ПРОТИВОПЕРЕГРУЗОЧНЫЙ КОСТЮМ (ВАРИАНТЫ)
ANTIGRAVITY SUIT (VERSIONS)

Изобретение относится к устройствам для перенесения перегрузок летчиком.
Известно противоперегрузочное устройство, состоящее из непромокаемого комбинезона, погруженного в ванну с жидкостью, закрытую мембраной, см. пат. России № 2400403.
Устройство предназначено для перенесения перегрузок до 50 g и пригодно для вновь создаваемых самолетов, но ограниченно пригодно при модернизации существующих, так как требует нахождения человека в лежачем положении.
Суть изобретения в том, что для перенесения повышенных перегрузок в сидячем положении непромокаемый комбинезон помещен в другой непромокаемый комбинезон, а промежуток между ними заполнен жидкостью с плотностью, близкой к плотности человеческого тела или больше ее (подсоленная вода и т.п.). По стыкам (рукава, горло) комбинезоны, естественно, соединяются, чтобы жидкость не выливалась. Желательно, чтобы внутренний комбинезон был из эластичного материала, а внешний - из нерастягивающегося.
Чтобы не было нежелательных разгибающих усилий на суставах рук и ног, желательно, чтобы оба или хотя бы внешний комбинезон был изготовлен по форме рабочей позы летчика, причем даже с учетом разного положения левой и правой рук.
Для удобства надевания комбинезон может иметь прочную застежку «молния» вдоль тела, одну или несколько, по животу и груди, а также, возможно, по бокам.
Чтобы минимизировать объем требуемой жидкости, внешний комбинезон должен быть как можно более точно подогнан по фигуре человека. Для этого могут применяться традиционные в таких костюмах шнуровка, а также поперечные ремни на поясе, животе или груди. Еще лучше каждый комбинезон шить на конкретного человека по его фигуре.
На кисти рук комбинезон лучше не продлевать. Во-первых, пальцами надо делать достаточно мелкие манипуляции, а во-вторых, перегрузки на уровне рук невелики.
А вот голеностоп и стопы ног следует включить в объем комбинезона. При перегрузке 20 g внутреннее давление крови в сосудах увеличится до 3,2 атм, что приведет к многочисленным кровоизлияниям. При этом для удобства снимания костюма внешний и внутренний комбинезоны должны быть соединены по передней кромке стопы (по кончикам пальцев ног), чтобы при снимании внутренний комбинезон не стремился выворачиваться наизнанку.
При надевании костюма может возникнуть одно неудобство - вся свободная жидкость стечет в чулки комбинезона, и вставлять ноги придется с некоторым усилием. Облегчить этот процесс можно, соединив поверхности внешнего и внутреннего комбинезонов полосками ткани шириной 0,5-1 см. Правда, это резко увеличит трудоемкость изготовления костюма.
Комбинезон может включать в себя и капюшон, однако большой пользы это не принесет, но зато затруднит поворот головы летчика. Так что достаточно ограничиться уровнем горла.
Но объем тела человека не постоянен. Каждые несколько секунд он меняется на 1-3 литра - это вдох-выдох. Чтобы компенсировать это расширение, то есть, чтобы человек мог дышать, на груди и животе внешнего комбинезона имеются коллекторы в виде разветвляющегося пучка трубок, соединенных с отверстиями, а еще лучше с отверстиями в конусных выступах во внешнем комбинезоне.
Чтобы уменьшить гидродинамическое сопротивление оттоку жидкости при вдохе, части внешнего комбинезона на груди и животе могут быть стянуты изнутри сеткой или перфорированной тканью, причем расстояние между точками крепления сетки должны быть меньше, чем это же расстояние по поверхности комбинезона. То есть, чтобы на внешнем комбинезоне образовалась небольшая выпуклость. А уже к этой выпуклости будут присоединены конусы коллектора. Таких выпуклостей и коллекторов может быть один, а в случае центральной молнии - два.
Коллектор (коллекторы) должны быть соединены эластичными, возможно гофрированными, трубами с расширительным бачком, находящимся на уровне головы летчика за подголовником кресла. Диаметр труб должен быть достаточно большим, чтобы быстро перепускать жидкость в бачок и обратно, иначе человеку будет трудно дышать.
Площадь горизонтального (на стоянке) сечения бачка должна быть также достаточно большой, чтобы прилив и отлив жидкости не вызывали существенных колебаний уровня в бачке.
