基于改进PMV指标的飞机驾驶舱热舒适性分析

由于飞机驾驶舱处于高空太阳辐射的狭小热环境中,现有的人体热舒适性评价指标无法准确评价其热舒适性。本文从人体热平衡方程出发,对人体热舒适性预测平均评价(PMV)指标中的辐射换热项进行了修正,提出了一种适用于飞机驾驶舱内部热舒适性评价的指标PMV_F(PMV for Fighter)。同时,采用雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方法对驾驶舱内部气流组织进行了数值计算,并对其热舒适性进行了分析。计算结果与实验数据吻合较好,基于PMV_F指标的计算结果能够反映驾驶舱内飞行员的热舒适状况,表明该方法可以用于飞机驾驶舱的热舒适性设计与评价。     

基于Jack的人体建模与人机工效分析

针对Jack中重建非美国人人体模型的不确定性和不准确性,基于作业任务类别重新细化的七个方面的人机界面类型,提出了一种用于战斗机驾驶舱工效分析的中国飞行员人体模型的构建方法.在此基础上给出了运用Jack进行人机工效分析的具体思路,并阐述了战斗机驾驶舱多项工效分析包括运动仿真、可达性、舒适性、力和力矩分析、可视性的实现技术和技巧.该人体建模方法、工效分析思路、技术技巧在某型战斗机驾驶舱实际应用中已取得了良好效果.     

民用飞机驾驶舱照明光辐射安全问题探讨The Discussion of Civil Aircraft Cockpit Lighting light radiation safety issue 魏培坤 吴春泽

民用飞机驾驶舱照明旨在为飞行员创造一个舒适安全的视觉环境,保证飞行员能准确地操作各种控制开关和清晰地判读仪表、显示器等的显示信息。照明的安全除了传统意义上的安全外也应包括光辐射安全,随着LED在驾驶舱照明中的应用,光辐射安全问题日益突出,必须制定出一种对驾驶舱照明环境中的光辐射危害水平进行评估的方法,以保证飞行员的眼睛和皮肤不受到潜在的光辐射伤害。     

民用飞机驾驶舱气流组织的数值分析

作为一架飞机的指挥中心,驾驶舱的重要性是显而易见的。舱内的环境控制尤其是气流组织对飞行员的身体健康和正常工作有很大影响。建立了某型民用飞机的三维驾驶舱模型,做出合理假设和简化后运用流体力学计算软件FLUENT进行了数值模拟,基于PS模型对各种工况进行热舒适性评价。结果表明,总供风量为0.08m3/s,侧面送风占总风量40%且送风方向垂直于送风口的方式为最佳工况,此时驾驶员、观察员周围空气的温度和速度达到人体舒适度要求,模拟结果为驾驶舱气流组织的设计提供了参考。     

光环境模拟中的云雾闪电模拟系统设计

在正常天气环境下,民机驾驶员在驾驶舱内进行视觉作业(如观察判读仪表、显示器等)处在一个较为舒适的光环境中,但在恶劣天气环境下,驾驶舱内突然出现的强眩光源会造成飞行员视觉、生理以及空间方向感的损害,使飞行员的反应时间受到限制,直接威胁到飞行安全。在光环境模拟中的云雾闪电模拟系统设计,针对云层、闪电这两种自然现象的不同模拟指标,采用云雾模拟系统和闪电模拟系统分别在地面进行云雾闪电模拟,实现了在地面模拟恶劣天气环境,如雷暴雨、穿云层等,能为驾驶舱的光学集成设计、视觉工效设计、验证试验、人因工程研究等提供多功能、可复现的光学验证条件。     

