Aceleraciones y Fuerzas G

Aceleraciones y Fuerzas G


Introducción

Los miembros de tripulaciones aéreas deben conocer las fuerzas gravitacionales y las respuestas fisiológicas del cuerpo ante éstas en el ambiente de la aviación. Esto es especialmente importante ante el advenimiento de los nuevos helicópteros de alto rendimiento. Este trabajo discute la física del movimiento y aceleración, abarca los tipos y las direcciones de las fuerzas aceleradoras, sus influencias y efectos. También discute la desaceleración, fundamentalmente la secuencia de desplome o desmayo y los numerosos diseños incorporados en las aeronaves para la protección contra las fuerzas de desplome. Los miembros de la tripulación aérea deben tener un fundamental, pero cuidadoso, conocimiento de las fuerzas aceleradoras encontradas durante el vuelo y la relación de estas con respecto al cuerpo humano.

Términos de la aceleración
Varios vocablos se utilizan en este trabajo. En términos comunes nos referiremos a: velocidad, aceleración, fuerza de inercia, fuerza centrifuga y fuerza centrípeta.


Tipos de aceleración

El vuelo impone sus efectos más importantes ante el cuerpo a través de las fuerzas de aceleración aplicadas durante el maniobrar aéreo. En un vuelo recto y nivelado a velocidad constante los miembros de la tripulación no encuentran ninguna limitación humana. Con los cambios de velocidad, sin embargo, pueden experimentar efectos fisiológicos severos. La aceleración es el índice del cambio en velocidad y se mide en G. El aviador necesita entender dónde y cómo las fuerzas de aceleración (lineares, radiales, centrípetas y angulares) se desarrollan en la envolvente de vuelo.

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Aceleración Linear
Este tipo de aceleración es un cambio de velocidad sin un cambio de dirección. Ocurre durante los despegues y en las variaciones de velocidad en un vuelo recto y nivelado. También la podemos encontrar cuando se disminuye la velocidad con respecto al aire. Similar es el caso de los automovilistas cuando incrementan la velocidad de su vehículo en una recta o las aeronaves cuando son catapultadas desde un portaaviones.

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Aceleración linear



Aceleración radial o centrípeta
Este tipo de aceleración puede ocurrir en cualquier cambio de dirección sin un cambio de velocidad. Los miembros del equipo pueden encontrar este tipo de aceleración durante los giros y otras maniobras aéreas.

Como ejemplo práctico esta fuerza es la que sufre un ciclista en un velódromo circulando a velocidad constante, es la fuerza que lo desplaza hacia "afuera" del circuito, y por lo cual la calzada del mismo se encuentra inclinada.

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Aceleración radial o centrípeta


Aceleración angular
Este tipo de aceleración es complejo e implica un cambio simultáneo de velocidad y dirección. Un buen ejemplo es un avión que realiza un tonel volado o "tight spin". Para los propósitos prácticos, la aceleración angular no plantea un efecto fisiológico importante en cuanto a las fuerzas aceleradoras, sin embargo produce, principalmente, problemas de desorientación en vuelo.

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Aceleración angular


Fuerzas Gravitacionales

Las tres leyes del movimiento de Newton describen las fuerzas de aceleración. La primera describe la inercia, indicando que existe en los cuerpos un resto de movimiento, a menos que actúe sobre este una fuerza.
La segunda ley del movimiento indica que para superar la inercia es requerida una fuerza (f) y el resultado de la misma es proporcional a la aceleración aplicada (a) y el tamaño de su masa (m), esto da como resultado:

f = ma

fuerza = producto de la masa por la aceleración aplicada


La tercera ley de Newton indica que para cada acción (fuerza centrípeta de la aceleración) hay una reacción igual y opuesta (fuerza centrífuga de inercia).

La fuerza gravitacional (fuerza G) y la direcciones en que un cuerpo recibe esa fuerza producen factores fisiológicos importantes que afectan al cuerpo humano durante la aceleración. Según lo que se puede ver en el cuadro siguiente, las fuerzas G pueden afectar el cuerpo en tres ejes: Gx, Gy, y Gz. Los efectos fisiológicos de la aceleración prolongada dependen de la dirección de la fuerza (centrípeta) aceleradora y, por lo tanto, de cómo la fuerza de inercia actúa sobre el cuerpo. La fuerza (centrifuga) de inercia es siempre igual pero opuesta a la fuerza aceleradora. La fuerza de inercia es la más importante desde el punto de vista fisiológico.

