DE60102491T2

DE60102491T2 - Steuersystem und Verfahren für Anti-G Anzug

Info

Publication number: DE60102491T2
Application number: DE60102491T
Authority: DE
Inventors: Victor P. Crome; Russel F. Hart
Original assignee: Litton Systems Inc
Current assignee: Cobham Mission Systems Davenport LSS Inc
Priority date: 2000-01-18
Filing date: 2001-01-04
Publication date: 2004-12-23
Anticipated expiration: 2021-01-05
Also published as: CA2330066A1; JP2001225797A; JP4678641B2; EP1118536B1; DE60102491D1; US6450943B1; CA2330066C; EP1118536A2; EP1118536A3; KR20010086300A

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erhöhen der Fähigkeit, dass ein in einem Luftfahrzeug fliegenden Flieger einem durch die Schwerkraft (G-Kraft) verursachten Verlust des Bewusstseins (GLOC = gravity induced loss of consciousness) widersetzen kann, und spezieller zum Verringern der Wahrscheinlichkeit eines durch die Schwerkraft verursachten Verlusts des Bewusstseins, wie sich dies ergibt, wenn der Flieger im Luftfahrzeug einen Übergang von einer Periode mit unter der normalen Beschleunigung durch die G-Kraft auf eine solche über der normalen Beschleunigung durch die G-Kraft erfährt.
Hintergrundbildende Technik
Ein als Druck-Zieh-Effekt bezeichnetes Phänomen tritt dann auf, wenn ein Flieger einer Periode (Perioden) mit niedrigen oder negativen G-Kräften ausgesetzt ist, denen unmittelbar eine Periode (Perioden) positiver G-Kräfte folgt. Der Druck-Zieh-Effekt verringert die Verträglichkeit eines Fliegers auf die G-Kraft, und er kann einen unachtsamen und ungeschützten Flieger durch fatale Ergebnisse überraschen.
Während eines Flugs ist ein Flieger weniger als der normalen Grundlinie der G-Kraft ausgesetzt, z. B. 0 bis –1,0 G. Während er dem ausgesetzt ist, wird Blut in den Kopf des Fliegers "gedrückt", was den Blutdruck im Oberkörper des Fliegers erhöht. Natürliche physiologische Reaktionen versuchen, den Blutdruck des Fliegers dadurch auf normale Werte abzusenken, dass die Herzfrequenz verringert wird und Blutgefäße ausgedehnt werden, um den Blutdruck im Gehirn abzusenken.
Wenn der Flieger durch die natürliche, physiologische Reaktion keine Kompensation erzielen kann und wenn der Blutdruck zu stark ansteigt, kann ein als "Redout" bekannter Zustand auftreten. Redout oder Rotsehen kann bei nur zwei oder drei negativen G-Kräften auftreten, die bewirken, dass Blutgefäße im Auge reißen. Physiologische Untersuchungen haben ergeben, dass das parasympathische Nervensystem den hohen Blutdruck erfasst und ihn automatisch durch Absenken der Herzfrequenz in zwei bis vier Sekunden und durch Ausdehnen von Blutgefäßen in fünf bis sieben Sekunden absenkt, wenn die niedrigen oder negativen G-Kräfte ausreichend lange andauern. Der Parasympathikus führt die Körperfunktionen auf die Normalwerte zurück, nachdem sie durch sympathische Stimulation geändert wurden. Der Sympathikus bereitet den menschlichen Körper im Gefahrenfall auf heftige Aktivitäten vor.
Beim Übergang von niedrigen oder negativen G-Kräfte auf hohe G-Kräfte fällt der Gehirn-Blutdruck eines Fliegers unter normal, da das Blut aus dem Kopf des Fliegers "gezogen" wird. Der Sympathikus reagiert durch Erhöhen der Herzfrequenz in ungefähr sechs bis acht Sekunden und durch Verengen der Blutgefäße in ungefähr sieben bis 15 Sekunden, wodurch versucht wird, den Gehirn-Blutdruck zu erhöhen.
Durch dramatisches Erhöhen des Gehirn-Blutdrucks und des dem Gehirn verfügbaren Sauerstoffs führen hohe G-Kräfte zu einem durch G-Kräfte induzierten Verlust des Bewusstseins oder einem Blackout. Wenn die G-Kräfte ansteigen, erfährt der Flieger den Tunnelblick und einen Verlust des Farbsehens. Wenn der Flieger unvorbereitet ist und der Gehirn-Blutdruck bei hohen, positiven G-Kräfte dramatisch fallen kann, kann der Flieger das Bewusstsein innerhalb von fünf bis sieben Sekunden verlieren. Für das Gehirn ist latenter Sauerstoff nur für fünf bis sieben Sekunden verfügbar. Wenn der Flieger nicht geeignet geschützt ist oder er keine Korrekturaktion ergreift, tritt Blackout auf.
Ein Flieger erfährt sowohl niedrige oder negative G-Kräfte als auch hohe G-Kräfte, während er in einem Hochleistungs-Kampfflugzeug Manöver ausführt, zu denen schnelle Änderungen der Richtung und Geschwindigkeit gehören. Es existieren zahlreiche Vorgehensweisen im Stand der Technik, um hohe G-Kräfte und physiologische Effekte zu meistern, die bei Fliegern zu Blackout führen. Zwei erfolgreiche Vorgehensweisen zum Erhöhen der Verträglichkeit eines Fliegers gegenüber hohen G-Werten verhindern eine Ansammlung von Blut in den unteren Extremitäten, und sie zwingen den Blutfluss in den Oberkörper.
