خلبانان چقدر G-force را تحمل می کنند؟

بالاترین نیروی جی که یک خلبان جنگنده می تواند تحمل کند چیست؟ پاسخ پیچیده است، و «بقا» احتمالاً بهترین اصطلاح نیست – و «هوشیار ماندن» احتمالاً اصطلاح بهتری است. مهمترین سوال این است: خلبانان جنگنده چه نیروهای جی را تجربه می کنند؟ برای درک چگونگی طراحی هواپیماهای جنگنده در رابطه با G-forces، باید بفهمیم که نیروهای G با یک جسم چه می کنند.

قدرت G چیست؟

نیروی گرانش یا نیروی گرانشی اصطلاحی است که برای توصیف شتاب ثابتی که باعث درک وزن می شود استفاده می شود. یک جسم در حال سکون روی زمین 1 G را تجربه می کند. نیروی گرانش معیاری از گرانش زمین است، بنابراین 1 G نیروی گرانشی طبیعی زمین است. اجسامی که بی وزنی را تجربه می کنند (زمانی که در یک مسیر اینرسی در حال سقوط آزاد هستند) در عامیانه “G-zero” نامیده می شوند.

سرعت هواپیما (به خودی خود) اهمیتی نداشت – زیرا هواپیمای موشکی X-15 سرنشین دار به سرعت های مافوق صوت بیش از 6 ماخ رسید. موضوع شتاب و کاهش سرعت است.

نیروهای G

• 1G: گرانش زمین در حالت سکون
• 4 تا 6G: آنچه که بیشتر خلبانان می توانند از عهده آن برآیند
• 8G: حداکثر حمل شده توسط کارکنان Top Gun Maverick
• 9G: نیرویی که توسط اکثر هواپیماهای جنگنده اعمال می شود
• 12 G: حداکثر نیروی G که F-15EX می تواند در مواقع اضطراری تحمل کند
• 15 تا 20 گرم: هنگام خروج اضطراری (دفع) احساس می شود.

این تغییر ناگهانی در اینرسی (تمایل ماده به حفظ حالت حرکت خود، یعنی ماده ساکن می‌خواهد در حالت سکون بماند و ماده متحرک می‌خواهد در همان جهت قبلی حرکت کند مگر اینکه تحت تأثیر نیروی دیگری قرار گیرد) چیزی است که معمولاً باعث می‌شود افراد به این حالت حرکت کنند. به تصادف و مرگ (به همین دلیل است که اتومبیل ها با برف پاک کن های زیست تخریب پذیر طراحی شده اند تا به جذب بخشی از این انرژی کمک کنند.)

مقدار g-force که مردم و خلبانان جنگنده می توانند تحمل کنند

اکثر افراد می توانند بین 4 تا 6 گرم را تحمل کنند. خلبانان جنگنده با آموزش های ویژه و لباس های خاص می توانند برای یک یا دو ثانیه در برابر نیروهای G حدود 9G مقاومت کنند. با این حال، بدن انسان نمی تواند این نیروها را برای مدت طولانی تحمل کند – حتی نیروهای پایدار 6G کشنده هستند (شتاب زیاد خون را از داخل سر به بیرون می کشد). وقتی فضاپیما بلند می شود، فضانوردان تقریباً 3G را تحمل می کنند.

بسته به منبع، نیروهای J از جلو به عقب، پهلو به پهلو، سر تا پا و غیره احساس می شوند. اساساً بدن انسان مانند یک بطری بزرگ آب است که خون درون آن جریان دارد.

در سطح دریا و در حالت استراحت (یا 1G)، افراد برای پمپاژ خون کافی از پاها به قلب و سپس به مغز به 22 میلی متر جیوه فشار خون نیاز دارند. در نسل دوم افراد به دو برابر فشار نیاز دارند، در نسل سوم سه برابر و …. بیشتر افراد هنگام قرار گرفتن در معرض نیروهای 4 یا 5 G غش می کنند. در این مرحله، قلب انسان معمولاً قادر به ایجاد فشار کافی نیست و در نتیجه خون در اندام تحتانی جمع می شود (بسته به میزان تمرین و آمادگی فرد). سپس مقدار کافی اکسیژن به مغز نمی رسد و مغز قادر به انجام وظایف خود نیست.