Aceleraciones y Fuerzas G

Fuerzas G


A continuación explicaremos las distintas fuerzas G.

G positiva ó Gz+
Esta aceleración ocurre cuando el cuerpo se acelera en la dirección de la cabeza. La fuerza de inercia actúa en la dirección opuesta (hacia los pies) y el cuerpo se hunde hacia abajo en el asiento de la aeronave.

G negativa ó Gz-
Esta aceleración ocurre cuando el cuerpo es acelerado hacia abajo (hacia los pies). La fuerza de inercia se aplica hacia la cabeza y el cuerpo se levanta del asiento.

G transversal delantera ó Gx+
Esta aceleración se da durante los cambios de velocidad longitudinal de la aeronave y se refleja en el cuerpo en la dirección pecho-espalda, aplastando hacia contra el respaldar del asiento al ocupante.

G transversal posterior ó Gx-
Esta aceleración es experimentada durante las reducciones de velocidad longitudinal, se aplica en la dirección espalda-pecho y tiende a empujar al tripulante contra los cinturones de seguridad.

G lateral (derecha o izquierda) ó Gy+/-
Es la aceleración que ocurre cuando la fuerza aceleradora afecta al cuerpo en la dirección lateral es decir en la línea de los hombros (derecha-izquierda = positiva, izquierda-derecha = negativa).

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Factores que influyen en los efectos de las aceleraciones

Para determinar los efectos de las fuerzas de aceleración en el cuerpo humano debemos considerar también varios factores. Estos incluyen la intensidad, duración, índice de inicio, área y sitio del cuerpo, y dirección del impacto.

Intensidad
En general, cuanto mayor es la intensidad, más severos son los efectos de la fuerza de aceleración. Sin embargo, la intensidad no es el único factor que determina los efectos.

Duración
Cuanto más largo o extenso es el tiempo de exposición a una determinada aceleración, más severos serán los efectos. Los tripulantes pueden tolerar altas fuerzas G por periodos extremadamente cortos y fuerzas G bajas por períodos más largos. En general, cuanto más largo es el tiempo de aplicación de la aceleración, más severos serán los efectos. Una fuerza de 5 Gs aplicada 2 ó 3 segundos generalmente es inofensiva, pero la misma fuerza sostenida durante 5 a 6 segundos puede causar desvanecimiento o inconsciencia. En los asientos eyectables, los pilotos pueden tolerar aceleraciones en el sentido cabeza-pies de hasta 15 Gs, pero estas ocurren durante un período de 0,2 segundos, si se los sometiera a esa aceleración durante 2 segundos quedarían inconscientes.
Durante un aterrizaje forzoso los tripulantes de una aeronave soportan intermitentemente aceleraciones de 40 Gs en fracciones de segundos, si aplicamos la misma aceleración en 2 segundos podría ser fatal para los mismos. El cuerpo puede absorber sin daño altas aceleraciones en tiempos extremadamente cortos.

Índice del inicio (rate of onset)
El índice del inicio de las aceleraciones constituye una parte de los efectos experimentados. Cuando un avión desacelera gradualmente, las aceleraciones o Gs se ejercen lentamente. Generalmente cuando el índice es más alto, por ejemplo cuando una aeronave desacelera repentinamente durante un accidente, los efectos son más severos.
Cuando un avión impacta verticalmente, la distancia de desaceleración es relativamente pequeña, por lo tanto, el índice del inicio es muchas veces mayor.
En el caso de los helicópteros, cuando estos impactan verticalmente, gracias a la destrucción progresiva de los skids y parte del fuselaje, le dan al tripulante aproximadamente un metro adicional de distancia para desacelerar el cuerpo. Por consiguiente, la distancia y el tiempo son factores importantes en las aceleraciones o desaceleraciones. Cuanto más corta es la distancia mayor será la fuerza Gs.

Área y sitio del cuerpo
El tamaño del área del cuerpo cuando una fuerza es aplicada es muy importante. Cuando mayor es esta, menos dañoso será el efecto. El sitio del cuerpo al cual se aplica la fuerza también es importante. El efecto de la aceleración por ejemplo: en la cabeza, es mucho mayor que la misma aceleración aplicada en otra parte del cuerpo tal como en una pierna.

Dirección del impacto
La dirección en la cual una aceleración prolongada actúa sobre el cuerpo determina los efectos fisiológicos que ocurren. El cuerpo no tolera una fuerza aplicada a lo largo del cuerpo (Gz) tan bien como lo hace con una fuerza aplicada en el eje Gx.

