Эргономические аспекты противоударной защиты человека в транспортных авариях

Эргономические аспекты противоударной защиты человека в транспортных авариях доктор медицинских наук, профессор Моисеев Юрий Борисович

По данным ГИБДД России, в 2010 году в РФ произошло 199431 ДТП, в которых погиб 26567 человек, ранены 250635 человек. За период с января по октябрь 2011 года погибли 22636 человек, ранены 206738 человек.

В 2011 году на коммерческих авиарейсах погибло 373 человека. В РФ в 2010 году в авиационных катастрофах погибли 65 человек. В первом полугодии 2011 года в РФ произошло 16 авиакатастроф, 64 человека погибли, 16 – ранены.

Исходы АП с личным составом, находившимся на борту вертолетов (%) Исход Категория личного состава Экипаж Пассажиры Всего Погибли 36, 2 49, 3 42, 6 Травмированы 16, 5 17, 8 17, 1 Невредимы 47, 3 32, 9 40, 3 Всего 100, 0

Распределение травмированных людей во время АП по степени тяжести (%) Степень тяжести травм Категория личного состава Экипаж Пассажиры Всего Легкие 34, 6 32, 0 33, 3 Средней тяжести Тяжелые 11, 5 0 5, 9 23, 2 7, 7 100, 0 64, 0 100, 0 54, 9 5, 9 100, 0 Нет данных Всего

Ускорение физическая величина, характеризующая изменение вектора скорости в единицу времени и измеряемая в м/с2. Ускорение возникает как при изменении величины скорости без смены направления движения, так и при изменении направления движения. а = ΔV/t, где а – ускорение, ΔV – изменение скорости, t – длительность изменения скорости.

Под ударным ускорением понимают кратковременное динамическое состояние, недостаточно продолжительное для того, чтобы вызываемая им механическая реакция у движущегося объекта приобрела устойчивый характер. Применительно к телу человека этим условиям отвечает ускорение длительностью до 1 сек. Ударная перегрузка - количественное выражение ударного ускорения, кратное величине ускорения свободного падения (9, 81 м/с2): n = a / g, где п – величина УП, а - ударное ускорение тела, g ускорение свободного падения. Ударная перегрузка характеризует возрастание механического напряжения в тканях человека при изменении параметров движения.

Наименования векторов перегрузки и направление их действия относительно оси тела человека

Параметры ударной перегрузки n – величина ударной перегрузки, ед. ; n А – амплитуда ударной перегрузки, ед. ; t – время; tн – время нарастания, мс; η А tп – длительность ударной перегрузки, мс; t tн tп η = А/tн – скорость нарастания ударной перегрузки, ед. /с; ΔV – измененная при ударе скорость, м/с

Механизм действия ударной перегрузки на человека Физическое действие Психологическое действие Кинематическое действие Динамическое действие

Кинематическое действие ударной перегрузки Кинематика головы манекена во времени при фронтальном столкновении автомашины. Испытания с использованием диагонально - поясного ремня. V = 50 км/час

Движение манекена во время простого вертикального смещения опорной поверхности для четырех исходных положений при двух разных условиях нагружения [Horst, 2005].

Факторы, определяющие исход ударного воздействия на организм человека Физические факторы ударной перегрузки Индивидуальная устойчивость человека Условия действия ударной перегрузки

Hybrid III в грузовике перед испытаниями противоминной защиты АИП Hybrid III соответствует медианным параметрам мужского населения США за период с 1970 по 1980 г. : • Рост (стоя): 1. 72 м (67. 7 дюйма); • Вес: 78 кг (172 ф); • Высота при прямой посадке: 0. 88 м (34. 64 дюйма).

Рост и вес АИП Hybrid III 5 -й перцентиль женского населения и 50 -й и 95 -й перцентили мужского населения в сравнении с ростом и весом населения Голландии на 2000 г.

Схема механического аналога тела человека Рекомендуется использовать следующие дополнительные датчики: Пятиосные датчики нагрузки в нижней части большеберцовой кости обеих ног (Fx, Fy, Fz, Mx, My); Пятиосные датчики нагрузки в верхней части большеберцовой кости обеих ног (Fx, Fy, Fz, Mx, My); Трехосные акселерометры в центре тела большеберцовой кости в обеих голенях (Ax, Ay, Az); Одноосные датчики нагрузки (усилие сдвига) в обеих бедренных костях (Fx); Трехосные акселерометры для таза, торакальной области и головы: (Ax, Ay, Az); Трех- или пятиосные датчики нагрузки в люмбальной области (Fx, Fz, My or Fx, Fy, Fz, Mx, My); and Шестиосный датчик нагрузки в верхней части шеи (Fx, Fy, Fz, Mx, My, Mz).

