автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.02, диссертация на тему:Методика определения безопасности воздействия перегрузок "голова-таз" при катапультировании на больших скоростях полета

На правах рукописи

Шибанов Виктор Юрьевич

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПЕРЕГРУЗОК «ГОЛОВА-ТАЗ» ПРИ КАТАПУЛЬТИРОВАНИИ НА БОЛЬШИХ СКОРОСТЯХ ПОЛЕТА

О

05.26.02. - Безопасность в чрезвычайных ситуациях (авиационная и ракетно-космическая техника)

1 О НОЯ 2011

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2011

005001515

Работа выполнена в ОАО «НПП «Звезда» имени академика Г.И. Северина» и в ФГУ «Государственный научно-исследовательский испытательный институт военной медицины Минобороны России»

Научный руководитель:

кандидат технических наук

Лившиц Александр Наумович

Научный консультант:

доктор медицинских наук, профессор

Моисеев Юрий Борисович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Кукушкин Юрий Александрович

доктор технических наук, профессор

Строганова Любовь Борисовна

Ведущая организация:

Войсковая часть 15650

Защита состоится 2011 года в /0 часов на заседании

Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 002.111.02 при Учреждении Российской академии наук «Государственный научный центр РФ - Институт медико-биологических проблем РАН» (ГНЦ РФ - ИМБП РАН) по адресу: 123007, Москва, Хорошевское шоссе, дом 76-А.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНЦ РФ - ИМБП

РАН.

Автореферат разослан «¿£у> /0 2011 года

Ученый секретарь диссертационного сов доктор биологических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

. Актуальность работы. При возникновении неполадок или повреждения летательного аппарата (JIA) и невозможности его штатной или аварийной посадки члены экипажа оказываются в условиях чрезвычайной ситуации. Основным способом спасения летчиков военных реактивных самолетов в этом случае является катапультирование с использованием катапультного кресла (КК). При этом одним из наиболее существенных факторов, влияющими на безопасность катапультирования, являются воздействие ударных перегрузок, а также непосредственное воздействие набегающего воздушного потока.

Вопросы, связанные с защитой от непосредственного действия набегающего потока на современных российских КК типа К-36 в известной степени решены (Г.И. Северин, A.C. Барер и др.), а основным травмирующим фактором оказывается перегрузка катапультирования, действующая в направлении «голова-таз» - пу (Г.П. Ступаков, B.C. Казейкин, Ю.Б. Моисеев), приводящая к компрессионным травмам нижних грудных и поясничных позвонков. Частота получения таких травм летчиками даже в случае применения современных КК может достигать 10...30% (Дж.В. Бринкли).

Благодаря исследованиям, проводившимся во второй половине XX века как у нас в стране, так и за рубежом достаточно хорошо изучен вопрос о характере компрессионных травм позвоночника, обусловленных действием этих перегрузок, а также вопрос о его прочности и несущей способности (Г.П. Ступаков, С.А. Гозулов, В.А. Корженьянц и др.). Были установлены основные факторы, влияющие на риск перелома позвоночника в результате действия ударных перегрузок, и получена количественная связь между физическими параметрами этих перегрузок и вероятностью травмирования, что позволило создать инструментарий для определения безопасности воздействия перегрузок катапультирования.

Все известные критерии безопасности воздействия перегрузки в направлении «голова - таз» были получены в условиях катапультирований на малых скоростях, исходя из того, что на тело летчика воздействует суммарная, передаваемая через кресло перегрузка, сжимающая его позвоночник. Между тем, в соответствии с современными требованиями, КК должно спасать летчика на всех режимах полета, в том числе при больших индикаторных скоростях (900...1300 км/час). При этом, как известно из многолетней практики применения КК, вследствие воздействия набегающего потока значения перегрузок в направлении «голова-таз» существенно возрастают, и это, по существующим критериями, должно приводить к значительному увеличению вероятности компрессионных травм позвоночника.

Проблема определения уровня допустимых воздействий при катапультировании становится особенно актуальной в связи с тем, что новые отечественные КК (типа К-36Д-3.5, К-36Л-3.5Я и К-36Д-5) создавались с

учетом расширенных требований, приводящих к возрастанию уровне перегрузок, и прежде всего - перегрузок в направлении «голова-таз».

Так, уменьшение массы пилота и самого КК, а также увеличение угл установки кресла в кабине ЛА с целыо улучшения условий штатной работ) экипажа, приводит к увеличению значений перегрузок, действующих вдол позвоночника человека при катапультировании. Это, в свою очеред! приводит к ограничению скоростного диапазона применения самолета или отказу от установки кресла под углами, обеспечивающими благоприятнуь штатную работу летчика.

Увеличение максимально допустимых скоростей и чисел Маха, н которых должно быть обеспечено безопасное катапультирование, также приводит к существенному увеличению уровней перегрузок, действующих н летчика по всем направлениям. Для их снижения необходимо применение различных, технически сложных, дорогих и громоздких схем и устройств, неблагоприятно влияющих на технические и эксплуатационные характеристики КК и JIA.

В связи с отмеченными конструктивными особенностями перспективных КК и расширенными условиями их применения возникает насущная необходимость разработки методики определения безопасности воздействия перегрузок «голова-таз» в условиях реальных катапультирований, то есть тех их пороговых значений, которые не приводят к получению летчиком травм позвоночника и обеспечивают безопасность летчиков в чрезвычайных ситуациях катапультирования.

Цель работы - разработка на основании полученных экспериментальных данных и проведенного математического моделирования методики оценки безопасности воздействия на тело летчика перегрузок в направлении «голова-таз», возникающих при катапультировании на больших скоростях полета самолета, и се апробация применительно к случаям реальных катапультирований.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1) Провести сравнительную оценку травматизма позвоночника летчиков, катапультировавшихся из самолета на различных скоростях полета.

2) Выявить расчетным путем особенности воздействия на летчика перегрузки «голова - таз» при катапультировании на больших скоростях полета (свыше 900 км/час).

3) Экспериментально определить величину эффекта уменьшения сжимающего усилия в позвоночнике, возникающего под воздействием набегающего скоростного напора.

4) Экспериментально сравнить реакции антропоморфного манекена и тела человека на динамическое растягивающее усилие, аналогичное действию аэродинамических сил на верхнюю часть тела летчика после попадания его в воздушный поток.

5) Создать методику оценки безопасности воздействия на летчика перегрузки «голова - таз» при катапультировании в диапазоне индикаторных скоростей 0...1300 км/час, учитывающую биомеханическую реакцию тела человека на действие аэродинамических сил.

Научная новизна результатов работы заключается в том, что:

- впервые теоретически доказан и экспериментально подтвержден биомеханический эффект разгрузки позвоночника сидящего в катапультном кресле летчика под действием аэродинамических сил, возникающих при катапультировании на больших скоростях;

- разработана методика количественной оценки безопасных уровней воздействия перегрузки катапультирования, отличающаяся от существующих методик учетом влияния аэродинамических сил, которые действуют на тело сидящего в кресле летчика при покидании самолета на больших скоростях полета.

Практическая значимость полученных результатов состоит в разработке методического аппарата для определения безопасных уровней воздействия на летчика перегрузки «голова-таз» в случае катапультирования из самолета с учетом реальных условий полета на больших скоростях при различных углах установки КК в кабине. В результате снимаются ограничения по применению КК и эксплуатации самих ЛА на больших скоростях полета, связанные с повышенными уровнями действующих при этом перегрузок «голова-таз».

Основная часть исследований, легших в основу настоящей диссертационной работы, была проведена в рамках Этапа 5.6 Договора между ОАО «НПП «Звезда» и «ОКБ Сухого» от 26.12.2004 г.: «Разработка КК пятого поколения К-36Д-5 для объекта Т-50». На защиту выносятся:

1) Результаты аналитических и экспериментальных исследований, доказывающие наличие при катапультировании на больших скоростях полета биомеханического эффекта уменьшения сжимающего позвоночник летчика усилия от перегрузки «голова-таз» вследствие воздействия на его голову и верхнюю часть туловища растягивающих аэродинамических сил.

2) Методика, созданная для расширения возможности спасения летчика в широком диапазоне применения ЛА, и позволяющая количественно определять безопасность воздействия на тело летчика перегрузок катапультирования в направлении «голова-таз» при покидании самолета на больших скоростях полета.

Достоверность результатов исследования подтверждается четким формулированием базовых концепций исследования, строгим отбором гипотез и обоснованным применением используемых математических методов, совпадением расчетных значений с результатами, полученными в

условиях стендовых исследований, внедрением основных результатов работы, а также статистическими исследованиями реального применения катапультных кресел при катапультировании на больших скоростях полета.

Результаты работы реализованы:

- в «Акте по результатам Государственных испытаний КК К-36Д-3.5 в составе КСАП объекта 10В», утвержденном в/ч 22737, ОАО «НПП «Звезда» и ОАО «ОКБ Сухого» (2006 г.);

- в «Заключении о возможности установки КК К-36Д-5 в кабине объекта Т-50 под углом 22°», утвержденном ОАО «НПП «Звезда» и ОАО «ОКБ Сухого» (2008 г.);

- в межведомственной «Методике оценки травмоопасности перегрузок КУ на больших скоростях», утвержденной ВВС МО РФ, ГНИИИ ВМ МО РФ, в/ч 22737, ОАО «НПП «Звезда» и ОАО «ОКБ Сухого» (2009 г.);

- в «Отчете по результатам Предварительных испытаний катапультного кресла К-36Д-5», утвержденном в/ч 22737, ОАО «НПП «Звезда» и ОАО «ОКБ Сухого» (2010 г.).

Публикации и апробация работы. Материалы диссертации нашли свое отражение в 6 печатных трудах, в том числе в 3 изданиях, рекомендованных ВАК, одном патенте, а также в 12 отчетах по научно-исследовательским и испытательным работам.

Основные положения и научные результаты диссертационной работы обсуждались на конкурсах молодых специалистов ОАО «НПП «Звезда» (Москва 2007, 2009), на XXXIX научно-практической конференции ГосНИИИ ВМ Минобороны России (Москва 2010), на 9-й международной конференции «Авиация и космонавтика-2010» в МАИ (Москва 2010), на заседании секции научно-методического совета ГосНИИИ ВМ Минобороны России (Москва 2010), на заседании научно-технического совета ОАО «НПП «Звезда».

Методы исследования. В процессе выполнения настоящей работы проводились экспериментальные исследования с использованием антропоморфных манекенов и добровольцев-испытателей. Краткая характеристика исследований, применявшиеся методики, измерительные средства и количество выполненных экспериментов приведены в таблице 1.

