Сен 13

Переносимость действия ударных ускорений летчиком

Эксплуатация высокоманевренных самолетов, снабженных катапультными креслами с адаптивными режимами работы двигательных установок, требует учета новых факторов, влияющих на риск травмирования летчика и переносимость им ударных ускорений. Такими факторами являются:

1. Уменьшение амплитуды продольной компоненты ударного импульса при увеличении длительности его действии и снижении прочности сегмента позвоночника, изгиба и сжатия позвоночника под влиянием пилотажных ускорений, затрудняющих принятие и сохранение изготовочной позы для катапультирования.

2. Изменение прочностных свойств костной ткани при действии повторных нагрузок.

3. Снижение субъективно оцениваемой предельно переносимой величины воздействия ускорений по мере увеличения их длительности. Для современных катапультных кресел и амортизационных устройств характерно увеличение длительности действия продольной компоненты ускорений до 2-3 с. Экспериментальные исследования выявили логарифмическую зависимость среднего значения минимально травмирующего позвоночник ускорения кресла от времени его действия для интервала длительностей 0,06 + 3,0 с.

Изменяя параметры распределения прочности наиболее травмируемого сегмента позвоночника, для любого фиксированного момента времени определяют величину допустимого ускорения кресла, соответствующего заданной вероятности травмирования.

При оценке травмоопасности продольной компоненты вектора ускорения необходимо учитывать отклонения позы, обусловленные продольной, боковой и поперечной компонентами вектора ускорения. Установлено, что в условиях действия маневренных ускорений принятие летчиком оптимально изготовочной позы практически невозможно даже в условиях срабатывания системы принудительного притяга. Некомпенсируемый системой притяга остаточный изгиб в сагиттальной плоскости наиболее травмируемого сегмента позвоночника Th12-L1приводит к еще большему снижению несущих способностей сегмента по сравнению с отсутствием дополнительного изгиба.

Действующая вдоль оси позвоночника продольная компонента вектора ускорения помимо остаточного изгиба вызывает сжатие позвоночного столба. Последнее наряду со снижением уровня допустимого воздействия за счет предварительного квазистатического для позвоночника нагружения маневренными нагрузками приводит к увеличению его низшей резонансной частоты вследствие нелинейности жесткостных характеристик позвоночника.

Ускорение торможения при маневре также может приводить к дополнительному некомпенсируемому полностью изгибу поясничного отдела позвоночника, снижающему его несущие способности при осевой нагрузке.

Комбинированное продолжительное действие ускорения в продольном и боковом направлениях вызывает нестационарное, прогрессирующее со временем изменение позы, характеризующееся боковым изгибом шейного и поясничного отделов помимо описанного выше изгиба поясничного отдела в сагиттальной плоскости. Поскольку существующие системы фиксации и принудительного притяга не ориентированы на устранение боковых смещений, указанный фактор необходимо учитывать при выборе режима катапультирования на фоне длительных маневров с продольной и боковой составляющими маневренных ускорений.

Для прогноза травмоопасности, субъективной переносимости и других эффектов действия на человека ударных ускорений разработан метод, основанный на установлении статистических связей и формировании функциональных зависимостей между наблюдаемыми эффектами и параметрами отклика математической модели. Нелинейные зависимости определены для эффектов травмоопасности и переносимости на основании данных обработки натурных экспериментов с различной ориентацией действующего вектора ударных ускорений относительно тела человека. Для расчета динамических реакций использовалась пространственная одномассовая модель с кинематическим возбуждением, описываемая тремя дифференциальными уравнениями второго порядка. В результате получены поверхности равных эффектов для различных градаций травмоопасности и переносимости в пространстве компонент вектора динамических реакций математической модели. Каждая из поверхностей аппроксимируется четырьмя эллипсоидами вращения. Каждая из эллипсоидов описывается соответствующим уравнением.

При оценке допустимости ударных воздействий повышенной длительности (до 30 с) учтен эффект переносимости «квазистатической» составляющей импульса, связываемый с компонентами скорости системы летчик-кресло как твердого тела. Последнее можно условно рассматривать как расширение компонент вектора.

Для оценки переносимости компонент вектора ускорения в первом приближении была принята гипотеза линейного суммирования.

При оценке травмоопасности ударных ускорений необходимо учитывать роль адаптивной перестройки костной ткани позвоночника в результате действия на него повторных нагрузок. Действие таких нагрузок может сопровождаться как микроразрушениями с последующей потерей плотности костной ткани, так и стимулированием адаптивных процессов, направленных на восстановление и увеличение ее плотности.

