飞机驾驶舱人-机-环实验平台研究

为了在地面实验室开展系统全面的飞机驾驶舱工效学实验,提出了一套完整的人-机-环闭路仿真模拟实验系统方案.综合分析实验系统的设计指标和功能要求,基于相似理论和模块化设计方法,分别对飞机仿真平台的硬件系统和软件系统、环境模拟舱、飞行员生理和心理测量系统开展研究和方案设计.最后搭建出半物理仿真模拟实验平台,实验平台可用于飞行员工作效率的影响机理研究、飞行员工作负荷评估以及仪表显示界面布局设计等.     

飞机座舱人机工效评定实验台研制

为解决飞机人机界面设计在新形势下面临的问题,研制了一套基于飞行模拟器的驾驶员工效评定实验台,以便在更加实际的飞行情况下对飞行员的认知特性进行研究.该实验台由飞机座舱、仿真软件、计算机系统和生理参数测量系统等组成,能开展座舱优化布局、界面信息显示适人性、脑力负荷的综合评定等研究.该实验台的研制为飞机人机界面的工效设计和评定提供了一种新的方法.     

下一代民机驾驶舱管制员-飞行员数据链通信人机交互界面设计

通过分析现有民用飞机管制员-飞行员数据链通信(CPDLC)人机交互界面存在的不足及其发展趋势,在设计过程中简化了信息分类,使用图形化显示,融入消费电子产品App风格,增强界面友好性,并且添加了输入检查功能、4DT运行信息显示和发送功能,后者能满足FAA和EASA颁布的Next Gen和SESAR计划。设计完成后,采用问卷调查的方法对页面中每个元素以及页面整体进行了初步设计评估。由评估结果得出,此次设计的CPDLC人机交互界面布局格式合理,设计得到优化,较受欢迎。     

飞机座舱显示控制界面设计

飞机座舱显示控制系统作为人机接口,一直是航空工效学关注的对象,提高飞机座舱显示控制系统的可视性和方便操作性,是其设计时所要追求的目标。综合近年来飞机座舱显示控制界面的相关研究现状,创建一种飞机座舱显示控制界面设计方法,并探讨软件设计中涉及到的一些关键技术。该方法集成在 C++系统 中,在飞机座舱设计的各个阶段分别引入飞行员三维人体几何模型和运动学模型;结合视景仿真建模理论和相 关软件,实现飞行视景及座舱显示控制界面的开发;提出飞机座舱显示控制界面设计的综合评价方法,以及各 种评价指标的筛选与评价体系的确立。该显示控制界面设计方法能够通过模拟飞行员的操作动作与计算视 角、可达性、操纵力等参数,较好地反映出飞行员的运动学和动力学特性,提高了界面友好性、操作直观性、简便性。     

电传飞控不同纵向指令形式系统响应特性分析

现代战斗机大都采用带有多模态的电传飞行控制系统,通常在不同的任务模态下,控制系统采用的指令形式不同,飞机对驾驶员的操纵响应也有所不同。文中以电传飞行控制系统中,纵向控制律构型常见的几种指令形式为例,通过理论分析和数字仿真试验方法,分析了不同指令形式下,电传飞行控制系统对飞行员操纵的响应特性,并总结了不同响应特性的指令形式所适合的飞行任务场景。文中分析总结的结果,可为电传飞行控制律设计工作中不同任务模态下,指令形式选择与飞行员飞行任务训练工作提供参考。     

基于EEG的驾驶舱告警信息设计研究

针对直升机驾驶舱人机交互中认知负荷问题，设计飞行模拟试验，探究视觉和听觉告警对飞行员认 知负荷的影响。基于多元线性回归方法，通过主观评价结果、反应时间、准确率和脑电信号等指标，构建了直 升机驾驶舱人机交互认知负荷评估模型。结果表明文字颜色、语音提示两种告警特征对飞行员信息加工均会产 生影响，使用多元线形回归模型可对不同告警方式下受试对象的认知负荷水平进行评估，构建的评估模型能够 较准确地评估直升机驾驶舱中飞行员的认知负荷，可为优化驾驶舱交互设计、降低飞行员认知负荷、减少人为 差错提供依据。     

基于CPN的飞机驾驶操纵过程建模及工效分析

驾驶舱人机界面的设计直接关系到飞行员在飞行任务中的操纵表现和飞行安全.分析了飞机驾驶操纵过程中的人机交互特性,基于着色Petri网构建了飞机操纵过程模型并给出了模型的公理化定义.提出了任务可达性,飞行员认知负荷和基于熵值的操纵程序复杂性评估方法,能够实现在驾驶舱设计初期对飞行员认知负荷与操纵过程的分析.结合某型飞机的起飞中断过程给出了操纵过程建模与工效分析实例,表明模型与方法的有效性.     