Die erste Vorgehensweise aus dem Stand der Technik ist ein vom Flieger ausgeführtes Belastungs- oder Anspannungsmanöver. Zu beispielhaften Anti-G- Belastungsmanövern gehören Valsalva, "Q", "HOOK", M-1 und L-1. Diese Manöver erhöhen den hydrostatischen Gesamtdruck im Intravaskulärsystem des Fliegers, und sie können die G-Kraft-Verträglichkeit um ungefähr drei G erhöhen.
Die zweite bekannte Vorgehensweise ist die Verwendung einer vom Flieger getragenen unter Druck stehenden Anti-G-Bekleidung.
Eine Anti-G-Bekleidung oder ein G-Anzug besteht hauptsächlich aus einer Reihe von Ballons innerhalb von vom Flieger getragener Hosen. Die Druckfüllung der Ballons drückt die Beine und den Bauch des Fliegers zusammen, wodurch die Blutmenge verringert wird, die vom Kopf in die Beine gedrückt wird. Durch Anti-G-Bekleidung kann die G-Kraft-Verträglichkeit um ungefähr eineinhalb bis zwei G erhöht werden.
Nun folgt eine Erläuterung zur Verwendung der Anti-G-Bekleidung. Der Druck, der auf die untere Anti-G-Bekleidung wirkt, wie sie vom Flieger getragen wird, um eine hohe G-Kraft zu bekämpfen, ist üblicherweise durch die unten folgende Gleichung 1 bis zu einem Maximum von elf Pfund pro Quadratzoll (PSI) bei neun G definiert. In der Gleichung 1 repräsentiert Gz das Ausmaß der vom Flieger erfahrenen G-Kraft, und P ist der auf die Anti-G-Bekleidung auszuübende Druck, um die Effekte der hohen positiven G-Kraft zu bekämpfen. P = 1,5 PSI*(Gz – 1,667) Gleichung (1)
Die Gleichung 1 beruht auf der empirischen Erkenntnis betreffend die physiologische Reaktion des menschlichen Körpers auf zunehmende G-Kraftwerte ausgehend von einer Grundlinie von 1,0 G. Diese Vorgehensweise berücksichtigt den Effekt des Fliegers bei einem Übergang ausgehend von einer negativen G-Kraft, bei der der Blutdruck zunimmt und Blut in den Kopf "gedrückt" wird, auf eine positive G-Kraft nicht, bei der der Blutdruck fällt und Blut aus dem Kopf "gezogen" wird, was bereits als Druck-Zieh-Effekt bezeichnet wurde.
Für sich kann jeder dieser Effekte, hohe G-Kraft oder niedrige G-Kraft, einen deutlich negativen, wenn nicht tödlichen, Einfluss auf einen Flieger haben; jedoch nimmt in Kombination in einem Manöver mit einem Übergang von niedrigem G auf hohes G der Einfluss einer hohen G-Kraft auf den Flieger zu. Aufgrund der physiologischen Reaktionen auf Perioden mit niedrigem G tritt der Einsatz eines Blackouts während einer anschließenden Periode mit hohem G bei niedriger hohem G-Wert auf. Die Verträglichkeit des menschlichen Körpers hinsichtlich hoher G-Kräfte ist verringert, wenn er niedrigen Werten der G-Kraft unmittelbar vor den hohen G-Kräften ausgesetzt war, da in Perioden mit niedrigem G Blut in das Gehirn "gedrückt" wird und es in Perioden mit hohem G aus dem Gehirn "gezogen" wird.
Der Druck-Zieh-Effekt wurde bei einem fatalen Absturz eines kanadischen CF-18-Flugzeugs besonders deutlich. Der Absturz erfolgte, nachdem der Flieger mäßigen positiven Werten der G-Kraft folgend auf negative G-Kraft ausgesetzt war. Während des ganzen Flugs gelieferte Telemetriedaten zeigten, dass der Grund für den Absturz der Druck-Zieh-Effekt war. Es wird vermutet, dass andere Vorfälle mit Luftfahrzeugen das Ergebnis des Druck-Zieh-Effekts waren. Dieser Effekt ist bekannt, und er zeigte sich bei Fliegern in der Gemeinschaft der Kunstflugpiloten.
Außerdem beeinflusst die Physis einer Einzelperson ihre Fähigkeit, G-Kräfte standzuhalten. Große Personen, die G-Kräfte erleiden, neigen stärker zum Blackout als kleine Personen, die dieselben G-Kräfte erleiden, da das Herz einer großen Person das Blut weiter zum Gehirn pumpen muss als das Herz einer kleinen Person. Daher besteht in der Technik Bedarf dazu, die Reaktion einer Anti-G-Bekleidung auf die spezielle Physis einer Einzelperson zuzuschneiden.
Ein Vorteil der Lösung dieses Problems ist die Verringerung oder Beseitigung von Unfällen, die sich aus dem Druck-Zieh-Effekt ergeben, und auch das Bereitstellen eines deutlichen taktischen Vorteils für geschützte Flieger während Kampfmanövern. Neue Kampfmanöver mit niedrigen oder negativen Werten der G-Kraft verbessern die Überlebenschancen des Fliegers und des Flugzeugs. Daher besteht in der Technik Bedarf an einer Verringerung der Wahrscheinlichkeit des Verlusts des Bewusstseins wegen eines Übergangs von einer Periode mit unter der normalen G-Kraft auf über der normalen G-Kraft. Ferner wäre es besonders wünschenswert, ein vorhandenes Luftfahrzeug mit der erforderlichen Hardware und Software nachzurüsten, um eine Anti-G-Bekleidung zu steuern, ohne dass eine zusätzliche Verarbeitung durch Computer des Luftfahrzeugs erforderlich ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, den Druck-Zieh-Effekt zu kompensieren, wie ihn Flieger während Flugmanövern erleiden.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, die Verträglichkeit eines Fliegers hinsichtlich des Druck-Zieh-Effekts während Flugmanövern zu erhöhen.
