初教6飛行中發(fā)生G-LOC的研究

樊 宇，萬(wàn) 江

（空軍航空大學(xué)初訓(xùn)基地，遼寧 阜新，123100）

0 引言

G-LOC是一個(gè)航空醫(yī)學(xué)縮略語(yǔ)，英文全稱為Ginduced loss of Consciousness，中文可譯為（高）過(guò)載誘發(fā)意識(shí)喪失。第三代戰(zhàn)斗機(jī)陸續(xù)服役后，G-LOC的發(fā)生率顯著增加，外軍對(duì)G-LOC的研究起步較早，美國(guó)空軍航空航天醫(yī)學(xué)院(US-AFSAM)從1978年開始拍攝離心機(jī)上G-LOC的錄像資料，到1988年已收集了500多份資料，并建立了一套G-LOC定量測(cè)定法和數(shù)據(jù)庫(kù)。據(jù)美國(guó)1988年統(tǒng)計(jì)報(bào)告，戰(zhàn)斗機(jī)飛行員在飛行中G-LOC的發(fā)生率為12%～30%。因GLOC而導(dǎo)致飛機(jī)墜毀的事故也屢有發(fā)生，特別是F-16飛機(jī)損失的最多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1982～1990年美國(guó)空軍由于G-LOC共造成18起飛行事故，其中死亡14人，重傷3人，生還1人。

1 過(guò)載的概念及身體感受

當(dāng)人體的速度發(fā)生改變時(shí)，人體的本身就要受到慣性力的作用，人體質(zhì)量力和重量的比值稱為“過(guò)載”，用G來(lái)表示。過(guò)載的方向和運(yùn)動(dòng)加速度方向相反，過(guò)載的大小即G值。按其作用方向，可以分為正過(guò)載（+Gz）、負(fù)過(guò)載（-Gz）、側(cè)向過(guò)載（±Gy）、橫向過(guò)載（±Gx），即以人為中心，建立x-y-z坐標(biāo)表示，頭足方向?yàn)閆軸；胸背方向?yàn)閄軸；左右兩側(cè)為Y軸，同時(shí)具有正負(fù)。飛行員在飛行任務(wù)中可能承受的過(guò)載分為持續(xù)性過(guò)載（作用時(shí)間大于1s）和沖擊性過(guò)載（作用時(shí)間小于1s）。G-LOC的過(guò)載屬于持續(xù)性過(guò)載。

飛行員在飛機(jī)上要承受飛機(jī)通過(guò)座椅給予人體的壓力。平飛中，此壓力與人體重力平衡，飛行員感受到的壓力，就是他的體重。當(dāng)過(guò)載增大時(shí)，例如飛機(jī)從俯沖退出，飛行員身體與座椅間的壓力增大，飛行員有強(qiáng)烈的壓向座椅的感覺(jué)，飛行員就感覺(jué)身體好像變重了。反之，從平飛推桿進(jìn)入俯沖，過(guò)載減小，飛行員身體與座椅之間的壓力小于體重，飛行員感覺(jué)身體變輕，容易從座椅上騰起，如過(guò)載小于零，飛機(jī)已不會(huì)通過(guò)座椅對(duì)人體施加壓力，此時(shí)飛行員有可能頭頂座艙蓋，兩腳自動(dòng)離開腳蹬，身體“懸”在安全帶上。因此，飛行員對(duì)過(guò)載的感覺(jué)直接來(lái)源于人體與座椅之間的壓力變化，其變化程度取決于飛機(jī)過(guò)載的大小，而與飛行狀態(tài)無(wú)關(guān)。

2 產(chǎn)生G-LOC的生理學(xué)分析

當(dāng)飛行員做機(jī)動(dòng)飛行時(shí)，產(chǎn)生的徑向加速度由飛機(jī)座艙底部指向艙蓋，從而使飛行員承受與加速度相反的頭足方向過(guò)載作用，由于人體大血管的走向與Z軸（頭足方向）大體一致，正過(guò)載會(huì)造成血管內(nèi)沿Z軸方向的靜水壓增加，使頭部血壓降低，下肢血壓升高，血液重量成倍增加，心臟發(fā)生牽離、位移、變形，使心血管系統(tǒng)功能發(fā)生一系列的改變。

+Gz作用的人體效應(yīng)，是慣性力對(duì)人體作用的結(jié)果，其力學(xué)作用主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

1）隨著+Gz作用的增加，身體重量沿著頭足方向逐漸增加，使機(jī)體運(yùn)動(dòng)發(fā)生困難；

2）在+Gz作用時(shí)，軟組織及有一定活動(dòng)余地的內(nèi)臟器官受力牽拉、位移和變形，使這些器官的功能和向中樞的信息傳遞發(fā)生異常；

3）在+Gz作用過(guò)程中，體內(nèi)液體系統(tǒng)流體靜壓梯度增大，造成血液在體內(nèi)重新分配。上述結(jié)果導(dǎo)致機(jī)體的循環(huán)功能、呼吸功能和工作效率發(fā)生變化。

