基本航空力學
文: (Nomad) Joe Chang
G-Force 與黑視(Blackout)及紅視(Redout)
前言
G-Force 也就是Gravity Force(重力), 就是一個不斷吸引飛機到地面的力量.
如前面討論過的, 當浮力大過或等於重力時, 飛機才能停留在天空中.
很多人會覺得....這是一個很淺顯的理論, 似乎不需要再特別探討下去的吧?
但, 為何還要特別為了
G-Force而開闢一個章節呢?因為G-Force對飛行的影響是絕大的, 這尤其是飛行的初學者絕對該學習的一件事
G-Force簡單定義
G-Force 或稱重力, 它的單位是
GG-Force 是如何定義的呢?
簡單的解釋就是, 在海平面下, 物體因為本身重量所造成被地球牽引的力量
那對於飛機來說, 就是當飛機平飛時, 飛機本身加上掛載加上駕駛員的重量受到地球的牽引力
以上的狀態是為正常的受力狀態, 這樣狀態我們定義為1G.
另外如前面說過的, 浮力是相反於重力的力量
所以, 在一般的狀態下, 浮力的計算也可簡單的用
G 來表示所以當飛機平飛時, 其浮力也可定位1G
看到這裡或許有人要問了
寫了這麼一大串, 那G-Force 到底有什麼重要的地方呢?
請繼續下面一節吧
^_^
為何我們需要在意G-Force?
這是因為G-Force並不是恆定的
最基本的力學公式告訴我們
F=ma F是為力, m為物體的重量, a 為加速度
在探討G-Force的狀態時我們可以改寫上面那個公式成為
G=mg 這裡G 為G-Force, m 還是為物體的重量, g 則為重力加速度
為何我要強調這公式呢?
因為如我之前提到的, G-Force並不是恆定的, 但重力加速度是恆定的
(呃...幾乎啦)換句話說, 物體的重量會因為G力的改變而改變
也就是說當G-Force增加時, 物體重量也會增加
但當G-Force減小時, 物體重量也會減小
另外還要在說明的是...關於G-Force的正負之別
那怎麼定義G-Force的正與負呢??
這則是看G-Force對物體施壓的方向
換句話說,
當G-Force自上往下時, 這G-Force我們定義為正
當G-Force 自下而上時, 這G-Force我們定義為負
(註, 這跟地面方向是沒有連帶關係的)
這點怕有人看不懂
我們可以舉個生活上常見的例子, 如電梯的使用
若是在電梯中急速上升的話, 會感受到自己被向下壓, 這就是承受了額外的
＋G力若是在電梯中急速下降的話, 會感受到自己輕飄飄的, 像是要浮起來似的,
這就是承受了額外的
－G力(要注意一點, 這時只是承受了''額外''的
－G力罷了並不代表這時是處在－G的狀態下, 這兩者可有很大的不同的!!!)
所以.......
當飛機做急速向上的動作時, 飛機及駕駛員就會承受到
＋G力但當飛機做急速下降的動作時, 飛機及駕駛員就會承受到
－G力(要強調一點, 這急速向上或向下的動作並不代表一定是爬升或下降!!!!
只要是機頭被拉起或是機頭被壓低的動作都會帶來G力的變化的!!!)
(換句話說, 當作 break turn時雖然是水平的動作
可是會產生離心力, 而這離心力的大小也可以G來計算)
這改變對生活在地面的我們來說, 並不是什麼重要的事
但對於飛行員來說, 改變重力, 對他們的影響就很大了
因為當急轉彎, loop, 或是用力壓低機頭, 都會改變到飛機及飛行員所承受的G-Force
所以, 飛行員跟飛機機身隨時都有可能會承受到相同於本身重量倍數(正或是負)的力量!!!!
會造成的影響就是,
1. 對於飛機本身來說, 有可能會因為過重的力量難以承受而自我解體
(這在一次大戰, 或二次大戰中是很普遍的事,
就算是現代的戰機還是有可能會因為過重的G-Force而解體)
2. 對飛行員來說, 不當的操作造成的G-Force會造成本身身體的傷害甚至死亡
一般說來, 人類對於G-Forced 的承受度在於
－3G到＋9G 之間
黑視(Blackout)與紅視(Redout)
黑視與紅視症就是駕駛員受到額外(正或是負)G力所產生生理上的影響
當駕駛員做急轉彎,或猛然拉高機首時他會承受額外的＋G力
這時, 因為壓力自上而下, 血液會因為壓力而由頭部流往腳部
換句話說, 腦部的血液會突然減少, 而因此造成視線模糊的症狀
這就是所謂的黑視症
反過來說
當駕駛員急速壓低機首時, 他會承受到額外的
－G力這時, 因為壓力自下而上, 血液會因為這壓力而由腳步堆積到頭部
於是, 腦部的血液會突然增加, 同樣的, 眼睛也會因此充血
所以看出去的景物將會一片血紅....
這種狀態就是所謂的紅視症
那這兩種症狀會有什麼問題呢? 又需要怎麼治療呢?
簡單的說, 這其實都只是身體所發出的一項警訊
目的是讓駕駛員知道, 你已經到達自己身體的限界了
這時能做的舉動即是趕快的放鬆搖桿以減少這額外的G力
症狀即會慢慢回復的.....
但, 要是不加以處理而任由症狀繼續的話
駕駛員會面臨缺氧或充血造成的身體機能損傷
最嚴重的狀態是會造成死亡的.....