Некоторые механические аналоги ноги человека Thor-Lx (слева) и модель ноги Denton (справа) Ломкая синтетическая нижняя часть ноги (FSLL), без (левая) и с (правая) желатином.

Кривая равного эффекта УП «голова-таз» в зависимости от ее длительности ΔV n, η, t Шкала «длительность» показана в логарифмическом масштабе

Зависимость вероятности возникновения перелома позвоночника от измененной при ударе скорости Шкала «вероятность» показана в логарифмическом масштабе

Динамическая поправка травмирующего значения ударной перегрузки (η) в зависимости от скорости ее нарастания (n) и времени действия

nэфф = n ∙ η, где nэфф – эффективная величина ударной перегрузки (ед. ), n – амплитуда ударной перегрузки (ед. ), измеренная в испытаниях, η – поправочный коэффициент, определяемый скоростью нарастания ударной перегрузки

Критические органы и системы, лимитирующие переносимость УП различных направлений Направление УП Органы, системы Характеристика нарушений Голова-таз Позвоночник (грудной поясничный отделы) Перелом тела позвонка Таз-голова Позвоночник (шейный отдел) Растяжение мягких тканей, паравертебральных мышц, разрывы связок, функциональные блоки позвоночно-двигательных сегментов Бок-бок Позвоночник (шейный верхнегрудной отделы) Растяжение мягких тканей, паравертебральных мышц, разрывы связок, функциональные блоки позвоночно-двигательных сегментов и и Регуляция функций сердечнососудистой системы Экстрасистолия, брадикардия, артериального давления падение

Критические органы и системы, лимитирующие переносимость УП различных направлений Направление УП Спина-грудь Органы, системы Позвоночник (шейный верхнегрудной отделы) Характеристика нарушений и Растяжение мягких тканей, паравертебральных мышц, разрывы связок, функциональные блоки позвоночно-двигательных сегментов Регуляция функций сердечнососудистой системы Грудь-спина Экстрасистолия, брадикардия, артериального давления падение Регуляция функций сердечнососудистой системы Экстрасистолия, брадикардия, артериального давления падение

Вероятность возникновения перелома позвоночника в зависимости от величины эффективной УП «голова-таз»

Переносимость человеком УП различных направлений

Стабильные переломы позвонков; Микротравмы; возможна Безопасно временная утрата трудоспособности; Нестабильные переломы позвонков; опасно для жизни безопасно для жизни кумуляция 8, 5 (4, 9) 27 (16) 48, 9 (28, 9) Ударная перегрузка, ед.

Зависимость степени нарушений функции сердечно-сосудистой системы человека от интенсивности воздействия УП “грудь-спина” Интенсивность воздействия Слабое Степень нарушения функций Характер нарушения функций 1 2 Единичная предсердная экстрасистола Сильное 3 Указанное по ст. 1, а также относительная брадикардия с кратковременной (5 - 15 с) атриовентрикулярной диссоциацией ритма сердца; уменьшение минутного объема крови на 30 -40% от исходного уровня (в покое) Очень сильное 4 Указанное по ст. 1, а также выраженная и длительная брадикардия с резкой синусовой аритмией или полное угнетение автоматизма синоаурикулярного узла, асистолия сердца в течение 3 -4 секунд с последующим атриовентрикулярным ритмом в течение 30 -40 с; резкое падение минутного объема крови (до 50% от исходного уровня и ниже), небольшое снижение всех параметров АД (на 10 -15 мм рт. ст. относительно Умеренное Указанное по ст. 1, а также относительная синусовая брадикардия в течение 5 - 15 с после воздействия исходного уровня)

Условия воздействия УП на человека, влияющие на последствия удара • Частота воздействий; • Поза и положение тела относительно вектора перегрузки; • Геометрические и механические характеристики опорных поверхностей кресла; • Конструкция и качество системы фиксации человека в кресле; • Функциональное состояние человека в момент удара (степень напряжения мышц, положение конечностей и т. д. ); • Обученность человека правильным действиям (умение принять правильную изготовочную позу)