隨著+Gz增加，視野從外周向中心呈收縮的趨勢(shì)，人首先感覺(jué)到視力模糊，視野減小，直至視覺(jué)消失（灰視），隨著+Gz繼續(xù)加重，中心視覺(jué)消失（黑視），嚴(yán)重時(shí)因腦組織缺氧而導(dǎo)致意識(shí)喪失，這便是G-LOC產(chǎn)生的生理學(xué)原因。G-LOC的發(fā)生有時(shí)會(huì)經(jīng)歷視覺(jué)變化全過(guò)程，有時(shí)不經(jīng)歷視覺(jué)變化過(guò)程。

+Gz引起的意識(shí)喪失的生理學(xué)基礎(chǔ)是頭部的血液停止供應(yīng)，G-LOC發(fā)生后即使過(guò)載作用停止，飛行員的意識(shí)也不能立即恢復(fù)，需要恢復(fù)的時(shí)間稱為“總失能時(shí)間”。它分為兩個(gè)時(shí)期，即絕對(duì)失能期和相對(duì)失能期，在絕對(duì)失能期里即使存在強(qiáng)烈的刺激也不能使飛行員做出反應(yīng)，平均持續(xù)時(shí)間為16.6s；在相對(duì)失能期中的人可以逐漸恢復(fù)反應(yīng)能力，或?qū)Σ煌拇碳び胁煌姆磻?yīng)，但仍然屬于精神紊亂的時(shí)期，無(wú)空間定向能力，平均時(shí)間為14.9s。有人曾對(duì)美國(guó)12種軍用戰(zhàn)斗機(jī)進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)有12%的飛行員體驗(yàn)過(guò)意識(shí)喪失。在意識(shí)喪失過(guò)程中，絕對(duì)失能時(shí)間大約15～20秒，此時(shí)飛行員失去控制飛機(jī)的能力。意識(shí)喪失恢復(fù)后，飛行員仍有冷漠、焦慮、健忘、空間定向失調(diào)、工效下降等癥狀表現(xiàn)，對(duì)飛行安全具有很大的威脅。

3 初教6飛行中發(fā)生G-LOC的案例

初教6飛機(jī)是螺旋槳初級(jí)教練機(jī)，廣泛應(yīng)用于軍隊(duì)飛行院校和地方航校飛行訓(xùn)練，是中國(guó)空、海軍初級(jí)教練機(jī)主力機(jī)型。與高性能的殲擊機(jī)相比，初教6飛機(jī)由于飛行速度相對(duì)較小，機(jī)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)載也相對(duì)較小，且過(guò)載持續(xù)的時(shí)間相對(duì)較短，因此有人認(rèn)為初教6飛機(jī)飛行中不會(huì)發(fā)生G-LOC。從實(shí)際情況看，這是一種主觀片面的觀點(diǎn)。按照初教6飛機(jī)飛行訓(xùn)練大綱，在初始篩選飛行訓(xùn)練階段，學(xué)員在初步熟悉空中飛行環(huán)境，初步掌握飛機(jī)基本操控后，至少由2名不同的飛行教官進(jìn)行機(jī)動(dòng)飛行帶飛，以檢驗(yàn)學(xué)員平衡機(jī)能和抗過(guò)載能力。目前，初教6飛機(jī)飛行時(shí)飛行學(xué)員會(huì)攜帶客觀記錄設(shè)備,以便飛行結(jié)束后利用客觀記錄設(shè)備攝錄的視頻進(jìn)行技術(shù)分析和安全監(jiān)控。通過(guò)空中觀察，學(xué)員自述，觀看視頻等手段相結(jié)合，基本能判斷出學(xué)員在進(jìn)行大過(guò)載機(jī)動(dòng)飛行時(shí)是否發(fā)生G-LOC。據(jù)統(tǒng)計(jì)，某團(tuán)自2018～2020年以來(lái)參加初始篩選飛行訓(xùn)練的學(xué)員共xxx名，發(fā)生了4例G-LOC，其中2018年1例，2020年3例（2018年1例為筆者帶飛時(shí)發(fā)現(xiàn)），因此值得我們對(duì)初教6飛行中發(fā)生GLOC高度關(guān)注。筆者通過(guò)采訪當(dāng)事學(xué)員和教官、觀看空中飛行視頻，發(fā)現(xiàn)這幾起案例有以下特點(diǎn)：

