穿上它,重力剧变就不再令人担忧了_飞行员论文

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美国得克萨斯州空军国民警卫队第149 战斗机联队指挥官Hank Morrow上校已经飞了20多年。在那些日子里,他目睹了飞机性能的高速发展:如今的飞机既快捷又灵巧,以至常规的逃生动作,都会让飞行人员承受的重力剧增9倍的身体质量,即9个G。 这种量的重力会引起飞行员的疲劳、眩晕,甚至当重力将血液与氧气自脑部、肺部和心脏猛烈压出时,还会致命。抗重力服(抗G服)是通过在衣内填充压缩空气, 压迫下肢,迫使体液向上流动,从而保护飞行员的。然而抗重力服的技术进步几乎停滞了半个世纪,而飞机设计却在不断创新,这样许多飞行员就任由飞机摆布。如果空军装备部让飞行员穿上一种叫做“力贝拉”(Libelle)的抗重力服,也许所有这一切都可能会改变。

这种新型抗重力服使用了一种革命性的填充液体,是前瑞士空军战斗机飞行员Andreas Reinhard的智慧杰作。他退役后成为一名发明家,于1996年成立了一家生命维护系统公司(Life Support Systems),开始重力服的研发工作。力贝拉抗重力服不同于以往的空气媒介式抗重力服,而是让飞行员全身包裹在液体中,很像胎儿在子宫羊水中受到保护那样。Morrow上校最近在美国加州爱德华兹空军基地试穿了这种服装,对其效能非常惊喜。他告诉力贝拉研发小组的成员,如果他们愿意卖给他一件,他就立即开张私人支票。

Reinhard说第一次想到设计力贝拉抗重力服(力贝拉在德语中是蜻蜒的意思)是在1987年,当时他还在瑞士空军服役。他的灵感来自蜻蜓,因为它是唯一能承受30G重力的动物, 原因在于蜻蜒的心脏系统被液体所包围。他回忆说:“每次空中缠斗训练下来,我都精疲力竭。那时,我就幻想,要是整个驾驶舱充满了粘稠度和密度同血液一样的液体,该多好啊!”

在研制力贝拉的过程中,Reinhard重温了20世纪40年代提出的一种思想,当时首次出现抗重力服装。第一件抗重力服装是加拿大多伦多大学的Wilbur Franks研制的。Franks当时发现:悬挂在水中的玻璃试管,它们在离心机中没有破裂。他以此观察所得,将水填充于两层橡胶垫之间,制作成简易的原型抗重力服。但后来,他的成品中是用空气取代了水,其基本设计和今天飞行员所穿的抗重力服大致相同。

为了改进现有的抗重力服,Reinhard及其工程师的首要任务之一就是找出一种无毒、不可燃且能吸收重力的液体。该小组先研制出了几种原型服,其中一种内充的是硅酮(跟隆胸手术中所使用的材料一样)。随后,他们选定了其中的一种,内充的是加入了一种神秘的“特殊材料”的蒸馏水。万一飞行员自高空弹射出来,该材料能防止力贝拉结冻。Reinhard说,该液体在直径5厘米的管道中流动, 这些管道延伸于双臂、腿和躯干间。这些液体是可以安全饮用的,万一飞行员失事,它甚至可作为紧急饮用水。

另一项任务是寻找能承受重力突变的衣料。Reinhard指出:“飞行员的全身需包裹在受压也不会变形的衣料内。与此同时,该服装需柔软有弹性,飞行员穿上它能活动自如。”因未找到合适的面料生产厂家,研制力贝拉的工程师决定自行研制所需的服装面料。他们将杜邦公司的阻燃诺梅克斯(Nomex)纤维和坚韧的凯夫拉尔(Kevlar)纤维混纺, 成为一种“横向坚韧,纵向柔和”的面料。

飞机在超音速回转或螺旋式下降过程中,由于重力在瞬间增强,力贝拉服的液体管道收缩,周围的纤维面料跟着拉紧。我们可以想象,当飞行员启动后燃器后,周围的水会逐渐挤压飞行员的身体,他全身就仿佛包裹在水压式的老虎钳内。传统重力服几秒钟后才会反应,因为必须经机载气动系统将空气压入各种气囊。爱荷华州空军国民警卫队的资深飞行医官陆军上校Christian Ledet,在爱德华兹空军基地试穿了力贝拉服之后说:“使用力贝拉服,你感觉不到它在发挥作用。它就在那里,在你发觉它之前,已经完成了回应物理学定律。”

力贝拉服是同类产品中最早达到生产阶段的飞行服,并足以和最先进的充气型抗重力服——美国空军的“战斗优势”(Combat Edge )夹克匹敌。在爱德华兹空军基地的几次试飞中,一个飞行员身穿力贝拉,而另一个坐后舱的飞行员穿“战斗优势”服。Morrow回忆道:“我们飞到5500米高空,启动后燃器,并开始9G重力的螺旋翻转,直到后座的飞行员认输讨饶。”Ledet证实:穿上力贝拉,“你可以比较容易呼吸和交谈。当我落地时,不会再像一条扭干的毛巾那样。若穿传统的重力服,我甚至累得无法走出座舱。”

瑞士这家生命维护系统公司开办2年后,Reinhard 同德国一家生产飞机救生和安全设备的制造商自动飞行公司(Autoflug)合作,协助推动力贝拉的最后研发和市场营销工作。除了美国之外,他们还在德国和荷兰空军基地,请一些飞行员穿着力贝拉服进行试飞,结果都很成功。目前,该公司的目标是说服英国、德国、意大利和西班牙,把力贝拉服用于它们正在制造的下一代“欧洲战机”(Eurofighter)的装备上, 欧洲战机最终将取代米格29、幻影和旋风战斗机。

2001年10月,美国国防部把力贝拉服选入了它的“国外军品比较测试(FCT)”计划中。Reinhard认为“五角大楼的动作太慢了。 ”但就这一具体案例而言,耐心地等待可能会得到回报,长达1 年的评估工作于今年春季启动。FCT办公室项目经理John Ryan少校预计,力贝拉服可能会高分地通过测试,“它可能会获得空军的大量采购”。虽然尚未得到保证,但空军的这批定单,可能会让Reinhard、德国自动飞行公司和力贝拉的投资商大赚一把。

虽然在爱德华兹空军基地和欧洲的第一轮试验都表明,力贝拉服将大有可为,但美国得克萨斯州休斯顿维尔实验室的资深科学家、国际航空航天医学研究院主席Ulf Balldin感到, 力贝拉服尚缺少确立其绝对优势的医学证据。他说:“我研究重力服多年,就我所知,力贝拉尚未得到适当的测试和证明。”但Reinhard却不赞同上述说法:“经过几百次离心机的乘载,又在超过80种不同的载具上做过数百次试飞,我们相信已准备走向市场。”

有关力贝拉服的任何疑点,都应该在严格的FCT计划中被清除。 届时,飞行员、医生和工程师将对力贝拉服作深入细致的考察,以确保它是目前最优良的技术。 美国空军作战指挥部人力系统综合处处长Peter Demitry上校解释说:“我们将逐项进行试验,找出它的真正价值, 它到底好在哪里,又有哪些方面不够理想。”

与此同时,Reinhard和生命维护系统公司、自动飞行公司的研究小组正在完善设计,以满足潜在客户提出的一系列要求(美国飞行员希望能多加几个口袋),同时,继续游说“欧洲战机”集团。至于和五角大楼的有利买卖,Reinhard和他的公司至少得等到2003年才有结果。但如果试飞员的赞美之词属实,力贝拉服走向成功之巅将是必然。

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