خلبانان جنگنده از دو طریق استقامت خود را در برابر نیروهای J افزایش می دهند. اولین مورد این است که آنها با استفاده از سانتریفیوژها (که نیروهای G مصنوعی ایجاد می کنند) برای مقابله با این نیرو تمرین می کنند و تکنیک های تنفس تخصصی و تنش عضلانی را یاد می گیرند. نکته دیگر این است که لباس‌های ضد جی می‌پوشند.

نیروهای G منفی بدتر هستند

با این حال، تحمل انسان در برابر نیروهای گرانشی منفی بسیار کمتر از نیروهای گرانشی مثبت است (این زمانی اتفاق می‌افتد که فشار از سر تا پا معکوس شود). در 2 یا 3 گرم، بیشتر افراد هوشیاری خود را از دست می دهند، زیرا خون به سر می رسد.

هواپیماهای جنگنده چه قابلیت هایی دارند؟

خلبان عامل تعیین کننده در طراحی G-forces یک هواپیمای جنگنده است. اکثر هواپیماهای جنگنده برای مقاومت در برابر 9G طراحی شده اند، اگرچه برخی از آنها ممکن است از نظر فیزیکی فراتر از آن باشند. به عنوان مثال، سیستم های کنترل پرواز F-15EX Eagle II جدید تا 12 Gs تنظیم شده است.

F-15QA و هواپیمای خواهرش، F-15EX، می توانند سیستم های کنترل پرواز خود را فراتر از محدوده 9G و تا 12G در شرایط اضطراری تنظیم کنند.

هواپیماهای آزمایشی اغلب می توانند نیروهای 10 تا 12 Gs را تحمل کنند. با این حال، خلبانان نمایشی که در مقابل عموم نمایش می دهند، به ندرت مانورهایی بزرگتر از نسل چهارم انجام می دهند.

تاپ گان: ماوریک

در Top Gun Maverick، خلبانان با نیروهایی تا 9G روبرو می شوند

طبق مقاله‌ای در مجله People، بازیگران در واقع در معرض نیروهای G بالا قرار گرفتند – کارگردان جوزف کوسینسکی گفت که بازیگران باید در برابر نیروهایی تا 1600 پوند یا 8 Gs مقاومت کنند. تام کروز تجربه خود با G-Force را اینگونه توصیف کرد: “بودن در آنجا از نظر فیزیکی خسته کننده است، مجبور به تحمل ظهور G-Force، که طاقت فرسا است.” گرگ تارزان دیویس (بازیگر نقش ستوان Jaffe “Coyote” Machado) گفت: “شما نمی توانید یک J-Power جعل کنید که چهره شما را خراب کند.”

با این حال، 9G بالاترین مقدار نیروی G نیست که خلبانان باید تحمل کنند. خلبانان جنگنده 15 تا 25 نیروی G را در هنگام پرتاب تجربه می کنند. این مقدار نیروی J را نمی توان برای مدت طولانی حفظ کرد و ممکن است باعث آسیب به ستون فقرات شود. برخی کشورها در این کارآزمایی G-forces 20 تا 30 درصد بروز آسیب های ستون فقرات را گزارش کردند. برخی از این شکستگی ها شکستگی ستون فقرات هستند، اما اغلب این آسیب ها مربوط به فشرده سازی قفسه سینه است.

یونیفرم های بهتری برای خلبانان زن طراحی شده است

در سال 2020، نیروی هوایی ایالات متحده آزمایش یک نسخه اصلاح شده از لباس ضد جاذبه با تکنولوژی بالا را برای خلبانان جنگنده و سایر انواع بدن گزارش کرد. این لباس از سال 2001 وجود داشته است، اما در درجه اول برای تیپ های بدن استاندارد مردانه ساخته شده است. این لباس‌ها برای خلبان‌های کوتاه قد یا خلبان‌هایی با تیپ‌های کوچک‌تر یا مشخص‌تر بهینه‌سازی نشده‌اند.

هنگامی که کاپیتان بریتنی تریمبل (خلبان آموزشی F-16 فایتینگ فایتینگ فایتینگ) در مورد تجربه او در آزمایش لباس اصلاح شده سؤال کرد، USAF نقل کرد: «در حالی که تعداد بیشتری از زنان در حال پرواز جت های جنگنده هستند، به نظر من نیروی هوایی در مسیر درست حرکت می کند. ” این تغییرات شامل پانل های توری پهن تر در کمر، ران ها و پاها می شود که به خلبانان اجازه می دهد به راحتی کت و شلوار را متناسب با ابعاد مختلف بدن تنظیم کنند.