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Dirección del impacto



Efectos fisiológicos de la aceleración de baja magnitud

Los efectos fisiológicos de las aceleraciones de baja magnitud son el resultado de la fuerza centrífuga de inercia y del peso creciente del cuerpo y sus componentes. La aceleración de baja magnitud se describe como Gs en la gama de 1 a 10, con un tiempo de prolongación de varios segundos. Durante maniobras del avión, la parte principal del cuerpo afectado por las aceleraciones es el sistema cardiovascular. Los tejidos finos y suaves del cuerpo pueden soportar tal tensión sin problemas. El sistema circulatorio, sin embargo, consiste en vasos sanguíneos elásticos, para funcionar correctamente, el sistema necesita una presión arterial y un volumen de sangre bien definido. Las fuerzas gravitacionales excesivas, tales como esas experimentadas durante las aceleraciones prolongadas, pueden interrumpir la función circulatoria normal.

Efectos fisiológicos de la aceleración GZ+
La Gz positiva es la aceleración en la dirección cabeza-pies, tal como la fuerza centrípeta experimentada en un giro. El miembro de la tripulación está más enterado de la fuerza centrífuga, que actúa en la dirección opuesta. Este tipo de aceleración es experimentada durante la recuperación de una picada o en un giro de mucha inclinación.
En un piloto sentado la aceleración aumenta progresivamente y al producirse el aumento de la fuerza gravitatoria se aprecian los siguientes síntomas:

> Congestión de las piernas y sensación de pesadez en los miembros.
> Al llegar la aeronave a 2,5 Gz+ el piloto no puede ponerse de pié y está prácticamente incrustado en el asiento. El peso del cuerpo aumenta en proporción directa a la magnitud de la fuerza, por ejemplo, un hombre de 80 Kg. de peso, pasa a pesar 320 Kg. durante una maniobra que induzca 4 Gz+.
> No pueden alzarse las piernas y es muy difícil levantar los brazos a 4 Gz+; no obstante esta posición sedente puede mantenerse hasta las 8 Gz+. De hecho, de a 2 a 3 Gz+ constituyen el límite para salir en un tirabuzón de la cabina de un avión. Esta es una de las principales razones por la que se implementó el uso de asientos eyectables en los reactores y otros aviones.
> Se estiran también los tejidos faciales, ocasionalmente caída de los párpados o blefaroptosis. Al pasar de 5 Gz+, en la mayoría de los pilotos es imposible ya el movimiento del cuerpo y la respiración se dificulta porque los músculos intercostales y el diafragma no pueden vencer la fuerte tensión originada hacia abajo por la gran aceleración obtenida.
> Entre 5 y 9 Gz+ las piernas se congestionan de tal forma que se produce edema: los cuadriceps, gemelos y demás músculos de las extremidades inferiores experimentan contracciones tónicas gravitacionales que llegan a tetanizarse dando sensación de calambres.

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Aceleración positiva (Gz+)


> A medida que la aceleración aumenta se presentan otros trastornos como la disminución del campo visual. Después de 3 segundos de estar sometido a una Gz+ de valor 3 o 4, la visión periférica del piloto va disminuyendo, llegando sólo a ver una zona circular de visión central, denominada "visión tubular" ó "visión de túnel". Esto ocurre cuando una aceleración positiva es suficiente para reducir la presión arterial sistólica en la cabeza en 20 mm/Hg., la presión intraocular baja colapsa las arterias de la retina. La retina deja de funcionar y la visión se angosta.

Después de 5 segundos a 4 ó 5 Gz+ la visión tubular o central se hace gris, fase de "visión gris" ó "grey out", y a partir de 5 Gz+, entre valores de 5 ó 6 según los individuos, aparece la fase de "visión negra" ó "black out", es decir la pérdida absoluta de la visión. Este lapso sin visión pero con conciencia debe ser aprovechado por el piloto para corregir causas de producción de las alteraciones. El retorno de la conciencia, una vez perdida, no se produce hasta los 15 o 30 segundos y puede ser acompañada por una desorientación completa, por lo tanto hay una enorme diferencia entre visión negra e inconsciencia. La característica principal de los aviones de nueva generación en uso, es su gran maniobrabilidad con el repetido y brusco pasaje de una intensidad de aceleración a otra.

Más tarde o a mayor aceleración aparece la pérdida absoluta y total de la conciencia y el colapso ortostático debido a los trastornos hemodinámicos, originados por la actuación de la fuerza centrífuga de arriba-abajo en posición sedente, es decir, en la dirección del eje de los vasos.

