G力(gravitational force equivalent or G-force),也可称“重力”;原为一航空专有名词,现在广泛做为移动或改变切线,或是加速度与减速度时承受力道的单位。

定义

“G”:地球表面的重力加速度;飞行器加上载重和驾驶员之重量,且飞行器处于平飞时,这种状态定义为“1G”。而当飞行器改变惯性,如加减速或是进行非直线动作时即会产生正或负的重力(G)。

当飞行器加速或攀升,而导致重力由上往下,或进行非直线的动作的离心力,就会产生正G力,产生G力与地面位置无直接关系而与飞行器原有位置及方向有关,例如飞行器上下颠倒并往地面接近时,即使地面是在下方亦会产生正G力。

相对的当飞行器减速或下降而使重力由下往上时,就会产生负G力,此时的上下亦与地面位置无直接关系。

当前航空科技已发展出向量喷嘴及新操控方式和组件,能使飞行器的行进方向与机身方向不同,此时机鼻方向的改变也会造成G力。

影响

其实在生活中随时都会产生额外G力,但是多半因为过于微小因此往往被忽略,若要明显体验则可利用高速的器材或交通工具,例如云霄飞车或民航机,但此类方式所产生的G力仍旧在一般人体的可承受范围之内,而对于随时在进行超高速动作飞行器上的飞行员而言,G力却是不可忽视的一个重要关键,且往往决定生死。

首先是飞行器的组件,包括蒙皮及刚性结构、接合点…皆有可能因为高或长期的G力之影响,而产生材质疲劳或劣化,极有可能会造成损坏而导致严重后果,甚至是支撑不住而空中解体。

一般而言,正常状态下的人体所能承受的最大极限为正9G到负3G之间,而当正G力越大时,血液会因压力而从头部流向腿部而使脑部血液量锐减,此时二氧化碳浓度会急遽增加,并因缺血缺氧而影响视觉器官造成所谓的“黑视症”(Blackout)。

反之,当负G力过大时,身体的血液会反向的由下往脑部集中,造成脑部充血危及微血管,同时眼球也因过度充血而使得进入的光线都呈现血液色,称为“红视症”(Redout)。

一般来说,短暂的“红视症”与“黑视症”只是人体自我保护机制产生的警讯,用以警告人体已经濒临极限,倘若继续维持甚至增加G力,脑部将再因保护机制而导致昏厥,此时位于空中的飞行器即有极度危险;接着,当G力超过人脑所能负荷极限时,则人脑将因长时间过度缺氧或充血的血管破裂而造成永久性伤害,最严重的即是因脑部严重损坏而死亡,或是脆弱的内部组织因持续遭受高G力而产生破裂,造成严重出血并危及生命。

另外根据研究,许多飞航意外丧生的乘客,都是因为坠落过程或触地一瞬间产生的强大G力即已死亡,而非之后的灾难(火灾、压迫……)而导致死亡。

对策

目前最有效也最普遍的减缓方式是抗G衣,当高正G力产生时,飞行员所穿着的抗G衣即会在四肢充气增加压力藉以逼使血液回流至脑部;但是一般抗G衣会因手部末端充气而导致无法精准操控,因此部分新式抗G衣增加自我监测微调或利用液压而达到精准的血液流量控制。

动态恢复是现在正研究的一种辅助方式,系统随时监测飞行员的生理状态,当飞行员陷入昏厥时系统自动接手飞行器,将飞行器校正至G力较小的状态,同时利用刺激装置(电击、嗅觉……)使飞行员清醒。

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