Noch eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass ein Flieger durch die Schwerkraft verursacht das Bewusstsein verliert, wenn während Flugmanövern ein Übergang von niedrigem G auf hohes G auftritt.
Eine andere Aufgabe ist es, die Verwendung existierender Luftfahrzeug-Computer zu vermeiden und eine Anti-G-Bekleidung zum Kompensieren des Druck-Zieh-Effekts zu verwenden.
Noch eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, die Reaktion einer Anti-G-Bekleidung auf eine spezielle Einzelperson zuzuschneiden.
Die Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verringern des Druck-Zieh-Effekts, wie er von einem Flieger während eines Übergangs und nach einem solchen von einer Periode mit niedrigen oder negativen Werten der G-Kraft auf Werte mit hoher G-Kraft erfahren wird. Zur Erfindung gehört eine Anti-G-Steuerung, die so konfiguriert ist, dass sie Signale empfängt, die die Beschleunigung des Fliegers und den Druck der Anti-G-Bekleidung anzeigen. Die Anti-G-Steuerung ist mit einer Ventilsteuerung verbunden, die die Füll- und Belüftungsventile steuert, die den Druckpegel in der Anti-G-Bekleidung steuern. Wenn die Anti-G-Steuerung Beschleunigungssignale empfängt, die Werte der G-Kraft als Funktion der Zeit anzeigen, berechnet die Steuerung, ob der Druck der Anti-G-Bekleidung erhöht oder gesenkt werden sollte. Ein Erhöhen des Drucks der Anti-G-Bekleidung kompensiert den Verlust der Verträglichkeit des Fliegers auf hohe G-Werte unmittelbar nachdem er einer Periode mit niedrigen oder negativen G-Werten ausgesetzt war.
Bei einer Verfahrens-Erscheinungsform der Erfindung wird der Druck in einer Anti-G-Bekleidung unter Verwendung einer Ventilsteuerung zum Erhöhen oder Absenken des Drucks in der Anti-G-Bekleidung gesteuert, die mit einem Prozessor mit Speicher verbunden ist. Der Speicher kann Signale empfangen, die die Beschleunigung und den Bekleidungsdruck repräsentieren. Zum Verfahren gehören die Schritte des Abspeichern von empfangenen Beschleunigungssignalen im Speicher und des Erhöhens des Drucks in der Anti-G-Bekleidung auf einen Übergang von einer Periode mit unter normaler Beschleunigung auf über die normale Beschleunigung.
Noch andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung leicht erkennbar werden, in der die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben sind, und zwar einfach durch Veranschaulichen der besten Art, wie sie zum Ausführen der Erfindung erdacht wurde. Wie es zu erkennen ist, ist die Erfindung anderen und verschiedenen Ausführungsformen zugänglich, und ihre verschiedenen Einzelheiten können in verschiedener, ersichtlicher Hinsicht modifiziert werden, alles ohne dass von der Erfindung abgewichen würde. Demgemäß sind die Zeichnungen und die Beschreibung hierzu der Art nach als veranschaulichend und nicht als beschränkend anzusehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird beispielhaft, und nicht beschränkend, in den Figuren der beigefügten Zeichnungen veranschaulicht, in denen Elemente mit denselben Bezugszahl-Kennzeichnungen durchgehend gleiche Elemente repräsentieren.
1 ist ein schematisches Blockdiagramm der Erfindung und
2 ist ein Blockdiagramm auf hoher Ebene einer Schaltung in einer Anti-G-Steuerung der 1.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Es wird nun auf die 1 Bezug genommen, in der eine mit einem Anti-G-System 11 verbundene Anti-G-Bekleidung 10 von einem Flieger (nicht dargestellt) getragen wird, um die Verträglichkeit desselben auf hohe G-Werte während Flugmanövern zu erhöhen. Die Anti-G-Bekleidung 10 bedeckt die Beine und den Körper des Fliegers mit Luftblasen, die während Manövern mit hoher Beschleunigung automatisch aufgeblasen werden, um die Blutgefäße in diesen Bereichen zusammenzudrücken und zwangsweise dafür zu sorgen, dass das Blut weiterhin zum Gehirn fließt. Nachfolgend wird der Begriff Flieger in der Einzahl oder Mehrzahl dazu verwendet, den Piloten und/oder die Flugmannschaft eines Luftfahrzeugs individuell oder kollektiv zu bezeichnen.
Das Anti-G-System 11 verfügt über einen mit einer Anti-G-Steuerung 14 verbundenen Beschleunigungsmesser 12, einen mit der Anti-G-Steuerung 14 und einer Druckleitung 40 verbundenen Druckmesser 16, die mit einer Ventilsteuerung 18 verbundene Anti-G-Steuerung 14, die mit einem Druckschalter 26, einem Füllventil 20 und einem Belüftungsventil 22 verbundene Ventilsteuerung 18, den mit der Druckleitung 40 und dem Belüftungsventil 22 verbundenen Druckschalter 26, die zwischen das Füllventil 20, das Belüftungsventil 22 und die Anti-G-Bekleidung 10 geschaltete Druckleitung 40, eine mit dem Füllventil 20 verbundene Druckwelle und ein mit der Druckleitung 40 verbundenes Druckbegrenzungsventil 28.
