G力

G力(gravitational force equivalent or G-force),也可稱「重力」; 原為一航空專有名詞,現在廣泛做為移動或改變切線,或是加速度與減速度時承受力道的單位。

定義

「G」:地球表面的重力加速度;飛行器加上載重和駕駛員之重量,且飛行器處於平飛時,這種狀態定義為「1G」。而當飛行器改變慣性,如加減速或是進行非直線動作時即會產生的重力(G)。

當飛行器加速或攀升,而導致重力由上往下,或進行非直線的動作的離心力,就會產生G力,產生G力與地面位置無直接關係而與飛行器原有位置及方向有關,例如飛行器上下顛倒並往地面接近時,即使地面是在下方亦會產生正G力。

相對的當飛行器減速或下降而使重力由下往上時,就會產生G力,此時的上下亦與地面位置無直接關係。

當前航空科技已發展出向量噴嘴及新操控方式和組件,能使飛行器的行進方向與機身方向不同,此時機鼻方向的改變也會造成G力。

影響

其實在生活中隨時都會產生額外G力,但是多半因為過於微小因此往往被忽略,若要明顯體驗則可利用高速的器材或交通工具,例如雲霄飛車民航機,但此類方式所產生的G力仍舊在一般人體的可承受範圍之內,而對於隨時在進行超高速動作飛行器上的飛行員而言,G力卻是不可忽視的一個重要關鍵,且往往決定生死。

首先是飛行器的組件,包括蒙皮及剛性結構、接合點…皆有可能因為高或長期的G力之影響,而產生材質疲勞或劣化,極有可能會造成損壞而導致嚴重後果,甚至是支撐不住而空中解體。

一般而言,正常狀態下的人體所能承受的最大極限為正9G到負3G之間,而當正G力越大時,血液會因壓力而從頭部流向腿部而使腦部血液量銳減,此時二氧化碳濃度會急遽增加,並因缺血缺氧而影響視覺器官造成所謂的「黑視症」(Blackout)。

反之,當負G力過大時,身體的血液會反向的由下往腦部集中,造成腦部充血危及微血管,同時眼球也因過度充血而使得進入的光線都呈現血液色,稱為「紅視症」(Redout)。

一般來說,短暫的「紅視症」與「黑視症」只是人體自我保護機制產生的警訊,用以警告人體已經瀕臨極限,倘若繼續維持甚至增加G力,腦部將再因保護機制而導致昏厥,此時位於空中的飛行器即有極度危險;接著,當G力超過人腦所能負荷極限時,則人腦將因長時間過度缺氧或充血的血管破裂而造成永久性傷害,最嚴重的即是因腦部嚴重損傷而死亡,或是脆弱的內部組織因持續遭受高G力而產生破裂,造成嚴重出血並危及生命。

另外根據研究,許多飛航意外喪生的乘客,都是因為墜落過程或觸地一瞬間產生的強大G力即已死亡,而非之後的災難(火災、壓迫……)而導致死亡。

對策

目前最有效也最普遍的減緩方式是抗G衣,當高正G力產生時,飛行員所穿著的抗G衣即會在四肢充氣增加壓力藉以逼使血液回流至腦部;但是一般抗G衣會因手部末端充氣而導致無法精準操控,因此部分新式抗G衣增加自我監測微調或利用液壓而達到精準的血液流量控制。

動態恢復是現在正研究的一種輔助方式,系統隨時監測飛行員的生理狀態,當飛行員陷入昏厥時系統自動接手飛行器,將飛行器校正至G力較小的狀態,同時利用刺激裝置(電擊、嗅覺……)使飛行員清醒。

參見

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