En la aceleración prolongada, el efecto del peso adicional de los líquidos del cuerpo actúa para desplazarlos a las partes dependientes del mismo. Los vasos sanguíneos pueden ser demasiado distendidos y romperse mientras se alteran las relaciones del flujo sanguíneo. Esto causa la hipoxia por "estancamiento" local de sangre.
En la Gz positiva, la acumulación en la parte inferior del cuerpo disminuye el retorno venoso con una consiguiente reducción del caudal del corazón. Además, el aumento del peso de la columna de sangre que se extiende del corazón hasta el cerebro impone un aumento del trabajo sobre el corazón, que en condiciones normales puede contrarrestar el peso de la columna de 30 cm de sangre y una presión de flujo adecuada asegurará la circulación desde el corazón hasta el cerebro. Sin embargo, a 5 Gz+ una columna de sangre de 30 cm pesa 5 veces esa cantidad. Por lo tanto, la presión que el corazón normalmente genera, y la presión de flujo es cero.
Cuando cesa el flujo de sangre, ocurre la hipoxia hipóxica (isquémica) y sigue después la pérdida del conocimiento.
La hipoxia hipóxica también puede ocurrir debido a la falta de oxigenación de la sangre producida por la mala o insuficiente respiración. La oxigenación normal de la sangre, puede bajar del 98 al 85 por ciento en una exposición a aceleraciones de 7 Gz+ durante 45 segundos.

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La ceguera momentánea de la retina, ocurre a 4,1 Gz+. La presión de la columna de sangre que se extiende desde el corazón hasta el ojo y la presión intraocular cuando se suman a 4.1 Gz+, igualan a la presión sistólica. Cuando no hay flujo de sangre en la retina, entonces ocurre la hipoxia local y falta de la visión.

Aceleraciones y Fuerzas G


La tolerancia a las Gz+, puede mejorarse aumentando la presión sanguínea disminuyendo la distancia del corazón al cerebro y reduciendo al mínimo la acumulación de sangre. Los cambios de la presión sanguínea ocurren por los efectos de la fuerza inercial sobre el sistema nervioso autónomo simpático. Presentando el organismo una tolerancia notable a las cargas G durante los primeros segundos, esto refleja la resistencia del sistema nervioso central a la hipoxia, y se relaciona con la cantidad de oxígeno realmente almacenada y disponible en los tejidos nobles (cerebro - corazón). La exposición continuada a las G da por resultado un aumento gradual en la frecuencia cardiaca y en la presión sanguínea. Como estas reacciones reflejas de adaptación ocurren más lentamente de 10 a 15 segundos, el piloto es particularmente susceptible a la Gz+ durante los primeros 5 a 10 segundos. El mejoramiento de la tolerancia, después de los 10 segundos, está relacionado con el aumento de la presión sanguínea y en la frecuencia cardiaca. Este reflejo actúa para mejorar el flujo de la sangre hacia el cerebro.

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Simultáneamente con estos mecanismos de descenso de la presión arterial a nivel de la cabeza, a la altura y por debajo del corazón, la presión sistólica está generalmente aumentada aún más en la arteria radial y todavía más en la pedía. Así, en una persona sometida a 5 Gz+, la presión sistólica tomada en la facial o en la carótida es cero; a nivel del corazón es aproximadamente de unos 120 mm de Hg. al principio; en la radial 220 (normal 140) y en la pedía 370 (normal 170). Todas estas cifras se refieren a la posición de sentado, y los cambios serían todavía más ostensibles con el piloto en posición ortostática.
Estas alteraciones de la presión hidrostática se la sangre se representan en el esquema de Wood.
En cuanto al corazón, la frecuencia aumenta promedio hasta 180 por minuto.
Durante una maniobra de Gz+ los órganos internos del cuerpo se desplazan hacia abajo. Es peso creciente de estos desplaza hacia abajo también al diafragma, incrementando así el volumen toráxico relajado y produciendo problemas en la respiración.

Factores que reducen la tolerancia
Cualquier factor que reduzca la eficacia total del cuerpo, especialmente del sistema circulatorio, causa una reducción en la tolerancia de un miembro de la tripulación ante las Gz+. La perdida de volumen sanguíneo, la varicose venosa, la presión arterial disminuida (hipotensión crónica), pueden afectar el sistema circulatorio. La tensión arterial puede ser disminuida también por el abuso de ciertos estimulantes como el alcohol.