Der Beschleunigungmesser 12 überwacht Werte der G-Kraft, wie sie der Flieger erfährt, und er gibt ein für den Wert der G-Kraft repräsentatives Signal an die Anti-G-Steuerung 14 aus. Ein G ist eine Messeinheit, die die Kraft beschreibt, die eine Masse aus einer Beschleunigung aufgrund der Schwerkraft auf Meeresniveau erfährt. Der Druckmesser 16 überwacht den Druck in der Anti-G-Bekleidung 10, und er gibt ein für den Druckwert repräsentatives Signal an die Anti-G-Steuerung 14 aus. Die Anti-G-Steuerung 14 empfängt Eingangssignale vom Beschleunigungsmesser 12 und vom Druckmesser 16, und sie berechnet, ob der Druck in der Anti-G-Bekleidung 10 zu erhöhen oder abzusenken ist als Funktion der Werte der G-Kraft über die Zeit. Durch Überwachen des zeitlichen Verlaufs der Werte der G-Kraft kann die Anti-G-Steuerung korrekt ermitteln, wie stark der Druckablauf für die Anti-G-Bekleidung 10 voreilen muss, um den Druck-Zieh-Effekt zu bekämpfen.
Die Anti-G-Steuerung 14 stellt den Druck in der Bekleidung 10 durch Steuern der Ventilsteuerung 18 ein. Die Ventilsteuerung 18 reagiert auf (1) einen Anstieg und (2) einen Abfall von Drucksignalen von der Anti-G-Steuerung 14 durch (1) Öffnen des Füllventils 20 und Schließen des Belüftungsventils 22 bzw. (2) Schließen des Füllventils 20 und Öffnen des Belüftungsventils 22, die den Druck in der Anti-G-Bekleidung 10 steuern. Das Füll- und das Belüftungsventil 20 und 22 können getrennte elektromechanische Füll- und Belüftungsventile 20 und 22 oder ein doppelwirkendes Füll- und Belüftungsventil sein. Das Füllventil 20 ist mit der Druckwelle 24 verbunden, die Druckluft für die Anti-G-Bekleidung liefert, wie es in der Technik bekannt ist. Alle Komponenten sind am oder im Luftfahrzeug angebracht.
Wenn der Druck der Anti-G-Bekleidung 10 eine voreingestellte Grenze überschreitet, sorgt ein Druckschalter 26 dafür, dass die Ventilsteuerung 18 das Füllventil 20 schließt und das Belüftungsventil 22 öffnet, wodurch übermäßiger Druck abgebaut werden kann. Außerdem ist das Druckbegrenzungsventil 28 als Sicherheitsmaßnahme für den Fall vorhanden, dass der Druck der Bekleidung eine voreingestellte Grenze überschreitet.
Ein Regler (nicht dargestellt) für Druckatmung bei G-Werten (PBG = pressure breathing for G) kann ebenfalls vorhanden sein, um den bevorzugten Druck an eine Maske und eine Brust-Gegendruck-Bekleidung (nicht dargestellt) zu liefern. Zu Beispielen von PBG-Reglern gehören CRU-93 oder CRU-98 der US Air Force oder CRU-103 der US Navy.
Die Schaltung einer Anti-G-Steuerung 14, wie in der 2 dargestellt, verfügt über einen Bus 30 zum Übertragen von Information und einen Prozessor 32, der mit dem Bus 30 verbunden ist und dazu dient, Information zu verarbeiten. Die Anti-G-Steuerung 14 verfügt auch über einen Festwertspeicher 34 (ROM) oder einen anderen statischen Speicher, der mit dem Bus 30 verbunden ist, um statische Information und Anweisungen für den Prozessor 32 zu speichern. Die Anti-G-Steuerung 14 verfügt ferner über einen Hauptspeicher 36, wie einen Direktzugriffsspeicher (RAM) oder einen anderen dynamischen Speicher, der mit dem Bus 30 verbunden ist, um vom Prozessor 32 auszuführende Anweisungen und Signale zu speichern, die Eingaben vom Beschleunigungsmesser 12 und vom Druckmesser 16 über die Zeit hinweg repräsentieren. Der Hauptspeicher 36 kann auch dazu verwendet werden, vorübergehende variable oder andere Zwischeninformation zu speichern, während der Prozessor 32 Anweisungen ausführt. Ein Speicher 38, wie eine magnetische Platte oder eine optische Platte, der mit dem Bus 30 verbunden ist, speichert Verarbeitungsanweisungen sowie Signale, die Eingaben des Beschleunigungsmessers 12 und des Druckmessers 16 repräsentieren.
