【藍天之夢】11,爲何老(男)司機座椅是向後斜的

戰例:【戰地日記】三十七,鬥智鬥勇 :

1958/9/18 晴 羅裳山

……

空18師52團剛從廣東沙堤機場轉場至汕頭機場,接替54團執行入閩作戰任務。今天的任務師組織首次戰區編隊協同和航法訓練,由空18師自行組織指揮。

……

16:56,敵空軍第5大隊領隊長機少校孫嗣文,2號機中尉劉心業……

……

1號機團長沈科發現左下方有一架敵機,一個側翻成咬尾之勢,敵2號機遂向左作大坡度下滑、旋轉,企圖擺脫。我1號機於內測死死咬住,敵機在第二圈作更急劇下滑轉彎,我1號機緊追不放,並已構成良好射擊角度,擔任掩護的僚機興奮的提醒呼叫:好機會,開炮……

我1號機正準備向敵機開炮,突然感覺眼前一片漆黑,金星四射,眩暈噁心。原來是沈科團長麻痹大意,登機時以爲是訓練,沒有穿抗荷服,轉彎動作過猛,導致一時盲視,從而貽誤戰機,敵機逃逸。

……

(轉載完畢)

爲何沈團長會出現眩暈噁心從而貽誤戰機的狀況?還是從技術層面進行分析:

一, 載荷與載荷因子

(一),載荷(load):使結構或構件產生內力和變形的外力及其它因素。

載荷主要分爲二大類: 一是氣動力載荷,二是慣性力載荷。

決定載荷大小及分佈的主要因素也爲二個方面:

1,大氣環境;空氣的溫度、密度、壓力、離散突風或者連續紊流(晴空紊流或風暴紊流)等。

2,飛機自身特性:飛機的構形、重量、慣量、速度、加速度、飛行姿態等等。

飛行載荷是飛機結構設計和強度計算的主要原始數據,它直接影響到飛機的重量、作戰性能和飛行安全。

(二),載荷因子(Load factor):任何施加在飛機上使飛機從直線飛行偏斜的力都會在結構上產生一個應力,這個應力的大小叫荷載因子

荷載因子是飛行時作用於飛機的全部負荷和飛機總重量之比值。

例如,荷載因子3,意思是作用於飛機結構上的全部載荷是飛機總重量的三倍。載荷因子通常表達爲術語G,也就是說荷載因子3可以說成3G。

由於現代飛機速度的提高,所有飛機的結構設計都預期只能承受一個確定大小範圍的過載,因此荷載因子成爲飛機設計必須考慮的主要問題。

美國聯邦航空管理局對正常類別的飛機(通用航空)做出規定:

正負極限載荷係數爲:+3.8G至 -1.52G。

最終載荷係數(安全係數)爲:+5.7G 至-2.28G。

在極限區間,可能導致飛機主要結構永久變形。超過極限,可能導致飛機主要結構破裂,1G以上失速爲加速失速。

二,  載荷係數與過載

(一),載荷係數:指除重力外,作用在飛機的某個方向上所有外力之合力與當時飛機重力之比值。載荷係數是一個矢量,用符號n表示。

載荷係數在速度座標軸上分爲:法向(Y)、縱向(X)、側向(Z)。

在平直飛行情況下,飛機的升力只要求與重力相等,但在曲線飛行時.如俯衝拉起情況下,升力大於飛機重力的徑向分力,這兩個力之差使飛機產生向心加速度,飛行軌跡便向上彎曲。當以大速度小半徑猛烈拉起時,將會產生很大的正法向載荷係數,表示升力比飛機重力大的越多,飛機受力越嚴重。 

載荷係數的大小與飛機的飛行技術性能和飛機結構的受力,設備的正常工作,以及人員的生理承受能力等有很大關係。

設計飛機載荷係數越大,飛機的機動性能就越強,但是也導致飛機結構受力必須增大,要增加飛機的結構和設備重量,甚至可能影響飛機的其他性能。反之載荷係數小,則飛機機動性能差,但結構重量輕,飛機的其他性能可能提高。

確定載荷係數大小的另一個因素就是飛行人員生理上的抗負荷能力。人是有質量的,載荷係數的大小會致使人體各部分臟器和血液起變化,形成生理病態,當然這與人體承受載荷係數的大小、時間的長短以及方向有關。人承受正載荷係數的能力較大,反之承受負載荷係數較小。

