军用飞机驾驶舱中飞行员上肢可达性分析

描述了获取上肢可达区数据的测量方法,并建立了可达区分析模型;以座椅参考点为坐标原点,采用坐标变换的方法将美国军用飞机飞行员的上肢可达区数据转换成中国歼(强)击机飞行员上肢可达区的近似数据;按照国家军用标准的规定,建立了座舱可达区的三种分析模型;借助建立的模型对某型号军用飞机电子化驾驶舱中的部分控制器的可达性进行了分析;最后利用军用飞机进行了实际检测,检测结果验证了可达区分析模型的正确性.     

基于视觉搜索的飞机显示界面设计原则

对飞行员在飞行中通过视觉搜索监视各种仪表信息的过程进行研究,探索时间压力和搜索难度两个因素对视觉搜索绩效的影响,从而为飞机座舱显示界面的工效学设计提供科学依据.设计视觉搜索程序来模拟飞机显示界面,并通过预实验确定时间压力水平和搜索难度水平的典型分级范围,在此基础上进行正式实验并记录反应正确率和反应时间.采用SPSS 19.0对实验结果进行双因素分析、简单效应、回归分析等,得到如下结论:不同水平的时间压力和搜索难度对反应正确率的影响具有显著性差异;不同水平的搜索难度对反应时间的影响具有显著性差异,并且在一定条件下反应时间和干扰项数目成线性递增关系;在保证较高正确率的状态下,即在人的认知能力范围之内,不同的时间压力水平对反应时间的影响没有显著性差异.因此,在飞机座舱显示界面视觉搜索的工效学设计中,要将时间压力和搜索难度进行最佳匹配才能取得较好的工作绩效.      

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.      

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。      

顶部电离层总离子密度经度的变化

利用DMSP F13卫星1996-2005年共10年的观测数据,研究地磁中低纬地区黄昏时段(18:00 LT)顶部电离层总离子密度经度变化的季节、地磁纬度和太阳活动变化特征.结果表明总的经度变化在低纬地区与中纬地区具有明显不同特征.不同经度结构的季节变化均以年变化为主,但纬度分布具有明显差异.一波结构主要集中在中纬地区,且南半球明显强于北半球;二波结构南北半球不对称性非常明显;三波结构和四波结构均为低纬地区明显强于中纬地区.通过分析不同波结构对总经度变化的贡献发现,一波结构在南半球中纬地区贡献最大,二波结构在12月前后的15°N附近贡献较大,三波结构和四波结构仅在低纬地区有较强贡献.在不同太阳活动条件下,不同波结构的贡献率有明显变化.      

CHAMP卫星加速度计标校参数序列的谱分析

给出了利用能量守恒方法求定CHAMP卫星加速度计标校参数的基本原理和算法．对2001年8月-2003年12月共约两年半的CHAMP卫星加速度计数据进行了标校,导出了尺度、偏差和偏差漂移参数的时间序列,分别采用最小二乘谱分析和抗差谱分析对这些时间序列进行了分析．结果表明,尺度、偏差和偏差漂移参数都有明显的周期变化,但各主周期项略有差异．尺度的主周期是441d、220d、126d和13．4d的周期变化,其中220d和441d的周期变化的贡献相对较大．偏差中有明显的220d、126d和13．4d周期变化,各周期变化的贡献几乎相当;偏差漂移的主周期是220d、13．4d和9d的周期变化,其中13．4d的周期变化最为显著,几乎比其他周期项变化高出一个数量级．另外尺度和偏差参数还有明显的长期变化,而偏差漂移参数的长期变化不明显．     

顶部电离层总离子密度的经度变化

利用DMSP F13卫星1996—2005年共10年的观测数据,研究地磁中低纬地区黄昏时段(18:00LT)顶部电离层总离子密度经度变化的季节、地磁纬度和太阳活动变化特征.结果表明总的经度变化在低纬地区与中纬地区具有明显不同特征.不同经度结构的季节变化均以年变化为主,但纬度分布具有明显差异.一波结构主要集中在中纬地区,且南半球明显强于北半球;二波结构南北半球不对称性非常明显;三波结构和四波结构均为低纬地区明显强于中纬地区.通过分析不同波结构对总经度变化的贡献发现,一波结构在南半球中纬地区贡献最大,二波结构在12月前后的15°N附近贡献较大,三波结构和四波结构仅在低纬地区有较强贡献.在不同太阳活动条件下,不同波结构的贡献率有明显变化.     

