民机研发中的人因学设计方法

<正>人因学的理论与技术应用于民机的设计、制造、运行、维护等各个环节,可提高安全裕度、效益及舒适性。本文在对国内外民机人因学设计方法进行提炼的基础上,通过案例分析阐述了它们的相关应用;结合目前我国民机人因学研发现状,提出了建立民机人因学设计准则,创新人因学评估技术,完善评价体系和重视人才培养等建议。现代民机设计日臻完善,机械故障所导致的飞行事故大幅减少,而人机界面设计不良所导致的隐患已成为影响民航安全的主要因素。人因工程学作为一门新兴学科,通过了解人的能力与限制并应用于机器、工具、系统、任务、工作和环境的设计当中,在增进系统安全,提高人员满意度和系统绩效等方面发挥很大作用。在航空领域,人因工程学贯穿于民航活动的始终,在     

驾驶舱设计的人因工程学应用综述

随着科技的进步,电子设备和系统的逐渐完善,人的因素在驾驶舱设计中占的比重越来越大。人因工程学已经开始应用于驾驶舱设计的诸多方面。本文阐述了人因工程学在驾驶舱设计中的发展,并介绍了其在驾驶舱布局分析、环境分析、信息传递及脑负荷分析、自动化及人机交互分析、机组人员疲劳及健康分析等方面中的应用,为以后相关研究提供参考。     

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。     

民机驾驶舱工效学综合评价方法研究及应用

飞机驾驶舱工效学综合评价是驾驶舱研制中一个极其重要的问题,以往在驾驶舱的研制过程中往往为其工程质量提出种种衡量标准而忽视工效学的综合评价,导致设计出的驾驶舱存在不少工效学方面的问题。为此,结合民机驾驶舱工效学的实际情况,本文提出一种将改进专家打分法、三标度层次分析法和模糊综合评判法集成的综合评价体系,给出了合适、可操作的评价指标和评价方法,能指导驾驶舱的工效学评价。该体系考虑了工效学评价的模糊性,实现了征求和提炼专家群体的意见,对飞机驾驶舱工效学进行了定量地综合评价,为比较相似设计方案的优劣提供了理论基础和方法。应用此方法,结合研究项目,对某民机驾驶舱尺寸设计的工效学进行了评价,证明了该方法的有效性。     

以液压系统功能模型为例的告警捕获方法研究

回顾民机某型号研制过程中出现被动的设计更改和优化问题,机组告警与指示设计方案不完全符合飞行员操作需求是其主要原因。在机组告警系统设计前期有着需求确认手段缺乏,需求确认不充分的困难,如果在机组告警系统设计前期能够采用正确的建模和评估方案,就能及时发现问题,避免后期出现重大问题。针对此问题,首先阐述了告警需求与失效模式之间的关系,针对告警所关注的特征信息搭建告警需求数据库,并根据告警需求捕获准则,以液压系统功能运行模型为例,通过系统失效模式分析和模型间映射关系得到需要告警的失效模式,最后结合型号经验和ARP4102-4、FAR25.1322及AC25-1322中的告警理念,完成系统告警定义。     

民用飞机驾驶舱设计变革

民用飞机驾驶舱设计历经了数代的发展,从原始简单衍变至复杂集成,继而往简约智能化方向发展。同时驾驶舱设计理念也在不断进步,从"以功能为中心"的设计理念衍变为"以人为中心"的设计理念,但不同制造商对此理念的理解存在差异,体现在对使用者"驾驶员"角色的定位差异明显。从该设计理念出发,提出了基于驾驶舱运行场景的正向设计方法,通过充分识别运行场景并提取和转化设计需求,设计出人机匹配度高的驾驶舱。随着各种新技术的成熟应用,"以人为中心"设计理念为牵引,利用基于驾驶舱运行场景的驾驶舱正向设计方法,将引领新一代民用飞机驾驶舱设计的变革,并展望了民机驾驶舱在人机交互方式、驾驶舱布置和布局、驾驶舱视景和驾驶舱综合环境等方面的发展趋势。     

基于混合现实技术的民机驾驶舱仿真平台

为了满足民机驾驶舱设计早期多方案对比和快速优化迭代的需求,研发了面向民机驾驶舱的混合现实仿真平台。以实体场景模块、可视化模块和运行逻辑模块为依托, 构建了仿真平台的系统框架; 在此基础上, 研究了高精度动态虚实融合技术, 解决了混合现实平台中操控部件和人的数字孪生问题; 为了验证混合现实仿真平台的可行性和有效性, 在物理驾驶舱仿真平台和混合现实驾驶舱仿真平台开展相同的试验,采用主观评估和客观测量相结合的方法对驾驶舱操纵部件可达性、布局合理性、仪表显示可视性和可读性方面进行人机工效分析, 并将两组试验的试验数据进行对比。试验结果表明,混合现实平台与物理平台的测试效果基本一致,能够为驾驶舱设计早期多方案对比评估提供有效的测试平台。     

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。     

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.     

民机驾驶舱中触摸屏设备应用的工效学探讨

触摸屏设备已广泛应用于各个领域,为触摸屏技术应用于民机驾驶舱的显控设备提供了可能.从触摸屏设备的技术特点出发,详细分析了触摸屏技术在民机驾驶舱内的潜在应用可能性及其工效学问题,对比分析了触摸屏技术与其他控制方式的操作绩效.结果表明:是否适宜采用触摸屏技术取决于控制设备的执行任务.以期该研究对触摸屏技术应用于民机驾驶舱及其工效学设计考虑提供理论支持和技术参考.     