Полученные в ходе проведенных исследований данные обрабатывались в соответствии с методами математической статистики с использованием соответствующих стандартных функций и процедур, имеющихся в компьютерных программах Excel и MathCad.

Теоретический анализ поставленных задач проводился путем конечно-разностного моделирования процесса катапультирования и расчетного анализа нагрузок, возникающих в ходе катапультирования, с использованием программы «САС-36» разработки НПП «Звезда» и дополнительных

расчетных модулей, созданных в среде МаЛСас! с использованием уравнений теоретической механики.

Таблица 1. Характеристика проведенных экспериментальных исследований

Исследование Методика Аппаратура Кол-во

Изучение исходов катапультирований Анализ отчетов и актов расследования авиационных происшествий - 762

Изучение воздействия аэродинамического потока на антропоморфный манекен в условиях наземного аэродинамического стенда (АДС) Проведение полунатурных экспериментов с последующим анализом записей усилий в имитаторах позвоночника и шеи антропоморфных манекенов при различных значениях углов установки КК, типах снаряжения и величины скоростного напора АДС ОАО «НПИ «Звезда» КК К-36Д-3.5 Антропоморфный манекен Hybrid-Ill. Тензовесы ТВ№6С-474 и ТВ№3 в позвоночнике и шее манекена 19

Изучение нагрузки в позвоночнике антропоморфных манекенов при катапультировании Анализ записей перегрузок и усилий в имитаторах позвоночника и шеи антропоморфных манекенов Антропоморфные манекены ADAM Large, ADAM Small, LOIS Акселерометры на КК и манекене фирмы «Entran» типа EGA-125 Тензодатчики серии 1716 в позвоночнике и шее манекена 21

Сравнительное изучение биомеханических реакций антропоморфного манекена и человека на растягивающее усилие Проведение экспериментов с тремя испытателями и антропоморфным манекеном по моделированию воздействия условий катапультирования и определением реакций между измерительным стендом и манекеном (испытателем) Стенд для определения силы реакции между катапультным креслом и летчиком Антропоморфный манекен Hybrid-Ill 4 однокомпонентных тснзовссов ТВ-«Тснзо-М» 18

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и Приложения. Основной текст диссертации изложен на 155 страницах, включая список литературных источников, проиллюстрирован 27 рисунками, содержит 23 таблицы. Библиография содержит 107 наименований, из которых 18 на иностранных языках.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение посвящено обоснованию актуальности работы, определению цели и задач исследования. В нем отражена научная новизна полученных результатов, их практическая значимость, сформулированы положения, выносимые на защиту, и дана общая характеристика работы.

В первой главе рассмотрены известные способы оценки безопасности воздействия перегрузок катапультирования «голова-таз» на позвоночник летчика. В настоящее время для этого широко используются два основных

подхода.

Согласно первому способу, изложенному в ряде отечественных нормативных документах, нормируется скорость нарастания перегрузки в направлении «голова - таз» , величина перегрузки пу и время ее действия

т. Аналогичный подход используется и в некоторых западных нормативных документах (М1ЫЗ-18471).

Однако при таком задании предельных уровней воздействия пу трудно решать вопрос о безопасности воздействий при изменении во времени значения перегрузки или при временах ее действия, отличных от заданных.

Более удобным является второй подход, реализованный в США (М1Ь-5-9479) и в России (ОСТ В1 02778-2001), основанный на использовании одномассовой математической модели реакции тела человека на ударную перегрузку. Под влиянием динамического воздействия груз, соответствующий телу летчика, деформируя пружину с демпфером, перемещается на определенное расстояние, измеряемое в условных единицах динамической реакции - так называемого индекса динамической реакции (ИДР или БШ). При этом определена связь между значением ИДР и риском получения травмы позвоночника.

Оба этих подхода рассчитаны на применение в идеальных условиях -летчик, принявший правильную изготовочную позу, катапультируется из самолета, летящего на относительно небольшой скорости. Поэтому все действующие критерии безопасности перегрузки в направлении «голова -таз» получены исходя из того, что на тело летчика воздействует суммарная, передаваемая через кресло перегрузка, сжимающая его позвоночник.

Между тем, в соответствии с современными требованиями, КК должно спасать летчика на всех режимах полета, в том числе при больших индикаторных скоростях (900... 1300 км/час). При этом, как известно из многолетней практики применения КК, из-за воздействия набегающего потока значения перегрузок в направлении «голова-таз» существенно возрастают, и это, по существующим критериями, должно приводить к значительному увеличению вероятности компрессионных травм позвоночника.

Все действующие на сегодняшний день способы создавались исходя из того, что на тело пилота действует только одна сила, пропорциональная перегрузке, которая передается через кресло и сжимает его позвоночник. Однако на самом деле, характер нагружения тела летчика при реальном катапультировании имеет более сложный характер. Общая перегрузка, воздействующая на КК, складывается из нескольких составляющих, часть из которых воздействуют на пилота со стороны кресла, а часть -непосредственно на само тело летчика. Таким силовым фактором, действующим на тело пилота, является в первую очередь аэродинамическая сила, возникающая при покидании самолета на большой скорости и оказывающая воздействие после выхода КК из кабины в поток. Известно, что

при катапультировании на больших скоростях полета на шею летчика действуют значительные растягивающие нагрузки. В принципе, через шейный отдел это растягивающее усилие может уменьшать компрессионные силы, сжимающие грудной и поясничный отделы, и тем самым снижать риск получения травмы. Таким образом, существующие методики оценки безопасности катапультирования в вертикальном направлении исключительно по величине общей перегрузки п, и максимальному значению DRI не являются универсальными и нуждаются в уточнении.

В связи с этим было проведены экспериментальные и расчетные исследования, направленные на определение влияния воздействия скоростного потока при катапультировании на возможную нагрузку на позвоночник, которые позволили бы скорректировать уровни предельно допустимых величин перегрузок «голова - таз» и методику вычисления DRI.

Во второй главе проведены статистические исследования исходов реальных катапультирований и полученных при этом травм летчиков. Проведенный анализ показал, что случаев травмирования позвоночников летчиков в случае покидания JIA на индикаторных скоростях свыше 900 км/час, в отличие от катапультирования на небольших (до 900 км/час) скоростях, отмечено не было (табл. 2). Поэтому, несмотря на повышенный уровень перегрузок на этих режимах на участке свободного движения КК и воздействия набегающего потока, увеличения частоты переломов позвоночного столба летчиков в процессе катапультирования при этом не наблюдается.

Таблица 2. Частота травм позвоночника летного состава при катапультировании_

Скорость аварийного покидания, км/ч Все типы КК

Общее кол-во Летчики с травмами позвоночника

Кол-во Доля

до 900 736 49 6,6%

900 и более 46 0 0%

Итого 782 49 -

Из анализа имеющихся статистических данных по применению КК типа К-36 можно сделать вывод о том, что катапультирование на максимальных скоростях не приводило к повышенному травматизму позвоночника летчика.

Таким образом, результаты реальных катапультирований на креслах типа К-Зб косвенно подтверждают предположение о наличии разгружающего эффекта набегающего потока воздуха, благодаря которому, при покидании на больших скоростях, несмотря на большие перегрузки, вероятность получения компрессионных травм позвоночника не увеличивается, а снижается.

В третьей главе представлены результаты аналитического исследования механизма воздействия на летчика перегрузки «голова - таз» при катапультировании на больших скоростях.

Для оценки величины усилий, возникающих в позвоночнике летчика в процессе катапультирования, и определения безопасности воздействия динамических условий катапультирования на больших скоростях полета при помощи конечно-разностных методов была исследована динамика катапультируемой системы и рассмотрено действие внешних сил на сидящего в КК летчика.

Расчет динамики пространственного движения системы «КК + летчик» показал, что при катапультировании на предельных режимах вертикальные перегрузки пу могут достигать 18...23 ед., а их максимальное значение продолжительностью 0,05...0,08 с приходится как раз на момент запуска РДТТ и начало свободного движения КК в потоке (пример расчетного значения перегрузки п, при индикаторной скорости 1300 км/час приведен рисунке 1, за ноль времени принят момент схода КК с направляющих и запуска РДТТ).

Рисунок 1 - Расчетные значения перегрузки катапультирования п.

Усилие сжатия позвоночника при катапультировании в значительной степени определяется контактными силами, возникающими между летчиком и креслом. Поэтому были проведены расчеты по определению величины этих сил в момент непосредственно после попадания КК в поток и включения РДТТ. Для этого использовались значения полученных ранее аэродинамических характеристик человека, сидящего в КК при различных углах атаки и скольжения катапультируемой системы.

Уравнение движения центра масс системы «катапультное кресло + летчик» в системе координат, связанной с КК в общей, векторной форме записи будет иметь следующий вид:

...¿/К _ - -ппр -.1иер —

где М, V, «-масса, линейная и угловая скорости системы «КК + летчик»;

' вектоРы аэродинамических сил, силы реакции со стороны

РДТТ и силы тяжести, действующих на систему «КК + летчик»;

С другой стороны, уравнение движения пилота, сидящего в кресле, имеет следующий вид:

ж _ - - - ,

где т, V), - масса и линейная скорость сидящего в КК летчика;

" векторы аэродинамических сил, сил реакции со стороны КК и

силы тяжести, действующих на сидящего в КК летчика;

Откуда получается выражение для силы реакции:

- т ...

я

азр —« знер —• I

+т(—хг-ку(<ухе)) ¿Л

Величина вертикальной проекции силы реакции между КК и сидящем в нем пилотом после схода кресла с направляющих будет определяться выражением:

ЛЯ, = Я/'+ЛК/,

где Яу'" = т{шх-о\Ах - Ау-(б)/ + со?)) + т-с,Ах - составляющая, связанная с вращением летчика относительно центра масс системы «катапультное кресло + человек» с угловыми скоростями со, и угловыми ускорениями е{ при проекциях расстояния между центром масс летчика и катапультируемой системы Ах и Ау;

ЛЯуд = - СуБч<] - составляющая, определяемая аэродинамическими характеристиками сидящего в КК летчика СуБч и величиной скоростного напора q.