冰雪天气下基于MFOA-KELM残差修正的跑道温度混合预测

道面温度短时精准预测是跑道积冰预警的关键因素之一, 为了解决单一机理预测模型随预测时间延长而造成误差累积的问题, 提出了一种冰雪天气下跑道温度混合预测方法。将跑道温度机理预测模型与核极限学习机(KELM)相结合, 建立一种数据驱动修正残差的跑道温度机理预测模型。针对果蝇优化算法(FOA)收敛速度慢、易陷入局部最小值的问题, 引入权值更新函数和距离扩充因子, 调整果蝇的全局寻优效果, 避免陷入局部极小值。利用改进的果蝇优化算法(MFOA)对KELM的正则化参数与核参数联合优化, 以冰雪天气下跑道温度实际数据为例, 建立基于改进果蝇优化核极限学习机(MFOA-KELM)的跑道温度混合预测模型, 并在不同时间尺度下对该混合预测模型进行仿真测试。实验结果表明:与单一机理预测模型相比, 当预测时长为120 min时, MFOA-KELM混合预测模型的平均绝对误差至少减小了61.43%, 在残差阈值为±0.5℃时, 平均预测准确率为91.25%。可见, MFOA-KELM混合预测模型具有更高的预测准确性, 研究结论显示该混合预测方法能够为机场跑道温度短时精准预测提供新思路。      

基于EEG的脑力疲劳特征研究

模拟飞行员在飞行过程中监视仪表信息的过程,分析脑电（EEG）随脑力疲劳变化的特点及规律,从而为后期对抗脑力疲劳提供科学根据。通过设计2级不同难度的视觉监控任务分别诱发脑力疲劳,采用多种方法相结合进行研究,比较EEG参数（δ、θ、α、β、（α+θ）/β、α/β、（α+θ）/（α+β）和 θ/β）在任务前后的变化情况。结果表明:从正常到疲劳状态,额区、中央区、顶区和枕区的α波相对能量显著增加（P < 0.05）;前额区、侧额区、后颞区以及枕区的β波相对能量显著降低（P < 0.05）;δ波和θ波相对能量变化未达到显著性差异（均有P > 0.05）;参数（α+θ）/β、α/β、（α+θ）/（α+β）和θ/β在除颞区外的各脑区都显著增大（P < 0.05）;在颞区,只有α/β在疲劳前后增加明显（P < 0.05）;与较高难度的任务比较,低难度任务中的各EEG参数变化较为明显。因此,除δ波和θ波以外的其他特征参数被证实在特定的脑区域可以作为衡量脑力疲劳的潜在指标,同时可以验证适当地增加任务难度可以在某种程度上对抗脑力疲劳的产生。      

战斗机地面停放时飞行员综合热应激预测模型

预测夏季战斗机地面停放时飞行员的热应激,以提高航卫等有关人员对飞行员受高温影响的认识,并为采取必要的防护措施提供依据.首先由气象条件估算战斗机座舱内热环境参数,分析穿着夏季飞行基础服装时飞行员在座舱热环境中的热调节过程,模拟飞行员热生理指标变化情况,从而预测飞行员的热应激水平.编制了飞行员穿夏季基础着装在座舱中的热分析软件,给出了热应激预测结果,经高温舱试验验证,人体平均皮肤温度、核心温度及平均体温增值计算与试验结果变化趋势相同,且量值接近,热应激预警结果一致.综合热应激指数模型预测与试验结果对比偏差均小于20%,预测模型合理可靠,能满足使用要求.      

中断雷达距离跟踪的战斗机机动控制方法

基于跟踪雷达距离自动跟踪系统特性,提出了战斗机中断雷达距离跟踪的机动轨迹控制策略.推导了跟踪雷达距离自动跟踪系统的系统传递函数,研究了跟踪误差产生机理.以二维平面内导弹攻击为例,分析了导弹与战斗机的二阶相对运动模型.在此基础上,基于闭环反馈控制思想,提出了战斗机中断雷达距离跟踪的控制方法,推导了战斗机的机动轨迹控制律,给出了其解析形式.通过数值仿真,分析了该方法的适用范围,为战斗机飞行员制定决策提供了依据.      

飞行员注意力分配的定量测量方法

在实验室内让被试人员在飞行模拟器上完成了三个不同阶段的模拟飞行任务,同时用眼动仪器记录了被试者的眼动数据.采用划分兴趣区域的方式,把视觉信息源划分为座舱内仪表和外部视景两个兴趣区域,对三个眼动指标在两个兴趣区域内的分布情况进行了分析和对比.结果显示,三个模拟任务阶段被试者显示出了不同的扫视模式,在外景有更多的注视点比率、更多的注视时间比率和更长的平均注视时间.表明视觉飞行规则下,战斗机驾驶员主要从外景获取视觉信息,他们的大部分注意力都集中在外景.眼动指标可以客观地反映驾驶员的注意力分配规律和工作负荷变化,研究结果对于战斗机座舱显示信息的设计和飞行员的培训有一定的指导意义.     

