基于SimMechanics的飞行员操作仿真

利用中国男性飞行员人体尺寸和中国成年人人体测量数据,建立飞行员上肢的刚体模型.参考GJB飞机座舱布局和HB飞行品质规范要求,运用Matlab运动仿真模块SimMechannics对飞行员推杆和拉杆操作进行动力学仿真.在给定末端运动规律和负荷水平时,通过仿真可获得上肢各关节力矩,根据舒适性准则可求解上肢的三维舒适操作域.仿真结果表明负荷水平相同时推、拉杆操纵的舒适域并不相同,舒适操作范围大小与操作特征相关,在进行飞行员的工效分析和座舱的优化布局时必须根据操作特征具体分析.     

混合机种飞行员人体测量结果及其工效学意义

为探讨混合机种飞行员的人体参数随年代、地区及机种变化的趋势及程度,测量了656名混合机种飞行员的5~13项人体参数,并将所测数据与70年代数据进行了对比,不同地区之间、不同机种之间的数据也进行了对照分析.结果表明:13项参数中有12项参数值与70年代有非常显著性差异(p<0.01);全国不同地区间身高无显著性差异(p>0.05),不同地区间体重多数无显著性差异(p>0.05);歼强击机飞行员与非歼强击机飞行员的体重有显著性差异(p<0.05).由此可知,飞行员的体形已发生显著性变化,飞行设备及个人防护救生装备的设计不应再完全依据70年代的人体数据;应开展新的飞行员人体参数数据库和人体模型的建立工作;飞行员应坚持科学的锻炼并控制饮食以保持体形;不同地区招收飞行员时,应对其身高等形体条件进行统一要求.     

基于保障系统三维模型的飞机RMS仿真分析方法

利用仿真方法研究军用飞机可靠性维修性保障性(RMS,Reliability,Maintainability and Supportability)设计指标确定问题.介绍了保障系统三维模型的内涵,结合三维模型原理和模块化设计原则建立了飞机RMS仿真分析框架,对框架内各模块功能及内涵给予了介绍.给出了仿真分析总体流程,以及对仿真数据进行后处理获得评价参数的计算方法.运用蒙特卡罗仿真方法对军用飞机的RMS设计指标进行实例分析,获得了满足保障效能要求的RMS设计指标方案集,对研制阶段装备设计指标论证有重要的参考价值.     

大型客机飞行员操作程序综合评价

机组对飞机的成功操作很大程度上依赖于一套精心编制的飞行员操作程序,不合理或不合逻辑的操作程序可能导致飞行员的违规操作,进而引发飞行事故.参考波音737NG飞行机组操作手册,分析进近和着陆阶段的任务功能流程后确定了评价指标体系的层次结构;采用德尔菲法对现役飞行员进行两轮咨询,建立了基于安全性的进近和着陆阶段飞行员操作程序综合评价指标体系;对飞行员进行咨询,采用序关系分析法确定了各指标的权重系数;应用模糊综合评价法对飞行员操作程序进行综合评价,得到了飞行员操作程序的评价等级和评价值.提出了一种将功能流程图法、德尔菲法、序关系分析法和模糊综合评价法相结合的飞行员操作程序综合评价方法,并应用于波音737NG飞机进近和着陆阶段的操作程序评价.评价结果说明了该综合评价方法的合理性.     

短距离起飞加速度对飞行员操作影响的分析

短距离起飞产生的过载加速度可能对飞行员的安全操作造成极大隐患。本文建立飞行员-座舱系统的多刚体模型,仿真分析了胸-背方向的加速度载荷（Gx）对飞行员驾驶状态下的人机动力学响应。首先,根据第3百分位的男性人体测量学数据,通过三维CAD软件建立了飞行员的虚拟假人模型;并根据设计参数的要求建立了包括座椅和操作杆（油门杆与驾驶杆）在内的飞机座舱模型。然后,以标准的短距离起飞的加速度模拟曲线为载荷条件,利用多刚体动力学软件ADAMS模拟了飞行员在短距离加速起飞过程中的动力学响应及飞行员与操作系统之间的力学相互关系。仿真结果表明,过载加速度会经飞行员身体传递给操作杆,5G加速度载荷产生的传递力作用在驾驶杆和油门杆上的值分别为128 N和211 N,两者均已超过了通常操作杆所设计的有效阈值,因此存在误操作的可能。另外,本文结合仿真结果和国外现有战机设计,提出了短距离起飞下飞行员避免误操作的可行方式,结果显示该方式可以有效地转移加速度传递所带来的影响。本文方法将为在短距离起飞作用下避免误操作的分析提供技术途径,得到的结果将为驾驶部位的人机设计提供参考。      