Чтобы жидкость не выливалась из бачка при отрицательных перегрузках, в крышке бачка может быть запирающий клапан, соединенный с подпружиненным грузиком с возможностью закрытия при отрицательных перегрузках.
Чтобы при этом в бачке не образовывались пузырьки воздуха, которые затем могут «всплыть» в костюм, в бачке может быть эластичный (резиновый) мешок, разделяющий воду и воздух. Мешок может быть прикреплен или к дну, или к крышке бачка. К дну - лучше, но к крышке - технологичнее.
Противоперегрузочный костюм может находиться в самолете постоянно, однако это решение имеет некоторые эксплуатационные неудобства. Чтобы летчик мог одевать и снимать комбинезон вне самолета, трубы коллекторов должны иметь два крана, один из которых трехходовой, или три крана, причем третий - атмосферный - должен быть расположен между двумя другими.
Для разгрузки летчика от тяжести жидкости (а ее может быть до десяти килограмм) костюм может иметь в верхней части две нерастягивающиеся или эластичные лямки, прикрепленные к спинке сиденья.
При больших перегрузках все тело летчика, включая левую руку, находится как бы в сидячей ванне и не испытывает никакого дискомфорта, так как внутреннее давление крови на всех уровнях компенсируется наружным давлением жидкости. Но правая рука летчика практически находится «на весу», и держать ее может стать очень трудно и даже невозможно. Для компенсации многократно возросшего веса плеча и предплечья на рукаве правой руки костюма в районе запястья и чуть ниже локтевого сустава могут иметься охватывающие рук хомуты, соединенные сверху нитями через систему блоков с соответствующим грузом (примерно 0,8 кг для запястья и примерно 2,4 кг для локтя. Хотя, возможно, хватит и одного хомута в верхней трети предплечья, соединенного также. Нить должна быть как можно более тонкой (Вектран-2000, Спектра, Зайлон) и светло-серого цвета.
Для еще большего удобства между хомутами может иметься полукруглый ложемент (по медицинской терминологии - лангет).
Для удобства надевания костюм может состоять из брюк (а точнее - колготов) и куртки, соединенных между собой, например, «молнией», а главное - соединенных между собой шлангом (шлангами), соединяющим их гидравлическое пространство.
Следует отметить одну особенность такого костюма - все гибкие оболочки под давлением стремятся принять круглое поперечное сечение. Руки, ноги и живот человека достаточно хорошо соответствуют окружности, а вот область таза и груди имеют более плоскую форму, и костюм в этих местах будет стараться округлиться. Поэтому при применении данных костюмов на старых самолетах может потребоваться несколько изменить форму сидения и спинки, сделав их более вогнутыми. Выполнить эту коррекцию можно применением пластиковых накладок.
Кроме округления, все согнутые оболочки под давлением стремятся выпрямиться. Чтобы при этом на согнутые в коленях ноги не прилагалось выпрямляющего усилия, брюки наружного комбинезона должны быть сшиты по форме согнутых ног. Но тогда в них очень трудно нормально ходить. Чтобы согласовать два взаимоисключающих условия, брюки внешнего комбинезона должны иметь под коленями запас ткани, который после посадки летчика в самолет ликвидируется путем застегивания соединительных лямок (одной, двух или более на колено), расположенных на задней стороне выше и ниже колена.
Следует также учесть, что усилие вдоха незначительно повысится - примерно как у человека, стоящего по горло в воде. Поэтому следует организовать тренировки летчиков на затрудненное дыхание. Простейшим таким тренажером является респиратор или противогаз.
Но есть способ облегчить вдох, для этого надо воздушную часть расширительного бачка соединить с источником небольшого разрежения относительно кабинного давления (около 0,06 атм), например с эжектором или вентилятором.
За постоянством давления будет следить редуктор. Его производительность должна быть достаточно большой, чтобы не мешать вдоху. Желателен ресивер. Если применен вентилятор, то редуктор не нужен. В этом случае при отсутствии перегрузок давление жидкости в костюме на уровне легких человека будет равно нулю. На компенсации перегрузок это почти не скажется, особенно если чуть-чуть увеличить плотность жидкости.
При наличии редуктора и грузика и его соответствующем расположении разрежение в кабине можно сделать незначительно изменяющимся при возникновении перегрузок.
Кстати, объем бачка должен быть равен суммарному объему жидкости в бачке и в костюме, чтобы при отрицательных перегрузках вся жидкость могла уйти в бачок и не мешала летчику дышать.
