科里奥利加速度

当飞机正在绕一旋转轴转动时(如作盘旋、横滚、螺旋等)，若舱内飞行员的头部也同时作位移或转动运动； 或者飞行器同时绕两个或三个轴作转动运动的情况下，人体（头部） 即获得一种特殊的加速度，称“科里奥利加速度”。这种加速度最先为法国工程师和数学家G G deCoriolis (1829)所确定，因以得名。与这种加速度相应的惯性力称“科里奥利力”。此力作用于前庭器官乃引起各种科里奥利加速度生理效应。
科里奥利力 在一个以匀角速度ω转动的转动系统中(如飞行器，广义上应看作“转动参考系”)，对该参考系静止的物体（如飞行员），因随其一起转动乃获得一定速度，称“牵连速度”V_t(V_t＝ωr)。若该物体对转动参考系并非静止，而是另以相对速度V'与转轴成α角作匀速直线运动（相对运动），则该物体在牵连运动和相对运动的联合影响下，即获得科里奥利加速度a_c。 其全公式为：
　a_c＝2ωV'sinα　(1)
科里奥利加速度的矢量方向是：与V′垂直，与旋转速度方向一致。在质量为m的物体获得此加速度时，必有一方向相反的惯性力，即科里奥利力F_c同时作用于物体。此力的数值为：
　F_c＝2mωV′sinα　(2)
可以矢量式表为：
　F_c＝2mV′×ω　(3)
由此可见，在转动参考系中，若物体并非静止，而是同时对转动参考系又作相对运动，则它除受惯性离心力影响外，还将受到科里奥利力的影响。其力值大小取决于m及ω、V′、α的值。如α=0或π，即相对运动方向与转轴平行时，则无科里奥利力发生。任一系统同时绕多个转轴转动时的情况与上述类似。可用下式近似地计算人体前庭器官所获得的科里奥利加速度：
　a_c＝Ωωr　(4)
式中：Ω—人体转动的角速度(rad/s),ω—头部倾动角速度(rad/s),r—半规管半径，约0.3cm。
科里奥利加速度的生理效应 当人体被暴露于科里奥利力场中时，可引起一系列前庭生理反应。科里奥利力作用于半规管，在其相对应的两点上产生力偶。此力偶可引起半规管内淋巴液流动和壶腹嵴胶顶偏移，继而刺激感觉上皮细胞，产生神经冲动（见图例）。

科里奥利力在半规管相对应的两点上所产生的力偶

图中： X、Y、Z-三个旋转轴，ω—人体绕Z轴旋转的角速度，AB—半规管作滚转运动所围绕的轴线，Vr—半规管滚转运动的相对速度，ae—科里奥利加速度，Fe—科里奥利力，C、D—产生力偶的对应点。此图表明：当人体绕Z轴向左旋转的同时，头部绕X轴倾动，由于有相对速度(Vr)，乃引起一对矢量方向相反的科里奥利力偶(Fc)作用于半规管C、D部位，使半规管内淋巴液流动

引起人体不同前庭反应的科里奥利加速度阈限大致如下：引起错觉的阈值为0.010～0.042cm/s²；引起眼球震颤反应的阈值为0.006～0.028cm/s²。各种生理反应的出现，大致依照以下顺序：眼震和错觉最先发生，以后相继出现发热感、头晕、出汗、面色苍白、恶心、呕吐等。上述症状的出现时间和严重程度，还与前庭器官的敏感性有关。个体差异很大。例如，以0.493cm/s²的科里奥利加速度刺激前庭器官，不同被试者出现恶心反应的时间则介于1～10分钟，或更长一些。以植物神经反应为终点测得的“科里奥利加速度耐受时间”与飞行中晕机反应的实际发生情况符合率较高。如有一组科里奥利加速度(0.493cm/s²)耐受时间为1分30秒以内的飞行学员，在飞行中发生严重晕机反应者高达95%，而因晕机病停飞者达80%。
当人体转动所围绕的转轴、转动方向以及头部倾动的方向、平面等不同时，作用于前庭器官的科里奥利力的方向也必不同，可使三对半规管内淋巴液作相应方向的流动，进而引起不同方向的眼震反应。
同理，暴露于科里奥利力场所引起的空间知觉也非常复杂，多为日常从未体验过者，其强度常难以忍受。但科里奥利加速度引起的空间知觉方向却带有一定规律性。人体绕一旋转轴转动时，如头部再绕另一轴倾动，必引起绕第三个轴转动的空间知觉。如飞机作盘旋(绕Z轴转动)或横滚(绕X轴滚转)时，头部还绕另一轴倾动（如观察仪表或外界目标物），即可能产生左右滚转或前后翻转的错觉，即是由于科里奥利加速度所引起。
科里奥利加速度的影响不仅为设计各种飞行器时应考虑的因素，而且已被广泛地应用于飞行训练、飞行学员医学选拔以及飞行人员健康鉴定等工作中。飞行中产生的科里奥利加速度错觉，对飞行安全威胁很大。通过地面和空中的科里奥利加速度错觉体验，可降低该种错觉的空中发生率，并可提高飞行员处置这种错觉的能力。在选拔飞行学员时，应用科里奥利加速度方法预测晕机病倾向，比旋转双重试验法的符合率高，可使初飞中的晕机病停飞率降低50～75%。根据不同作用方向的科里奥利力可有选择地刺激不同半规管的原理，还可设计专门试验台检查某一个半规管的功能，特别是临床上难以进行检查的各垂直半规管的功能。