Die Aktivierung der Ventilsteuerung 18 wird durch den Prozessor 32 der Anti-G-Steuerung 14 gesteuert, die im Hauptspeicher 36 enthaltene Anweisungsfolgen ausführt. Derartige Anweisungen können von einem anderen computerlesbaren Medium, wie dem Speicher 38, in den Hauptspeicher 36 gelesen werden. Jedoch besteht für das computerlesbare Medium keine Beschränkung auf Vorrichtungen wie den Speicher 38. Z. B. können zum computerlesbaren Medium Disketten, flexible Platten, Festplatten, Magnetbänder oder andere magnetische Medien, CD-ROMS, beliebige andere optische Medien, Lochkarten, Papierbänder oder andere körperliche Medien mit Lochmustern, RAMs, PROMs, EPROMs, FLASH-EPROMs, beliebige andere Speicherchips oder -kassetten, eine Trägerwelle, die in einem elektrischen, elektromagnetischen, Infrarot- oder optischen Signal enthalten ist, oder ein beliebiges anderes Medium gehören, von dem ein Computer lesen kann. Die Ausführung der im Hauptspeicher 36 enthaltenen Befehlsfolgen sorgt dafür, dass der Prozessor 32 die unten beschriebenen Prozessschritte ausführt. Bei alternativen Ausführungsformen kann anstelle von Computersoftwareanweisungen, oder in Kombination mit solchen, eine fest verdrahtete Schaltung verwendet werden, um die Erfindung zu realisieren. Demgemäß sind Ausführungsformen der Erfindung nicht auf irgendeine spezielle Kombination einer Hardwareschaltung und von Software beschränkt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die unten angegebene Gleichung 2 in Anweisungen im ROM 34 oder im Speicher 38 abgespeichert, und sie wird vom Prozessor 32 ausgeführt, um den Druck zu bestimmen, wie er in der Anti-G-Bekleidung 10 einzustellen ist, nachdem niedrige oder negative G-Werte gefolgt von positiven G-Werten auftraten. In der Gleichung 2 repräsentiert Gz das Ausmaß der vom Flieger erfahrenen G-Kraft, und X ist eine Variable, deren Wert durch den zeitlichen Verlauf des Werts Gz bestimmt ist. Wenn keine oder nur eine minimal negative G-Kraft erfahren wird, ist Gz größer als 0,5 G und der Wert von X wird auf null eingestellt. Wenn der Wert von Gz für ungefähr 2 Sekunden oder mehr kleiner als 0,5 G ist, wird der Wert von X auf 0,5 eingestellt. Wenn Gz für ungefähr 2 Sekunden oder mehr kleiner als 0,0 G ist, wird der Wert von X auf 1,0 eingestellt, und wenn Gz für ungefähr 2 Sekunden oder mehr weniger als negative 0,5 G ist, wird der Wert von X auf 1,5 eingestellt. Der Maximalwert von X beträgt 1,5. P ist der Druck, wie er an die Anti-G-Bekleidung 10 anzulegen ist, um die Effekte des Druck-Zieh-Effekts und einer hohen positiven G-Kraft zu bekämpfen. P = 1,5 PSI*(Gz – 1,667 + X) Gleichung (2)wobei:

– X normalerweise 0 ist;
– wenn Gz < 0,5 G für ungefähr 2 Sekunden oder länger ist, X = 0,5 gilt;
– wenn Gz < 0,0 G für ungefähr 2 Sekunden oder länger ist, X = 1,0 gilt;
– wenn Gz < –0,5 G für ungefähr 2 Sekunden oder länger ist, X = 1,5 gilt;
– der Maximalwert von X 1,5 beträgt und
– der Maximalwert von P 11,0 PSI beträgt.

Anstelle der Gleichung 2 können andere Gleichungen dazu verwendet werden, dem Druck-Zieh-Effekt bei einem Flieger entgegenzuwirken. Es wird darauf hingewiesen, dass ein Vorziehen des Druckplans in solcher Weise, dass er bei einer Kraft von 0,0 G oder darunter beginnen würde, die physiologischen Reaktionen des Körpers auf negative G-Kräfte erhöhen würde und dies den schädlichen Druck-Zieh-Effekt auf einen Flieger während jeglichen folgenden Zustands, in dem er einen positiven G-Kraft ausgesetzt ist, verschlimmern würde. Das Vorziehen des Starts der Druckausübung auf die Anti-G-Bekleidung 10 auf gerade über eine Kraft von 0,0 G (oder eine Kraft von ungefähr 0,167 G) ist vermutlich ungefähr das meiste, um das der Druck vorgezogen werden kann, ohne dass schädliche Effekte auftreten.
Der Prozessor 32 überwacht die im Hauptspeicher 36 abgespeicherten jüngsten Eingaben des Beschleunigungsmessers 12. Wenn die Eingaben des Beschleunigungmessers 12 für länger als ungefähr 2 Sekunden kleiner als ungefähr einhalb G sind, berechnet der Prozessor 12, unter Verwendung der Gleichung 2, den in der Anti-G-Bekleidung 10 erforderlichen Druckpegel, um den Druck-Zieh-Effekt zu bekämpfen. Wenn die Eingabewerte des Beschleunigungsmessers 12 kleiner als 0,5 G-Kraft sind, wird die Variable X in der Gleichung 2 auf 0,5 eingestellt. Demgemäß beträgt, wenn die Eingabewerte des Beschleunigungsmessers kleiner als 0,0 und –0,5 G-Kraft sind, 1,0 bzw. 1,5. Der Prozessor 32 vergleicht den berechneten Druck mit dem im Hauptspeicher 36 abgespeicherten jüngsten Druckpegel in der Bekleidung 10, und er berechnet die Differenz. Nach dem Ermitteln einer berechneten Differenz überträgt der Prozessor 32 ein Signal über den Bus 30 an die Ventilsteuerung 18, um das Füll- und das Belüftungsventil 20 und 22 zu öffnen und zu schließen.
Wenn die berechnete Druckdifferenz anzeigt, dass der berechnete Druck größer als der aktuelle Druck in der Bekleidung 10 ist, erzeugt der Prozessor 32 ein Druckerhöhungssignal. Wenn die berechnete Differenz anzeigt, dass der berechnete Druck niedriger als der aktuelle Druck in der Bekleidung 10 ist, erzeugt der Prozessor 32 ein Druckerniedrigungssignal. Wenn die Ventilsteuerung 18 ein Druckerhöhungssignal empfängt, schließt sie das Belüftungsventil 22 und öffnet das Füllventil 20, um dafür zu sorgen, dass der Druck in der Anti-G-Bekleidung 10 ansteigt. Wenn die Ventilsteuerung 18 das Druckverringerungssignal empfängt, schließt sie das Füllventil 20 und öffnet das Belüftungsventil 22, was bewirkt, dass der Druck in der Anti-G-Bekleidung 10 fällt. Wenn die berechnete Differenz zwischen dem eingegebenen Druckpegel und dem berechneten Druckpegel null ist, überträgt der Prozessor 32 ein Signal über den Bus 30 an die Ventilsteuerung 18 zum Schließen des Füll- und des Belüftungsventils 20 und 22. Der Prozessor 32 fährt mit dem Überwachen der Eingabewerte des Beschleunigungsmessers 12 und des Druckmessers 16 fort.