大型客机驾驶舱/客舱振动舒适性评估

通过某大型客机飞行测试，获得驾驶舱/客舱典型区域振动环境。根据ISO 2631-1:1997标准规定的频率计权加速度计算方法，对滑跑、起飞、爬升、巡航、下降、着陆和滑行等7种典型状态下，驾驶舱飞行员座椅和客舱前/中/后排座椅位置处的全身振动(WBV)加速度均方根值进行了计算与分析。依据标准中的计权加速度与舒适性等级对照关系，对各状态/各区域的人体振动舒适性进行了评估。结果表明，客舱在不同飞行状态不同区域的振动舒适性等级不同。从飞行阶段来看，在滑跑、爬升、巡航、下降和滑行阶段，所有舱位基本处于“没有不舒适”或“有点不舒适”等级，尤其是占据客机大部分飞行时间的巡航阶段，所有舱位都达到“没有不舒适”等级。但起飞和着陆阶段，所有舱位振动舒适性较差，驾驶舱和后排只得到了“非常不舒适”的评估等级；从舱位分布来看，中排区域的振动舒适性最佳，在大多飞机阶段都达到了“没有不舒适”或“有点不舒适”评估等级。前排区域舒适性也相对较好，只有在着陆阶段降为“不舒适”等级，而驾驶舱和后排相对较差，特别是驾驶舱在滑跑、起飞和着陆阶段，只得到“不舒适”或“非常不舒适”的评估等级。     

飞机驾驶舱操纵装置布局优化

针对我国即将开展的大飞机开发与研制,对飞机驾驶舱内操纵装置优化布局开展了研究探讨。首先,确定研究对象为具备中国运输机飞行员关键尺寸特点的人体模型,并采用《中国男性飞行员人体尺寸GJB4856-2003》作为该人体模型尺寸数据依据。从工效角度评测人体可操纵部件的布置最大可达范围及手的舒适操纵范围;依据上述操纵范围原则,采用计算机图形学软件和人机工效软件JACK对驾驶舱布局中操纵装置布局进行相关性配置及工效分析验证,分别从不同百分位驾驶员的手的操纵可达域和第50百分位驾驶员当操纵部件处于中立位置时的腰椎受力分析探讨了操纵装置布局的合理性;利用人体简易力学模型对驾驶员处于操纵中立位置时的腰椎受力进行了计算,得到操纵布置布局仍具备合理性的结果。     

旅客机座舱热舒适动态特性仿真

巡航飞行时,旅客机座舱内相对湿度和空气密度都低于地面建筑物环境。低相对湿度会造成更高的蒸发热损失,低密度空气却会减少对流换热,在这2种因素的复合作用下,会使座舱内热舒适性与地面建筑物有所不同。针对传统旅客机环境控制系统不能完全满足座舱内舒适性要求的状况,提出一种直接以舒适指标PMV为控制目标的热舒适控制策略,应用集总参数法建立了座舱热舒适动态特性模型,并采用仿真方法研究了分别以PMV和温度作为控制目标时,座舱内热舒适的动态特性。仿真结果表明,舒适控制能更好地满足座舱内的热舒适;此外与地面建筑物环境相比,需要更高的空气温度才能使座舱达到热舒适。     

直升机振动和噪声联合环境对人体的影响

在现有的国军标中,对乘员处有单独的振动和噪声标准。本文提出了振动和噪声联合环境对人体不适度的影响,并通过美国宇航局(NASA)不舒适指数进行衡量,可用这一标准作为新研制直升机振动和噪声环境评估的依据。在此基础上初步计算了某型直升机驾驶舱振动和噪声联合环境下的NASA不舒适性指数,计算结果表明,该型直升机的乘员不舒适百分比达到90%以上,说明了我国直升机在降振、减噪方面的设计有待提高。     

基于虚拟设计的民机驾驶舱工效布局评价

提出了一种基于虚拟设计的民机驾驶舱工效布局评价方法,并对某型民机驾驶舱进行了工效布局评价.将某型民机驾驶舱CATIA模型导入工效分析软件JACK并进行优化,创建了5%、50%和95%我国飞行员人体模型,进行了座椅、仪表板、遮光罩、方向舵踏板、操纵杆(盘)、中央控制台、顶部仪表板的布局评价.发现了布局设计中若干不符合工效特性的地方,并提出了改进建议.该方法可预先在虚拟设计中进行布局评价,节约了设计费用,提高了设计效率.     