飞机滑行下道基动静模量相关分析模型

为了建立飞机滑行下道基动静模量相关分析模型,结合飞机滑行下道基应力水平、典型道基压实度和含水率范围、飞机滑行时常见频率区间,通过动静三轴试验分析了应力水平、压实度、含水率和频率对道基动静模量的影响规律,发现动静模量均与压实度和围压成正相关,与含水率成负相关,其中动模量在频率低于3 Hz时变化较为显著;同时借助动静模量试验数据,建立并验证了基于多因素的飞机滑行下道基动静模量相关分析模型,为机场场道工程设计和检测提供参考。      

基于认知过程的飞行员脑力负荷动态预测

现代军用飞机座舱驾驶系统信息高度密集、任务复杂多变。为探讨信息加工类型与多任务协同对飞行员脑力负荷的影响，依据ACT-R认知模块与脑力负荷决定性因素的关联性，将飞行员的脑力负荷划分为感知负荷与认知负荷，并基于四维多资源干扰理论，考虑多任务协同作用时的资源干扰对脑力负荷的影响，提出了基于认知过程的飞行员脑力负荷动态预测模型。为校验所提模型，选取16名被试完成4种模拟飞行任务的脑力负荷评价实验，结果显示：不同飞行任务在飞行绩效、NASA-TLX主观评价、平均扫视时间与扫视频率下的主效应显著（P<0.05），总脑力负荷预测值与NASA-TLX主观评价、扫视频率和心率呈显著正相关，平均脑力负荷预测值与飞行绩效、瞳孔直径和平均扫视时间呈显著正相关。所提模型对飞行员脑力负荷的动态预测与评价具有应用价值。     

飞行员迅速减压肺损伤仿真计算及应用

根据飞机座舱迅速减压导致飞行员肺损伤的机理,考虑了飞行员呼吸状态和呼吸道通畅程度等生理因素对迅速减压峰值的影响,建立了迅速减压肺损伤非刚性仿真模型,利用C++编程实现仿真计算和结果显示.分析了肺内压强变化趋势以及肺内减压峰值变化规律.运用实验数据及文献实例对此模型进行了验证.通过对不同减压条件下肺内减压峰值进行预测和分析,划分了不同迅速减压条件下减压峰值区域.基于此模型对3种典型的飞机(战斗机、轰炸机、客机)座舱迅速减压特点进行了分析.结果对飞行员及民航旅客的生命安全保障及防护装备的设计有参考价值.     

基于BP神经网络的飞行绩效评价模型

为实现飞行绩效的客观评价,利用眼动数据,建立了拓扑结构为6-14-3型的BP(Back Propagation)神经网络模型.已有的实验数据和随机插值法得到的数据作为建模的数据来源,数据分为训练集和测试集并归一化.基于Matlab的神经网络工具箱,利用经验公式和实验比较法确定了BP网络模型的隐含层节点数;对BP算法的各种改进算法进行了优化选择;将训练集数据和测试集数据先后输入网络模型进行学习训练和仿真测试;对3个技术水平的飞行员的飞行绩效进行了预测和评价.研究表明,眼动数据的BP神经网络模型可以较为准确地评价飞行绩效,评价方法可以为飞行训练提供参考.     

民用飞机驾驶舱构型快速设计方法

为在方案设计阶段提高民用飞机总体方案的设计质量和形成效率,研究了民用飞机驾驶舱构型的设计措施,并在一个开放式的飞机总体设计环境中实现了这一功能.定义了飞机机身坐标系,研究了确定驾驶员设计眼位、驾驶舱布置和风挡参数化设计与模型构建的方法.建立了交互式民机驾驶舱构型二、三维快速设计环境.在此基础上,实现了驾驶舱模型的自动化调整,为总体设计阶段进行多学科设计优化奠定了基础.通过设计实例证明了该方法的有效性.     

基于复合材料的高余压座舱设计

面对我国军机座舱余压偏低现象,设计高余压座舱实现高工效、舒适座舱环境.为解决座舱质量和环境工效之间的矛盾,选用复合材料代替目前铝合金材料,应用First-Order Radio优化算法实现优化.目前座舱余压40 kPa,为提高工效,余压提高到55 kPa,余压值增加37.5%,座舱质量反减轻26.1%,使得矛盾得到协调.基于描述材料特性的本构关系,建立分析材料性能参数对结构影响的有限元模型,并将灵敏度分析Morris算法引入模型参数分析中,结果表明,影响结构的主要参数是蒙皮及环向加强筋的弹性模量和泊松比.基于分析结果对材料设计提出了一些建议.所得结论可为高余压座舱设计提供参考.      