1000 о

-1000 -2000 -3000 -4000

|5 \ 0

1,с |

—У=0 кмЛаас

—■— N/=300 ш/час --*--\/=600кы/час —*—У=1000 км/час --«-- у=1300 кмЛяс

Рисунок 2 - Изменение вертикальной проекции контактной силы АКЧ между креслом и летчиком после отделения КК от ЛА (при угле установки кресла х=П°)

Проведенные расчеты позволяют утверждать, что в связи с наличием приложенной к верхней части тела летчика аэродинамической силы

вертикальная составляющая контактной силы между летчиком и сиденьем кресла R в момент отделения летчика от кресла и максимальных значений щ будет уменьшаться. Вместе с ней будет уменьшаться и возникающее в поясничном отделе позвоночника под действием суммарной перегрузки катапультирования сжимающее усилие в направлении «голова - таз». Причем это снижение будет примерно пропорционально внешней аэродинамической силе, действующей на катапультируемую систему (рис. 2, где знак «+» указывает на сжимающий характер силы, а знак «-» - на растягивающий). Затем сила реакции может кратковременно увеличиваться, однако этому увеличению соответствует существенное снижение действующей перегрузки пу (рис. 1).

Результаты проведенных расчетов показали, что одному и тому же значению вертикальной перегрузки, действующей на систему «летчик-кресло» и зарегистрированному датчиками, установленными на КК, могут соответствовать, в зависимости от режима катапультирования, различные значения вертикальной контактной силы, определяющей сжатие позвоночника. Это обусловлено тем, что величина контактной силы определяется помимо вертикальных перегрузок угловым движением системы при несовпадении центра масс системы «КК + кресло» и центра масс летчика, а также аэродинамическими характеристиками облаченного в летное снаряжения пилота, сидящего в КК.

В четвертой главе представлен анализ результатов экспериментальных исследований особенностей воздействия на летчика перегрузки «голова - таз» при катапультировании на больших скоростях

При проведении численных оценок изменения контактной силы использовались аэродинамические характеристики летчика, сидящего в КК. Однако методически точно определить значения аэродинамических характеристик летчика весьма затруднительно, и полученные на основании исследований в аэродинамической трубе значения аэродинамических сил могут иметь достаточно большую погрешность. Кроме того, на основании интегральных аэродинамических характеристик летчика могут быть рассчитаны лишь аэродинамические силы, действующей на все тело целиком, тогда как на возможное изменение усилия в позвоночнике будет влиять в основном сила, воздействующая на верхнюю часть туловища пилота - на его голову, плечевой пояс и грудь. Именно эта сила будет создавать разгружающий эффект, снижающий сжимающие усилия, возникающие в позвоночнике летчика под действием перегрузок катапультирования в направлении «голова-таз».

Поэтому, для подтверждения наличия эффекта снижения усилий, возникающих в позвоночнике летчика под действием скоростного напора при катапультировании на больших скоростях, был проведен целый ряд экспериментальных исследований. Основными объектами этих исследований были антропоморфные манекены Hibryd-III, ADAM и LOIS. Эти манекены

были в свое время созданы таким образом, что их антропометрические и динамические характеристики максимально соответствуют характеристикам реальных людей (пилотов).

Прежде всего, проведена серия экспериментов на аэродинамическом стенде (АДС) с использованием антропоморфного манекена, целью которых являлось подтверждение наличия вертикальной аэродинамической силы, воздействующей на верхнюю часть тела пилота, а также определение ее величины и зависимости этой силы от скоростного напора и угла атаки КК.

Рисунок 3 - Растягивающие усилия в поясничном и шейном отделах имитатора позвоночного столба ан тропоморфного манекена НуЬп<М11 по результатам испытаний на АДС при индикаторной скорости 1300 км/час

Результаты испытаний на аэродинамическом стенде свидетельствуют о том, что при покидании самолета на больших скоростях аэродинамическая сила, действующие на голову и верхнюю часть туловища летчика при выходе КК из кабины в поток, оказывает растягивающее действие на позвоночник (рис. 3, 4).

Рисунок 4 - Зависимость растягивающего усилия в поясничном и шейном отделах имитатора позвоночного столба антропоморфного манекена НуЬпс1-Ш от индикаторной скорости при %=\Т по результатам испытаний на АДС

Следовательно, в условиях реального катапультирования эта сила будет способствовать снижению суммарного сжимающего усилия, возникающего в позвоночнике под действием перегрузок «голова - таз».

Величина этой силы прямо зависит от скоростного потока и обратно - от угла, под которым кресло оказывается в потоке.

Далее были проанализированы результаты экспериментальных катапультирований антропоморфных манекенов с замерами перегрузок в направлении «голова - таз» и прямым измерениями усилий, возникающих в различных отделах имитатора позвоночного столба. Целью этого анализа было подтвердить наличие и установить величину эффекта уменьшения под воздействием набегающего потока сжимающих усилий в позвоночнике в условиях реальной динамики катапультирования.

Анализ результатов экспериментальных катапультирований кресел К-36ДМ и К-36Д-3.5 с антропоморфными манекенами также показал, что максимальные уровни перегрузки в направлении «голова - таз», зафиксированные на КК и в манекенах определяют реальные сжимающие силы, действующие на позвоночник, лишь на этапе связанного движения, а также на активном участке, но при небольших скоростных напорах. При больших скоростях воздействие условий катапультирования приводит к существенному снижению усилий сжатия позвоночника (рис. 5).

W

Н/ед.

(а)

•

А А

— ч 101, Н/м

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 «ADAM LARGE ALMS

w

fl/ед.

L

(6) !

!

гг - •s. 1

Ч Ч i

Ч Ч S !

ч ч к

ч

8000 qio'.H/M1

• ADAM LARGE

Рисунок 5 - Соотношения максимальных значений усилий и перегрузок в имитаторе поясничного столба антропоморфных манекенов в ходе катапультирований К-36Д-3.5 на различных скоростях (а - на связанном участке, б - на активном участке)

Таким образом, проведенные экспериментальные работы подтвердили наличие эффекта частичного разгружения позвоночника и определили величину аэродинамической силы, воздействующей на туловище антропоморфного манекена при катапультировании на больших скоростях, а также установили прямую связь между действующим на манекен скоростным напором и уменьшением усилий сжатия, возникающих в имитаторе позвоночного столба сидящего в КК антропоморфного манекена.

Для подтверждения допустимости использования экспериментальных данных, полученных с использованием антропоморфных манекенов, при корректировке существующих на сегодняшний день критериев безопасности применения КК, была выполнена экспериментальная работа, призванная сравнить динамические реакции тела человека и антропоморфного манекена на условия катапультирования.

Серия сравнительных исследований, проведенных с участием испытателей и с использованием антропоморфного манекена Hybrid-Ill, позволила подтвердить, что их динамические реакции на воздействие, аналогичное тому, что возникают при катапультировании на больших скоростях во время выхода кресла в поток, различаются не более, чем на 10... 15% как по амплитуде, так и по скорости изменения и суммарному импульсу силы (рис. 6). Некоторое запаздывания фазы изменения нагрузки и отсутствие более высокочастотных гармоник изменения контактной силы для тела человека существенно не влияют на восприятие элементами его позвоночника действующей нагрузки. Следовательно, все количественные и качественные выводы по влиянию на безопасность применения КК условий катапультирования, сделанные на основании анализа экспериментальных данных, полученных с использованием антропоморфных манекенов, можно напрямую распространить на летчиков.

Рисунок б - Изменение контактной силы между КК и сидящем в нем испытателем/антропоморфным манекеном при их вертикальном нагружении

Таким образом, на основании проведенных расчетных и экспериментальных исследований можно сделать вывод о том, что

существующие критерии оценки допустимости воздействия перегрузок в направлении «голова-таз» при катапультировании справедливы либо до индикаторных скоростей порядка 900 км/час, либо, на больших скоростях -только на связанном участке движения КК. При попадании же летчика в поток на большой скорости на верхнюю часть его тела действует аэродинамическая сила, которая может частично разгружать позвоночник, испытывающий сжимающую нагрузку от перегрузки катапультирования в направлении «голова - таз».

Следовательно, несмотря на то, что при катапультировании на больших скоростях на систему «КК + летчик» воздействуют повышенные перегрузки в направлении «голова - таз», безопасность однократного применения КК типа К-36 при прочих равных условиях не снижается, а повышается.

В пятой главе, основываясь на полученных экспериментальных и теоретических данных, были созданы и апробированы методики оценки допустимости воздействия перегрузки катапультирования «голова - таз», учитывающие особенности воздействия условий катапультирования на больших скоростях.

Как уже было отмечено выше, на сегодняшний день общепринятыми являются два способа оценки допустимости силовых воздействий на позвоночник летчика в процессе катапультирования:

• по максимальной величине перегрузки в направлении «голова-таз», измеряемой на манекене и кресле вблизи центра масс системы «КК + пилот», которая сравнивается с предельно допустимой величиной и/0";

• по максимальной величине динамической реакции вдоль вертикальной оси тела, которая также сравнивается с предельно допустимой величиной ОМ"'".

Оба этих метода являются опосредованными способами оценки величины усилий, возникающих в позвоночнике под действием внешних сил, воздействующих на сидящего в кресле летчика. При этом предполагается, что сжимающее усилие в поясничном отделе позвоночника напрямую коррелируется с суммарной перегрузкой «голова - таз» и индексом динамической реакции.

Принятые на сегодняшний день значения п,дт и Г)ИГ'0П получены в условиях, соответствующих катапультированию на скоростях, близких к нулю. Проведенные расчетные и экспериментальные исследования позволили установить, что использование действующих методик оценки безопасности воздействия перегрузки катапультирования «голова - таз» (как по величине максимального значения перегрузки, так и по уровню динамической реакции) оказывается корректным лишь в условиях отсутствия воздействия на летчика аэродинамического потока, то есть на связанном участке движения КК, а также на активном участке движения при индикаторных скоростях до 900 км/час.

Основываясь на результатах проведенных расчетных и экспериментальных исследований, критерий по оценке допустимости воздействия перегрузки в направлении «голова-таз» для кресел типа К-36 должен быть уточнен с учетом реальных силовых факторов, действующих на тело летчика при катапультировании. Предельные уровни этой перегрузки по-прежнему должны определяться исходя из предельных сжимающих усилий, которые выдерживают нижние отделы позвоночника человека, однако при этом должна учитываться величина разгружающего эффекта, возникающего в позвоночнике под действием аэродинамических сил при аварийном покидании ЛА на больших скоростях.

Так, при использовании КК типа К-36Д-3.5 максимальная допустимая величина перегрузки катапультирования «голова - таз» после попадания летчика в поток, в зависимости от угла установки КК в самолете может быть увеличена до 22.. .26 ед. с учетом темпа ее нарастания и скоростного напора в момент катапультирования (рис. 7). На малых же скоростях предельная величина перегрузки пу по-прежнему должна определяться в соответствии с действующими критериями (пудт = 18 ед. при времени действия этой перегрузки не более 0,25 с и скорости нарастания не более 250 ед./с).

.

