高速氣流吹襲人體力學效應與防護

高速氣流吹襲人體力學效應與防護

图书基本信息
出版时间:2010-4
出版社:國防工業出版社
作者:張雲然,吳桂榮 著
页数:321
书名:高速氣流吹襲人體力學效應與防護
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高速氣流吹襲人體力學效應與防護
前言
航空救生發展的歷史,就是一部人、機、環境三大要素相互關聯、相互制約、相互促進的歷史。航空救生是保障飛行人員生命安全、救人于危難的高尚事業,是一項復雜的系統工程。在航空救生中,飛行員會遇到特殊的力環境,這些力作用在人體上,就會對人產生各種影響。飛機上的一切裝備都必須符合人體使用要求,而在工程上所采取的技術措施必須在人體耐受極限範圍之內。為了保證飛行人員的安全、健康,提高飛行能力和戰斗力,必須對這些問題進行研究,為此誕生了航空生物動力學並逐漸得到了發展。幾十年來,敞開式彈射座椅一直是航空救生技術的主體,航空實踐表明,敞開式彈射座椅不但是20世紀世界各國戰斗機乘員救生的主要裝備,也是今後較長時間內航空彈射救生的主要裝備,同時也是人們積極研究的載人航天2500m以下的救生方案之一。在采用敞開彈射座椅進行救生,尤其在高速下彈射時,高速氣流吹襲造成的乘員損傷是一個相當嚴重的問題,已成為目前航空飛行中安全救生的關鍵之一。在任何時候,飛機性能的改進幾乎都與人的能力和耐受性分不開。因此,航空醫學工作者、工程人員和其他學科的專家協同努力是促進航空事業發展的重要條件。研究高速氣流吹襲的致傷機理、耐受限度和防護措施是航空醫學工程研究者應盡的責任和義務,為此,我們編寫了《高速氣流吹襲人體力學效應與防護》一書。本書研究飛機在高速敞開彈射過程中氣流吹襲因素作用下,機體的生理效應、耐受限度以及應采取的防護措施。本學科屬于航空救生醫學工程領域中的研究內容,是航空生物動力學的一個分支,屬于生物力學範疇。
内容概要
本書比較詳細地闡述了高速氣流吹襲生物動力學的定義、研究內容和方法。本書共分7章,第l章闡述了氣流吹襲傷的產生與嚴重性、國內外研究概況、氣流吹襲試驗的研究設備等;第2章首先闡述了氣流吹襲傷的氣動力因素,隨後介紹了頭頸、四肢、胸部的功能,解剖並分析了它們的致傷機理,給出了飛行員的關節活動範圍;第3章介紹了空氣動力學的基本知識、人體頭頸部、四肢和胸腹部的空氣動力學特性;第4章主要闡述人體生理上的高速氣流吹襲的耐受限度;第5章介紹人體在有防護或無防護時,在不同當量空速和高度下的速度耐限,給出了相應的圖和表;第6章介紹了人體上肢在高速氣流吹襲下的甩打運動計算,並給出了算例;第7章介紹了目前國內外對高速氣流吹襲的防護概念,其中介紹了我國學者的防護設想。    本書覆蓋的專業面廣,內容重點突出,理論性、技術性、先進性和實用性並舉,是一部有實用價值的教科書和參考書。本書可作為航空航天彈射救生裝備和安全衛生防護措施設計、鑒定和驗收時的參考用書;可作為從事航空救生醫學和航空救生裝備專業技術人員、飛行員、生物力學研究者的參考讀物,可作為航空醫學專業本科生和研究生的教材,可供其他科研工作者和有關人員參考。
书籍目录
第1章 緒論  1.1 彈射救生技術的誕生  1.2 氣流吹襲傷的產生及嚴重性    1.2.1 氣流動壓的沖擊作用    1.2.2 氣流吹襲甩打傷的產生    1.2.3 氣流吹襲甩打傷的嚴重性    1.2.4 氣動減速過載  1.3 國外飛機彈射氣流吹襲甩打傷    1.3.1 平時與戰時甩打傷概況    1.3.2 美軍越戰時氣流吹襲甩打傷的發生率    1.3.3 氣流吹襲甩打傷的發生率    1.3.4 氣流吹襲甩打傷的部位和損傷性質  1.4 國外氣流吹襲的研究概況    1.4.1 人體上肢氣動力的研究    1.4.2 人對高速氣流吹襲耐力的研究    1.4.3 飛機失事的調查和防護研究  1.5 我國氣流吹襲研究與發展    1.5.1 人體氣動力特性的研究    1.5.2 風洞試驗模型和天平設計    1.5.3 人體氣動生物力學研究  1.6 氣流吹襲試驗研究設備    1.6.1 火箭滑車    1.6.2 空中彈射試驗機    1.6.3 風洞    1.6.4 氣流吹襲台第2章 人體氣流吹襲傷的機理分析  2.1 氣流吹襲傷的氣動力因素  2.2 人體頭頸部的致傷機理分析    