С помощью структуры нелинейной математической модели можно прогнозировать изменение плотности в зависимости от амплитуды и длительности повторных нагрузок с учетом индивидуального биологического параметра, характеризующего интенсивность процесса взаимодействия микрочастиц в жидких средах организма при синтезе костной ткани.

В разработанном методе допустимые величины ускорений «голова-таз» ограничиваются неучитываемым ранее фактором преобладания репаративных или деструктивных процессов в костной ткани позвоночника и изменением его механических свойств в зависимости от характера действующих механических нагрузок и индивидуальных биологических факторов.

Модель описывается системой нелинейных уравнений, аналогичных уравнениям химической кинетики, учитывающей возможные реакции модели, число целых и разрушенных трабекул костной ткани, интенсивность распада и синтеза, нелинейно зависящих от уровня механических нагрузок и линейно — от персонального параметра.

С помощью аналитического решения установлена связь между числом циклов ступенчатых механических нагрузок, соответствующих амплитудам продольных перегрузок с длительностями, которые необходимо приложить для компенсации одинакового повреждения костной ткани при различных персональных параметрах.

Для определения персонального параметра поставлены специальные эксперименты с регистрацией изменения пяти лиц, подвергающихся продольным нагрузкам на центрифуге. Значение параметра индивидуально варьировала в диапазоне 3,5÷4 и зависела от возраста.

Мерой плотности костной ткани является объемное содержанке в ней минеральных веществ, поэтому с помощью регрессионной зависимости среднего значения минимально травмирующего позвоночник ускорения кресла от содержания минеральных веществ в костной ткани можно прогнозировать изменение среднего значения ускорения в зависимости от предыдущих нагружений позвоночника.

Метод позволяет расширить набор прогнозируемых и учитываемых при нормировании эффектов действия ударных ускорений при условии наличия достоверных статистических связей между реакциями математической модели и дополнительно учитываемыми физиологическими и эргономическими эффектами.

Переносимость ударных ускорений является субъективно оцениваемым эффектом. Переносимый уровень воздействия предполагает отсутствие состояния оглушенности, дезориентации и возможность немедленного начала или продолжения операторской деятельности. Уровень воздействия ограничивается переносимостью болевых ощущений, локализация и интенсивность которых зависят от направления вектора ускорения, условий фиксации и определяются экспериментально. Для коротких воздействий, переносимость которых связывается с максимальным уровнем динамических реакций, предельно переносимые значения устанавливаются на основе констант, определяемых максимальными реакциями модели для предельно переносимых входных воздействий по соответствующим осям.

При длительных воздействиях импульсов ударных ускорений, когда эффекты динамического нагружения пренебрежимо малы, переносимость воздействия определяется эффектами квазистатического действия ударных ускорений, отражающими переносимость суммы болевых ощущений различной локализации в зависимости от их продолжительности, либо нарушениями зрительного восприятия (появлением серой и черной пелены), предшествующими потере сознания и обусловленными гемодинамическими эффектами. Следовательно, помимо критерия, основанного на величине динамической реакции, необходимо использовать дополнительный критерий.

Экспериментальные данные подтвердили возможность использования гипотезы линейного суммирования эффектов переносимости для длительностей в диапазоне 0,01-5,0°С по комплексному критерию.

Использование критериев вероятности травмирования, субъективной переносимости динамических реакций, эффектов «квазистатического» действия ускорений, изменения прочностных характеристик костной ткани позволяет прогнозировать допустимость и нормировать импульсы ускорений сложной формы и повышенной (до 3 с) длительности, характерные для эксплуатации перспективных маневренных самолетов и катапультных кресел.

Комплексные критерии дают возможность нормировать ударные воздействия как по критерию травмоопасности, так и субъективно оцениваемой переносимости ударных воздействий в расширенном диапазоне длительности с учетом дополнительного ряда факторов, влияющих на травмоопасность человека.

Естественным обобщением предложенного подхода к прогнозу и нормированию предельно допустимых по различным критериям ударных воздействий является концепция прогноза эффектов и нормирования ударных ускорений, основанная на установлении статистических нелинейных и линейных зависимостей между наблюдаемыми биомеханическими и физиологическими эффектами и реакциями математических моделей, имитирующих организм и его подсистемы с различной степенью детализации.

Похожие статьи:

  1. Устойчивость человека к ускорениям и критерии ее оценки Оценка устойчивости организма к действию ускорений зависит от характера выбранного...
  2. Физиологическое и патологическое действие ударных ускорений Большинство исследований по изучению действия ударных ускорений на организм человека...
  3. Переносимость человеком воздействий ударных ускорений произвольного направления Исследования предельно переносимых ударных ускорений в основном были сосредоточены на...

автор admin \\ теги: , ,



Написать ответ

Вы должны войти чтобы комментировать.