.( 1 )

■r^

---------

1Г-1 \UJ

г i \ ......... ________J

• -«—(2) Угол установки кресла 22 грз ¡ -

—Г"Г I I

400 500 600 700 800 ООО 1ОО0 1100 1200 1300 1400

Рисунок 7 - Значения максимально допустимого уровня перегрузки в направлении «голова-таз» п/"" на активном участке в зависимости от условий катапультирования

Что касается величины DRI, то в качестве предельных значений DRI""" следует принимать установленные на сегодняшний день величины. Однако, использование существующей методики определения DRI позволяет выявить прямое соответствие между ее величиной и значениями усилий в позвоночнике лишь до попадания летчика в поток, либо на активном участке при значениях индикаторной скорости V, < 900 м/с. При больших же значениях индикаторной скорости требует корректировки сама существующая методика определения динамической реакции, поскольку в этом случае увеличению определенного с ее использованием значения DRI соответствует уменьшение сжимающего усилия в позвоночнике.

На основании анализа и обработки результатов экспериментальных работ по определению влияния скоростного напора на усилие в позвоночнике летчика была создана двухмассовая модель воздействия вертикальной перегрузки катапультирования на летчика (рис. 8).

-т-

кс| к ^ ||1|с

х2

-ш

Х[

Рисунок 8 - Двухмассовая модель определения динамической реакции тела летчика

Эта модель позволяет рассчитывать динамическую реакцию позвоночника летчика с учетом реальных особенностей катапультирования, в том числе индикаторной скорости в момент катапультирования, угла установки КК в кабине, массы и антропометрии летчика, наличия привязной системы, линейного и углового движения КК после катапультирования.

Величина индекса динамической реакции по двухмассовой модели

будет определяться согласно следующим выражениям:

2

ош(0 = 3(0

%

Л2 " сИ

где д - коэффициент демпфирования модели (0,224); <а„ - собственная частота модели (52,9 рад/с); g - ускорение свободного падения (9.81 м/с2);

// - коэффициент, учитывающий влияние жесткость снаряжения и системы фиксации,

т2 - масса верхней части тела сидящего в КК летчика, участвующая в нагружении позвоночника;

tk

где cc(t) = х + ^coz(t)dt - приближенное значение угла атаки КК; о

Х~ угол установки КК в кабине;

KL - коэффициент, учитывающий степень влияния набегающего потока в зависимости от роста сидящего в КК летчика;

X - коэффициент, учитывающий инерционные характеристики сидящего в КК летчика;

"х(0> ny(t) " перегрузки КК вдоль связанных осей ОХ и 0Y;

<°x(t), ox(t) - угловые скорости КК относительно связанных осей ОХ и 0Z;

V0 - скорость ЛА в момент катапультирования;

Fa,Poo(Vio. a(t)) - аэродинамическая сила, воздействующая верхнюю часть тела пилота и зависящая от угла таки КК a(t) и начального значения индикаторной скорости КК Уш.

Расчеты, проведенные по предложенной модели, показали, что как характер изменения полученного с применением предложенной методики значения DRI(t), так и его абсолютные величины (отнесенные к массе верхней части тела) в целом лучше определяют значение возникающего в позвоночнике летчика усилия F„me(t), чем зависимость DRI(t), вычисленная с использованием общепринятой методики, не учитывающей особенности воздействия условий реального катапультирования.

Предложенная модель обладает рядом несомненных достоинств, однако ее недостатками являются громоздкость процедуры вычисления DRI, а также наличие ряда параметров, значения которых были определены по сравнительно небольшому числу экспериментальных данных. В связи с этим предлагается вторая, несколько более простая динамическая модель, учитывающая частичную разгрузку позвоночника от воздействия набегающего потока при помощи коэффициента А (рис. 9). Величина индекса динамической реакции по этой модели будет определяться согласно следующим выражениям:

г

DRI(t) = ô(i) ¿h;

g

i^l + ïç^d^l + colSit) = (ny(t)-cosz)-g/A. dt dt

Здесь коэффициент A определяет эквивалентное уменьшение эффективного сжимающего воздействия перегрузки катапультирования «голова-таз» на позвоночник летчика за счет наличия аэродинамических и инерциалышх сил при выходе КК в поток.

Рисунок 9 - Скорректированная одномассовая модель определения динамической реакции тела летчика

При этом для участка связанного движения значение коэффициента А принимается равным 1, а для участка свободного движения значение коэффициента А определяется в зависимости от индикаторной скорости полета в момент катапультирования VI и угла установки кресла в кабине самолета % (рис. 10).

Рисунок 10 - Значения корректирующего коэффициента А для вычисления динамической реакции летчика

Сравнение существующей и двух предложенных моделей показывает, что различие между двумя предложенными моделями по максимальным значениям динамических реакций составляет 1...3 ед., и при этом вторая модель обеспечивает больший запас по безопасным уровням воздйствия перегрузок и существенно проще в использовании. Именно эта модель и была включена в утвержденную ВВС МО РФ, ГосНИИИ ВМ МО РФ, в/ч 22737, ОАО «НПП «Звезда» и ОАО «ОКБ Сухого» «Методику оценки травмоопасности перегрузок КУ на больших скоростях». Разработанная Методика была, в частности, использована для анализа результатов предварительных испытаний КК пятого поколения К-36Д-5.

ВЫВОДЫ

1) Анализ исходов реальных катапультирований показал отсутствие переломов позвонков у летчиков, спасшихся при катапультированиях на скоростях полета более 900 км/час, в то время как аварийное покидание на меньших скоростях в отечественных КК сопровождалось переломами в 6.6% случаев.

2) В результате проведенных расчетно-теоретических работ установлено, что при больших скоростях полета:

- максимальные величины ударной перегрузки «голова-таз» в системе «летчик - КК» отмечаются на этапе выхода кресла из кабины самолета и могут достигать при максимальных индикаторных скоростях более 18...23 ед.;

- величина контактной силы реакции между летчиком и КК, образующаяся под действием ударной перегрузки и определяющая компрессию позвоночника, зависит от индикаторной скорости полета самолета в момент катапультирования V, и угла установки КК в кабине^, уменьшаясь при -/=17° и V, = 1300 км/час в момент выхода КК из кабины ЛА на величину до 3200 Н.

3) Экспериментально установлено, что при попадании летчика в поток на большой скорости на верхнюю часть его тела действует растягивающая аэродинамическая сила, которая частично разгружает позвоночник (на 500...3000 Н при х = 17° и V, - 900...1300 км/час), испытывающий сжимающую нагрузку от вертикальной перегрузки катапультирования. Поэтому одно и то же значение перегрузки катапультирования в направлении «голова - таз» оказывается на большой скорости полета бойее безопасным, чем на малой. При этом увеличение угла установки КК в диапазоне X = 17°...30° при катапультировании на большой скорости полета ведет к относительному снижению растягивающего позвоночник аэродинамического усилия (при V,- = 1300 км/час изменение угла установки % с 17° до 30° приводит к снижению растягивающих усилий с 3000 до 1800 Н).

4) На основании сравнительных экспериментов показано, что динамическая реакция тела сидящего в КК человека и антропоморфного манекена на растягивающее воздействие оказываются, с учетом 90%-го доверительного интервала, идентичными по величине и суммарному импульсу, что, в свою очередь, позволяет полностью распространить данные, полученные в испытаниях с антропоморфными манекенами, на летчика.

5) На основании анализа экспериментальных данных разработана и апробирована методика, совершенствующая количественное нормирование безопасных уровней перегрузки «голова-таз» при катапультировании на больших скоростях полета, а также доработана и проверена в испытаниях модель вычисления индекса динамической реакции (ОМ), дополнительно учитывающая наличие аэродинамической силы, воздействующей на верхнюю часть тела летчика.

Практическая значимость результатов работы. Проведенные исследования и созданные на их основе методики позволяют более точно определять безопасность воздействия на летчика перегрузок катапультирования в направлении «голова-таз». Как следствие, снимаются ограничения по применению КК и эксплуатации самих ЛА на больших скоростях полета, связанные с повышенными уровнями действующих при этом перегрузок. Это делает возможным:

- снижение установочной массы кресла;

- увеличение диапазона возможной антропометрии летного состава;

- улучшение условий штатной работы экипажа за счет установки кресел в кабинах высокоманевренных самолетов под большими углами.

Личный вклад автора. Все результаты, составляющие основное содержание диссертационной работы, получены автором самостоятельно. В работах, выполненных в соавторстве, диссертантом внесен следующий вклад:

- проведен расчет динамики движения катапультных кресел и определены максимальные значения действующих на летчика перегрузок [6];

- вычислены значения контактных сил, возникающих в процессе катапультирования, с использованием инерционно-массовых и аэродинамических характеристик катапультируемой системы и летчика в присутствии кресла [1,4, 7];

- проведен анализ статистики исходов применения катапультных кресел типа К-36 [2, 3];

- выполнен анализ результатов проведенных ранее катапультирований кресел типа К-36 с использованием антропоморфных манекенов [1, 2, 7];

участие в подготовке, проведении и анализе результатов экспериментальных работ по определению воздействия аэродинамического потока на сидящего в кресле антропоморфного манекена [5, 7];

- участие в подготовке, проведении и анализе результатов сравнительных исследований динамической реакции антропоморфного манекена и испытателей на вертикальную нагрузку, имитирующую возникающую при катапультировании аэродинамическую силу [5,7].

Список публикаций автора, в которых изложено основное содержание диссертационной работы

Статьи в рецензируемых изданиях из перечня ВАК Минобрнауки России

1. Моисеев Ю.Б., Страхов А.Ю., Шибанов В.Ю. Воздействие перегрузки при катапультировании на больших скоростях полета самолета // Полет, №12, 2009. - С. 9-15.

2. Шибанов В.Ю. Подходы к оценке травмоопасности перегрузок, воздействующих на летчика в процессе катапультирования // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций, №2,2011. - С. 69-73.

3. Поздняков С.С., Лившиц А.Н., Шибанов В.Ю. Основные тенденции в совершенствовании катапультных кресел // Общероссийский научно-технический журнал «Полет», №5,2011. - С. 52-60.

Статьи в научно-технических реферативных журналах

4. Шибанов В.Ю. Проблемы оценки травмобезопасности процесса катапультирования летчиков на больших скоростях // Проблемы безопасности полетов, №6,2011. - С. 28...33.

Патенты на изобретения

5. Волковицкий В.Р., Иванов А.Г., Лившиц А.Н., Токарев Д.А., Шибанов В.Ю. Стенд для определения силы реакции между катапультным креслом и летчиком // Патент на полезную модель № 98808 от 20.04.2010 г.