正常情況下人能承受:n=+8至-4

(二),過載

前面對載荷因子和載荷係數進行了表述,出現了n和g的區別,在這裏說明一下:載荷係數G factor實際上就是load factor,這是一個標準術語。根據Dale Crane的《Dictionary of Aeronautical Terms》,它是:The ratio of the amount of load imposed on an aircraft structure tothe weight of the structure itself. Load factors imposed on an aircraft inflight are measured by accelerometers and are expressed in terms of G-units(gravity units). 載荷係數是“飛機結構所承受的載荷與結構重量的比值”,飛機在空中的載荷係數是由加速度計所測量,以G爲單位(以上爲我個人理解)。

1,過載(Overload):載荷係數又稱爲過載,它是飛行器所受載荷與其重力之比。飛機過載是飛機氣動力與發動機推力的合力與飛機重力之比,G表示過載

因爲人和飛行器承受過載的能力有限,所以飛行時不能超過規定的過載允許值。

2,G力(G-force)

G力也稱爲重力,是地球表面的重力加速度,是一種慣性力,是飛行員在加速與減速時承受一種力的單位,通常以地球表面重力的倍數表示(人體承受幾個G力,代表有幾倍體重的力量作用在身上)。

當飛機加速或攀升,導致重力由上往下而產生離心力(+G)。如果飛機減速或下降,導致重力由下往上而產生向心力(-G)。

通常說的載荷係數多指飛行時的法向載荷係數(n=Y/G)。

-在平飛狀態,人所承受的法向過載爲1;

-過載大於1時,出現超重現象;

-在1和0之間爲部分失重;

-負過載時乘員會飄離座椅。

3,G力昏迷(G-LOC),指人體因承受過大或長期的G力,以致血液減少流入腦部,最終因腦部缺氧而導致昏厥。此症狀常出現於戰鬥機,戰機駕駛員受訓時皆須接受高G力訓練,以避免於實際操作時喪失意識,訓練一般包括達15秒的9G(9倍於自己重量)加速度。

如果+G力增大,血液因壓力而從頭部流向腿部,使腦部血液量銳減,二氧化碳濃度驟增,導致大腦缺血缺氧,造成視覺器官的黑視症(Blackout)。

如果-G力增大,身體的血液會反向由下往腦部集中,造成腦部充血,眼球也因此出現紅視症(Redout)。

如果持續增加G力,並超過人腦所能負荷的極限時,人腦將出現永久性傷害甚至造成死亡。

3, 解決方法:

爲了提高機上人員承受過載的能力,出現了抗荷服和高過載座艙。

抗荷服工作原理:當出現大載荷係數時,由發動機引來的壓縮氣體進入抗荷服,並鼓起氣囊,緊壓飛行員的腹部和腿部,阻止血液遠離心臟向腿部流動,減緩生理病態發生。

高過載座艙則是將座椅根據載荷係數大小而自動傾斜角度,以提高飛行員承受過載的能力。

另外由於人體較能承受來自前後(X軸)的加速度,而對來自上下(Y軸)的加速度承受力較小,所以在設計座椅時也考慮了這個問題:

F-16的座椅設計時向後傾斜30度(一般飛機是13度),並且提高腳蹬位置,可以使飛行員在短時間內的抗過載能力達到8-9G。爲了方便飛行員在後傾座椅上操縱飛機,將駕駛杆裝在座椅扶手上,提高了高機動環境下,飛行員對飛機的控制能力。

很多老(男)司機在開長途時,也習慣把座椅調成半臥式,我個人分析可能是爲了獲得長途高速行駛時的舒適穩定感(減少加速度帶來的頸椎和脊椎的壓迫感)。

三,戰例分析

本文開頭描述的戰例,空18師54團團長沈科在咬住敵機的過程中,突然感覺頭暈目眩,視物昏花的原因:

-米格-15翼載荷不足的氣動特性,導致下滑加速和轉彎切半徑能力不足。

-連續下滑和小半徑側翻導致G力增大。

-由於G力增大,又忘記穿抗荷服,無法抑制大過載造成的血流倒灌,導致短暫出現紅視症。

【戰地日記】摘錄:

……

晚上召開作戰會議,研究今天下午的空戰。

……

袁彬副司令員:此次空戰有三個教訓……3,不按條令條例規定執行,團長沈科甚至不穿抗荷服就駕機升空……今後還有更多的航空兵部隊要陸續到福建來輪戰,他們習慣了後方的和平環境,一旦到了福建前線,必須立即適應前線環境,把每次升空都作爲戰鬥起飛,要平戰結合,訓戰結合……

(謝謝閱讀)

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