мини|Векторски дијаграм који приказује фактор оптерећења на тело пилота и авиона у функцији његовог угла нагиба θ, током координисаног окрета. Убрзање тела пилота, којим се бави ваздухопловна физиологија, јесте промена његове брзине у јединици времена, дуж било које од три осе координатног система. Како промене убрзања могу да имају негативан утицај на физиолошке функције човека, у ваздухопловној физиологији се већ дуги низ година проучавају узроци и последице оптерећења по организам пилота и осталих чланова посаде током нестационарног лета авиона (ваздухоплова).
Током праволинијског стационарног лета, константном брзином, за људски организам не постоје никаква физиолошка ограничења брзине. Међутим промена брзине током времена (убрзање) може да изазове тешке поремећаје у функционисању организма, због прекомерног оптерећења појединих његових органа и органских система.
Убрзање, и његово непожељно дејство које се јавља током лета, не може потпуно да се избегне, али његов утицај на посаду ваздухоплова може да се ублажи предузимањем низа мера: учењем основних принципа дејства убрзања на организам човека, избором специјалних модела смештаја посаде, тренингом у хуманој центрифуги, коришћењем анти-G одела, анти--{G}- тренингом на справама итд..
Коришћене физичке величине Модел кружног кретања тела одређене масе, са одређеном угаоном и обимном брзином.|мини|центар Основне -{[s]}- време -{[m]}- дужина -{[kg]}- маса Изведене -{[m]}- полупречник кривине путање -{[m/s]}- брзина [—] Махов број -{[m/s2]}- убрзање -{[m/s2]}- гравитација [—] фактор аеродинамичког оптерећења -{[m/s2]}- центрипетално убрзање -{[kgm/s2]}- центрифугална сила -{[m]}- висина лета -{[kgm/s2]}- сила -{[kgm/s2]}- тежина -{[kgm/s2]}- сила потиска / вучна сила -{[kgm/s2]}- узгон -{[kgm/s2]}- аеродинамички отпор Оптерећење пилота и друге посаде, са инерцијалном силом, изражено у мери тежине -{[kgm/s2]}- дуж "-{x}-" осе -{[kgm/s2]}- дуж "-{y}-" осе -{[kgm/s2]}- дуж "-{z}-" осе
Повезаност убрзања авиона са оптерећењем посаде
Фактор аеродинамичког оптерећења је однос величина узгона и тежине летелице, а своди се и на меру убрзања, изражену преко земљине гравитације:Mehanika leta, pp. 236 i 237, Dr Ing. Zlatko Rendulić, 198.
Обзиром да је брзина векторска величина, то је и промена брзине векторска величина. Вектор промене брзине је резултанта нормалног убрзања (које је нормално на вектор брзине), и тангенцијалног убрзања (које је истог правца као и вектор брзине). У специјалном случају праволинијског кретања нормална компонента убрзања је једнака нули па је вектор убрзања истог правца као и вектор брзине. Код равномерног кружног кретања тангенцијална компонента убрзања је једнака нули, те је вектор убрзања нормалан на вектор брзине, односно у правцу је полупречника.
У случају негативног прираста брзине се користи појам успорење или кочење, а вектор убрзања има супротан смер од вектора брзине. Промене убрзања и брзине засновано је Њутновим законима кретања, јер је убрзање пропорционално величини силе а обрнуто пропорционално маси тела.
У Ваздухопловној физиологији је уобичајено да се величина убрзања мери јединицом силе теже и обележава се ознаком -{G}-. При дејству силе која производи убрзање од 2 -{g}-, тежина тела се повећава за два пута, односно за онолико пута за колико износи вредност гравитационе силе (-{g}-). Пример; Када пилот вади авион из обрушавања и у доњој превојној тачки лучне путање оствари убрзање од 2 -{g}- (аz = 2g ), тада он заправо оствари центрипетално убрзање 19,62 -{m/s}-2, тј. оствари центрифугалну силу еквивалента своје две тежине (-{Gz = 2G}-) којом притиска седиште у нивоу своје две тежине.
Методологија означавања утицаја оптерећења услед убрзања, који у свакодневној пракси примењује ваздухопловна медицина (приказана у табели), примењује се ради лакшег начина сагледавања последичног дејства у зависности од правца и смера, на основу кретања очних јабучица.