Статьи в материалах конференций

6. Шибанов В.Ю. Современные средства спасения экипажей в аварийных ситуациях и перспективы их развития // Сборник выступлений Китайско-Российского форума молодых ученых. КНР, Ченду, 2005. - С. 5659.

7. Шибанов В.Ю. Оценка травмоопасности факторов, воздействующих на летчика в процессе катапультирования // Тезисы докладов 9-й Международной конференции «Авиация и космонавтика - 2010», - М.: МАИ, 2010-С. 51-52.

Подписано в печать: 18.10.2011г. Объем: 24 стр. Тираж: 100 экз. Заказ № 20 Отпечатано в типографии ООО "Евро-Континент", М.О., г. Люберцы, Октябрьский пр-кт, 259

Введение.

1 Существующие способы оценки безопасности воздействия перегрузки катапультирования «голова-таз».

1.1 Физиологические аспекты проблемы травматизма позвоночника при катапультировании.

1.2 Прочностные свойства позвоночника человека.

1.3 Существующие методики оценки допустимости воздействия перегрузки «голова - таз».

1.4 Особенности воздействия перегрузок катапультирования на больших скоростях.;.

1.5 Выводы по обзору существующих способов оценки безопасности воздействия перегрузки катапультирования «голова - таз».

2 Статистический анализ исходов реальных катапультирований.

2.1 Общий статистический применения кресел типа К

2.2 Статистический анализ травмирования в результате применения КК.

2.3 Выводы по результатам статистического анализа исходов реальных применений КК.

3 Аналитическое исследование механизма воздействия на летчика перегрузки «голова - таз» при катапультировании на больших скоростях.

3.1 Силовые факторы, воздействующие на катапультируемую систему.

3.2 Определение уровня и характера изменения по времени перегрузок катапультирования в направлении «голова-таз».

3.3 Определение силы реакции, действующей между летчиком и КК при катапультировании.

3.4 Выводы по результатам аналитического исследования механизма воздействия на летчика перегрузок в направлении «голова-таз».

4 Экспериментальные исследования особенностей воздействия на летчика перегрузки «голова - таз» при катапультировании на больших скоростях.

4.1 Эксперименты на АДС по определению величины аэродинамического усилия, воздействующего на верхнюю часть туловища и голову манекена.

4.2 Экспериментальные катапультирования кресел типа К-36 с антропоморфными манекенами.

4.3 Физиологические эксперименты с моделированием воздействий условий катапультирования на верхнюю часть тела летчика.

4.4 Выводы по результатам экспериментальных исследований особенностей воздействия на летчика перегрузок в направлении «голова -таз» при катапультировании на больших скоростях.

5 Создание уточненной методики оценки безопасности воздействия перегрузки катапультирования «голова - таз».

5.1 Корректировка методики определения допустимых уровней перегрузок.

5.2 Корректировка методики определения индекса динамической реакции.

5.3 Выводы по созданию методики оценки безопасности воздействия перегрузки катапультирования «голова - таз».

6 Выводы

При возникновении неполадок или повреждения летательного аппарата (ЛА) и невозможности штатной или аварийной посадки члены экипажа оказываются в условиях чрезвычайной ситуации. С первых шагов развития авиации возникла проблема спасения экипажа при возникновении аварийной ситуации на борту летательного аппарата. На первых порах она решалась покиданием самолета экипажем через борт с использованием индивидуальных парашютов. Однако рост скоростных характеристик самолетов и особенно появление в конце 40-х годов реактивной авиации сделало такой метод спасения невозможным. Из-за . высоких аэродинамических нагрузок, действующих на летчика при выходе его из кабины, покидание самолета стало трудновыполнимым, и появилась реальная опасность столкновения летчика с хвостовым оперением самолета. Поэтому, к середине' 40-х годов' XX века возникла* необходимость создания- принудительных средств, которые обеспечивали бы членам экипажа безопасное аварийное покидание ЛА.

Решение этой задачи вначале в Германии, Швеции и Англии, а затем в США и, России (СССР) пошло по? пути разработки катапультных кресел, которые одновременно выполняли бы функции рабочего места члена экипажа.

Первоначально катапультное кресло. (КК) было достаточно простым устройством и представляло собой рабочее кресло летчика, снабженное лишь стреляющим механизмом (СМ). Парашют спасения располагался на летчике, и в случае возникновения аварийной ситуации и необходимости покидания ЛА летчик инициировал СМ и катапультировался из самолета. Через определенное время летчик вручную отделялся от КК и вводил парашют спасения [3; 4].

К настоящему времени катапультное кресло, являясь прежде всего рабочим местом пилота, превратилось в сложное техническое устройство, которое обеспечивает спасение летчика в широком диапазоне высот и скоростей полета современных самолетов. После подачи команды на катапультирование все системы КК работают в автоматическом режиме [65; 73;

87]. Стремительное развитие авиационной техники и совершенствование тактики ее применения привело к тому, что в последнее время к КК предъявляются- все более жесткие требования, связанные с необходимостью спасения летчика в широком диапазоне высот и скоростей полета [4; 6].

По мере увеличения возможного диапазона применения КК усиливаются и воздействия на летчика- неблагоприятных факторов' и условий, возникающих в процессе* катапультирования. Именно эти воздействия, наряду с уровнем-технологий и требованиями- к расширению антропометрии летного состава, определяют облик и возможности современных КК. Основными факторами, воздействующими'на летчика'в условиях катапультирования-и определяющими безопасность применения КК, являются [4; 73]:

- воздействие на.пилота перегрузок катапультирования, которые, в свою очередь, складываются , из-воздействий перегрузок гот торможения под действием набегающего потока ^ воздействия от €М и РДТТ;

- динамические инерционные воздействия, связанные с вращением катапультируемой системы.'

- воздействие набегающего' потока, приводящее к повреждениям, связанным, с непосредственным, воздействием избыточного- давления: аэродинамического потока на летчика^ а также к повреждениям, связанным-с разбросом по потоку его рук, ног и воздействие на голову при попадании кресла в набегающий поток.

Воздействие на летчика всех этих факторов необходимо, по мере возможности, минимизировать. Для этого на современных катапультных креслах, в- том числе на отечественных КК типа К-36Д, применяются следующие способы решения проблемы защиты летчика от действия факторов катапультирования [4; 6; 65]:

- система фиксации, в том числе принудительный притяг плеч и пояса, ограничители разброса рук, подъемники и притяг ног, также предназначенные для принудительного формирования правильной изготовочной позы, предотвращения разброса ног под воздействием набегающего потока воздуха и защиты поднятыми коленями живота летчика,

- особая конструкция привода (ручки) катапультирования, также позволяющая летчику в момент инициации катапультирования сгруппироваться и занять наиболее безопасную позу;

- система вертикальной стабилизации, обеспечивающая стабилизированное положение кресла в потоке и ограничивающая пространственное угловое вращение КК;

- защитный аэродинамический щиток (дефлектор), защищающий верхнюю часть тела летчика от воздействия набегающего потока;

- профилированная спинка сидения, заголовник и другие опорные поверхности КК, обеспечивающие максимально безопасное восприятие действующих перегрузок и силового воздействия набегающего потока;

- специальное высотное снаряжение, В' том числе защитный шлем и кислородная маска, снижающее непосредственное воздействие набегающего потока воздуха и обеспечивающее безопасный спуск летчика при катапультировании на больших высотах.

Применение всех этих систем и снаряжения позволило* существенно повысить безопасность процесса катапультирования на креслах типа К-36Д во всем диапазоне их применения [42]. Однако, если вопросы, связанные с защитой от непосредственного воздействия набегающего потока в известной степени решены, то существенное ограничение уровней угловых и линейных ускорений невозможно без снижения функциональности и диапазона применения КК. Основной проблемой остается вопрос безопасности ускорений катапультирования, и, в первую очередь, перегрузки пу, направленной вдоль позвоночника летчика - «голова-таз». Воздействие этой перегрузки является одним из основных факторов, определяющих уровень безопасности летчика, и может приводить к возникновению травм позвоночника.

Перегрузка «голова-таз», воздействующая на организм летчика при катапультировании, имеет ряд особенностей, определяющих ее физиологическое воздействие-на организм летчика. Главной из них является ее кратковременный, ударный характер, с большим темпом нарастания. Общая длительность воздействия значительного уровня перегрузки не превышает, как правило, 0,5. 1,0 с, что примерно соответствует суммарной продолжительности работы энергодатчиков КК - СМ и РДТТ, а также наиболее интенсивному торможению кресла с пилотом в потоке воздуха после отделения его от ЛА. При этом скорость нарастания вертикальной перегрузки может достигать 200 ед./с и более. За этот промежуток времени не успевают развиться патофизиологические реакции, связанные со смещением больших массивов крови и формированием гипоксических состояний («серая» и «черная» пелена, потеря сознания), как это имеет место при пилотажных перегрузках [7; 15]. В связи-с этим на первый план выходят биомеханические сдвиги, обусловленные деформацией тканей и органов летчика.

Поскольку основной опорной структурой тела сидящего в кресле летчика является»позвоночный столб, то именно он в первую очередь противодействует сжимающей силе, возникающей- при действии инерционных, перегрузок, «голова-таз», которые, в свою очередь, порождаются внешними силами, воздействующими при катапультировании в вертикальном направлении. В связи с этим именно позвоночник является органом-мишенью, прежде всего повреждающимся от ударного воздействия это№ перегрузки.

Следует отметить, что основная идеология, которая закладывается при проектировании и создании КК - это обеспечение наименьшего травматизма летчика в случае катапультирования, с желательно скорейшим возвращением его в строй [73]. Однако при этом перед инженерами-разработчиками технических устройств стоят две, по сути, противоположные задачи.

С одной стороны, необходимо, насколько это возможно, снижать интенсивность каждого из опасных для летчика воздействий условий катапультирования. С другой стороны, создаваемое средство аварийного покидания должно наиболее полно соответствовать техническим характеристикам JIA. При всех прочих равных условиях средство, применение которого сопровождается наименьшими нагрузками на организм пилота, является более сложным по конструкции и имеет большие габаритно-весовые характеристики. Кроме этого, при улучшении, например, характеристик переносимости перегрузок путем их уменьшения, одновременно ухудшаются другие важные характеристики КК, и прежде всего - минимально безопасная высота катапультирования. Поэтому, в конечном итоге, речь идет не о создании «комфортных» условий при катапультировании, а о принятии разумного компромисса, обеспечивающего как эффективность, применения, например перелет катапультного кресла через киль самолета, так и условия безопасной переносимости человеком условий аварийного покидания.