Wenn der Druck in der Anti-G-Bekleidung 10 eine voreingestellte Grenze überschreitet, sorgt der Druckschalter 26 dafür, dass die Ventilsteuerung 18 das Füllventil 20 schließt und das Belüftungsventil 22 öffnet, so dass der übermäßige Druck abgelassen werden kann.
Ein Beispiel ist von Nutzen, um den Betrieb des Anti-G-Systems 11 in Verbindung mit der Anti-G-Bekleidung 10 der 1 zu beschreiben. Wenn der die Anti-G-Bekleidung 10 tragende Flieger niedrige oder negative Werte der G-Kraft erfährt, z. B. negativ 0,2 G für 3 Sekunden, überträgt der Beschleunigungsmesser 12 Signale, die den Wert der G-Kraft anzeigen, zur Abspeicherung im Hauptspeicher 36 oder im Speicher 38 an die Anti-G-Steuerung 14. Dabei wird vom Anti-G-System 11 der Druck null oder der Nominaldruck an die Anti-G-Bekleidung 10 geliefert. Nach einem Übergang auf eine Periode positiver Werte der G-Kraft, z. B. 1 G, berechnet der Prozessor 32 den gewünschten Druck in der Bekleidung unter Verwendung der Gleichung 2 al sP = 1,5*(1 – 1,667 + 1) = 0,5 PSI. Durch die Anti-G-Steuerung 14 wird ein Druckerhöhungssignal an die Ventilsteuerung 18 geliefert. Wenn die Beschleunigung auf 2 G zunimmt, berechnet der Prozessor 32 den gewünschten Druck in der Bekleidung 10 unter Verwendung der Gleich 2 zu P = 1,5*(2 – 1,667 + 1) = 1,9995 PSI. Erneut wird durch die Anti-G-Steuerung 14 ein Druckerhöhungssignal an die Ventilsteuerung 18 geliefert. Unter Verwendung der Gleichung 1 von Vorgehensweisen aus dem Stand der Technik hätte der bei 2 G zu liefernde Druck P = 1,5*(2 – 1,667) = 0,5 PSI betragen. Ein Vergleich der Druckwerteergebnisse aus den Gleichungen 1 und 2, wie von der Anti-G-Steuerung 14 ermittelt, zeigt, dass der unter der Gleichung 2 berechnete Druck um eineinhalb Pfund pro Quadratzoll größer als der durch die Gleichung 1 bestimmte Druck ist. Daher ist der unter der Gleichung 2 zu liefernde Druck größer als der gemäß der Gleichung 1, um die Periode mit niedrigem oder negativem Wert der G-Kraft zu kompensieren.
Wenn der Flieger eine normale oder hohe positive G-Kraft erfährt, ohne dass eine Periode mit niedriger oder negativer G-Kraft vorherging, wird der Wert von X in der Gleichung 2 auf null gesetzt. Demgemäß wird die durch die Anti-G-Steuerung 14 angewandte Gleichung 2 dazu verwendet, den Effekten hoher Beschleunigungsraten dadurch entgegenzuwirken, dass die Anti-G-Bekleidung 10 auf dieselbe Weise wie gemäß der Gleichung 1 gesteuert wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform wird die unten angegebene Gleichung 3 anstelle der oben beschriebenen Gleichung 2 verwendet. P = 1,5 PSI*Y*(Gz – 1,667 + X) Gleichung (3)wobei:

– Y nominell einem Wert von ungefähr 1 entspricht;
– X normalerweise 0 ist;
– wenn Gz < 0,5 G für ungefähr 2 Sekunden oder länger ist, X = 0,5 gilt;
– wenn Gz < 0,0 G für ungefähr 2 Sekunden oder länger ist, X = 1,0 gilt;
– wenn Gz < –0,5 G für ungefähr 2 Sekunden oder länger ist, X = 1,5 gilt;
– der Maximalwert von X 1,5 beträgt und
– der Maximalwert von P 11,0 PSI beträgt.

Der Wert von Y ist nominell ein Wert nahe 1, der dazu verwendet wird, die Steigung der Antwortkurve des Drucks über der G-Kraft zu ändern. Dies ist z. B. von Nutzen, um die Reaktion des Anti-G-Ventils auf eine spezielle Einzelperson zuzuschneiden. Eine große Einzelperson benötigt eine steilere Antwortkurzve (z. B. einen WErt von Y von 1,05), und eine kleine Einzelperson benötigt eine allmählichere Reaktion (z. B. einen Wert von Y von 0,95).
Der Wert von Y wird vom Flieger als Menüeintrag vor dem Flug in die Gleichung 1 eingegeben (vom speziellen einzelnen Flieger in einem Luftfahrzeug, das von mehr als einem Piloten geflogen wird). Außerdem könnte der Wert von Y während des Flugs vom Flieger modifiziert werden. Wenn Y während des Flugs modifiziert wird, wird der Wert auf Grundlage einer Messung der physiologischen Reaktion des Piloten während Manövern mit hohem G ermittelt. Z. B. zeigt ein niedriger Wert des Blutdrucks im Genick des Piloten an, dass ein zusätzlich niedrigerer Körperdruck erforderlich ist und der Wert von Y während anschließenden Manövern mit hohem G erhöht wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird der Wert von Y als Funktion der Änderungsrate von Gz geändert. Eine schnellere Einsetzrate wird in einen höheren Wert von Y umgesetzt, und dies führt zu einer stärkeren Steigung der Antwortkurve des Drucks über G. In ähnlicher Weise wird der Wert von Y als Funktion voriger Manöver des Luftfahrzeugs und des Werts Gz eingestellt, dem der Pilot ausgesetzt war. Dies wird in Verbindung mit einer Änderung der Werts von X ausgeführt, um für eine optimierte Druckantwort auf eine Gz-Exposition zu sorgen.