Зависимость прироста риска травмирования позвоночника от смещения тазовой области летчика в условиях действия УП «голова-таз»

Изменения сжатия позвонков биоманекенов, размещенных в кресле с Пр. ОП, в условиях действия УП «голова-таз»

Кинематика тела человека при действии УП «спина-грудь» Знаку * соответствует смещение головы испытателей в условиях фиксации в кресле поясным ремнем, другие данные соответствуют фиксации четырехточечной системой

Средние величины предельно переносимых перегрузок бокового направления в зависимости от глубины подголовника кресла

Распределения высот возникновения АП с вертолетами в военной отечественной авиации.

Параметры авиационных происшествий с вертолетами

Кумуляты распределений вертикальной (Vy) и горизонтальной (Vx) скоростей аварийных посадок вертолетов

Величины углов крена вертолетов при аварийных посадках

Величины углов тангажа вертолетов при аварийных посадках

Кумуляты распределений УП «голова-таз» (у) и «спинагрудь» (х), сопровождающих аварийные посадки вертолетов

Механизмы травмирования членов экипажа вертолетов при аварийном приземлении УП «спина-грудь» УП «бок-бок» УП «голова-таз» Кинематический эффект Разрушение и деформация вертолета Разрушение кресла, узлов крепления и привязной системы Уменьшение объема кабины, отломки в зоне ометаемости Беспорядочное перемещение тела по кабине Инерционное смещение частей тела по кабине Соударение с интерьером Пожар Динамический эффект Вторичные травмы Голова, шея Руки Ноги Переломы костей, закрытые и открытые ЧМТ, разрывы мышц и связок, вывихи ПДС, ожоги Переломы костей, вывихи суставов, разрывы мышц и связок, гематомы, кровотечения, ожоги Торс Переломы костей, вывихи суставов, травмы органов брюшной и грудной полости, гематомы, кровотечения, ожоги Позвоночник, таз Переломы костей, вывихи ПДС, разрывы мышц и связок, гематомы, кровотечения, ожоги

Соотношение экономической эффективности, летных качеств ЛА и эффективности средств ПУЗ экипажа Эффективность Защитная эффективность ПУЗ Экономическая эффективность, летные качества Масс-габаритные параметры средств ПУЗ

Алгоритм применения ЕСИД при эргономическом сопровождении создания средств ПУЗ Параметры АП (УП) Исходы действия АП (УП) Способы и методы защиты Методы испытаний Требования к ПУЗ Переносимость УП Действующий макет Условия действия УП Экспериментальный образец Эргономические требования Серийный образец Антропометрич. характеристики

Некоторые размеры для антропометрических измерений летного состава

Изменение размеров тела среднего человека за последние 20 лет (размеры даны в миллиметрах).

Некоторые антропометрические параметры летчиков, полученные в конце 1970 -х и начале 2010 -х годов

Реализация противоударной защиты экипажа Ми-28 в соответствии с эргономическими требованиями Эффект УП Неблагоприятное действие Разрушение и деформация конструкции вертолета Направление защиты Упрочнение конструкции вертолета Реализация Ударостойкая кабина Уменьшение УП Разрушение кресла и его узлов крепления, привязной системы Кинематический Ударостойкое кресло, упрочнение узлов крепления и привязной системы Амортизационное кресло «Памир» или АК-90 с усиленной привязной системой Уменьшение УП Чрезмерное инерционное смещение тела и его частей Надежная система фиксации тела; оптимизация интерьера кабины Уменьшение УП Усиленная привязная система с механизмом автоматического стопорения ремней; интерьер вертолета Ми-28

Техническая реализация противоударной защиты экипажа Ми-28 в соответствии с эргономическими требованиями Эффект УП Неблагоприятное действие Деформация тканей и органов человека Направление защиты Реализация Уменьшение УП за счет • направленной деформации шасси Энергопоглащающие шасси вертолета Ми 28 • направленная деформация днища Энергопоглащающее днище вертолета Ми 28 • амортизация кресла Амортизационное кресло «Памир» или АК-90 интерьер вертолета Ми-28 Оптимизация позы члена экипажа Пр. ОП кресла; привязная система с механизмом автоматического стопорения ремней Динамический