Проблема естественного противоречия, возникающего в вопросе минимизации воздействующих на летчика условий катапультирования* в полной мере относиться и к действующим на него перегрузкам. Традиционно, при разработке средств защиты! от ударных воздействий, — амортизационных кресел, автомобильных систем безопасности и т.д. - для повышения безопасности стремятся снизить величину воздействующей перегрузки.

В случае катапультного кресла, снизить, уровень действующих перегрузок зачастую представляется нецелесообразным. Потеря высоты при катапультировании в значительной степени определяется интенсивностью * торможения, а, следовательно, и величинами действующих перегрузок. Кроме того, величины перегрузок, в том числе- и в направлении «голова-таз» напрямую влияют на относительную траекторию КК.

Поэтому, максимальное значение перегрузок и время их действия на КК определяются исходя из физиологически предельно допустимых величин, а в профилактике травм, получаемых при катапультировании, главным направлением на сегодняшний день является нормирование характеристик уровней воздействующих перегрузок. В последнее время благодаря работам отечественных специалистов (Т.П. Ступаков, A.C. Барер и др.) и зарубежных ученых (Х.Е. Гирке-фон, Дж.В; Бринкли) установлены основные факторы, влияющие на риск перелома позвоночника под действием ударных перегрузок, и получена количественная связь между физическими параметрами этих перегрузок и вероятностью получения, травм.

Изучение действия перегрузок на организм человека проводится уже более 50 лет как у нас в стране, так и за рубежом. Благодаря работам А. . (деег!г, М.П. Бресткина^. Р.Л. Комендантов^ ВШ!- Левашова, П.К. Исакова, С.А. Гозулова, И.А. Цветкова, РЖ Ступакова, Ю.В; Мазурина, В .А. Корженьянца и др. были определены; средние уровни переносимости человеком: ударных воздействий, разработана система регламентирования перегрузок катапультирования' выявлена- индивидуальная; вариабельность устойчивости-человека к воздействию; наиболее часто встречающейся й опасной перегрузки -в. направление «голова-таз», а также были установлены факторы, ее определяющие [1; 10; 51; 52;: 78; 80]. Это позволило перейти к количественной оценке безопасности летного состава при: воздействии таких, перегрузок; в том числе с использованием методов-математического моделирования-.

Полученные на основании этих многолетних; исследований и используемые! на сегодняшний день на практике: критерии оценки? допустимых значений перегрузки «голова-таз» можно разделить на-две группы:

- нормирование: величины- перегрузки пу„ времени; ее: воздействия и скорости изменения [102];

- нормирование величины динамической реакции? системы «КК -летчик» на перегрузку катапультирования [2; 103].

Однако^ оба этих подхода рассчитаны на применение в идеальных условиях - летчик, принявший правильную изготовочную позу, катапультируется из самолета, летящего на относительно небольшой скорости. При этом все'эти предельные величины были получены в ходе исследований, проводившихся при отсутствии воздействия аэродинамических сил на сидящего в кресле летчика. На скоростях же 900. 1300 км/час на летчика, сидящего в КК, воздействую значительные аэродинамические силы, которые значительно увеличивают величины перегрузок «голова-таз», действующих после выхода кресла в поток. Однако, вместе с тем, воздействие этих сил существенным образом влияет на усилия, возникающие в позвоночнике летчика, и непосредственно влияющие на возможность получения им травмы. Причем известно, что при катапультировании в условии больших скоростей полета на шею летчика действуют значительные растягивающие нагрузки [19; 75]. В» принципе, через шейный отдел это растягивающее усилие, может уменьшать компрессионные силы, сжимающие грудной и поясничный, отделы, и тем самым снижать риск получения травмы.

Актуальность работы. Проблема повышения точности определения уровня-допустимых воздействий при катапультировании становится особенно актуальной в связи с тем, что новые отечественные^КК (типа К-36Д-3.5, К-36Л-3.5Я и К-36Д-5) создавались с учетом современных тенденций в. авиации и расширенных требований, влияющих на возрастание* уровней перегрузок, и прежде всего - в направлении «голова-таз» пу [74]:

- снижение установочной! массы и габаритов .кресла'по сравнению с КК предыдущего поколениями-сохранении диапазона их применения;

- увеличение диапазона^ возможной антропометрии летного состава, связанное с привлечением к летной^ работе женщин, а также увеличением поставок авиационной техники в страны, летчики которых имеют малыйрост и вес;

- улучшение условий штатной работы экипажа за счет установки1 кресел в кабинах высокоманевренных самолетов под большими углами;

- возможное увеличение диапазона применения КК.

Уменьшение массы пилота, КК, а также увеличение угла установки кресла в кабине самолета, несмотря на все предпринятые' меры, ведет к увеличению значений перегрузок, действующих при катапультировании вдоль позвоночника человека. Это, в свою очередь, приводит к ограничению в диапазоне применения самолета или к отказу от установки кресла под углами, обеспечивающими благоприятную штатную работу летчика. Так, попытки установить КК К-36Д-3.5 на объекте 10В под углом 19° при существующих ограничениях на пу привели к появлению требований по ограничению области применения самолета до скоростей 1100 км/час. От попыток установить кресла под углом в 30° (проект ЮМ), вообще было решено отказаться.

Необходимость расширения диапазона применения; КК (увеличение максимально допустимых скоростей и чисел М, на которых должно быть обеспечено безопасное катапультирование) также приводит к существенному увеличению уровней перегрузок, действующих по всем осям. Для их снижения необходимо применения различных, технически достаточно сложных и громоздких схем и устройств, неблагоприятно влияющих на технические и эксплуатационные характеристики КК.

В связи со- всем этим особенно остро * стоит вопрос об уточнении методики определения величины предельно допустимых значений перегрузок приреальных катапультированиях, то есть тех пороговых значений, которые не приводят, к травмированию летчика.

Цель работы - разработка на основании^ полученных экспериментальных данных и проведенного математического» моделирования-' методики.- оценки-безопасности воздействия на тело летчика перегрузок, в направлении «голова-таз», возникающих при. катапультировании^ на больших скоростях полета самолета, и ее апробация применительно к случаям реальных катапультирований.

Задачи работы. Для достижения поставленной- цели, необходимо было решить следующие задачи:

1) Провести сравнительную оценку травматизма позвоночника летчиков, катапультировавшихся из самолета на различных скоростях полета. .

2) Выявить расчетным путем особенности воздействия на летчика перегрузки «голова - таз» при катапультировании на больших скоростях полета (свыше 900 км/час).

3) Экспериментально определить величину эффекта уменьшения сжимающего усилия в позвоночнике, возникающего под воздействием набегающего скоростного напора.

4) Экспериментально сравнить реакции антропоморфного манекена и тела человека на динамическое растягивающее усилие, аналогичное действиюаэродинамических сил на верхнюю часть.тела летчика*после попадания его в воздушный поток.

5) Создать методику оценки безопасности воздействия на летчика перегрузки «голова - таз» при; катапультировании в, диапазоне индикаторных скоростей 0.1300 км/час, учитывающую биомеханическую реакцию тела человека-на*действие: аэродинамических сил.

На защиту выносятся:

1) Результаты аналитических-, и экспериментальных исследований; доказывающие наличие при катапультировании на. больших, скоростях полета биомеханического * эффекта. уменьшения- сжимающего позвоночник летчика' усилия от перегрузки «голова-таз» вследствие воздействия на его* голову и. верхнюю часть туловища растягивающих аэродинамических сил.

2) Методика, созданная для« расширения- возможности спасения-летчика в широком диапазоне применения ЛА, И' позволяющая количественно определять, безопасность, воздействия на тело- летчика перегрузок катапультирования в направлении «голова-таз» при покидании самолета на больших скоростях полета.

Научная значимость и новизна работы заключается в том, что:

- впервые • теоретически доказан и экспериментально подтвержден биомеханический эффект разгрузки позвоночника сидящего в катапультном кресле летчика под действием аэродинамических сил, возникающих при катапультировании на больших скоростях;

- разработана методика количественной оценки безопасных уровней воздействия перегрузки катапультирования, отличающаяся от существующих методик учетом влияния аэродинамических сил, которые действуют на тело: сидящего в кресле летчика при покидании самолета на больших скоростях полета.

Практическая значимость полученных результатов состоит в разработке методического аппарата для определения- безопасных уровней воздействия на лётчика перегрузки «голова-таз» в случае катапультирования из самолета в реальных условиях полета на больших скоростях при различных углах установки КК в кабине. В результате снимаются, ограничения по применению КК и эксплуатации самих ЛА на больших скоростях полета,, связанные; с повышенными уровнями; действующих при этом перегрузок «голова-таз». <

Основная часть исследований, легших в основу настоящей диссертационной работы, была проведена в рамках Этапа 5.6 Договора между ОАО «11ГГП «Звезда» и «ОКБ Сухого» от 26.12.2004 г.: «Разработка КК пятого поколения К-3 6Д-5 для> объекта Т-50».

Достоверность полученных результатов подтверждается четким формулированием базовых концепций исследования, строгим отбором} гипотез и обоснованным применением используемых математических: методов; совпадением расчетных значений с результатами, полученными? в условиях стендовых исследований, внедрением основных результатов работы, а также статистическими, исследованиями реального: применения катапультных, кресел на больших скоростях.

Реализация работы

Результаты работы реализованы::

- в «Акте по результатам Государственных испытаний КК К-36Д-3.5 в составе КСАП объекта 10В», утвержденном в/ч 22737, ОАО «НПП «Звезда» и ОАО «ОКБ Сухого» (2006 г.);

- в «Заключении о возможности установки КК К-3 6Д-5 в кабине объекта Т-50 под углом 22°», утвержденном ОАО «НПП «Звезда» и ОАО «ОКБ Сухого» (2008 г.); в межведомственной «Методике оценки травмоопасности перегрузок КУ на больших скоростях», утвержденной ВВС МО РФ, ГНИИИ-ВМ МО РФ, в/ч 22737, ОАО «НПП «Звезда» и ОАО «ОКБ Сухого» (2009 г.);'

- в «Отчете по результатам Предварительных испытаний катапультного кресла К-36Д-5», утвержденном в/ч 22737, ОАО «НПП «Звезда» и ОАО «ОКБ Сухого» (2010 г.).

Публикации и апробация работы

Материалы диссертации нашли свое отражение в 6 печатных трудах, в том числе в 3 изданиях, рекомендованных ВАК, одном патенте, а также в 12 отчетах по научно-исследовательским и испытательным работам.