Factores que aumentan la tolerancia
La acción L-1 es una maniobra anti G ó AGSM (Anti-G Straining Maneuver). Para desarrollar la misma los miembros de la tripulación tensan los músculos esqueléticos y procuran simultáneamente exhalar contra la glotis cerrada, realizando la maniobra cada dos o tres segundos. Aunque esta técnica fue desarrollada por la Fuerza Aérea Estadounidense para sus pilotos de combate, muchos pilotos de alas rotatorias se benefician con ella cuando sufren condiciones de visión gris.

Efectos fisiológicos de la aceleración GZ-
Cuando la aceleración actúa en el cuerpo en la dirección pies-cabeza, como ocurre al bajar rápido una pendiente, ocurre la Gz-. En este caso la fuerza centrípeta no presente un gran problema al vuelo, pero como se trata de una experiencia incómoda los pilotos tratan de evitarla.
De 1 a 2 Gz- aparece: congestión de la cara, sensación de lanzamiento fuera del asiento, impresión de estar colgado cabeza abajo y comprimido contra los cinturones de la espalda, bradicardia, dificultad respiratoria por la desviación de las vísceras hacia arriba, ascenso del diafragma, etc. El sujeto se defiende contra esto mediante la inmovilización del diafragma en posición media y cierre de la glotis; además aparecen: tensión se los párpados y ojos, pulsaciones cefálicas intensas, dolorosas y hemorragias conjuntivales.
La aceleración Gz- causa la subida aguda de las presiones arteriales y venosas principalmente. La presión creciente dentro de las venas que se encuentran fuera de la cavidad craneal puede ser suficiente para romper las más pequeñas o aquellas de paredes más delgadas. La presión venosa intercraneal también se eleva, pero es contrarrestada por la crecida de presión a nivel espinal. Sin embargo, existe posibilidad de hemorragia intercraneal o de daño vascular cerebral. Las hemorragias dentro del ojo, presentan la fuente primaria de daño que ocasionan las Gz-.
Una aceleración repentina, de 3 Gz-, alcanza el límite de la tolerancia humana. Cuando se aplica tal aceleración, la presión venosa aumenta a 100 mm/Hg. causando pequeñas hemorragias a nivel ocular.

Durante las maniobras de Gz- la visión roja o "red out" puede ser experimentada. Este fenómeno ocurre cuando la aceleración actúa sobre el párpado más bajo obligándolo a cubrir la cornea, aunque este fenómeno o síntoma es esporádico y son pocos los que aseguran haberlo experimentado.

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Aceleración Negativa (Gz-)


Si la aceleración de pies a cabeza se prolonga, se produce el aglutinamiento de la sangre en la cabeza y el cuello, produciéndose el paso del líquido a los tejidos finos de esas áreas. Además, el regreso de la sangre al corazón es inadecuado debido a la pérdida del volumen eficaz de la sangre. Por lo tanto, la sangre se estanca en la cabeza y el cuello.

Efectos fisiológicos de las aceleraciones Gx +/-
La aceleración transversal ocurre cuando la fuerza Gs actúa a través del cuerpo perpendicularmente al pecho. La fuerza centrífuga también cruzará el cuerpo en la dirección opuesta, es decir de la espalda al pecho. Los tripulantes de aeronaves experimentan estas aceleraciones levemente durante los despegues y aterrizajes. Los efectos de estas aceleraciones son importantes en las misiones espaciales durante los despegues y los procedimientos de reingreso a la atmósfera.
El individuo es más tolerante a la fuerzas recibidas en el eje Gx que a las recibidas en los otros ejes, ya que los Gs transversales infieren muy poco en los valores del flujo sanguíneo. Los valores extremos de Gx+/- (12 a 15 Gz) durante cinco segundos pueden alterar la ubicación de los órganos interfiriendo la respiración. A valores de 7 Gx+ la respiración se vuelve pesada, sin embargo algunos individuos han soportado hasta 20 Gx+ por varios segundos sin dificultad severa.

Efectos fisiológicos de las aceleraciones Gy +/-
El cuerpo humano tiene tolerancia mínima a las aceleraciones laterales (tanto de derecha a izquierda, como en el sentido contrario). Sin embargo la mayoría de las maniobras de las aeronaves no implican normalmente aceleraciones significativas en ese eje.


Efectos fisiológicos de las aceleraciones y
desaceleraciones de gran magnitud


Las aceleraciones y desaceleraciones de gran magnitud afectan la supervivencia en los accidentes de aviación. La aceleración (o desaceleración) de gran magnitud ocurre cuando la misma excede las 10 Gs en un segundo. Los efectos de esta son generalmente de carácter linear y se dan durante los aterrizajes forzosos, las eyecciones y la apertura de paracaídas.

