基于Ansys的飞行员座椅坐垫舒适性仿真

鉴于飞行员对飞机座椅的舒适性要求越来越高,针对人与座椅之间的应力分布这个座椅舒适性评价指标,建立了包括骨盆在内的人-座椅坐垫有限元模型,对坐姿下人与坐垫的应力分布进行了仿真计算.通过比较1g重力环境下仿真和实验坐垫上应力分布,验证模型的有效性,在此基础上开展了不同过载下的仿真计算.分析可知仿真模型在坐应力分布和应力值大小方面与实验数据具有较高的一致性;不同过载下体内以及坐垫上应力最大值与施加的过载加速度直接呈线性关系.结果表明,建立的人-座椅坐垫有限元模型是有效的,可以用于评估不同坐垫或不同过载环境下的舒适性.      

持续载荷飞行模拟器过失速机动过载模拟

对新型的持续载荷飞行模拟器(SGFS,Sustained G-load Flight Simulator)模拟过失速机动过载的方法进行了研究.针对过失速机动中飞机角运动剧烈的特点,推导了考虑飞机转动带来的附加过载的飞机飞行员过载计算公式.在SGFS过载模拟数学模型中应用此公式,以典型的过失速机动动作.Herbst机动为例,对机动时的飞行员过载进行了仿真研究.仿真中SGFS能够较精确地跟踪输入的飞行员三轴过载指令,最大误差小于0.2g.研究结果表明:过失速机动时飞机转动引起的附加过载不可忽略,同时也表明SGFS可较好地用于对过失速机动飞行员过载的模拟.     

发动机短舱泄压过程瞬态仿真

发动机短舱泄压门的设计会影响到短舱的安全性,泄压是一个动态变化过程,与舱内外压力、外界气流马赫数及泄压门结构有关。基于Modelica语言建立了短舱泄压过程零维瞬态仿真数学模型,并通过计算流体力学（CFD）方法得到不同开启角度下所需泄压门排放质量流量和力矩系数,并将这些系数代入零维瞬态仿真数学模型,得到了短舱泄压过程中舱内压力、泄压门开启角度等关键参数随时间的变化关系,分析了泄压门开启舱内压力阈值及最大开启角度对泄压过程的影响。研究结果显示,降低泄压门开启舱内压力阈值会使泄压过程到达平衡阶段时间减小,但是对平衡阶段舱内压力和往复摆动角度/幅度无影响。适当降低最大开启角度可有效降低泄压平衡阶段往复摆动角度/幅度,而对初始阶段的泄压速率和平衡阶段的短舱内部压力基本无影响,但是随着最大开启角度进一步降低,则会导致泄压速率下降,并使平衡阶段短舱内部压力升高。      

代偿服加压条件下的血液动力学仿真

利用仿真方法研究飞行员穿着高空代偿服加压条件下生理参数的变化情况,探索加压对人体血液循环功能的影响及其变化规律,为飞行员高空防护提供理论支持.在Heldt立位应激模型的基础上,针对代偿服加压特性进行修正,建立人体加压条件下的血液动力学模型,同时通过地面加压试验验证模型的正确性.模型模拟得到全身侧管式代偿服不同加压条件下的血液动力学参数平均动脉压、每搏量和每分量,并与试验值进行对比,模型结果与试验值吻合较好,验证了模型的有效性.模型可有效地模拟代偿服加压条件下的血液动力学变化情况.     

新型供氧面罩分型分号及选配方案研究

为设计新型高性能航空供氧面罩,对影响面罩气密性和舒适性的因素进行了分析,指出了面罩的分型分号及选配方法是最为重要要的影响因素之一,并根据我国歼(强)击机飞行员的面部特征及飞行员使用面罩的意见,讨论了面罩的分型分号所应遵循的人机工程学原则,提出了新型高性能供氧面罩型、号划分及选配(适体性)的新方案,可供新型供氧面罩的设计选用.      

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.     

某型囊式抗荷服热性能分析

为了研究某型抗荷服在不同环境条件下的热防护性能,在分析抗荷服传热传质特点的基础上对该服装的不同节段分别建立不同的服装传热模型,再将人体热调节模型和服装模型结合起来模拟不同环境条件下人体着装的动态仿真,得到人体各节段皮肤温度、人体平均温度、核心温度以及出汗量等,计算出飞行员综合热应激指数,并进行实验验证.最后利用所建模型分析服装热阻及透湿指数对人体热负荷的影响.     

弹射座椅的静态舒适性仿真

针对弹射座椅舒适性存在的不足,基于Poser软件,首先以中国男性飞行员尺寸为依据,建立了三维静态人体模型,保证了人体主要部位尺寸的准确性;然后把AutoCAD中的弹射座椅导入3Dmax软件中,结合飞机座舱的几何尺寸及各操纵机构的几何尺寸,建立弹射座椅-座舱操纵机构模型.最后把该模型导入Poser 软件中,利用人机工效学的相关理论,建立弹射座椅-飞行员-座舱操纵机构系统平台模型.在系统平台中对飞行员进行操纵仿真和分析,讨论了影响弹射座椅舒适性的因素并提出了优化设计方法.由于系统平台中参数的准确性和可调节性,提高了弹射座椅舒适性研究的标准化和通用化程度.      