显示界面字符编码工效设计与分析

针对人机显示界面中字符编码的工效设计问题,以封闭模拟驾驶舱为基础,采用32名被试开展静态模拟实验,选取反应时间和反应正确率为工效评价指标,得出不同光照水平、颜色匹配和字符高度下显示界面呈现的中文、英文、数字及符号的辨识绩效.实验结果表明:中/英文、数字和普通符号的辨识绩效差异显著;0~600 lx范围内4个水平光照变化对字符编码辨识绩效影响较小;颜色匹配方式对字符编码辨识绩效影响显著,黄/白、绿/青的字符/背景色匹配方式辨识绩效较差,在字符编码设计中尽量避免使用.通过实验结论及对实验数据的深入分析,建立显示界面字符编码设计的数学模型,为飞机驾驶舱人机显示界面编码设计提供参考.     

大型客机驾驶舱气流热仿真及舒适性评价

驾驶舱的空气速度场和温度场直接影响驾驶员的热舒适和工效,是驾驶舱结构和环境控制系统设计中考虑的重要内容.对B737-800驾驶舱进行全尺寸三维建模,以高空夜航工作情况为例,采用商用CFD(Computational Fluid Dynamics)软件Fluent计算该驾驶舱的流场和温度场,再用平均温度评价指标和热环境综合评价指标PMV(Predicted Mean Vote)来对驾驶舱进行温度环境客观评价,并采用问卷调查法对飞行员进行驾驶舱内部空气流速和温度舒适度的主观评价.数值仿真结果与主观评价结果都得出B737-800驾驶舱在高空夜航时基本处于舒适的环境,除躯干和脚部由于偏凉而略感不舒适.数值仿真结果与客观评价结果的一致性,验证了大型客机驾驶舱气流热仿真的准确性.     

民机客舱中太阳辐射对热舒适性的影响

乘客出行过程中对于热舒适度要求不断提高,对民机客舱的整体热舒适性提出了更加严格的要求。通过对南北飞行的航班实际测量发现,由于受到太阳辐射的影响,客舱内部向阳和背阴两侧温度分布极不均匀,特别是窗户周围,平均温差达到20℃,客舱向阳和背阴两侧的热舒适性相差较大;结合CFD动态仿真,基于实际客舱各区实时测量数据,建立等比例客舱仿真模型,以实际测量的温度和压力数据作为仿真边界条件,再现民机客舱内部温度和热舒适度PMV的分布情况,为定量分析南北飞行航班客舱的热舒适性提供理论依据。      

空调座舱热舒适性计算

 热舒适性是评价座舱空调系统的重要指标.根据人体热平衡方程和Fanger的舒适性假设建立了空调座舱的热舒适性计算模型,并给出了空调座舱热环境的评价方法,从而为热舒适的定量评价奠定了理论基础.应用此模型对3种座舱空调方案的热舒适性进行了计算,从热舒适角度比较了3种方案的优缺点,结果表明方案3是最优方案.     

对一种月球与火星探测多程微波测量链路定轨定位的数值模拟初步分析

轨道器精密定轨与着陆器的精确定位在深空探测任务中具有非常重要的科学意义。对一种月球与火星探测多程微波测量链路的定轨定位能力进行了初步仿真分析,推导了这种多程微波测量链路的测量模型,分析了该模型的优势。模拟仿真分析结果表明,此测量跟踪模式的数据具有提升轨道精度的潜在能力,并且同时求得着陆器的位置。定量分析表明,在考虑坐标系转换误差,重力场误差,行星历表误差以及星上转发误差的情况下,模拟1 mm/s的噪声,对于月球探测器来说,轨道器的定轨精度可达几米,着陆器的定位精度有望达到分米量级;对于火星探测器来说,轨道器的定轨精度可达到数10 m,着陆器的定位精度可达到几米。     

基于脑力负荷飞机座舱视觉显示界面优化设计

在飞机座舱视觉显示界面设计阶段,利用脑力负荷的综合评价,确定最佳设计方案.综合3种脑力负荷评价方法(主任务评价法、生理测量法、主观评价法),建立了飞机座舱视觉显示界面脑力负荷综合评价模型,对设计方案进行优化选择,并进行实验例证.在某型号歼击机视觉界面的不同设计方案中,利用这套评价模型,在降落任务下,得到了不同视觉界面的脑力负荷综合评价值,其中最佳脑力负荷值的设计方案也符合国军标中关于视觉界面的设计原则.在飞机座舱视觉界面脑力负荷的设计阶段,这套评价系统在设计阶段能够给出一个满意的评价结果,对于最终设计方案的确定很有帮助.