Aceleración de gran magnitud
Efectos nocivos y lesiones son el resultado de esta. Otros factores son el área del cuerpo donde se aplica la fuerza, el estiramiento, distorsión y compresión de las estructuras del cuerpo. Los efectos van desde la molestia o lesión leve, hasta la lesión irreversible o mortal. La reexaminación de las lesiones producidas en los distintos accidentes es fundamental para determinar los límites de supervivencia y asi idear mecanismos protectores o preventivos.

Desaceleración de gran magnitud
Varios factores causan los efectos nocivos de la fuerzas desacelerantes de gran magnitud. Estos factores son.

> El grado de intensidad o pico G.
> Duración del pico G en todo el tiempo de aplicación de la fuerza.
> Índice de inicio de la desaceleración.
> Dirección o eje de aplicación de la fuerza.


Secuencia del desplome

Durante la secuencia del accidente, la supervivencia de los ocupantes del avión depende de tres criterios. Estos son: las fuerzas del desplome transmitidas a los tripulantes, el espacio de la cabina y el diseño de la aeronave.

Fuerzas del desplome
La intensidad de la fuerza desaceleradora a la cual se somete el cuerpo no es una determinada G, sino que se producen una serie de desaceleraciones en varias cargas de G, hasta que el movimiento se detiene. Las fuerzas de desplome ocurren en los tres ejes (Gx, Gy, y Gz) al mismo tiempo. Los límites de tolerancia varían con la duración de la fuerza y la dirección.
El cuerpo humano, sin embargo, es menos vulnerable cuando está expuesto a una serie de choques de alta G en los tren ejes. Como muestra el siguiente cuadro, el cuerpo puede soportar estas fuerzas por tiempos extremadamente cortos (menos de 0.1 segundo). Si se excede esto, la lesión o la muerte ocurre.

Aceleraciones y Fuerzas G

Fuerzas desacelerantes experimentadas durante un choque de 3 segundos de duración


Aceleraciones y Fuerzas G

Límites de tolerancia humanos en impactos de cuerpo entero
(0.1 segundo de duración)


Espacio de la cabina
El espacio de la cabina, donde se encuentran los tripulantes, es vital para la supervivencia y no debe ser comprometido por la falla de la estructura del avión o por la penetración de otros objetos en el mismo. Para proporcional la máxima protección a los miembros de las tripulación durante un accidente aéreo, ciertas características de diseño pueden incluirse en las aeronaves para absorber las fuerzas de desplome. El UH-60 Blackhawk demuestra que un diseño preparado para estos impactos es posible.

Aceleraciones y Fuerzas G

Características de diseño del Blackhawk


Diseño de la aeronave
Algunas características del diseño de las aeronaves posibilitan la supervivencia de sus ocupantes al momento de un aterrizaje forzoso.

Contenedor: una aeronave debe ser diseñada como una cáscara o coraza protectora alrededor de sus ocupantes. Su peso estructural y de componentes debe estar por debajo de lo tripulantes para reducir las posibilidades del aplastamiento de la cabina. La estructura del avión debe ser compresible, para amortiguar el impacto y que el mismo se transmita atenuado a los ocupantes.

Utillajes de cabina: todos los elementos de cabina deben ser cómodos a la tripulación y deben estar diseñados para que no ocasionen lesiones a sus usuarios en caso de accidente.

Ambiente: el área de la carlinga debe ser protectora de sus ocupantes.

Absorción de energía: el avión debe tener previsiones en diseños tal como el tren de aterrizaje o los asientos, de modo que los mismos absorban parte de la energía producida en el choque.

Protección post accidente: varios factores se incorporan al diseño para asegurar la evacuación de los ocupantes después del accidentes. Podremos mencionar las escotillas de escape, la señalización de las mismas, equipos y químicos que retardan la propagación de fuego ó evitan que se derrame el carburante.


Medidas preventivas

Aumente el área donde se aplica la fuerza
Esto se puede lograr con gran variedad de métodos. Por ejemplo, el casco protector HGU-56/P distribuye la presión de un punto de impacto sobre un área más grande, reduciendo de esa manera la lesión en la cabeza. Los arneses de los asientos distribuyen las fuerzas sobre un área mas grande del cuerpo y ayudan a prevenir el contacto con los límites de la cabina.
El asiento cuenta, generalmente, con mecanismos que reducen el accionar de las fuerzas del desplome.