Основные положения и' научные результаты диссертационной работы обсуждались на конкурсах молодых специалистов ОАО' «НШГ «Звезда» (Москва 2007, 2009), на-XXXIX научно-практической конференции ГосНИИИ ВМ Минобороны России (Москва 2010), на 9-й международной« конференции «Авиация и космонавтика-2010» в МАИ4 (Москва 2010), на заседании секции научно-методического совета ГосНИИИ ВМ Минобороны России (Москва 2010),- на заседании научно-технического совета ОАО «НПП «Звезда».

Структура и объем работы

Работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и Приложения. Основной текст диссертации изложен на 155 страницах, включая список литературных источников, проиллюстрирован 27 рисунками, содержит 23 таблицы. Библиография содержит 107 наименований, из которых 18 на иностранных языках.

6 Выводы

1. Анализ исходов реальных катапультирований показал отсутствие переломов позвонков у летчиков, спасшихся при катапультированиях на скоростях полета более 900 км/час, в то время' как аварийное покидание на меньших скоростях в отечественных ЮС сопровождалось переломами в 6.6% случаев.

2. В.проведенных расчетных работах показано, что при больших скоростях полета:

- максимальные величины ударнош перегрузки «голова-таз»'в системе «летчик - КК» отмечаются на этапе выхода кресла из кабины самолета и могут достигать при» максимальных индикаторных скоростях более 18.23 ед.;

- величина контактной, силы- реакции* между летчиком и- КК, образующаяся под действием^ ударной перегрузки^ Hi определяющая компрессию позвоночника, зависит от индикаторной скорости полета самолета в момент катапультирования Vj и угла, установки КК в кабине^, уменьшаясь, при 7° и V; = 1300'км/час в! момент выхода КК из кабины JIA на величину до 3200 Н!.

3. Экспериментально установлено, что при попадании-летчика в. поток на большой скорости на верхнюю часть его тела действует растягивающая аэродинамическая сила, которая частично разгружает позвоночник (на 500.3000 Н при х ~ 17° и> Vj = 900. 1300 км/час), испытывающий сжимающую нагрузку от вертикальной перегрузки катапультирования. Поэтому одно и то же значение перегрузки катапультирования; в направлении «голова - таз» оказывается на большой скорости полета более безопасным, чем на малой. При этом увеличение угла установки КК в диапазоне % = 17°.30° при катапультировании на большой скорости* полета ведет к относительному снижению растягивающего позвоночник аэродинамического усилия (при Vj = 1300 км/час изменение угла установки % с 17° до 30° приводит к снижению растягивающих усилий с 3000 до 1800 H).

4. На основании сравнительных экспериментов показано; что динамическая реакция тела сидящего в КК человека и антропоморфного; манекена на растягивающее воздействие оказываются, с учетом 90%-го доверительного интервала, идентичными по величине и; суммарному импульсу,, что, в: свою очередь, позволяет полностью распространить, данные, полученные в испытаниях с антропоморфными манекенами, на летчика.

5. На основании анализа экспериментальных данных- разработана и апробирована- методика, совершенствующая количественное нормирование безопасных уровней- перегрузки; «голова-таз» при- катапультировании1 набольших скоростях полета; а также доработана и проверена в; испытаниях модель, вычисления индекса динамической реакции; (DR1), дополнительно учитывающая наличие; аэродинамической? силы*, воздействую i цей на верхнюю часть тела летчика. , ; •

6. Проведенные исследования, и. созданные на их основе методики позволяют более точно определять безопасность воздействия на летчика перегрузок катапультированиям направлении- «голова-таз»; Как следствие, снимаются» ограничения по применению КК и эксплуатации; самих JIA- на больших скоростях полета; связанные с; повышенными уровнями действующих при этом перегрузок. Это делает возможным:

- снижение, установочной массы кресла;

- увеличение диапазона возможной антропометрии летного состава;;

- улучшение условий штатной работы экипажа за счет установки кресел в кабинах высокоманевренных самолетов под , большими ¡углами:

1. Авиационная медицина катастроф. // Под ред. Ступакова Г.П. М.: Полет, 1994.-368с.

2. Авиационный стандарт ОСТ В 102778-2001. Травмобезопасность членов экипажа при действии ударных перегрузок, возникающих при работе энергодатчика катапультной установки. Общие требования. 2002.

3. Агроник А.Г., Эгенбург Л.И. Развитие авиационных средств спасения. -М.Машиностроение, 1990. 256с.

4. Алексеев С.М., Балкинд Я.В., Гершкович A.Mí и др. Средства спасения экипажа самолета. — М.: Оборонгиз, 1975. 450с.

5. Аникин Ю.М., Обысов A.C. Основные параметры механических свойств позвонков человека. // Тез. Докл. Второй Всесоюз. конф. по биомеханике. — Рига: Зинатне, 1979. т.1. - С.72-74.

6. Афанасенко Н.И., Лившиц А.Н., Соболев И.П. Разработка систем аварийного покидания- для экипажей летательных аппаратов. «Вестник авиации и,космонавтики», 2002 г., №5:

7. Багаудинов К.Г. Клинические аспекты, авиационной медицины. // Справочник авиационного врача. М.: Воздушный транспорт, 1993. - кн.2. -раздел VII.- С.385-509.

8. Байдаков-В.Б., Клумов A.C. Аэродинамика и> динамика полета. — М.: Машиностроение; 1979.-344с.

9. Барер A.C., Гозулов С.А., Дегтярев В.А. и др: Реакция организма человека на воздействие перегрузок приземления с большими скоростями нарастания. // Проблемы космич. биологии. М.:Изд-во АН СССР; 1967. - т.6. -С.140-145.

10. Барер A.C., Витолс Э.А., Кикут Р.П. и др. Выбор аналитического описания динамики нагружения и разрушения элементов позвоночника человека. // Механика композитных материалов. — 1986.,- № 2. — С.327-331.

11. Богословский C.B., Дорофеев А.Д. Динамика полета летательных аппаратов: Учебное пособие. СПб.: ГУАП, 2002. - 64 с.

12. Витол Э.А., Янушкевич А.Ф., Данос Я.А. Прочностные характеристики позвоночника человека. // Современные проблемы биомеханики. — Рига, 1989. -вып.6. С.47-62.

13. Волковицкий В.Р., Лившиц А.Н., Моисеев Ю.Б., Шибанов В.Ю. и др. Разработка весового измерительного стенда // ТЗ «HlШ «Звезда», 2006. 10 е., инв. № КО-1 1353-11-06.

14. Воронова И.Р., Петренко A.M. Повреждения- позвоночника // Травматология и ортопедия. / Рук-во для врачей в 3 т.т. / Под ред. Ю.Г.Шапошникова. М.: Медицина, 1997. - Гл.1. - т.2. - С.69-96.

15. Гератеволь 3. Психология летчика в самолете. — М.: «Иностранная литература, 1956 г. — 378с.

16. Гирке фон Х.Е., Бринкли Д'.В. Ударные ускорения // Основы-космической биологии и медицины. М!:Наука, 1975. - Т.2. - кн.1. - С.232-264.

17. Гозулов* С.А., Корженьянц В.А., Скрыпник В.Г. и др. Исследование прочности позвонков человека на сжатие. // Архив ГЭ. 1966. - №9. - 0.13-18:

18. Гозулов С.А., Корженьянц В. А., Петрухин В.Г и др. Исследование некоторых критериев повреждающего1 (патологического) действия ударных перегрузок на организм. // Действие на организм ударных перегрузок (сборник статей). М., 1972. - С. 15-21.

19. Гозулов- С.А., Ступаков Г.П. Ударные перегрузки.// Авиационная медицина (Руководство) / Под ред. Н.М.Рудного, П.ВВасильева, С.А.Гозулова.- М.: Медицина, 1986. Гл.8. - С. 100-116.

20. ГОСТ 20058-80. Динамика летательных аппаратов в атмосфере. Термины, определения и обозначения. М., 1980. - 56с.

21. ГОСТ В 24951-81. Антропометрия, летного состава. Статические и динамические размеры. М., 1982". - 85с.

22. ГОСТ 4401-81. Атмосфера стандартная1. Параметры.,. М., 2004. - 184с.

23. Горбатенко A.A. и др. Механика полета. М.: «Машиностроение», 1969.- 420с.

24. Громов А.П. Биомеханика травмы (повреждения головы, позвоночника и грудной клетки). — М.: «Медицина», 1979. -275с.

25. Ивлев А.П., Лившиц А.Н., Шибанов В.Ю. Результаты испытаний по моделированию на АДС воздействия на летчика аэродинамического потока при катапультировании // Отчет «НПП «Звезда» по НИР. М., 2008. - 70 е., инв. № КО-1 1430-11-08. ;

26. Калякиш ВШ;, Бухтияров^ И!В;,1 Васильева А.Юг. Исследование минеральной насыщенности костной ткани поясничных, позвонков в процессе систематического5 воздействия? перегрузок +GZ. // Авиакосмич. и экол. медицина.-1996. т.З0. - Лго5. -С.9-15.

27. Катапультное кресло К-36 ДМ; серии 2 (2220-9). Руководство по техническойэксплуатации; — ЗАБ-9200-0-РЭ133: Катапультное кресло К-36Д-3.5 Э- Руководство по технической эксплуатации. ЗАБ-9293-0-РЭ.

28. Катапультное кресло К-36Д-5. Руководство по технической эксплуатации. -ЗАБ-9301-0-РЭ. ' '

29. Козловский А.П:,. Ступаков F.EK,. Дрянных В.П. и др. Значение плотности костной структуры в; травматизме позвоночника при катапультировании; // Космич. биология и авиакосмич: медицина. 1982. - №1. -С.62-63.

30. Козловский А.П., Эливанов В .А., Морозова Н.П. Биомеханические критерии в клинической оценке компрессионных переломов позвоночника. // Науч. чтения по авиации и космонавтике (XIII Гагаринские чтения). Секция

31. Проблемы авиац. и космич. медицины и биологии». Тез. докл. М., 1983. -С.41.

32. Краснов Н.Ф. Аэродинамика. Ч. I. Основы теории. Аэродинамика профиля и крыла. Учебник для втузов. М., Высшая;школа,.1976. - 384 с.

33. Корженьянц В.А. Исследование устойчивости позвоночника к статическим и ударным нагрузкам. / Дис.канд.мед.наук. М., 1970. - 197с. -инв.№ 1753.

34. Корженьянц В!А., Фролов Н.И. Повреждения позвоночника при воздействии ударных перегрузок на человека; // Действие на организм ударных перегрузок. М., 1971. - С. 81-85.

35. Корженьянц В:А., Лемасов В.Б. Динамическая реакция тела человека на воздействие ударных перегрузок приземления. // Действие на организм ударных перегрузок. М., 1971. - G. 86-89.

