运输机方向舵脚蹬人机工效设计研究

方向舵脚蹬用于飞机的航向操纵,其人机工效设计的优劣,不仅影响驾驶员操纵的可达性与舒适度,也对飞机飞行安全至关重要。通过对人体生理特征和人体生物力学的研究,结合人体舒适坐姿二维简化模型和人体尺寸,对人体下肢操纵可达范围、脚蹬运动行程、踵点设计等进行理论分析和计算,得到运输机方向舵脚蹬的人机工效设计指标参数,并通过人机工效仿真软件进行虚拟仿真,最终得到一些合理、可用的设计参数,为运输机方向舵脚蹬人机工效设计提供理论支持和方法指导。     

运输机驾驶员座椅人机工效设计研究

运输机驾驶员座椅是运输机驾驶舱设计中一项重点内容,其主要包括驾驶员座椅参考点确定,座椅结构尺寸、调节行程和约束系统等人机工效设计参数。运输机驾驶员座椅人机工效设计首先定义了符合中国人体生理特征和人体尺寸的驾驶员舒适坐姿,并建立舒适坐姿二维简化模型,利用经验公式结合人体尺寸分析计算出座椅参考点、座椅调节行程、座椅约束系统参数范围等人机工效设计参数值,并进行了人机工效虚拟仿真。结果表明,运输机驾驶员座椅人机工效设计参数合理可行,对固定翼类运输机座椅设计具有一定的指导价值。     

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。     

民用飞机设计驾驶舱操纵设备的评估

人机工效影响着飞行员操纵飞机的感受,因此在民用飞机设计过程中,对人机工效进行及早考虑是非常重要的。在民用飞机设计的各个阶段,都需要适时邀请具有一定资质的飞行员对驾驶舱的人机工效进行评估。对民用飞机设计中飞控驾驶舱飞行员评估方法进行介绍,对评估的要点进行总结分析,供相关工程设计人员参考。     

民机驾驶舱人机工效符合性认证方法及评价方法研究

对国内外运输类飞机适航标准中与驾驶舱人机工效相关的条款进行总结。从适航认证的角度对民机驾驶舱人机工效符合性认证方法进行分析，并对如何选择符合性方法进行了说明。阐述了目前广泛使用的虚拟仿真法、模型试验法两种人机工效符合性评价方法。为运输类飞机人机工效设计和型号认证提供指导。     

非线性解耦控制理论在飞控系统设计中的应用研究

根据非线性解耦控制理论设计了用升降舵、副翼和方向舵控制飞机迎角、侧滑角和滚转角速度的解耦控制律，并进行了闭环系统数字仿真研究。飞机动力学的数学模型计及了非线性气动力、运动和惯性耦合因素；操纵系统动力学模型中考虑了舵面的惯性，位置和偏转速率限幅，仿真结果表明，所设计的控制律可有效地指令飞机进行大幅值的单自由度或多自由度机动飞行，控制律中的参数变化对闭环系统动态响应影响较显著，容易导致Ｈｏｐｆ分支现象     

操纵面操纵系统刚度设计研究

对现代飞机操纵面操纵系统刚度进行了分析,从满足气动弹性需求的角度给出了作动器动刚度和阻尼要求的确定方法。以某支线飞机升降舵操纵系统为例,给出了操纵系统刚度和阻尼要求;针对方向舵操纵面旋转频率过低问题,提出了方向舵作动器布置下移与实肋对接的更改建议。经分析,更改后的方向舵作动器布置能够满足气动弹性设计要求。     

飞机着陆操纵指令模型设计与仿真

针对某型飞机进场着陆完全靠目视飞行的现状,分析了该飞机加装着陆指令驾驶系统的可行性,分别设计了下滑线、基准线和下滑速度操纵指令模型。对人机闭环系统进行了飞机全量运动方程数值仿真。仿真结果表明所设计的着陆操纵指令模型可用于实现飞机着陆指令驾驶任务。     

多操纵面飞翼布局作战飞机的控制分配方法

飞翼布局作战飞机取消了升降舵和常规方向舵,采用冗余的新型多操纵面配置新方案,并使用大偏角的阻力方向舵来实现其偏航操纵.阻力方向舵的偏转会同时引起3个轴向的附加力和力矩,且具有单侧偏转为偏航操纵、双侧偏转为增阻减速的功能特点.为了解决这类新布局飞机操纵面多于控制指令的冗余设计和操纵面无明确功能轴向的新问题,在其飞行控制系...     