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。     

民用飞机驾驶舱门抵御穿透要求适航符合性评估方法

民用飞机驾驶舱门系统安装在飞机舱内,用于阻隔驾驶舱和客舱,除供机组人员正常进出驾驶舱外,必须具备防弹及防侵入功能,防止非机组人员抢夺飞机控制权,为机组成员提供安全保护。从驾驶舱门系统抵御穿透适航条款解读入手,对适航审定要求进行研究解读,提出一种民用飞机驾驶舱门抵御穿透试验方法,给出子弹选择、危险弹道确认、枪击点筛选、试验件构型准备等试验实施细节和要求,并以某型民用飞机驾驶舱门系统研发以及抵御穿透适航审定为基础对其进行验证。结果表明：本文提出的驾驶舱门抵御穿透试验方法有效,满足条款符合性,能够为飞机驾驶舱门设计研发以及适航符合性分析验证和相关条款的适航审定工作提供参考。     

卫星导航进近技术进展

全球卫星定位系统（GNSS）增强系统能提供全天候无间断的卫星导航信号，可以辅助飞机进行进近。本文介绍了全球卫星导航系统进近着陆系统的基本组成、工作原理和功能特点，并对国内外研究进展进行了阐述。针对GNSS进近研究中的热点问题，重点论述了地基增强系统（GBAS）、星基增强系统（SBAS）、用户自主完好性监测（RAIM）等技术的发展现状，指出了GNSS进近技术实际工程应用仍然存在的问题，探讨了GNSS进近技术未来的发展方向。     

民用飞机防火系统适航审定技术分析与研究

火灾是影响运输类飞机安全运行的重要因素。飞机的防火系统为应急系统,通过对飞机的指定防护区进行探测、监控和报警并提供有效灭火,以保证飞机和机上人员的安全。鉴于此,防火系统与民用飞机的安全运行密切相关,也是适航条款要求的内容。旨在为民用飞机研制适航审定人员提供参考,同时也为防火系统适航审定工作提供相应的技术支撑。在分析民机防火系统功能要求和设计架构的基础上,依据中国民用航空规章第25部:运输类飞机适航标准(CCAR-25-R4-2011)的相应条款要求,分析了飞机防火系统可接受的符合性方法及防火系统验证试验中可接受的判据,给出防火系统在适航审查中的技术交联与工作协调。针对防火系统所涉及的各项条款,为局方提供了适航审查工作需要关注的审定要素和评审要求。研究有助于支持民机防火系统的安全设计与适航验证。     

民用飞机座舱空气分配优化设计与试验验证

以仿真分析和试验试飞为手段,对某型客机空气分配进行优化设计。首先建立飞机座舱热载荷动态仿真模型,分析飞机驾驶舱及客舱新的供气需求;其次根据飞机空气分配管路实际构型建立Flowmaster 仿真模型,并基于模型调节管路构型,以调整各舱室空气分配流量,实现驾驶舱和客舱的流量需求;最后将优化设计应用于民用飞机空气分配系统中,仿真分析和试验试飞验证结果吻合较好,说明了仿真技术手段的合理性。     

民用飞机驾驶舱应急逃生出口设置适航要求研究

民用飞机驾驶舱逃生出口设计是飞机设计的一个重要方面,其中应急出口设置的合理性对机组人员的逃生有着极大影响,受到适航当局的普遍关注。结合FAA(Fedral Aviation Administration)相关咨询通告,研究了CCAR(Civil Aviation Administration of China)关于民用运输类飞机驾驶舱应急逃生出口的最新适航要求,总结了相关条款的变化内容及相应的适航符合性方法,并就关键注意事项进行解析,对民用飞机设计适航验证有一定的借鉴意义。     

基于仿真技术的空调系统冲压空气能耗研究

简要介绍了开展民用飞机空调系统仿真分析及研究的重要意义和空调系统工作原理。建立了民用飞机空调系统主要部件的数学模型,开发了系统部件仿真模块及驾驶舱/客舱热载荷模块等,用搭建的部件模块组建了某民用飞机空调系统仿真模型,完成了仿真计算算例。对仿真算例进行试验验证以修正仿真模型,应用修正的仿真模型预测民用飞机整个飞行剖面内空调系统的冲压空气流量,同时采用标准计算方法评估空调系统冲压空气能耗,为空调系统的冲压设计提供依据,对飞机空调系统设计、优化及适航符合性验证具有重要的参考意义。     

民机驾驶舱扬声器啸叫成因研究与抑制方法

民用飞机驾驶舱扬声器是一个电声换能器件,安装在飞机驾驶舱中,可将电信号转为声信号输出,并将声学功率辐射到驾驶舱。驾驶舱扬声器不仅能够为驾驶舱内的机组人员提供与客舱乘务人员以及塔台管制人员的通话语音,还能够提供飞行导航音、选呼音和告警音的发声。因此,驾驶舱扬声器是飞机上不可或缺的机载设备,为飞机的飞行安全提供了保障。驾驶舱扬声器产生的尖锐刺耳啸叫让人难以忍受,导致飞行机组无法听到其他声音,甚至无法使用语音通信系统,严重时会影响到飞行安全。指出驾驶舱扬声器"啸叫"的危害,分析啸叫的成因,并在此基础上探讨驾驶舱扬声器"啸叫"的抑制方法,为民机驾驶舱音频系统的防啸叫设计提供一定的参考依据。     

基于WPF的民机驾驶舱人机接口快速原型技术

新一代Windows呈现基础(WPF)技术以其丰富的界面表现力和功能扩展能力被广泛应用于图形处理和界面设计上。WPF技术应用于民机驾驶舱人机接口快速原型的开发过程中,将界面与逻辑的开发完全分离,提升开发效率,增强模型可复用性。基于此流程创建的人机接口快速原型可用于显示系统研发过程中的早期设计阶段,确认需求的合理性,优化人机接口设计,减少后期显示系统软件研制过程中的更改,缩短开发周期,具有重要的工程应用价值。