战例:【战地日记】三十七,斗智斗勇 :
1958/9/18 晴 罗裳山
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空18师52团刚从广东沙堤机场转场至汕头机场,接替54团执行入闽作战任务。今天的任务师组织首次战区编队协同和航法训练,由空18师自行组织指挥。
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16:56,敌空军第5大队领队长机少校孙嗣文,2号机中尉刘心业……
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1号机团长沈科发现左下方有一架敌机,一个侧翻成咬尾之势,敌2号机遂向左作大坡度下滑、旋转,企图摆脱。我1号机于内测死死咬住,敌机在第二圈作更急剧下滑转弯,我1号机紧追不放,并已构成良好射击角度,担任掩护的僚机兴奋的提醒呼叫:好机会,开炮……
我1号机正准备向敌机开炮,突然感觉眼前一片漆黑,金星四射,眩晕恶心。原来是沈科团长麻痹大意,登机时以为是训练,没有穿抗荷服,转弯动作过猛,导致一时盲视,从而贻误战机,敌机逃逸。
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为何沈团长会出现眩晕恶心从而贻误战机的状况?还是从技术层面进行分析:
一, 载荷与载荷因子
(一),载荷(load):使结构或构件产生内力和变形的外力及其它因素。
载荷主要分为二大类: 一是气动力载荷,二是惯性力载荷。
决定载荷大小及分布的主要因素也为二个方面:
1,大气环境;空气的温度、密度、压力、离散突风或者连续紊流(晴空紊流或风暴紊流)等。
2,飞机自身特性:飞机的构形、重量、惯量、速度、加速度、飞行姿态等等。
飞行载荷是飞机结构设计和强度计算的主要原始数据,它直接影响到飞机的重量、作战性能和飞行安全。
(二),载荷因子(Load factor):任何施加在飞机上使飞机从直线飞行偏斜的力都会在结构上产生一个应力,这个应力的大小叫荷载因子
荷载因子是飞行时作用于飞机的全部负荷和飞机总重量之比值。
例如,荷载因子3,意思是作用于飞机结构上的全部载荷是飞机总重量的三倍。载荷因子通常表达为术语G,也就是说荷载因子3可以说成3G。
由于现代飞机速度的提高,所有飞机的结构设计都预期只能承受一个确定大小范围的过载,因此荷载因子成为飞机设计必须考虑的主要问题。
美国联邦航空管理局对正常类别的飞机(通用航空)做出规定:
正负极限载荷系数为:+3.8G至 -1.52G。
最终载荷系数(安全系数)为:+5.7G 至-2.28G。
在极限区间,可能导致飞机主要结构永久变形。超过极限,可能导致飞机主要结构破裂,1G以上失速为加速失速。
二, 载荷系数与过载
(一),载荷系数:指除重力外,作用在飞机的某个方向上所有外力之合力与当时飞机重力之比值。载荷系数是一个矢量,用符号n表示。
载荷系数在速度坐标轴上分为:法向(Y)、纵向(X)、侧向(Z)。
在平直飞行情况下,飞机的升力只要求与重力相等,但在曲线飞行时.如俯冲拉起情况下,升力大于飞机重力的径向分力,这两个力之差使飞机产生向心加速度,飞行轨迹便向上弯曲。当以大速度小半径猛烈拉起时,将会产生很大的正法向载荷系数,表示升力比飞机重力大的越多,飞机受力越严重。
载荷系数的大小与飞机的飞行技术性能和飞机结构的受力,设备的正常工作,以及人员的生理承受能力等有很大关系。
设计飞机载荷系数越大,飞机的机动性能就越强,但是也导致飞机结构受力必须增大,要增加飞机的结构和设备重量,甚至可能影响飞机的其他性能。反之载荷系数小,则飞机机动性能差,但结构重量轻,飞机的其他性能可能提高。
确定载荷系数大小的另一个因素就是飞行人员生理上的抗负荷能力。人是有质量的,载荷系数的大小会致使人体各部分脏器和血液起变化,形成生理病态,当然这与人体承受载荷系数的大小、时间的长短以及方向有关。人承受正载荷系数的能力较大,反之承受负载荷系数较小。