Da die Anti-G-Steuerung 14 keine Verarbeitungsunterstützung durch vorhandene Luftfahrzeug-Computer benötigt, ist der Nachbau in ein Luftfahrzeug, bei dem es zum Druck-Zieh-Effekt kommen kann, vereinfacht. Wahlweise würde ein Signal, das vorweggenommene hohe Werte der G-Kraft vom Luftfahrzeug-Computer an das Anti-G-System 11 anzeigt, für zusätzliche Zeit sorgen, um Druck an die Anti-G-Bekleidung 10 zu liefern. Das vorwegnehmende Signal würde dann erzeugt werden, wenn Steuerungen für ein Luftfahrzeug für eine bevorstehende Beschleunigung über 5 G positioniert werden, und es würde über den Bus 30 an den Prozessor 32 geliefert werden.
In vorteilhafter Weise verringert die Erfindung den Druck-Zieh-Effekt auf Piloten. Außerdem benötigt das Anti-G-System 11 keine zusätzliche Verarbeitung durch Luftfahrzeug-Computer, und es vereinfacht den nachträglichen Einbau in Luftfahrzeuge.
Während spezielle Ausführungsformen der Erfindung beschrieben und veranschaulicht wurden, ist es deutlich, dass Variationen bei Einzelheiten der speziell dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom wahren Grundgedanken und Schutzumfang der in den beigefügten Ansprüchen definierten Erfindung abzuweichen.

Claims

Verfahren zum Steuern des Drucks in einem von einem Flieger getragenen Anti-G-Anzug, mit: – Speichern von Beschleunigungssignalen, die für die vom Flieger erfahrene Beschleunigung repräsentativ sind; und – Erhöhen des Drucks im Anti-G-Anzug auf einen Übergang von einer Periode mit einer Beschleunigung unter dem normalen G auf eine solche über dem normalen G hin.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Druck im Anti-G-Anzug entsprechend der folgenden Gleichung erhöht wird: – P = 1,5*(Gz – 1,667 + X), wobei P der gewünschte Druck im Anti-G-Anzug ist, Gz die Größe der vom Flieger erfahrenen G-Kraft ist und X ein variabler Wert ist, der durch den zeitlichen Verlauf von Gz bestimmt ist.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Wert von X entsprechend einem Plan bestimmt wird, bei dem X den Wert 0,5 hat, wenn für ungefähr 0,2 Sekunden oder länger Gz < 0,5 G gilt, X den Wert 1,0 hat, wenn für ungefähr 2 Sekunden oder länger Gz < 0,0 G gilt; und X den Wert 1,5 hat, wenn für ungefähr 2 Sekunden oder länger Gz < –0,5 G gilt.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Maximalwert von X 1,5 beträgt und der Maximalwert von P 11,0 Pfund pro Quadratzoll beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Empfangen eines Vorwegnahmesignals, das eine unmittelbar bevorstehende Beschleunigung anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend das Erhöhen des Drucks im Anti-G-Anzug auf das Vorwegnahmesignal hin.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Vorwegnahmesignal eine unmittelbar bevorstehende Beschleunigung mit Kräften über 5 G anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Belüften des Drucks im Anti-G-Anzug, wenn der Druck in diesem einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der vorbestimmte Wert 11 Pfund pro Quadratzoll beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Periode mit einer Beschleunigung unter dem normalen G länger als ungefähr 2 Sekunden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Abspeichern eines Physissignals, das die Physis eines einzelnen Fliegers anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Druck im Anti-G-Anzug entsprechend der folgenden Gleichung erhöht wird: – P = 1,5*Y*(Gz – 1,667 + X), wobei Y ein für die Physis eines individuellen Fliegers repräsentatives Physissignal ist.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Physissignal durch den Flieger eingegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Physissignal dadurch eingegeben wird, dass der Blutdruck des Fliegers im Kopf oder im Halsbereich während Manövern mit hohem G gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Physissignal als Funktion der Änderungsrate der G-Kraft während der Übergangsperiode variiert.
Vorrichtung zum Steuern des Drucks in einem Anti-G-Anzug, mit: – einer Ventilsteuerung zum Erhöhen und Senken des Drucks im Anti-G-Anzug, die auf eine Erhöhung und Verringerung von Drucksignalen reagiert; – einem mit der Anti-G-Ventilsteuerung verbundenen Prozessor; und – einem mit dem Prozessor verbundenen Speicher mit Anweisungen zum Berechnen eines bevorzugten Drucks, wobei diese Anweisungen, wenn sie vom Prozessor in Reaktion auf einen Übergang von einer Periode mit einer Beschleunigung mit weniger als dem normalen G auf eine Beschleunigung mit über dem normalen G ausgeführt werden, für eine Erhöhung im Anti-G-Anzug sorgen, wobei der Speicher so ausgebildet ist, dass er über die Zeit Werte für die G-Kraft und die Anzugsdrücke speichert; – wobei der Prozessor auf Signale reagiert, die die Beschleunigung und den Anzugsdruck anzeigen, und er auf die Ausführung von Anweisungen vom Speicher hin Signale zum Erhöhen und Absenken des Drucks erzeugt.
Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der die Anweisungen zum Berechnen eines bevorzugten Drucks den Druck gemäß der der folgenden Gleichung berechnet: – P = 1,5*(Gz – 1,667 + X), wobei P der gewünschte Druck im Anti-G-Anzug ist, Gz die Größe der vom Flieger erfahrenen G-Kraft ist und X ein variabler Wert ist, der durch den zeitlichen Verlauf von Gz bestimmt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der der Wert von X entsprechend einem Plan bestimmt wird, bei dem X den Wert 0,5 hat, wenn für ungefähr 0,2 Sekunden oder länger Gz < 0,5 G gilt, X den Wert 1,0 hat, wenn für ungefähr 2 Sekunden oder länger Gz < 0,0 G gilt; und X den Wert 1,5 hat, wenn für ungefähr 2 Sekunden oder länger Gz < –0,5 G gilt.