多发飞机着陆进场最小操纵速度人机闭环仿真

为了提高着陆进场最小操纵速度(VMCL)的分析预测精度,提出了一种通过人机闭环数学仿真来计算多发飞机着陆进场VMCL的方法。考虑临界发动机突然停车后拉力的衰减过程、驾驶员意识到发动机失效后采取操纵的时间延迟,以及符合VMCL验证试飞操纵特点的驾驶员模型,建立了能够真实模拟VMCL验证试飞过程及驾驶员操纵策略的某型四发螺旋桨飞机人机闭环仿真数学模型。仿真结果表明,该方法可以准确模拟VMCL验证试飞时发动机衰减特性、舵机动态特性、驾驶员反应延迟等因素的影响,以及飞机各运动参数的动态变化过程。     

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.     

民机驾驶舱显示触控系统人机工效综合评价

未来民机驾驶舱将广泛采用触控技术,但目前尚未形成针对民机驾驶舱显示触控系统的人机工效评价体系与评价方法。针对上述问题,首先梳理民机驾驶舱显示触控系统相关的现行标准与规范,结合适航规章中人为因素考察项,提出民机驾驶舱显示触控系统人机工效评价指标体系。其次,考虑到评价指标的模糊性与灰色性,基于灰色关联分析,对传统模糊层次综合评价算法从数据集结处理和指标权重确定两个方向进行改进,通过构造专家信度系数修正秩次矩阵,实现专家认知特性的定量描述,建立民机驾驶舱显示触控系统人机工效综合评价模型。最后,结合ACROSS项目下的民机驾驶舱显示触控系统人机工效评价试验案例,分析驾驶舱显示触控系统配置策略对系统人机工效的影响,验证了评价体系与评价方法的适用性和合理性。     

民用飞机维修性参数选取和指标确定方法研究

民用飞机维修性参数选取和指标确定是维修性设计的基础工作之一,为了反映出民用飞机的维修性、运营费用和维修人力等方面的目标,需要选择合适的维修性参数并确定维修性指标。国产民用飞机由于缺少研制经验和设计资料,无法使用成熟方法进行维修性参数选取和指标确定,针对这一问题进行研究。结合民用飞机的设计特点阐述了民用飞机维修性参数的选取方法,通过综合权衡民用飞机设计中各影响因素和维修性参数有效性,从与维修时间相关、与维修工时相关、与维修成本相关的三类参数中选取适当的民用飞机维修性参数。针对民用飞机设计现状,明确维修性指标的确定依据和具有实用性的方法,以使民用飞机具有良好的维修性。解决了国产民用飞机维修性参数选取和指标确定工作无参考依据的问题,为民用飞机维修性参数选取和指标确定提供了一条可行途径。     

基于参数辨识原理的飞机参数分析及算法研究

提出一种在飞机概念设计中基于参数辨识理论的设计参数分析方法。在给定的设计重量和任务剖面要求下,利用基于物理的运动方程和动力学方程模型辨识出飞机气动力参数,并在总体性能评估的基础上进行设计参数分析,给气动设计提供了设计参考;在辨识过程中针对参数可行域离散度很高使得很难收敛到Pareto解的问题,提出了将神经网络预测模型融合到遗传操作过程,使得尽量在可行域内搜索。最后通过对某客机进行算例分析,表明基于辨识理论的参数分析方法和改进的算法是合理和可行的。与一般经验公式方法相比,该方法对布局类型的限制较小,在满足概念设计参数分析准确度要求的条件下能够为下一步的气动设计提供设计指标。     