正常情况下人能承受:n=+8至-4
(二),过载
前面对载荷因子和载荷系数进行了表述,出现了n和g的区别,在这里说明一下:载荷系数G factor实际上就是load factor,这是一个标准术语。根据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). 载荷系数是“飞机结构所承受的载荷与结构重量的比值”,飞机在空中的载荷系数是由加速度计所测量,以G为单位(以上为我个人理解)。
1,过载(Overload):载荷系数又称为过载,它是飞行器所受载荷与其重力之比。飞机过载是飞机气动力与发动机推力的合力与飞机重力之比,G表示过载
因为人和飞行器承受过载的能力有限,所以飞行时不能超过规定的过载允许值。
2,G力(G-force)
G力也称为重力,是地球表面的重力加速度,是一种惯性力,是飞行员在加速与减速时承受一种力的单位,通常以地球表面重力的倍数表示(人体承受几个G力,代表有几倍体重的力量作用在身上)。
当飞机加速或攀升,导致重力由上往下而产生离心力(+G)。如果飞机减速或下降,导致重力由下往上而产生向心力(-G)。
通常说的载荷系数多指飞行时的法向载荷系数(n=Y/G)。
-在平飞状态,人所承受的法向过载为1;
-过载大于1时,出现超重现象;
-在1和0之间为部分失重;
-负过载时乘员会飘离座椅。
3,G力昏迷(G-LOC),指人体因承受过大或长期的G力,以致血液减少流入脑部,最终因脑部缺氧而导致昏厥。此症状常出现于战斗机,战机驾驶员受训时皆须接受高G力训练,以避免于实际操作时丧失意识,训练一般包括达15秒的9G(9倍于自己重量)加速度。
如果+G力增大,血液因压力而从头部流向腿部,使脑部血液量锐减,二氧化碳浓度骤增,导致大脑缺血缺氧,造成视觉器官的黑视症(Blackout)。
如果-G力增大,身体的血液会反向由下往脑部集中,造成脑部充血,眼球也因此出现红视症(Redout)。
如果持续增加G力,并超过人脑所能负荷的极限时,人脑将出现永久性伤害甚至造成死亡。
3, 解决方法:
为了提高机上人员承受过载的能力,出现了抗荷服和高过载座舱。
抗荷服工作原理:当出现大载荷系数时,由发动机引来的压缩气体进入抗荷服,并鼓起气囊,紧压飞行员的腹部和腿部,阻止血液远离心脏向腿部流动,减缓生理病态发生。
高过载座舱则是将座椅根据载荷系数大小而自动倾斜角度,以提高飞行员承受过载的能力。
另外由于人体较能承受来自前后(X轴)的加速度,而对来自上下(Y轴)的加速度承受力较小,所以在设计座椅时也考虑了这个问题:
F-16的座椅设计时向后倾斜30度(一般飞机是13度),并且提高脚蹬位置,可以使飞行员在短时间内的抗过载能力达到8-9G。为了方便飞行员在后倾座椅上操纵飞机,将驾驶杆装在座椅扶手上,提高了高机动环境下,飞行员对飞机的控制能力。
很多老(男)司机在开长途时,也习惯把座椅调成半卧式,我个人分析可能是为了获得长途高速行驶时的舒适稳定感(减少加速度带来的颈椎和脊椎的压迫感)。
三,战例分析
本文开头描述的战例,空18师54团团长沈科在咬住敌机的过程中,突然感觉头晕目眩,视物昏花的原因:
-米格-15翼载荷不足的气动特性,导致下滑加速和转弯切半径能力不足。
-连续下滑和小半径侧翻导致G力增大。
-由于G力增大,又忘记穿抗荷服,无法抑制大过载造成的血流倒灌,导致短暂出现红视症。
【战地日记】摘录:
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晚上召开作战会议,研究今天下午的空战。
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袁彬副司令员:此次空战有三个教训……3,不按条令条例规定执行,团长沈科甚至不穿抗荷服就驾机升空……今后还有更多的航空兵部队要陆续到福建来轮战,他们习惯了后方的和平环境,一旦到了福建前线,必须立即适应前线环境,把每次升空都作为战斗起飞,要平战结合,训战结合……
(谢谢阅读)