大型客机飞行员操作程序综合评价

机组对飞机的成功操作很大程度上依赖于一套精心编制的飞行员操作程序,不合理或不合逻辑的操作程序可能导致飞行员的违规操作,进而引发飞行事故.参考波音737NG飞行机组操作手册,分析进近和着陆阶段的任务功能流程后确定了评价指标体系的层次结构;采用德尔菲法对现役飞行员进行两轮咨询,建立了基于安全性的进近和着陆阶段飞行员操作程序综合评价指标体系;对飞行员进行咨询,采用序关系分析法确定了各指标的权重系数;应用模糊综合评价法对飞行员操作程序进行综合评价,得到了飞行员操作程序的评价等级和评价值.提出了一种将功能流程图法、德尔菲法、序关系分析法和模糊综合评价法相结合的飞行员操作程序综合评价方法,并应用于波音737NG飞机进近和着陆阶段的操作程序评价.评价结果说明了该综合评价方法的合理性.     

Gap准则在Ⅱ型PIO预测中的应用

针对Ⅱ型PIO(Pilot Induced Oscillations)严重威胁先进战斗机飞行安全的问题,提出运用Gap准则对纵向Ⅱ型PIO进行预测.建立了舵机速率限制的正弦输入/三角输出描述函数模型,改进了Neal-Smith驾驶员模型.提出运用描述函数法研究Ⅱ型PIO的产生机理,推导了非线性人机系统失稳公式,得到了Gap准则的一般计算方法.应用Gap准则对某型飞机纵向Ⅱ型PIO敏感性展开了研究,并进行了时域仿真验证.结果表明:Gap准则物理意义明晰、结果直观、计算高效,能有效地预测Ⅱ型PIO的发生.研究结果可为先进战斗机飞行控制系统的设计提供重要理论依据.     

一种改善飞行员抗荷服性能的新方法

在管式抗荷服的腹囊和两侧管囊间分别装上分压装置和泄压活门,将腹囊内的压力降至管囊内压力的40%左右.在管式抗荷服研制中采用这种新型的分压技术,克服了飞行员穿着时的腹部压痛问题,改善了其舒适性,提高了飞行员的正向过载防护能力.具有分压装置的新型抗荷服进行了10人次的离心机生理试验,在过载增长率3 G/s、最大试验过载9 G条件下,分压装置工作正常,装备抗荷效果达到了3.5 G.对60名歼击机飞行员调查表明,分压装置和泄压活门的大小、安装部位及其舒适性均可接受.该技术已用于其它新型管式抗荷服的设计中.      

现代战斗机的飞行试验

根据近几年新机飞行试验的工程实践,结合国外飞行试验的经验,叙述了现代战斗机飞行试验的特点,包括飞行试验的架次和周期,机载测试和地面实时监控,地面支持设施,它机试飞和组织管理;由于电传操纵显得更为突出的飞行试验技术,包括飞控系统稳定裕度、颤振和气动伺服弹性(ASE)、人机闭环飞行品质和大迎角试飞技术,提出了国内飞行试验工作方面目前存在的若干问题.      

一种预测驾驶员操纵行为的建模方法

在飞机设计中,应用驾驶员数学模型预测飞机飞行品质是避免人机系统出现不良耦合的重要途径之一.驾驶员神经网络模型是利用飞行模拟实验数据建立的驾驶员模型.基于该模型,针对纵向单通道俯仰跟踪任务,详细讨论了具有不同增益、不同短周期振荡频率飞机构型的驾驶员操纵行为变化规律.研究结果表明:对于特性相似的飞机构型,其驾驶员操纵特性也相似.因此,提出了一种利用相似构型的驾驶员操纵行为特性建立驾驶员预测模型的方法.通过对预测模型进行精度评价,可以证明采用本方法能够获得比较满意的驾驶员操纵行为特性预测结果.     

双立尾对战斗机隐身特性的数值模拟

为了降低战斗机的雷达散射截面（RCS,Radar Cross Section）特性,研究了双立尾外倾对战斗机RCS特性的影响.对战斗机的三维数字样机进行网格划分,基于物理光学法数值模拟出双立尾向两侧对等偏转对三翼面战斗机的头向、侧向和尾向的RCS特性的影响,并对战斗机的缩比实体样机进行电磁测试,证明了方法的可行性和数值模拟的准确性.数值模拟结果表明,当双立尾从0°向外偏转10°时,三翼面战斗机侧向RCS值缩减至原来的 9.8%,而头向和尾向的RCS值变化幅度较小.