Alinee el cuerpo para aprovechar la fuerza del esqueleto y de los músculos
La alineación correcta del cuerpo es una medida preventiva que se puede tomar durante un desplome. Los miembros de la tripulación puede acomodar su cuerpo para reducir los efectos de las fuerzas del desplome antes del momento del accidente. El uso apropiado de los arneses y cinturones de seguridad, asegura que las partes más fuertes del cuerpo absorban el impacto.


Efectos fisiopatólogicos de las aceleraciones poco conocidas

Existe suficiente cantidad de pilotos que han tenido experiencia en un vuelo en el cual el avión estuvo casi sin interrupción bajo un factor de carga no estabilizado y constante. Los efectos directos, mecánicos de las aceleraciones, afectan las funciones motrices, principalmente su coordinación.
Dificultades con el control motriz y con el mantenimiento de una posición determinada del móvil a baja altura ha dado a difíciles momentos a los pilotos argentinos intervinientes en el conflicto de Malvinas.
El Instituto Nacional de Medicina Aeronáutica y Espacial (I.N.M.A.E) durante la década del ´70 desarrolló experimentalmente aceleraciones de gran intensidad, descubriendo en animales de experimentación lesiones de carácter subclínicas que se manifiestan en la anatomía patológica a partir de las 7 Gz+, tales como las hemorragias cardíacas subendocárdiacas, como así también, los efectos fisiopatológicos de las aceleraciones de menor intensidad pero mantenidas durante mayor tiempo, sobre el eje cerebro-corazón-riñón (encontrándose congestión y micro hemorragias localizadas).
Lo que sabemos de los efectos patológicos sobre el hombre y de las aceleraciones mantenidas a gran intensidad, pueden resumirse del siguiente modo: se trata esencialmente de trastornos vasculares, estos son petequias (pequeñas hemorragias cutáneas) que aparecen en las zonas donde la ropa anti-G no ejerce presión.
Su existencia plantea la posibilidad de hemorragias en órganos internos. Existe también edema de pies y de tobillos debido a la prolongada elevación de la presión hidrostática en estas extremidades no protegidas por el pantalón anti-G.
Las alteraciones electrocardiográficas son: taquicardia sinusal y extrasístoles aisladas observándose a medida que aumenta el valor de la aceleración hasta 9 G alcanzando la frecuencia cardiaca un promedio de 180 pulsaciones por minuto. La importancia de esta taquicardia no debe ser subestimada, porque tiene un valor predictivo en la tolerancia a las aceleraciones y porque existe en el animal de experimentación una correlación entre la frecuencia cardiaca e importancia de las hemorragias subendocárdiacas ventriculares.
Los aviones militares de combate, acrobáticos y helicópteros, gracias a su pequeño margen estático han facilitado dos características o propiedades: la maniobrabilidad y la manejabilidad.
La primera determina la capacidad para girar en un espacio reducido, la segunda para efectuar rápidamente un movimiento alrededor de su centro de gravedad.
Debido a los progresos tecnológicos en estos dos campos, una aeronave de este tipo puede sostener 10 G por segundo, pero sobre todo alcanzarlas muy rápidamente en 5 segundos y algunas en menor tiempo.
Estas aeronaves son capaces también de mantener dichas aceleraciones en forma prolongada a diferencia de la generación anterior que no pueden hacerlo sin perder energía: velocidad o altitud, que deben recuperar antes de otra exposición a altas G.
Por todo ello, dada la estrecha relación empuje-peso y por sus resistentes y ligeras estructuras capaces de producir en forma rápida en sus giros altas aceleraciones en la dirección cabeza -pies (Gz+) el piloto estará incapacitado para manejar el avión, agotándose el suministro de sangre a su cerebro, casi instantáneamente, perdiendo al mismo tiempo la visión y la conciencia después de la aplicación Gz+.

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Como resultado se producen 11,9 segundos de incapacidad absoluta (inconsciencia), 16 segundos de incapacidad relativa (confusión y desorientación) y finalmente de 28 a 30 segundos de incapacidad total, período de tiempo de falta de movimientos propuestos para la corrección del avión. La pérdida del conocimiento se acompaña muy a menudo de amnesia.
Este fenómeno ocurre cuando el corazón ya no puede suministrar sangre al cerebro debido a la acción centrífuga del giro del avión, sin embargo, antes de manifestarse demora 5 segundos más, gracias a la sangre con oxígeno que el cerebro tarda en drenar.