Пример; За (-{+Gz}-) оптерећење, у лекарској пракси названо „поглед надоле“, (последица је убрзања, које делује нагоре, а услед оптерећења инерцијалном силом ротирају се очне јабучице надоле). На исти начин могу се приказати и последице дејства убрзања у другим правцима и смеровима (види табелу).
+ Линеарно кретање и означавање убрзања у ваздухопловству, врсте означавања убрзања у ваздухопловној медицини и брза оријентација о правцу дејства убрзања према кретању очних јабучицаЛинеарно кретањеОзначавање убрзањаОписни приказ убрзања Физиолошко дејствоФизиолошко означавање оптерећењаПокрети очијуНапред Убрзање унапредГруди леђа
Трансверзално (A-P) G
Према кичми Увлаче сеНазад Убрзање уназадЛеђа груди
Трансверзално (P-А) G
Према грудној кости Испупчују се Навише Убрзање према главиГлава-ноге Позитивно G
Према ногама Надоле Наниже Убрзање према ногама Ноге-глава Негативно G
Према глави Нагоре Удесно Убрзање десно бочно Десно-лево Улево латерално G Улево Улево Убрзање лево бочноЛево-десно Удесно латерално G Удесно
Убрзања према облику путање кретања авиона Убрзање на праволинијској путањи кретања авиона, Убрзање на лучној путањи кретања авиона (при маневрисању). мини|центар|450п|Шематизован приказ промене смера убрзања у односу на правац кретања авиона Убрзање на праволинијској путањи кретања авиона мини|Током употребе кочећег падобрана авион успорава, тј. креће се са негативним убрзањем (--{ax}-). Последица тога успоравања је дејство инерцијалних сила на све делове авиона и на посаду, у истом правцу а супротном смеру у односу на убрзање. Смер и интензитет оптерећења организма посаде је означен са (--{Gx }-) (према грудној кости (П-А))
На праволинијској путањи кретања авиона посебно су специфична краткотрајна успорења високог интензитета у кратком временском трајању (нпр. ударац у препреку), која су карактеристична за авионске удесе. Током успоравања тако високог интензитета, настају екстремно високе вредности инерцијалних сила, које прелазе и 30-{G}- (успоравање прелази вредност 30-{g}-).
Убрзање на праволинијској путањи кретања авиона настаје у процесу полетања и повећавања брзине, посебно при укључењу допунског сагоревања мотора код ловачких авиона у циљу преласка у надзвучни режим лета. У тим примерима је позитивно убрзање (+-{ax}-), што изазива дејство инерцијалне силе -{Fin = nx g}- (у ваздухопловној медицини обележава се +-{Gx = nx G}-). Та сила притиска тело пилота уз наслон седишта у авиону.
Пилот, остала посада и путници осећају последице дејства инерцијалних сила, при промени брзине (при убрзању или успорењу) у праволинијском кретању и у другим различитим случајевима у ваздухопловству као што су: нагло кочења авиона у лету, при извлачењу аеродинамичких кочница, до 0,5-{g}- (оптерећење са --{Gx = 0,5G}-), током катапултирања избацивог седишта до вредности 12-{g}- (оптерећење са +-{Gz = 12G}-) или приликом обуке на полигону, приликом класичног принудног напуштања ваздухоплова итд. динамички удар током отварања падобрана, при скоку падобранца и при његовом доскоку приликом приземљења,
Убрзање на лучној путањи кретања авиона
Свако скретање авиона са праволинијске путање представља маневрисање. Такво скретање је последица промене равнотеже, услед промене величине аеродинамичке силе, тренутне измене масе, или због уласка авиона у узбуркану атмосферу. Те измене правца лета авиона прати појава центрипеталног убрзања, а његова последица је центрифугална инерцијална сила. Пример за убрзање авиона на лучној путањи је хоризонтални заокрет.На датој илустрацији, приказано је дејство сила.|центар|мини|500п Посебно су карактеристични намерно командовани маневри авиона, који се изводе у типичним стандардизованим облицима (пењање, спуштање, оштри заокрет, лет са наглом променом брзине, вираж по кругу, спирала, итд).