36. Костин В.К., Барер А.С. и др. Эргономическая« оценка: катапультного кресла К-36Д-3,5. / Отчет № 6017-8-99 НПП "Звезда".-1999- 36с. инв: № 6825.

37. Лившиц A.IT., Шибанов В-Ю. . Силовые аэродинамические характеристики человека в присутствии катапультного: кресла.// Отчет «НПП «Звезда» по НИР. М., 2002. - 13 е., инв. № КО-1 1165-11-02.

38. Лившиц А.Н., Харченко А.И., Шибанов В.Ю. Теоретический анализ особенностей воздействия условий катапультирования на летчика при больших скоростях полета // Отчет «НПП «Звезда» по НИР: М;, 2002. - 33 е., инв. № КО-1.1166-11-02:

39. Лившиц A.Hi, Шибанов В.Ю. Дополнительные исследования травмобезопасности аварийного покидания объекта Т-50 при использовании К36Д-5// Научно-технический отчет «НЛП «Звезда». М., 2005. - 20 е., инв. № КО-1 1302-11-05.

40. Лившиц А.Н., Шибанов В.Ю. Анализ статистики применения катапультных кресел типа К-36 // Отчет «НЛП «Звезда» по НИР. М., 2008.-25 е., инв. №КО-1 1442-11-08.

41. Лившиц А.Н., ШибановВ.Ю. Методика расчета индекса динамической реакции (ОМ) для случаев катапультирования при большой скорости полета // Научно-технический отчет «НЛП «Звезда». М.*, 2008.-42 е., инв. №КО-1 143911-08.

42. Мазурин Ю.В., Отупаков Г.П. Прогнозирование действия на человека линейных и угловых ударных ускорений. // Космич. биология и авиакосмич. медицина. 1987. - №2: - С.37-40.

43. Мазурин Ю.В., Ступаков Г.П: Определение допустимых длительностей и амплитуд действующих на человека линейных ускорений высоких уровней. // Космическая биология и авиакосмическая медицина: — 1991. №1. - С. 79-83.

44. Методика оценки травмоопасности перегрузок^ КУ на больших скоростях. М.: 2009. - 8с.

45. Миролюбов.Г.И". Защита организма от ударных перегрузок. // Действие на организм ударных перегрузок (сборник статей). М'., 1972. - С. 102-105.

46. Миролюбов Г.П., Правецкий В.Н., Громов А.Н. и др. Динамическая прочность позвоночника при- продольных ударных перегрузках. // Судебно-медицинские аспекты моделирования биомеханики повреждения. — М., 1978. -С.64-69.

47. Моисеев Ю.Б. Особенности травм позвоночника у катапультировавшихся летчиков. // Военно-медицинский журнал. М, 1995. №6 -с. 56-61.

48. Моисеев Ю.Б. Травматизм летного состава при катапультировании. Военно-медицинский журнал, №6,. 2003 — С. 59-62.

49. Моисеев Ю.Б., Шибанов В.Ю., Страхов А.Ю: Воздействие перегрузки при катапультировании на больших скоростях полета самолета // Полет, №12, 2009 -С. 9. 15:

50. Моорлат Н.В., Витоле Э.А., Валдовские Г.Ж. К оценке разрушающих усилий позвонков человека при динамическом нагружении. // Тез. докл. 2-ой Всесоюз. конф. по проблемам биомеханики. Рига, 1979. - Т.1. - С.80-81.

51. Нател Дж. Аварийное покидание летательных аппаратов. // Авиационно-космическая медицина. -М.: Воениздат, 1975. С.103-148.

52. Обысов A.C., Аникин Ю.М. Механическая-прочность морфологических элементов позвоночного столба. // Науч. Труды ВНИИФК. — 1970. Т. 11. — С.95.

53. Основы* космической биологии и медицины, Том II, книга первая' — Экологические и физиологические основы космической биологии и медицины. Под ред. О.Г. Газенко и М. Кальвина. М.: «Наука», 1975. -395с.

54. Павлов A.C., Северин ,Г.И. Системы оборудования летательныхiаппаратов. -М.: «Машиностроение», 1995 г. Гл. 14.

55. Петрухин В.Г., Рыклин К.Б. Патоморфология ударных перегрузок: // Действие на организм ударных перегрузок (сборник статей). М., 1972. - С.73-80.

56. Позвоночник. // Большая» медицинская'энциклопедия. М.:Советская энциклопедия, 1983. - т.20. - С. 107-124.

57. Правецкий В.Н., Бомштейн K.F., Ляпин В.А. Биомеханические основы построения математических моделей тела человека применительно к проектированию систем амортизации летательных аппаратов. / Отчет МАИ по НИР.-М., 1976i-t.3. — С.318-581.

58. Проблемы прочности в биомеханике Учеб. пособие для тех. и биол. вузов И.Ф. Образцов, И.С. Адамович, A.C. Барер и др. Под ред. И.Ф. Образцова. М.: «Высшая школа», 1988. -311с.

59. Рабинович Б.А. Безопасность человека при перегрузках. М.: «Машиностроение», 2001. - 208.

60. Райхинштейн В.Х., Овсейчик Я.Г. Влияние динамического нагружения на механические свойства различных элементов межпозвонковых дисков. // Тез. докл. III конф: по проблемам биомеханики. — Рига, 1983. -т.2. С.181-182.

61. Северин Г.И., Повицкий A.C., Рабинович Б.А. Системы спасения экипажей космических летательных аппаратов (конспект лекций). Часть I. — М., 1974.-259с.

62. Северин Г.И'. Катапультируемые кресла, нового- поколения высшие технические достижения. // Авиапанорама, нобрь-декабрь1997. С.33-35.

63. Северин Г.И®., Лившиц А.Н., Кадцына Н.Е. и др. Анализ нагрузок, действующих на' шею летчика при аварийном- покидании самолета в катапультном кресле типа К-36. // Отчет «Hl111 «Звезда» по НИР. М., 1999. -53 е., инв. № КО-1 978-11-99.

64. Стенд для определения-силы, реакции* между катапультным, креслом и летчиком // Патент на»полезную модель № 98808 от 20Ю4.2010 г.

65. Ступаков Г.П., Воложин А.И., Козловский А.П. Вариабельность динамической прочности позвоночника человека. // Механика композитных материалов.,- 1982. № 5. - С.908-913.

66. Ступаков-Г.П., Эливанов В'.А., Козловский! А.П. и др: Биомеханические-аспекты, сопротивляемости' разрушению- позвоночника человека при воздействии^ ударных перегрузок голова-таз. // Механика, композитных материалов; 1982. - № 6. - С. 1067-1071.

67. Ступаков Г.И., Козловский А.П., Казейкин B.C. Биомеханика позвоночника1 при ударных перегрузках в практике авиационных и космических полетов. Л.: Наука, ленингр. отд-ние, 1987. - 240с.

68. Ступаков Г.П:, Меденков A.A., Хоменко М.Н. Пилотажные и ударные перегрузки в авиации. М.: Полет, 1995. - 112с.

69. Ступаков Г.П., Гозулов С.А., Казейкин B.C. Ударные перегрузки. // Человек в,космическом полете — М.: Наука, 1997. т. III - Гл. 14-е. 68-98.

70. Таблицы характеристик прочности позвонков и межпозвоночных дисков человека. Методические рекомендации. Казанский Медичинский Институт (КМИ) им. С.В. Курашова. Казань, 1980. 42с.

71. Шарапов Г.Т., Лившиц А.Н. Анализ статистики применения катапультных кресел типа К-36 // Научно-технический отчет «НЛП «Звезда». -М., 2009. 28 е., инв. № КО-1 881-16-07.*

72. Шибанов В.Ю., Кадцына Н.Е., Кузнецов В .И. Исходные данные- для расчета КК К-36Д-5 // Научно-технический отчет «HiJLH! «Звезда». Mi, 2004. -22 е., инв; № KO-li 1242-11-04; •

73. Шибанов В:Ю; Современные средства спасения^экипажей в аварийных ситуациях и1 перспективы их развития, // Сборник выступлений Китайско-Российского форума молодых ученых. КНР; Ленду, 2005 С. 56-59.

74. Ames W.H. Human tolerance to high liner, accelerations; of short duration. // Military surgeon. 1948. - v.103. - P.96-99.

75. Andriacchi T.P., Schultz A.B., Ortengren R. A model for studies of mechanical interaction between the human spine and rib cage. // .Biomechanics. 1974. -v.7. -P.497-507. : '.'

76. Auffret R., Delahaye R.P. Spinal injury after ejection; // AGARD advisory report N72. London, 1975. -P. 1-52.

77. Brinkley J.W., Shaffer J.T. Dynamic, simulation techniques for the desijgn of escape systems: current applications, and future Air Force requirements. // Symp. On biodynamics models and their applications, USA. Ohio: 1970; P.71-104.

78. Brinkley J.W. Personnel protection concepts for advanced escape system design. // AGARD-CP-1984. P.6.1-6.12.

79. Brinkley J.W. Acceleration exposure limits for escape system advanced development. // Proc. Of the 22-th Ann. Symp.of the SAFE association. Van Nuys, CA: SAFE, 1985.-P.10-16.

80. Brandse J. Enhanced' 95%-ile Hybrid III Dummy for Aircraft Occupant Safety Assessment. SAFE association, vol.44, 2006.

81. Lewis V.E. Survivability and injuries from use of rocket-assisted ejection seats: analysis of 232'cases. // Aviation, Space, and'Environmental Medicine. -2006. v.77. -N9. — P1936-943.

82. MIL-S-1'8471(G): Military specification. system, aircrew automated escape, ejection seat type: general specification for.

83. MIL-S-9479 (D). Military, specification seat system, upward ejection, aircraft: general specification for.

84. Orne D., Lin Y., King A.J.' A mathematical model of spinal response to; impact. // JtBiomechanics. 1971. v.4. — P.49-71.

85. Raddin JiH.Jr. The physical basis of impact injuriy and its prevention. // Injury prevention in aircraft crashes: investigative techniques and applications (AGARD-LS-208). -NATO* 1998. -P:4.1-4.5.

86. ОАО «НПП «ЗВЕЗДА» им. академика Г.И. Северина»

87. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

88. ВОЕННОЙ МЕДИЦИНЫ Министерства Обороны Российской Федерации1. На правах рукописи1. Шибанов Виктор Юрьевич

89. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПЕРЕГРУЗОК «ГОЛОВА-ТАЗ» ПРИ КАТАПУЛЬТИРОВАНИИ НА БОЛЬШИХ СКОРОСТЯХ1. ПОЛЕТА0526.02 «Безопасность в чрезвычайных ситуациях» (авиационная и ракетно-космическая техника)