超音速战斗机突然加速爬升的时候,由于惯性的作用,飞行员身体中的大量血液会被迫从心脏流向双脚,造成心脏和头部缺血,引起视觉中枢神经系统和呼吸系统障碍,相继出现“灰视”“黑视”乃至于意识丧失。如果没有有效防护,最终会导致机毁人亡。
那么如何解决这个问题呢?科研人员从自然界得到了启发。
我们知道人类倒立时会觉得轻微痛苦,且头和面部会涨、红,这正是大脑充血造成的。
长颈鹿心脏位置距头部2.5~3米,而人类心脏到头部的距离不足0.5米,人体动脉收缩压约120mmHg可满足大脑的血液灌注。而长颈鹿为了满足大脑的血供,动脉收缩压约需300mmHg,是实实在在的“高”血压。
长颈鹿低头喝水时,相当于将头从5米左右的高度放到地面,由于头部处于心脏水平以下,因此造成的血压是人类的数倍。可是这种条件下,为什么长颈鹿的血液却没有一股脑地涌向头部呢?
正是因为长颈鹿静脉中的瓣膜/阀门。长颈鹿的颈静脉有7个阀门,能够通过感受器控制长颈鹿的颈静脉流量。
当长颈鹿低头时,为了防止下腔静脉的血流倒灌入颈静脉,颈静脉的阀门会关闭,一定程度上也造成了颈静脉的压力升高,因此长颈鹿低头喝水时也许会和人类倒立时的感受相同。但其颈静脉的阀门,却防止了长颈鹿的脑血管被压爆。
研究人员利用长颈鹿的这一生理结构,发明了抗荷飞行服,保证飞行员飞行顺利。
过载防护技术的基础研究发现,过载每增长一个G,心水平的心脏收缩压降低3mmHg,而心脏舒张压保持不变。同一条件下,眼水平的收缩压降低32mmHg,舒张压降低19mmHg。
穿着抗荷服,过载每增长一个G,心水平的心脏收缩压和舒张压可相应提高5mmHg,同一条件下眼水平的收缩压和舒张压的降低值可减小20mmHg和14mmHg。
抗荷服充压提高过载耐力通过三种方式实现:在下肢施加高的组织压力增加外周血管阻力;过载过程中,通过支撑腹壁防止横隔膜下降;施加高的对抗压限制血液在腹部及腿部容量血管中的潴留。
囊式抗荷服:
是在抗荷服衣面与体表之间设置可充气的密闭胶囊-抗荷囊,分布在腹部、大腿及小腿,五个部分相互连通,飞行中出现过载时,抗荷调压器自动工作对抗荷服充气,被抗荷服衣面束缚的抗荷束膨胀压紧腹部、大腿及小腿,限制内脏下移变形,阻滞血液向下肢的惯性流动及在下肢潴留,保持头部血压相对稳定,使飞行员可以耐受更大或更长时间的过载作用。
管式抗荷服:
是在裤子两侧,从胸廓下缘直至外踝以上,各有一条拉力管,拉力管与服装之间由许多条交叉小带连接,当拉力管充气膨胀,通过系带传递,拉紧衣面对体表产生机械压力。
简单来说,飞机在进行大过载飞行动作时,抗荷服一定程度阻止人体血液向下流动,保证飞行员大脑的供血和供氧。
正如长颈鹿低头时,颈静脉的阀门会关闭,一定程度阻止下腔静脉的血流倒灌入颈静脉,防止了长颈鹿的脑血管受损。
随着军事仿生学的发展,越来越多现代化武器装备中出现了动物的身影。自然赋予科技灵感,而科研人员用汗水和时间突破认知极限,将思想火花锻造成攀登科技高峰的钢缆,为打造世界一流军队而不断向前迈进。