1）初教6飛行中發(fā)生G-LOC都是在篩選飛行訓(xùn)練階段，都在筋斗動(dòng)作中發(fā)生，這是初教6飛機(jī)飛行訓(xùn)練的特點(diǎn)決定的。初教6飛機(jī)是初級(jí)教練機(jī)，參加初始篩選飛行訓(xùn)練的學(xué)員幾乎都沒(méi)有飛行經(jīng)驗(yàn)，所以必須對(duì)學(xué)員的平衡機(jī)能和抗過(guò)載能力進(jìn)行檢驗(yàn)，以篩選出身體具備飛行潛質(zhì)的學(xué)員。筋斗動(dòng)作在初教6飛機(jī)特技飛行動(dòng)作中能達(dá)到3～4G的+Gz，從表1的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論，3～4G的+Gz可能會(huì)讓學(xué)員產(chǎn)生灰視，但只要正確運(yùn)用抗載荷方法，是不會(huì)發(fā)生G-LOC的。如果學(xué)員在筋斗過(guò)程中發(fā)生G-LOC，說(shuō)明學(xué)員身體機(jī)能不能有效抗過(guò)載，身體不具備飛行潛質(zhì)。

表1 +Gz引起視覺(jué)障礙的數(shù)值（受試者1000人，過(guò)載增長(zhǎng)率為1G/S）

2）初教6飛行中發(fā)生G-LOC通常在筋斗動(dòng)作飛機(jī)通過(guò)天地線3～4秒后，筋斗過(guò)載達(dá)到最大時(shí)。此時(shí)學(xué)員失去意識(shí)，手會(huì)自動(dòng)離開油門和駕駛桿，腳受腳蹬套的限制還會(huì)在方向舵上，脖子無(wú)力，頭自然下垂，癥狀嚴(yán)重的學(xué)員甚至發(fā)生抽搐。筋斗動(dòng)作結(jié)束，飛機(jī)再次通過(guò)天地線，學(xué)員恢復(fù)意識(shí)，手會(huì)再次放到油門和駕駛桿上。事后詢問(wèn)學(xué)員，學(xué)員對(duì)發(fā)生G-LOC后的情況一無(wú)所知，學(xué)員自述“眼前一黑，像睡著了一樣，然后就醒了”。分析案例的視頻和表2的數(shù)據(jù)對(duì)比，初教6發(fā)生G-LOC總失能期大約是20秒，和筋斗動(dòng)作的時(shí)間吻合，短于表2中總失能期平均31秒的時(shí)間。

表2 被試者發(fā)生G-LOC的時(shí)間對(duì)比

4 針對(duì)初教6飛行中發(fā)生G-LOC的應(yīng)對(duì)措施

4.1 向?qū)W員講清G-LOC的原理，讓學(xué)員正確區(qū)分GLOC和黑視

在初始篩選飛行階段，由于缺乏飛行知識(shí)，學(xué)員容易對(duì)G-LOC和黑視存在認(rèn)知上的誤區(qū)，主訴不清楚。有的學(xué)員在機(jī)動(dòng)飛行中發(fā)生黑視，飛行結(jié)束后向教官匯報(bào)自己空中暈厥，導(dǎo)致教官花費(fèi)較多的精力去檢查學(xué)員的身體情況，干擾教官教學(xué)的精力，甚至有可能誤淘汰學(xué)員。如果學(xué)員發(fā)生G-LOC后以為自己是黑視，不主動(dòng)向教官匯報(bào)，若教官不及時(shí)把關(guān)，極其容易埋下安全隱患。因此航衛(wèi)部門要向?qū)W員講清G-LOC的生理學(xué)基礎(chǔ)，飛行教官要教會(huì)學(xué)員區(qū)分飛行中黑視和G-LOC的方法。

表3 黑視和G-LOC的身體感知異同

4.2 針對(duì)G-LOC重點(diǎn)篩查，初教機(jī)階段訓(xùn)練全程關(guān)注

得益于客觀記錄設(shè)備在飛行訓(xùn)練中的運(yùn)用，我們知道：G-LOC離初教6并不遙遠(yuǎn)，因此在初始篩選飛行時(shí)要對(duì)學(xué)員是否發(fā)生G-LOC進(jìn)行重點(diǎn)篩查。在初始篩選教學(xué)的檢驗(yàn)身體單元，教官在進(jìn)入筋斗動(dòng)作時(shí)可有意增大拉桿量，產(chǎn)生4G左右的過(guò)載，同時(shí)注意觀察學(xué)員的身體狀況，在飛機(jī)經(jīng)過(guò)垂直向上的狀態(tài)時(shí)，大聲提示學(xué)員抬頭尋找天地線，看學(xué)員能否聽清提示并有抬頭動(dòng)作。飛行結(jié)束后，回看筋斗動(dòng)作的視頻，進(jìn)一步確定學(xué)員的抗過(guò)載情況。篩選飛行訓(xùn)練階段結(jié)束后，仍然不能放松對(duì)G-LOC的警覺(jué)性，因?yàn)楹罄m(xù)目視課目訓(xùn)練高級(jí)操作機(jī)動(dòng)、編隊(duì)課目訓(xùn)練的疏開縱隊(duì)3級(jí)等動(dòng)作的過(guò)載都較筋斗要大，且持續(xù)時(shí)間較筋斗要長(zhǎng)，所以在初教機(jī)階段訓(xùn)練的全過(guò)程都要關(guān)注G-LOC的問(wèn)題。