某型机便携式飞行员操作程序 (POP)仿真研究

飞行员操作程序(pilot operational procedures，简称POP)定义了航电系统的显控界面及操作逻辑，是航电综合设计最重要的顶层设计文件，其仿真对支持总体设计具有不可替代的作用。航电系统的显示控制界面是飞行员的主要人机交互界面，优化便捷的显控界面可以显著提高飞行员的操作效率，降低飞行员的工作负荷。搭建的航电台架体积过大，在与一线飞行员交流、优化和对空勤地勤人员进行培训时就变的比较困难。便携式的设备具有便于携带和直观展示等特点,为设计人员提供便利。首先从某机型的综合航电系统角度阐述POP的组成及任务操作，之后介绍POP仿真模型建立的步骤。最后对综合航电系统POP进行了仿真实现，搭建完成了便携式POP仿真平台。其结果可用于支持系统设计过程中的显示界面设计以及与飞行员交流。     

一种战斗机人机功能分配方法

人机功能分配的合理性影响飞行员与飞机的高效率协作,对战斗机实现人机优势互补、加速OODA (观察、调整、决策、行动)作战闭环有重要意义。基于运行场景分析,通过研究人与机的能力特征和人机交互信息流模型,提出了一种定性分析与定量评估相结合的人机功能权衡分配方法。分析飞机运行场景下,人的操作使用行为,识别关键任务,综合匹配人与机的认知-感知能力特征,对比关键任务中同一活动人机分别执行的利弊实现功能分配的优化。给出的人机功能分配的方法和模型,为解决战斗机复杂作战环境下提高人机适配问题提供了一种新的参考。     

航空装备环境因素对人的影响分析

目前,航空装备的人-机-环系统工程研究多偏重于人机交互设计和装备环境工程2大方面,环境对人的影响研究尚未形成完整的体系。在飞机使用和维护过程中,主要存在2类作业人员,即飞行员和地面保障人员。从这两者的角度出发,分析了不同人员所面临的不同环境因素,以及这些因素对其健康和工作效率的影响,最后提出建立基于不同人群的多环境因素综合作用体系是今后人-机-环境系统工程的重点研究方向。     

飞行员数学模型与新机飞行品质预测

简述了建立飞行员数学模型的重要意义和方法，给出了飞行员的常用数学模型形式及有关参数参考数据，并着重讨论了飞行员数学模型在新机飞行操纵品质评估预测中的应用 。     

民用飞机驾驶舱布置设计方法研究

在当今民用飞机驾驶舱设计过程中,普遍公认的理念为"以人为中心"的驾驶舱设计理念,而驾驶舱布置设计要践行"以人为中心"的设计理念,就需要在国内民用飞机设计初期,探索一种能体现"以人为中心"的驾驶舱布置方法。主要以"设计眼位"为基准,以飞行员生理极限、认知特性和个体差异作为可达性、可视性设计参数的依据,探索出一种能用于设计初期指导驾驶舱布置过程中主要设计参数的制定方法。     

直升机螺旋模态试飞方法研究

螺旋模态是直升机前飞状态下的固有模态,是直升机设计定型试飞中必须进行评定的科目,目前对该模态的评定已有相应的试飞方法。随着直升机飞控系统的不断升级和提高、飞行员操纵习惯的改变以及所执行任务的不同等情况,现有试飞方法已不能满足对直升机螺旋模态特性的评定。通过研究直升机的使用背景,针对不同飞控系统、飞行员操纵习惯以及飞行员执行的任务科目,给出了一种全新的试飞评定方法。     