Промене у организму изазване оптерећењем услед дејства инерцијалних сила Савремени авиони високих перформанси лете у великом распону брзина, са великом агилношћу и екстремним маневрима око све три осе. центар|500п Екстремно маневрисање у великом дијапазону брзина прате велике вредности убрзања, а самим тим и инерцијалне силе великог интензитета. Инерцијалне силе великих вредности оптерећују људске органе и његове органске системе, далеко веше него у другим активностима човека, што у организму изазива разне функционалне или патофизиолошке поремећаје.
Ови функционални поремећаји су најизраженији у: меким и потпорним ткивима, костном ткиву, телесним шупљинама и органима, телесним течностима и кинестетичким и другим чулима.
Многобројна истраживања показала су да та оптерећења највише делују на цереброспиналну течност (ликвор), крв и на вестибуларни систем унутрашњег ува.
Услед дејства инерцијалних сила (одређеног интензитета) долази до деформације ткива, која ће због кохезионих сила бити најмање изражена у костима, нешто већа у еластичним ткивима, а највећа у течностима. Поремећаји у течним ткивима ће се, због немогућности њиховог сабијања, испољити у виду абнормалне дистрибуције, односно као поремећај хемодинамике крви и лимфе.
У појединим маневрима авиона стварају се инерцијалне силе до вредности:
-{+ Gz = 10G / - Gz = 3G }-
које по интензитету превазилазе силе које организам може да издржи и стога озбиљно угрожавају здравље и живот пилота.
Испитивања су показала да човек може да поднесе, без већих последица, силу до -{+ Gz = 9G}- у трајању од 40 секунди или до -{- Gz = 3G}- уз претходну тренажну припрему, без пилотска заштитне опреме.
Вредности оптерећења у пракси Приближне вредности фактора оптерећења -{a / g}-, који се дешавају у пракси примери бројна вредност -{a/g}-Човек, који стоји непомично на Земљи<center>1Путник, у току полетања авиона<center>1,5Падобранац, у моменту приземљења са 6 -{m/s}-<center>1,8Падобранац, у моменту динамичког удара, при отварању падобрана (успорење са 60 на 5 -{m/s}-)<center>5Космонаут, при спуштању летелице „Сојуз“ кроз атмосферу земље<center>3–4 Спортски пилот, при акробацијама<center>од -10 до +12 Пилот, при вађењу авиона из обрушавања<center>9Пилот, при катапултирању са избацивим седиштем<center>14Граница подношљивости пилота, без последица <center>10Рекорд остварен у аутомобилској несрећи, коју је учесник преживео, са тешким последицама. <center>179,8
Физиолошки ефекти убрзања и/или успорењаHoughton, J. O., McBride, D. K., & Hannah, K. Performance and physiological effects of accelerationinduced (+Gz) loss of consciousness. Aviation, Space, and Environmental Medicine, 1985, 56,956-965.
Поремећаји дисања Са порастом убрзања, па самим тим и оптерећења изазваног инерцијалним силама, дисање је теже (нарочито удисај, због спуштања дијафрагме коју надоле повлачи крвљу препуњена јетра). До вредности убрзања од (-{+4Gz}-) дисање је убрзано, да би на убрзању од (-{+5Gz}-) постало неправилно, са успореним и отежаним удисајем.
У ваздухопловној физиологији описана су два, основна нежељена дејства -{+Gz }- оптерећења у току летења на респираторни систем, пилота:
Диспропорција између циркулације крви и вентилације гасова у плућима Први и најизраженији ефекат, или нежељено дејство -{+Gz }- преоптерећења је диспропорција између циркулације крви и вентилације гасова у плућима. При -{+Gz}- повећава се градијент притиска у горњим и доњим деловима плућа, те настаје разлика између смањене перфузије гасова у горњи деловима плућа и повећане перфузије у доњим деловима овог органа. Ово има за последицу: повећање физиолошког мртвог простора у горњем делу и појаву шанта у доњем делу плућа, праћену смањењем парцијалног притиска кисеоника (-{PaO}-2) у плућној циркулацији.Код здравих особа изложених -{+Gz = 7G}- у трајању од 45 секунди, -{PaO}-2 опада са 91,6 -{mmHg}- на 50,1 -{mmHg}-, упркос готово двоструком повећању дисајног волумена (тидал-волумен). Ово смањује -{PaO}-2 и ако се томе дода и смањен проток крви према глави, овај поремећај озбиљно утиче на функцију мозга.
Ателектаза плућа