Vorrichtung nach Anspruch 18, bei der der Maximalwert von X 1,5 beträgt und der Maximalwert von P 11,0 Pfund pro Quadratzoll beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 16, ferner umfassend das Empfangen eines Vorwegnahmesignals, das eine unmittelbar bevorstehende Beschleunigung anzeigt.
Vorrichtung nach Anspruch 20, ferner umfassend das Erhöhen des Drucks im Anti-G-Anzug auf das Vorwegnahmesignal hin.
Vorrichtung nach Anspruch 21, bei der das Vorwegnahmesignal eine unmittelbar bevorstehende Beschleunigung mit Kräften über 5 G anzeigt.
Vorrichtung nach Anspruch 16, ferner mit einem mit der Ventilsteuerung gekoppelten Druckschalter, um den Druck im Anti-G-Anzug zu belüften, wenn dieser einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 23, bei der der vorbestimmte Wert 11 Pfund pro Quadratzoll beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der die Periode mit einer Beschleunigung unter dem normalen G länger als ungefähr 2 Sekunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, bei dem der Speicher ferner so ausgebildet ist, dass er ein für die Physis eines individuellen Fliegers repräsentatives Physissignal speichert.
Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der die Anweisungenzum Berechnen eines bevorzugten Drucks den Druck gemäß der folgenden Gleichung berechnen: – P = 1,5*Y*(Gz – 1,667 + X), wobei Y ein für die Physis eines indivi duellen Fliegers repräsentatives Physissignal ist.
Vorrichtung nach Anspruch 26, bei der das Physissignal durch den Flieger eingegeben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 26, bei der das Physissignal dadurch eingegeben wird, dass der Blutdruck des Fliegers im Kopf oder im Halsbereich während Manövern mit hohem G gemessen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 26, bei der das Physissignal als Funktion der Änderungsrate der G-Kraft während der Übergangsperiode variiert.
System zum Steuern des Drucks in einem Anti-G-Anzug, mit: – einer Drucksteuerung zum Steuern des Drucks im Anti-G-Anzug; – einer Speichervorrichtung zum Speichern des zeitlichen Verlaufs von Signalen der G-Kraft; und – einer Kompensationssteuerung, die mit der Speichervorrichtung verbunden ist, um den zeitlichen Verlauf der Signale der G-Kraft zu lesen, und die mit der Drucksteuerung verbunden ist, um den Druck im Anti-G-Anzug auf einen Übergang von einer Periode mit einer Beschleunigung unter dem normalen G auf eine solche über dem normalen G hin zu variieren, wobei die Kompensationssteuerung eine Erhöhung des Drucks im Anti-G-Anzug sorgt.
System nach Anspruch 31, bei dem die Kompensationssteuerung den Druck gemäß der folgenden Gleichung berechnet: – P = 1,5*(Gz – 1,667 + X), wobei P der gewünschte Druck im Anti-G-Anzug ist, Gz die Größe der vom Flieger erfahrenen G-Kraft ist und X ein variabler Wert ist, der durch den zeitlichen Verlauf von Gz bestimmt ist.
System nach Anspruch 32, bei dem der Wert von X entsprechend einem Plan bestimmt wird, bei dem X den Wert 0,5 hat, wenn für ungefähr 0,2 Sekunden oder länger Gz < 0,5 G gilt, X den Wert 1,0 hat, wenn für ungefähr 2 Sekunden oder länger Gz < 0,0 G gilt; und X den Wert 1,5 hat, wenn für ungefähr 2 Sekunden oder länger Gz < –0,5 G gilt.
System nach Anspruch 33, bei dem der Maximalwert von X 1,5 beträgt und der Maximalwert von P 11,0 Pfund pro Quadratzoll beträgt.
System nach Anspruch 31, ferner umfassend das Empfangen eines Vorwegnahmesignals, das eine unmittelbar bevorstehende Beschleunigung anzeigt.
System nach Anspruch 35, bei dem die Kompensationssteuerung den Druck im Anti-G-Anzug auf das Vorwegnahmesignal hin erhöht.
System nach Anspruch 35, bei dem das Vorwegnahmesignal eine unmittelbar bevorstehende Beschleunigung mit Kräften über 5 G anzeigt.
System nach Anspruch 31, ferner mit einem mit der Drucksteuerung verbundenen Druckschalter, um den Druck im Anti-G-Anzug zu belüften, wenn dieser einen vorbestimmten Wert überschreitet.
System nach Anspruch 38, bei dem der vorbestimmte Wert 11 Pfund pro Quadratzoll beträgt.
System nach Anspruch 31, bei dem die Periode mit einer Beschleunigung unter dem normalen G länger als ungefähr 2 Sekunden ist.
System nach Anspruch 31, ferner umfassend das Abspeichern eines Physissignals, das die Physis eines einzelnen Fliegers anzeigt.
System nach Anspruch 31, bei dem die Kompensationssteuerung den Druck gemäß der folgenden Gleichung berechnet: – P = 1,5*Y*(Gz – 1,667 + X), wobei Y ein für die Physis eines individuellen Fliegers repräsentatives Physissignal ist.
System nach Anspruch 41, bei dem das Physissignal durch den Flieger eingegeben wird.
System nach Anspruch 41, bei dem das Physissignal dadurch eingegeben wird, dass der Blutdruck des Fliegers im Kopf oder im Halsbereich während Manövern mit hohem G gemessen wird.
System nach Anspruch 41, bei dem das Physissignal als Funktion der Änderungsrate der G-Kraft während der Übergangsperiode variiert.