättrad hjärtminutvolym och därmed förbättrat G-skydd.