特种密闭服装内微环境热舒适评价模型探讨

目前对狭小密闭服装内动态非均匀环境下的热舒适预测和评估还不成熟,国内外缺少用于类似环境的执行标准,而特种密闭服装热舒适评价方法作为包含防化服在内的各类特种密闭服装温控设计的验证手段和评估技术有重要应用价值。分析总结了近30年来国内外热舒适评价方法研究成果,结合工程实际提出了一种特种密闭服装热舒适评价方法和模型,采用基于Tanabe人体65节点模型、Farnworth衣物传热模型和Zhang等构建的动态非均匀环境下的热舒适模型在内的理论预测模型,结合试验完成此类服装的热舒适预测和评估。针对特种密闭服装建立的热舒适预测方法和使用的各类模型具有较高的可行性,但这些模型仍处在发展期,需要不断地改进和完善来拓宽对环境的适用范围和提高预测精度以适应在热舒适研究领域中的应用。     

涡轮盘优化设计中的热边界载荷控制效果研究

针对航空发动机涡轮盘结构优化设计,在等热负荷及等冷气耗量前提下,采用热边界载荷控制构建轮盘上有利的温度分布,以ISIGHT软件为基础搭建的集建模-CFD分析-FE（有限元）分析-优化设计在同一流程下的多学科优化设计平台为工具,研究热边界载荷优化在涡轮盘优化设计中的应用效果.结果表明:热边界载荷的优化可以实现质量减轻和应力水平同时下降的目的,下降水平决定于热边界载荷分配系数,当热边界载荷分配系数取0.1和0.2时,盘心最大等效应力下降值分别为5.93%和12.01%,质量下降值分别为1.25%和2.24%.      

新技术、新材料改善了飞行员的操作环境

改善飞行人员的工作环境,提高舒适和安全性是航空界生命保障人员不断追寻的目标。他们面临的三个方面的问题是:(1)座椅的舒适性问题,它应保证飞行员和机组成员执行长时间飞行任务后不产生明显不适;(2)耳机和头盔的佩戴舒适性及噪声隔离;(3)座椅及座垫的碰撞安全性问题。本文主要介绍了国外新近研制的座椅垫、耳机、头盔产品及新型材料,它们明显改善了飞行人员操作环境的舒适程度,减少了噪声,提高了碰撞时的安全性。     

应用基于FEM和响应面法预成形设计提高航空锻件变形均匀性(英文)

将有限元法(FEM)和响应面法(RSM)方法相结合,提出了以提高锻件内变形均匀性为目标的预成形优化设计方法。考虑到等效应变分布对变形均匀性的影响,建立了新的表达式以评价锻件内的变形均匀性。为了减少设计变量个数,采用区域分解法确定优化设计变量。在有限元数值模拟结果的基础上,应用RSM方法建立了近似模型以描述响应(变形均匀性以及模具填充情况)与设计变量(预制坯几何参数)之间的关系。以典型的航空发动机盘为例,应用本文提出的方法得到了设计变量的最优组合。原始预制坯形状与最优形状两种情况对比结果表明,采用优化后的预制坯形状得到的锻件其变形均匀性更好。     

民用飞机导光板自适应调光控制系统设计

目前,民用飞机驾驶舱内导光板照明采用手动亮度调节的方式,既增加了驾驶员的负担,又不易根据驾驶舱光环境精准控制导光板的亮度。提出一种新颖的数字式导光板自适应调光控制系统,该系统通过光照传感器准确检测环境光照度,并利用自适应调光控制器根据亮度曲线模型计算驾驶舱内各路导光板的亮度,结合手动补偿及PWM调光控制技术,最终实现导光板亮度的自适应调节。基于上述方案,完成系统架构设计和主要部件的方案设计,并通过仿真,验证所设计的自适应调光控制系统可实现预期目标,能够精准地自适应调整导光板亮度,为改善飞机导光板照明系统人机工效提供有效途径。     