Чтобы между двумя комбинезонами не возник эффект «слипания», желательно, чтобы внешний комбинезон изнутри и/или внутренний комбинезон снаружи имели некоторый рельеф, например расположенные в сотовом или шахматном порядке полукруглые выступы (пупырышки).
На прилагаемом эскизе показан противоперегрузочный костюм, состоящий из двух вложенных один в другой непромокаемых комбинезонов. Внутренний - эластичный и чуть поменьше (по фигуре летчика), внешний - чуть побольше, чтобы образовался зазор около пяти миллиметров; и костюм  должен быть сшит из нерастягивающегося материала точно по рабочей позе летчика, с учетом подколенного запаса ткани, то есть брюки в районе колен прямые или почти прямые.
Оба комбинезона соединяются в районе горловин рукавов, горла и по стыку молний 1. На груди и животе по сторонам от молнии 1 имеются два коллектора 2, оканчивающихся на костюме конусными выпуклостями 3 (как бы присосками), и соединенных трубами (шлангами) 4 с расширительным бачком 5. В бачке имеется закрепленный у дна резиновый мешок 6, и чтобы при отрицательных перегрузках наполнившийся жидкостью мешок не закрыл выходное отверстие, верхняя часть бачка отделена перфорированной перегородкой 7. Промежуток между комбинезонами и часть бачка заполнены жидкостью.
Бачок соединяется с трубами двумя кранами на каждой трубе. Один кран 8 (обычный шаровой) установлен непосредственно на бачке, второй кран 9 соединен с ним разъемным соединением (байонетное или накидная гайка) и является трехходовым, то есть имеет выход и в атмосферу.
Работает костюм так: летчик надевает облегающий трикотажный спортивный костюм, затем залезает в комбинезон, застегивает молнию 1, садится в кресло самолета, застегивает застежки четырех подколенных лямок (не показаны). Если предусмотрен хомут или хомуты на правой руке, к ним в двух местах к каждому присоединяются нити от грузов. Костюм готов к эксплуатации.
При возникновении положительных перегрузок летчик телом почти не испытывает их, кроме правой руки, которая становится соответственно тяжелее. Если предусмотрены хомуты на правой руке и грузы, то грузы через нить и блоки тянут руку вверх, компенсирую перегрузку.
3
При больших перегрузках, как известно, кровь отливает от головного мозга, вплоть до нарушения зрения и сознания. Для лучшей компенсации этих явлений в костюм лучше залить жидкость несколько более плотную, чем человеческое тело. Тогда при перегрузках тело будет избыточно обжиматься, препятствуя оттоку крови от мозга и даже наоборот, вытесняя немного крови в голову. Этот баланс следует предусмотреть таким, чтобы давление в голове на уровне мозга осталось прежним. Ориентировочные расчеты дают плотность жидкости примерно 1,37 г/см.
Такой жидкостью могут быть растворы хорошо растворимых солей, например ацетат или нитрат калия, нитрат или хлорид кальция, их комбинации и т.п.
Следует отметить один нюанс при отсоединении от самолета: прежде всего летчик должен сделать глубокий вдох и на несколько секунд задержать дыхание. Это нужно для того, чтобы как можно больше жидкости выдавить из костюма в бачок. В это время закрывают краны 8. Затем летчик делает частичный выдох и на секунду переключает трехходовые краны 9 на атмосферу. В промежуток между кранами поступает воздух, и это позволяет жидкости из этого промежутка стечь в костюм. После этих операций между телом человека и костюмом должен появиться люфт, позволяющий свободно дышать.
Затем отключаются нити правой руки, если они есть, плечевые лямки, если они есть, разъединяются байонетные соединения между кранами 8 и 9. Разъединяются застежки лямок за коленями. Для большей свободы движений можно раскрыть молнию и можно вставать.
Нельзя не отметить, что при катапультировании появляются три дополнительные операции: пироножницами отрезаются нити или нить, причем перед первым блоком, чтобы нить не могла захлестнуться и самозавязаться, и одновременно или через 0,1 с после катапультирования должны открыться замки плечевых лямок и разъединиться краны 8 и 9. Или же должны быть обрезаны пироножницами трубы 4. Впрочем, при некоторой тренировке две операции - отсоединение нитей и поворот байонетов - выполняются очень быстро и вручную, а отсоединение плечевых лямок или можно выполнить так же, как и отсоединение привязных ремней, или оно может быть механически связанным с поворотом байонета, то есть выполняются одним движением одной рукояткой.
При длительных полетах под костюм следует надевать влагопоглощающий жилет, который затем регенерируется.