2.2.1 頭頸部的功能解剖    2.2.2 頭頸部的損傷分析  2.3 人上肢的致傷機理分析    2.3.1 肩關節的功能解剖    2.3.2 肘關節的功能解剖    2.3.3 上肢的受力分析    2.3.4 手握中央環時上肢的受力分析    2.3.5 上肢的損傷分析  2.4 人下肢的致傷機理分析    2.4.1 髖關節的功能解剖    2.4.2 膝關節的功能解剖    2.4.3 下肢的受力分析    2.4.4 下肢的損傷分析  2.5 人體胸部的致傷機理分析    2.5.1 胸廓的功能解剖    2.5.2 胸腹部的受力分析    2.5.3 胸腹部的損傷機理分析  2.6 人體關節活動範圍的測量    2.6.1 測量方法    2.6.2 飛行員關節活動範圍    2.6.3 關節活動範圍隨年齡增大而減小的原因    2.6.4 關節活動範圍隨體型增胖而減小的原因第3章 人體空氣動力學特性  3.1 空氣動力學基礎知識    3.1.1 幾個基本概念  ……第4章 人體對高速氣流吹襲的耐受限度第5章 人體對高速氣流吹襲的速度耐限第6章 高速氣流吹襲下人體上肢甩打運動分析第7章 高速氣流吹襲的防護概念參考文獻
章节摘录
插圖︰隨著飛行速度的增加,氣流的動壓顯著增加,對人體的影響也越來越大。據美國空軍統計,在740kmh一1000kmh速度下彈射,甩打傷發生率為61%,到1000kmh-1100kmh速度下彈射,則100%要發生甩打傷,而且大部分是重傷,其中60%需要送入醫院治療或造成死亡,在戰斗情況下更為嚴重。Payne等人對美國空軍非戰斗彈射進行分析,證明甩打傷只取決于飛機的速度。動壓對人體造成的氣流沖擊作用主要是在人的面部及胸腹部的表面造成軟組織損傷,例如,若無面部防護,會引起這些部位的壓迫感、疼痛感,會發生眼角及嘴角撕裂、眼結膜出血、表面的挫傷,嚴重的會引起內贓損傷和肋骨的骨折,嚴重時也可造成腦部損傷。但從彈射的經驗分析,氣流動壓對人體產生的沖擊直接效應主要是輕傷,引起肋骨骨折的比較罕見。Komfeld等人用真人進行風洞試驗結果表明,當速度很低時,會使呼吸率增加。到40kmh,呼吸周期和深度都不規則。在160kmh,面部組織開始撲動,撲動的幅度隨速度的增大而增加。當速度為520kmh時,顏面皮膚形成波狀皺紋,並從嘴角、眼角、下頜迅速擴散到耳部,顏面顯著變形,臉的橫徑變大;在更高速時,面部較深的組織和鼻子產生變形。只要將眼和嘴閉起來,在約560kmh速度下沒有損傷,但大多數人會感到不舒服。速度更大時,若無面部防護,嘴和眼使勁也難閉上。560kmh是面部無防護暴露于氣流吹襲的上限速度。當氣流速度為850kmh時,除上述情況加重外,中心血管產生的壓力波可以傳到周圍血管,在面頰、眼瞼及眼結膜等部位可出現點狀出血。當氣流速度為1000kinh∼1200kmh時,面部可發生廣泛的皮下出血和軟組織撕裂傷(如眼角、嘴角)。此時,如果嘴未閉緊,氣流進入嘴里,使腮鼓起來,可能導致嘴角撕裂;若氣流灌人肺里和胃里,則可能造成肺和胃的損傷。在更高速時,面部較深部的組織和鼻子產生變形(圖1-5)。圖1-6是2005年7月風速為216kmh的台風“海棠”中的人們。當胸部和腹部受到氣流沖擊時,胸腹部突然向後被擠壓,在速度較低時,會有壓迫感,當速度很高時,可能會引起內髒損傷和肋骨骨折。由于胸部被壓縮,致使胸腹內壓升高,血液被擠壓並沿上腔靜脈涌人頭部,使頭部血管內壓升高,可能引起腦血管破裂而致腦部損傷。
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《高速氣流吹襲人體力學效應與防護》是我國第一部有關高速彈射氣流吹襲方面的專著,研究內容廣泛,尤其涉及到的模擬氣流吹襲進行人尸、動物的醫學與生物力學試驗的方法和試驗數據、不同比例的人椅模型設計和風洞試驗數據,是我國航空救生中不可多得的寶貴資料。《高速氣流吹襲人體力學效應與防護》對確定我國高速殲擊機救生包線,對新型彈射救生裝備研制、鑒定和改進提供了試驗和理論的資料,可供從事航空救生領域的專業技術人員和科研工作者、飛行員、生物力學研究者參考,也可作為航空救生醫學與工程專業本科生和研究生的教科書。
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