合成视景系统的机遇与挑战

基于三维地形显示的合成视景系统结合空中隧道等新技术,为飞行员提高情形认知、降低工作量,同时也给传统驾驶舱显示、飞行安全、航线运营等带来不同程度的影响,特别是对驾驶舱显示将是划时代变革。综述机遇与挑战并结合航空发展,预测合成视景系统在10～15年内必将广泛应用。     

基于VxWorks的多电飞机电气控制系统的软件研究

分析和研究了多电飞机电气系统及嵌入式实时操作系统VxWorks的特性,设计了基于Vx-Works和RS485串行总线技术的地面模拟样机;对系统的软件实现及VxWorks下串行通信等一些关键性的技术进行了论述;针对VxWorks中的图形开发包WindML和Zinc存在显示界面不友好、开发周期长的缺陷,采用LabWindows／CVI开发了上位机的监控系统,整个系统运行稳定、可靠,满足多电飞机电气控制系统地面模拟的需要。     

多无人机监控系统人机交互界面研究

首先从人机权限方面考虑,提出基于三级自主等级以上的无人机系统,分析典型无人机作战任务下各操作项自动化程度、复杂性等信息,得出多机监控能力下操作员角色需向指挥员转变。然后以四机监控为例,通过设计人机智能认知信息架构,建立操作员意图识别模型,采用空域页面布局切换和时域页面智能推显等形 式进行人机交互界面设计,实现单操作员对多架无人机的监控。最后在飞行模拟器环境下进行了多机监控仿真测试,测试结果证明本文设计的人机交互界面合理可行。     

飞行员跳伞模拟训练系统人伞惯性参数研究

针对飞行员跳伞模拟训练系统研发需要,对人伞惯性参数进行了研究。首先,建立了人伞系统体固定坐标系,并在此基础上给出了伞衣、伞绳的惯性参数计算方法;其次,基于 Hanavan人体模型,给出了人体模型各环节的重量分配、质心计算、惯性参数的计算方法;再次,基于转动惯量平行轴定理,给出了人伞系统体固定坐标系下惯性参数的计算方法;最后,给出了一个人伞典型计算案例。仿真案例显示,所提出的人伞惯性参数计算方法可以有效计算人伞惯性参数值,精确度能够满足飞行员跳伞模拟训练需要。     

转子连接结构力学特性稳健设计

针对航空发动机转子结构具有质量/刚度分布不均匀、界面连接和承受大弯曲载荷等结构力学特性,分析了转子连接结构力学特性与界面接触状态之间的关联性,提出适用于工程设计的连接界面滑移和摩擦-疲劳损伤程度的界面接触状态、应变能和摩擦功等定量评估参数。建立了基于连接界面变形协调和转子应变能分布控制的转子连接结构力学特性稳健设计方法。结果表明:通过对转子结构几何特征参数进行优化,提高了连接界面在离心载荷作用下的变形协调性,改善了在工作载荷下转子弯曲应变能分布,可以减少连接界面摩擦-疲劳损伤,从而降低连接结构力学特性对载荷环境的敏感度,保证转子结构力学特性稳健。以高速转子系统中连接结构为例,通过仿真计算验证了带有界面连接的转子连接结构力学特性稳健设计的有效性。     

飞机智能座舱发展研究

针对未来飞行器面临的战场环境复杂性增加、飞行员操纵负荷增加、常规操纵方式无法适应危险环 境态势等问题，提出飞行器智能座舱设想，围绕基于态势感知的虚拟座舱系统、基于人工智能的飞行员辅助系 统、覆盖门到门的机组自动化系统等方向，通过虚拟现实技术、柔性显示技术、人工智能技术、信息处理技术 改进座舱设计，以增强飞行员态势感知能力、优化飞行员操纵方式、减轻飞行员决策负担、提高飞机的生存率、 实现降低飞行成本和危险环境下自主飞行。     

基于人机工效的民机驾驶舱设计原理

民机驾驶舱的人机工效设计是以"飞行员—驾驶舱—环境"整体作为研究的基本对象,以提高民机飞行安全的设计。从民机驾驶舱的显示界面、控制器件布置和光环境等角度,详细阐述民机驾驶舱人机工效设计的概念,研究相关设计方法,并进行实际应用。所论述的相关设计方法对未来先进民机驾驶舱的设计具有一定的借鉴意义。