4.3 練熟抗過(guò)載方法，飛行時(shí)進(jìn)行針對(duì)性練習(xí)

標(biāo)準(zhǔn)的抗過(guò)載動(dòng)作是提高飛行員抗過(guò)載能力的有效辦法，目前常用的抗過(guò)載動(dòng)作之一便是HP抗過(guò)載動(dòng)作，HP抗過(guò)載動(dòng)作是我國(guó)自主研究的抗過(guò)載動(dòng)作，效果和西方現(xiàn)在通用的L-1、M-1抗過(guò)載動(dòng)作相當(dāng)并且有技術(shù)難度低、體力消耗少的優(yōu)勢(shì)。HP動(dòng)作要領(lǐng)：進(jìn)行類似蛙泳的胸式呼吸，2.5s/次。吸氣時(shí)張嘴，0.5s內(nèi)吸足；呼氣時(shí)用力，持續(xù)2.0s。呼吸時(shí)分別發(fā)出漢語(yǔ)拼音“H喝”和“P潑”的聲音。做這個(gè)動(dòng)作時(shí)要讓腹部和大腿肌肉繃緊用力，如此便可阻滯血液從頭部向下流動(dòng)的速度，有效減慢黑視甚至G-LOC的發(fā)生。HP動(dòng)作可以提高主要抗荷肌（下肢?。╈o力，全身抗荷肌群（主要為下肢肌和腹部肌）的協(xié)調(diào)性和穩(wěn)定性得以提高，改掉以前單純“憋氣、鼓肚子”的動(dòng)作，使抗過(guò)載動(dòng)作更為持續(xù)穩(wěn)定。

在飛行訓(xùn)練時(shí)，可通過(guò)過(guò)載感知練習(xí)，讓學(xué)員掌握抗荷預(yù)緊動(dòng)作（AGSM:Anti-G Straining Maneuver）要領(lǐng)，體驗(yàn)可控條件下過(guò)載增加的過(guò)程感受。

1）水平轉(zhuǎn)彎。初教6飛機(jī)以速度180-200千米/小時(shí)進(jìn)行坡度60°，保持2G過(guò)載轉(zhuǎn)彎360°進(jìn)行練習(xí)，從進(jìn)入轉(zhuǎn)彎開始做抗荷預(yù)緊動(dòng)作，保持4-5次呼吸循環(huán)，動(dòng)作之間短暫休息。

2）下降轉(zhuǎn)彎。初教6飛機(jī)從坡度60°平飛轉(zhuǎn)彎進(jìn)入，坡度增至坡度60°后，松桿增大飛機(jī)俯角，隨速度增大順勢(shì)柔和拉桿增加過(guò)載，同時(shí)抵下舵，過(guò)載增大至3-4G，反帶桿保持過(guò)載不變。通常每組抗荷動(dòng)作10-15秒，呼吸4-5次，如果接近個(gè)人過(guò)載耐受極限時(shí)，立即停止練習(xí)。保持身體健康、進(jìn)行充分練習(xí)體驗(yàn)和適當(dāng)攝入水分都能夠改善抗荷能力。

在飛行中進(jìn)行任何過(guò)載達(dá)到或超過(guò)3G的動(dòng)作前，要實(shí)施過(guò)載熱身，過(guò)載熱身動(dòng)作同過(guò)載感知練習(xí)，目的是通過(guò)過(guò)載熱身使心血管有充分的反應(yīng)，增強(qiáng)抗過(guò)載能力。

5 結(jié)語(yǔ)

G-LOC在初教6飛行中發(fā)生是新情況，有可能以前訓(xùn)練也發(fā)生過(guò)，但被忽視了。由于G-LOC是影響飛行安全的重要因素，所以我們要高度關(guān)注初教-6飛行中發(fā)生G-LOC的問(wèn)題，理論上清楚G-LOC產(chǎn)生的生理原因，在地面進(jìn)行抗過(guò)載方法的練習(xí)，飛行中進(jìn)行針對(duì)性訓(xùn)練，然后通過(guò)專門動(dòng)作對(duì)學(xué)員進(jìn)行篩查，并對(duì)初教機(jī)階段出現(xiàn)G-LOC的學(xué)員建檔收集匯總情況，以便發(fā)現(xiàn)規(guī)律從而有利于飛行教學(xué)和飛行安全。