基于参数化模型的大型民用飞机设计航程研究

航程和座级直接反映民用客机的市场定位,是飞机产品能否被市场广泛接受的关键因素。目前全球大型客机市场由波音和空客两家公司垄断,又细分为窄体客机、宽体客机和超大型客机等市场。其中,宽体客机的航程跨度较大,是否发展中、短程宽体客机的争论从未终止。伴随空客公司推出A330区域型客机,中短程宽体客机是否有利可图的争论更加炙手可热。有鉴于此,基于全参数化飞机模型,研究了特定座级下设计航程与机翼、发动机、特征重量、气动特性以及燃油经济性之间的关系,分析了设计航程对民用飞机总体设计带来的影响,从技术层面阐述了设计航程变化带来的收益及代价。     

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.     

A model for discrimination and prediction of mental workload of aircraft cockpit display interface

With respect to the ergonomic evaluation and optimization in the mental task design of the aircraft cockpit display interface, the experimental measurement and theoretical modeling of mental workload were carried out under flight simulation task conditions using the performance evaluation, subjective evaluation and physiological measurement methods. The experimental results show that with an increased mental workload, the detection accuracy of flight operation significantly reduced and the reaction time was significantly prolonged; the standard deviation of R-R intervals（SDNN） significantly decreased, while the mean heart rate exhibited little change; the score of NASA_TLX scale significantly increased. On this basis, the indexes sensitive to mental workload were screened, and an integrated model for the discrimination and prediction of mental workload of aircraft cockpit display interface was established based on the Bayesian Fisher discrimination and classification method. The original validation and cross-validation methods were employed to test the accuracy of the results of discrimination and prediction of the integrated model, and the average prediction accuracies determined by these two methods are both higher than 85%. Meanwhile, the integrated model shows a higher accuracy in discrimination and prediction of mental workload compared with single indexes. The model proposed in this paper exhibits a satisfactory coincidence with the measured data and could accurately reflect the variation characteristics of the mental workload of aircraft cockpit display interface, thus providing a basis for the ergonomic evaluation and optimization design of the aircraft cockpit display interface in the future.     

单通道窄体客机气动力设计技术分析

气动力设计是单通道窄体客机的重大关键技术,对飞机性能影响重大。初步梳理和简要分析窄体客机的气动力设计技术,主要方法是典型机型的实例研究和相关数据统计分析和对比,内容包括机翼气动力设计、增升装置、翼梢小翼、CFD技术应用等。机翼气动力设计分析部分首先概述设计重要性和要求;之后给出典型飞机机翼气动力设计实例及主要参数统计数据,包括翼型、平面形状、飞机性能参数等;列出机翼内段-翼根区域气动设计、短舱-吊挂-机翼一体化设计等设计研究课题并简析。增升装置部分首先分析设计难点和问题,之后统计分析波音737和A320各代机型的增升装置设计,包括前缘后缘增升装置类型和主要参数等。翼梢小翼部分给出融合式小翼、双羽小翼减阻数据和展向升力分布改善图。最后简要介绍了波音公司、空中客车公司和我国CFD技术发展应用情况。     

基于深度神经网络的客机总体设计参数敏感性分析

飞机总体主要设计参数敏感性分析揭示了总体主要设计参数对飞机特性指标的影响,有助于总体设计方案的决策。针对宽体客机总体主要设计参数敏感性问题,根据其总体主要设计参数和特性指标的特点,以及多学科间的耦合关系,建立了深度神经网络模型。该深度神经网络模型以客机总体主要设计参数为输入,对特性指标进行预测。在深度神经网络模型中,设置了多个输入层、多个输出层以及多个分块的隐藏层,从而模拟客机总体主要设计参数对特性指标的影响以及不同特性指标之间的相互作用。测试结果表明,与传统代理模型相比,深度神经网络模型对客机特性指标的预测精度更高,多参数适应性更好。利用该深度神经网络模型对客机总体主要设计参数进行敏感性分析。分析结果表明,机翼1/4弦线后掠角在30°~31.5°时,有利于减少最大起飞重量和起飞平衡场长;发动机海平面最大静推力和机翼面积对客机直接使用成本、最大起飞重量等特性指标的影响最为显著。