Vestimenta protectora

Trajes anti-G
Los desvanecimientos y otros síntomas de las fuerzas Gs son conocidos desde la Primera Guerra Mundial, pero a partir de la Segunda Guerra Mundial, los médicos y especialistas comenzaron a estudiar los efectos estas fuerzas en el cuerpo humano utilizando un dispositivo conocido como centrifugadora o centrífuga humana. Estas pruebas y experimentos ayudaron a desarrollar equipos personales y técnicas para contrarrestar las fuerzas centrífugas.
Entre las vestimentas en uso actualmente, podemos mencionar los "pantalones anti-g" ó "trajes anti-g". Los mismos consisten en cinco cámaras de aire interconectadas, que cubren la parte baja del abdomen, los muslos y la parte inferior de las piernas. El traje está conectado mediante una manguera y a través de una válvula especial, al sistema de presión del avión (aire purgado desde el compresor de la aeronave). Cuando el avión se acelera de 1.5 a 2 Gs, el sistema automáticamente infla las cámara del traje, siendo la presión de aire aplicada proporcional a la aceleración que está sufriendo el piloto. Con la ayuda de este dispositivo el piloto incrementa en un promedio de 1.5 gs la tolerancia natural del cuerpo humano.
La principal desventaja de este dispositivo es que ciertas partes del cuerpo como los brazos, el pecho y los tobillos quedan expuestos; produciéndose trastornos en ellos, como es el caso de la acumulación de sangre en los tobillos.

Nuevos Trajes anti-G
Recientes estudios han descubierto que la libélula es capaz de resistir grandes aceleraciones gracias a una bolsa de líquido que rodea su corazón y protege al órgano de las fuerzas exteriores. Los trajes anti-G actualmente en desarrollo, se tratan de una malla pegada al cuerpo, por encima de la cual hay unos tubos flexibles llenos de líquido que corren por el pecho, la espalda y los miembros. Todo el conjunto esta cubierto por un buzo de material sintético. Al aumentar las fuerzas inerciales, el líquido (menos denso que la sangre) se desplaza hacia las extremidades (brazos y piernas) oprimiendo los miembros del piloto e impidiendo así que la sangre del pecho y la cabeza se desplace hacia ellos. Otra característica de estos nuevos trajes es su total independencia de los sistemas del avión.

Aceleraciones y Fuerzas G









Fuentes:
Dr. Mercuri, Jorge A. - "Efectos de las aceleraciones en pilotos de aviones de combate y acrobáticos" - Aeroespacio Nro. 534 - Mar/Abr 2000
Hess, Christopher - "High Tech Anti-G Suits" - Flug Revue 8 - 1999
Goldberger, Ricardo - "Trajes de última generación para pilotos de combate" - Clarín - 28/10/2000
Aeromedical Training for Flight Personnel "Gravitational Forces"
http://myweb.tiscali.co.uk/montecarlo/aeromedical/ch4.htm#fig4-4 01/08/2004



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7 comentarios - Aceleraciones y Fuerzas G

@GuriMartinez Hace más de 6 años -1
Ojo que la fuerza que te saca hacia afuera de la curva es la centrifuga, la centripeta es la fuerza igual y opuesta que se genera (principio de acción y reacción) el resto esta barbaro para explicar con un poco de onda esos temas aburridisimos de dinamica.
@juanse0000 Hace más de 6 años -1
gurimartinez, no es asi, en realidad la fuerza centrifuga es virtual, es solo la reaccion a la fuerza centripeta, en el secundario te dicen lo cantrario pero cuando ves fisica en la universidad te lo explican bien, es como dice el post de rubioo6.

excelente post, un laburo barbaro, van ptos.
@baco Hace más de 6 años
la verdad que esta bueno.. el tema.. lastima que esta muy largo...
@tonysoprano2 Hace más de 6 años
veanlo asi, al girar con la mano una pelota agarrada a una cuerda la pelota tiende a alejarse del eje (fuerza centrifuga). Así mismo, la cuerda lo mantiene atado al eje (centrípeta). Si no fuesen iguales la cuerda se rompería, o la pelota dejaria de girar.
@hectorbambino Hace más de 6 años -2
Hola entonces si tengo un mouse G9 que tiene un aceleracion de 75G realmente es posible alcanzar tal velocidad??
@hellhammer_666 Hace más de 1 año
Es cierto, la fuerza centrifuga no existe, lo unico que "estira" es la inercia del movimiento, la tendencia de seguir en la recta tangente. Es virtual.
@pabloskygamer Hace más de 5 meses
hay que aprenderse la maniobra anti G