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。      

侧管式高空代偿服加压力学工效分析

高空代偿服充压后会限制人体的活动,为探讨在不同压力水平下代偿服对人体作业工效的影响,进行了力学工效分析,主要包括力量测试、基于Vicon460三维运动捕捉系统下的活动范围和操作灵活性测试,并且针对耐受性和灵活性进行了主观测试.结果表明:①代偿服加压对作业工效产生显著影响(P<0.05),肩关节、髋关节比较敏感,1.96 kPa下降幅分别达62.2%和42.3%,10.49 kPa下肩关节后展降幅最大,为83.1%,其次是颈关节转动,为63.3%;②上肢受压力影响比下肢严重;③力量测试影响较小(P>0.05);④主观测试结果与客观数据一致,能够反映人体对不同代偿加压值的反应.其结果可为高空代偿服的评价和性能改善提供基础性资料,具有一定实际意义和应用价值.      

人体对三级起飞加速度的反应

航天员在飞船起飞时,常会遇到二级或三级加速度作用.为了解这种类型加速度对人体的影响,在人体离心机上,在背角为15°情况下,十名健康的青年被试者承受了峰值分别为+4Gx、+6Gx和+5Gx、每级作用时间为150秒的三级加速度作用.实验中记录了被试者的心电、血压、心振动图、脑阻抗图和呼吸情况,分析和讨论了某些重要的生理指标的变化.结果表明,被试者的主观感觉是良好的,生理指标变化处于正常代偿范围之内,较好地耐受了上述三级起飞加速度的作用.      

放电电压和屏栅电压对离子推力器性能的影响

利用试验和数值模拟相结合的方法研究6 cm Kaufman离子推力器放电电压和屏栅电压的变化对其工作性能的影响。试验中,离子推力器使用氩气作为推进剂,测量了多组不同工况下的性能参数。此外,基于Goebel的理论模型模拟了放电电压对束流电流和推进剂利用率的影响;采用单元内粒子 蒙特卡罗碰撞（PIC-MCC方法模拟屏栅电压对束流电流、推进剂利用率和加速栅极电流的影响。试验和数值模拟结果一致,发现当放电电压逐渐增大时,引出的束流电流和推进剂利用率先增加然后趋于稳定;当屏栅电压逐渐增大时,引出的束流电流和推进剂利用率先增加然后趋于稳定,加速栅极电流先减小后趋于稳定。研究可以为提高多模式离子推力器的性能提供参考。     

颈动脉内血流动力学特征受向前加速度影响的数值模拟

人们在日常或某些特殊条件下常会面临方向和大小发生迅速变化的加速度环境,已有研究发现加速度环境会影响心血管系统生理、病理特征。利用计算机模拟方法详细研究了向前加速度环境下人体颈动脉内的血流动力学参数变化规律。结果表明:加速度会对颈动脉内压力、压力梯度、壁面剪切应力等与血管生理、病理现象密切相关的血流动力学参数产生显著影响。研究结果为加速度环境下颈动脉生理、病理研究提供了一定的理论依据,也为航空航天领域加速度环境下人员防护提供参考。      

防静电工作区内人体静电电位在线监测技术研究

人体静电是静电防护工程中主要危害源之一。本文采用接触式静电电位测量方法,提出了基于RS485总线的防静电工作区（简称EPA）内人体静电电位在线监测系统,开发了EPA内人员操作时防静电腕带的静电电位在线监测装置及其配套夹具,专门设计了监测装置和整个系统的测试方法。测试结果表明,该方案实现了静电电位连续监测、限值报警和记录可追溯,能够有效提高航天型号科研生产场所的静电防护在线计量保障能力。     

集成式伺服作动器压力损失特性及其影响因素

针对集成式伺服作动器液压回路的特点和选择切换功能，分析了能源切换原理、选择活门的压力损失规律及其对作动器活塞运动速度的影响。电磁阀通过控制选择活门阀芯的位置以实现不同能源的切换。分析了选择活门压力损失的成因分布与特征。由分析可知，流道结构突变处的局部损失占比最大，沿程损失可忽略不计，选择活门压力损失与流入流量的平方呈比例关系。同时，拟合出了活塞伸出运动和收缩运动时的压力损失经验系数。建立了作动器左右腔流量、压力和活塞动力学模型，发现某型选择活门压力损失使作动器活塞伸出速度下降了4.9%，收缩速度下降了5.2%。由于活塞受力情况一致，选择活门的压力损失不影响负载力与活塞速度的关系，速度下降比例与负载力无关；阀芯开度直接影响着流经系统流量，系统流量影响着流体与流道的撞击强度和频率，进而影响了选择活门的压力损失程度，速度下降百分比随阀芯开度增大而增大。分析结果可为高可靠性、高精度航空作动器伺服控制系统的设计提供技术支持。     

Dynamic simulation of breakaway characteristics of tethered aerostats

A tethered aerostat may break away due to the cable damage caused by abrasion or strong wind. In order to avoid losing the aerostat, the discharge valve will open automatically when the aerostat escapes into the air. It is necessary to know its breakaway characteristics because it is different from those of the launch process. This work develops the dynamic and thermal models for tethered aerostat breakaway characteristics with the finite difference method. Based on the developed models, a computer program in FORTRAN is developed. Then, the program is used to simulate tethered aerostat breakaway characteristics, including ascent and descent behaviors, flight altitude, flight duration, and the influence of the discharge valve characteristics, ascent velocity and hull volume on the hull overpressure. The simulation results are helpful for better understanding tethered aerostat breakaway characteristics and for developing tethered aerostat breakaway control strategies and systems.