高温密闭环境下的人体热生理研究

针对极端高温环境下航天员的热生理特征和热舒适性问题开展人体热生理研究.12名男性受试者穿着统一防护服(1.78 clo)在20℃/30％RH,40℃/30％RH环境下进行了90 min实验,测量受试者核心温度、出汗量、心率以及人体不同部位皮肤温度和热感觉.研究结果表明:相比20℃,40℃下受试者核心温度、心率、出汗量、...     

基于屈曲稳定性的复合材料铺层库优化设计

为了得到能便于复合材料结构优化设计同时满足制造约束的复合材料层压板铺层库，本文提出一种基于屈曲稳定性的复合材料层压板铺层库设计方法。首先，独立设计铺层角度数量表，便于多种铺层比例的快速移植和交叉融合；其次，以四进制方式对铺层顺序编码，遍寻满足约束要求的铺层顺序，确定核心铺层组范围，设计稳定性综合评价指标，优化核心铺层组铺层顺序，基于核心层组边界向上和向下逐层扩展，合并得到整个设计空间的复合材料层压板铺层库；最后，分析层压板折算刚度系数推导结果，给出铺层库均匀性调整方法。与手动调试铺层库相比，通过本文方法设计的铺层库临界失稳应力普遍提高10%以上，均匀性调整后的临界失稳应力依然提高5%以上。     

基于Workbench 的多级轮盘组件优化设计

为了改善轮盘的性能,基于Workbench与集成的优化软件opt i SLang建立热与结构耦合的多物理场优化平台,对多级轮盘组件进行了减质优化设计。结果表明:优化后各级轮盘应力及变形满足设计要求,子午面应力储备分布均匀,提高了材料的利用率,低压涡轮盘质量共减轻4.45 kg,达到了预期目标。本优化设计平台为基于轮盘子午面的2维优化平台,可用于轮盘方案阶段的设计工作,为建立更为详细的轮盘3维优化平台提供技术储备。     

高密度内埋空空导弹战斗部优化设计

空空导弹破片战斗部对空中运动目标的单发杀伤概率模型存在不足,精确计算其单发杀伤概率,并对导弹战斗部主要参数进行优化设计,对战斗部的总体设计和提高战斗部效能具有重要意义。在分析战斗机要害部位特性的基础上,根据战斗部对运动目标的杀伤机理,分别建立单枚破片对目标的击穿模型、引燃模型和冲击波杀伤模型;基于所建立的战斗部条件杀伤概率模型,采用多指标单目标粒子群优化算法对战斗部的装填系数、破片数量、单枚破片质量、破片静态飞散角和破片静态飞散方向角五个主要参数进行优化设计。结果表明:优化不仅改善了高密度内埋空空导弹单发杀伤效能,而且减小了战斗部的质量。研究结果可为新型战斗部设计提供参考。     

某型涡轮过渡流道稳定工作范围优化设计

为保证高、低压涡轮间流场参数匹配,要求在高压涡轮出口旋流角增大时,涡轮过渡流道仍处于近最佳工作状态。利用全三维数值模拟方法对涡扇发动机涡轮过渡流道进行了初次优化设计。优化后的过渡流道压力系数提高了20.6%,总压损失系数降低了 5.0%,并且其无流动分离工作范围得到扩大。为进一步扩大非设计稳定工作范围,对初次优化设计结果进行了二次优化。虽然二次优化后涡轮过渡流道设计点性能略有下降,但其无流动分离工作范围进一步扩大,且非设计工况点流道出口流场分布更加均匀,改善了下游低压涡轮的进气条件。 