Actuaciones humanas: aceleración

Continuación del post:
https://greatbustardsflight.blogspot.com/2016/06/de-libelulas-stukas-y-trajes-anti-g.html

La aceleración se define como la tasa de cambio de velocidad. El sistema sensorial humano está diseñado para operar en un entorno de una g, en la superficie de la tierra, y para ser capaz de detectar e interpretar con precisión las aceleraciones de la magnitud y duración experimentadas en ese entorno. 

Una aceleración de 1 g es generalmente considerada como igual a la gravedad estándar, que es de 9,80665 metros por cada segundo al cuadrado (m/s2).

El aviador está comúnmente sujeto a aceleraciones mucho más allá de la especificación del diseño humano, tanto en magnitud como en duración, y esto puede causar problemas no solo fisiológicos sino también de orientación. El término común aplicado a las ocasiones en que la mente malinterpreta las señales de sus sistemas de detección es "ilusión".

Ejes de aceleración

El cuerpo puede verse afectado por aceleraciones en tres planos distintos. Las fuerzas de aceleración en los aviones se denominan fuerzas G y el nombre dado a las fuerzas en los diferentes planos se basa en el eje vertical del cuerpo como se muestra en la figura que sigue. La siguiente nomenclatura se usa habitualmente:

• + Gz (G positivo) ocurre cuando el cuerpo se acelera hacia arriba. La fuerza de inercia es hacia abajo y los órganos internos serán forzados hacia abajo en relación con el esqueleto (y el avión). + Gz ocurre durante el giro, una recuperación de un picado o un impacto por apertura de un paracaídas.

• -Gz (G negativo) se produce al acelerar el cuerpo hacia abajo con la fuerza de inercia hacia la cabeza. Por ejemplo, maniobras de picado o volar boca abajo.

• + Gx (G transversal transversal) ocurre cuando el cuerpo se acelera hacia adelante como para el despegue. La fuerza de inercia es hacia atrás y los órganos internos se mueven en esa dirección en relación con el esqueleto.

• -Gx (G transversal transversal hacia atrás) es lo opuesto a + Gx con aceleración hacia atrás y la fuerza de inercia hacia adelante. Por ejemplo, aterrizajes con gancho en un portaviones o una colisión frontal.

• + Gy o –Gy (G lateral derecho o izquierdo) actúa en todo el cuerpo hacia la izquierda o la derecha, respectivamente. Se experimentan fuerzas G laterales bastante altas en las carreras de Fórmula 1. En aviación este será solo un problema menor hasta que las aeronaves futuras puedan maniobrar de lado.

Clasificación de aceleraciones de aeronaves

Las aceleraciones que afectan a las aeronaves se clasifican según el período de tiempo durante el cual actúan. En la aviación civil se utilizan las siguientes clasificaciones:

• Las aceleraciones de corta duración son aquellas que se producen en un cuerpo durante menos de aproximadamente un segundo. La causa más probable de aceleraciones de corta duración es un accidente aéreo. Durante un choque, el cuerpo estará sujeto a aceleraciones tanto verticales como transversales (o más adecuadamente desaceleraciones). Vale la pena señalar que el cuerpo humano puede soportar aceleraciones de corta duración de + 25G en el eje vertical y 45G en el eje transversal sin daño permanente.

• Las aceleraciones de larga duración son aquellas que actúan durante más de 1 segundo. Estas ocurren durante una maniobra sostenida. El eje más probable en el que se experimentarán estas aceleraciones es el vertical, y a menudo se hace referencia a tales aceleraciones simplemente como G (z) positiva o negativa.

Arneses de asiento

El arnés de asiento en una aeronave está diseñado para mantener al piloto en posición durante la maniobra y proporcionar protección contra los efectos de las desaceleraciones repentinas experimentadas durante el impacto. Las otras características deseables de un arnés de asiento son las siguientes:

• Facilidad de abrochado y liberado

• La liberación involuntaria no debería ser posible

• Debe ser cómodo y ajustable en el rango requerido

• Debe proporcionar acceso fácil a todos los controles e interruptores.

Se dispone de varios tipos diferentes de arneses de asiento, el más común de los cuales se muestra en la figura siguiente. La correa para el regazo es el tipo normal para uso de pasajeros en líneas aéreas civiles y solo es realmente efectiva cuando se ha adoptado la posición de emergencia . Como el piloto de un avión que está a punto de estrellarse es poco probable que pueda adoptar la posición de emergencia, este tipo de arnés no es adecuado para el uso de la tripulación aérea.

