战斗机飞行员能承受的最大重力是多少?答案很复杂,也许“生存”不是最好的词——也许“保持意识”是一个更好的词。一个更相关的问题是:战斗机飞行员会经历哪些重力?要了解战斗机在重力方面的设计,就需要了解重力对身体的影响。
什么是重力G 力或重力是一个术语,用于解释导致重量感知的持续加速度。静止在地球上的物体受到 1g 的重力。G 力是地球引力的测量单位,因此 1g 是地球的正常引力。处于失重状态的物体(当它们在惯性轨迹中自由落体时)俗称“零重力”。
照片:美国空军
飞机的速度本身并不重要,毕竟有人驾驶的X-15火箭飞机可以达到6马赫以上的高超音速。问题在于加速和减速。
重力
1g:静止时的地球引力4-6gs:大多数飞行员能够忍受的8gs:《壮志凌云:独行侠》演员们经历了什么9gs:大多数战斗机的性能12gs:Max F-15EX 可在紧急情况下使用15-20gs:弹射时有感觉图片来源:波音
惯性的突然变化通常会导致碰撞事故中的人员死亡(这就是为什么汽车设计有溃缩区来帮助吸收部分能量)。
重力加速度的人和战斗机飞行员可以承受大多数人可以承受 4g 到 6g 的重力。经过训练并穿着特殊服装的战斗机飞行员可以承受大约 9g 的重力,持续一两秒。然而,人体无法承受这种重力——即使持续 6g 的重力也会致命(加速度会迫使血液从头部流出)。宇航员在升空时可承受大约 3g 的重力。
根据重力加速度的来源,人们可以从前到后、从侧到边、从头到脚等感受到重力加速度。基本上,人体就像一个大水瓶,血液在它周围晃动。
照片:美国空军
在海平面和静止状态下(或 1g 重力),人们需要 22 毫米汞柱的血压才能将足够的血液从脚部输送到心脏,然后输送到大脑。在 2g 重力下,人们需要两倍于此的压力,在 3g 重力下则需要三倍于此的压力,依此类推。大多数人在经历 4 或 5 g 重力时会昏厥。此时,人类心脏通常无法产生足够的压力,导致血液在下肢积聚(取决于组织)。然后大脑就会缺氧,无法运作。
美国战斗机的过载限制:
F-35:
9.0+
F-22:
+9.0/−3.0
F-15EX:
+9.0 (紧急情况下为12g)
F-16:
+9.0
战斗机飞行员通过两种方式提高对重力的耐受力。一种是使用离心机(产生人工重力)进行训练,并学习专门的呼吸和肌肉紧张技巧。另一种是穿着抗重力服。抗重力服的工作原理是在高重力机动过程中使用气囊收缩腿部和腹部,以帮助将血液推入上半身。
负重力更糟糕然而,人类对负重力的耐受力远小于正重力(即压力反向从脚趾到头部的组织)。在 2g 或 3g 时,大多数人会因血液涌向头部而失去意识。
照片:公共领域 l 维基百科
战斗机能做什么飞行员是设计战斗机所能承受的重力的限制因素。大多数战斗机的设计承受力为 9g,但有些战斗机在物理上可能能够承受超过这个数字。例如,新型 F-15EX Eagle II 的飞行控制系统设定的上限为 12g。
“F-15QA 及其同类 F-15EX 甚至可以将飞行控制系统设置为在紧急情况下超过 9 G 的最大负载限制,最高可达 12 G。” - Sandboxx 新闻
特技飞机通常可承受高达 10 或 12 g 的重力加速度。然而,为公众提供飞行服务的特技飞行员很少会进行超过 4 g 的飞行动作。
壮志凌云独行侠在电影《壮志凌云:独行侠》中,飞行员承受了高达 9g 的重力加速度。
照片:澳大利亚皇家空军
据《人物》杂志发表的一篇文章称,演员们实际上承受了巨大的重力——导演约瑟夫·科辛斯基说,演员们必须承受高达 1,600 磅或 8 g 的重力。演员汤姆·克鲁斯形容这是“在那里承受巨大的重力,真是令人精疲力竭。”格雷格·泰山·戴维斯(饰演 Javy 'Coyote' Machado 中尉)说:“你不能假装重力让你的脸变形。 ”
然而,9g 并不是飞行员必须承受的最大重力。战斗机飞行员弹射时会承受 15-25g 的重力。这些重力无法长时间承受,并且可能导致脊柱损伤。一些国家报告的脊柱创伤率约为 20-30%。其中一些是脊柱骨折,但大多数是胸段压缩。
更适合女性飞行员的飞行服设计2020 年,美国空军报告称,正在测试一种改良版的先进技术反重力服,供女性战斗机飞行员和其他体型使用。这种服自 2001 年以来一直使用,但主要是针对标准男性体型开发的。这种服对于身材较矮的飞行员或体型较小或难以适应的飞行员来说并没有那么优化。
照片:美国空军
美国空军在询问布里塔尼·特林布尔上尉(F-16战鹰教练飞行员)测试改进后的飞行服的感受时,引用了她的话说:“随着越来越多的女性穿上快速喷气式飞机执行任务,我认为空军正朝着正确的方向前进。 ”改进包括腰部、大腿和小腿的宽系带面板,使飞行服可以轻松调整以适应不同的身体比例。