El arnés de 3 puntos es el tipo de arnés más utilizado como resultado de su adopción generalizada en los automóviles. Bien ajustado, el arnés proporcionará una restricción aceptable a aceleraciones de aproximadamente -30Gx. El arnés de 4 puntos es un refinamiento de los 3 puntos y proporciona una mejor sujeción. Sin embargo, una de las principales desventajas de todos estos sistemas de restricción es que no brindan protección contra el llamado "submarining" en inglés, que es el deslizamiento hacia abajo. Este es el término utilizado para describir la rotación de la pelvis debajo de la correa del regazo que hace que las correas del regazo se deslicen hacia arriba desde la pelvis hacia los tejidos blandos del abdomen. Se permite que la columna se flexione y la tolerancia del ocupante a la aceleración vertical, que a menudo sigue al impacto horizontal inicial, se reduce considerablemente. El único arnés capaz de proteger contra el submarining es el arnés de 5 puntos equipado con la correa G negativa.

Aceleraciones de larga duración

Las únicas aceleraciones realmente significativas de larga duración que afectan a la tripulación son las del eje Gz.

Aceleraciones positivas de Gz

Cuando el cuerpo está expuesto a aceleraciones positivas prolongadas de Gz, los principales efectos fisiológicos son aquellos causados ​​por la incapacidad del sistema cardiovascular para bombear sangre al cerebro. La aplicación de + Gz hace que la presión sanguínea a nivel cerebral disminuya, lo que resulta en una reducción en el suministro de oxígeno al cerebro. Además, los órganos internos son forzados hacia abajo en relación con el cuerpo. El efecto fisiológico en el cuerpo se puede resumir de la siguiente manera:

• La sangre y los órganos internos son forzados a desplazarse hacia abajo.

• La presión sanguínea cae a nivel cerebral (y aumenta en las extremidades por debajo del nivel del corazón)

• Los primeros órganos afectados son los ojos con el oscurecimiento visual o efecto tunel que comienza entre +3 a + 3.5Gz y se llega a una pérdida total de visión a + 4.5Gz aproximadamente.

• La pérdida de conciencia inducida por G (G-LOC) también puede ocurrir a valores de + Gz alrededor de 4.5

Factores que afectan la capacidad de soportar + Gz

La capacidad del piloto para resistir + Gz se ve afectada por una gran cantidad de factores. Los más obvios son el nivel de G y la duración de la exposición. Los siguientes factores reducirán significativamente la capacidad de un piloto para soportar + Gz sostenidas:

• Falta de práctica actual

• hipoxia

• hiperventilación

• fumar

• Calor (que causa vasodilatación)

• Alcohol

• Hambre (bajo nivel de azúcar en la sangre)

• fatiga

• Falta de condición física (principalmente anaeróbica)

La capacidad de soportar + Gz se mejorará mediante el uso de procedimientos proactivos como la llamada maniobra de esfuerzo G y el uso de sistemas de aeronaves/tripulaciones aéreas, como trajes anti-g y asientos de aviones inclinados.

Aceleraciones negativas de Gz

La aceleración negativa de Gz no es bien tolerada por el cuerpo. La persona promedio puede tolerar aproximadamente -2Gz durante aproximadamente 5 minutos, -3Gz durante aproximadamente 10 a 15 segundos y un máximo de -5Gz durante aproximadamente 5 segundos. Los efectos fisiológicos en el cuerpo se pueden resumir de la siguiente manera:

• Aumento de la presión arterial a la altura de la cabeza.

• Molestias en la cabeza, hinchazón de los tejidos y pequeñas hemorragias en la cara y los ojos.

• Visión borrosa causada por la producción excesiva de lágrimas y el fenómeno de "enrojecimiento" causado por pequeñas hemorragias que manchan las lágrimas de rojo.

• Disminución de la frecuencia cardíaca.

• Confusión mental y eventual inconsciencia.

• Dificultad para respirar causada por el diafragma forzado hacia arriba

Los pilotos que están expuestos regularmente a G negativo tienen un riesgo significativamente mayor de sufrir accidentes cerebrovasculares debido a la presión arterial más alta producida a nivel de la cabeza.