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短距离起飞加速度对飞行员操作影响的分析

朱垣洁 刘笑宇 耿晓琪 霍洪强 柳松杨 樊瑜波

朱垣洁, 刘笑宇, 耿晓琪, 等 . 短距离起飞加速度对飞行员操作影响的分析[J]. 北京航空航天大学学报, 2018, 44(8): 1748-1754. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0573
引用本文: 朱垣洁, 刘笑宇, 耿晓琪, 等 . 短距离起飞加速度对飞行员操作影响的分析[J]. 北京航空航天大学学报, 2018, 44(8): 1748-1754. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0573
ZHU Yuanjie, LIU Xiaoyu, GENG Xiaoqi, et al. Effect of acceleration on pilot operation in short-distance takeoff[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2018, 44(8): 1748-1754. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0573(in Chinese)
Citation: ZHU Yuanjie, LIU Xiaoyu, GENG Xiaoqi, et al. Effect of acceleration on pilot operation in short-distance takeoff[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2018, 44(8): 1748-1754. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0573(in Chinese)

短距离起飞加速度对飞行员操作影响的分析

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0573
基金项目: 

国防基础科研计划 JCKY2016601B009

详细信息
    作者简介:

    朱垣洁  男, 硕士研究生。主要研究方向:航空航天生物医学工程

    刘笑宇  男, 博士, 讲师, 硕士生导师。主要研究方向:生物力学

    樊瑜波  男, 博士, 教授, 博士生导师。主要研究方向:生物力学

    通讯作者:

    刘笑宇, E-mail: x.y.liu@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: R857.13

Effect of acceleration on pilot operation in short-distance takeoff

Funds: 

Defense Industrial Technology Development Program JCKY2016601B009

More Information
  • 摘要:

    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。

     

  • 图 1  假人的建模过程

    Figure 1.  Modeling process of dummy

    图 2  飞行员假人模型的部位与关节

    Figure 2.  Parts and joints of pilot dummy model

    图 3  铰链关节的设计

    Figure 3.  Design of hinge joints

    图 4  机械关节与假人模型的连接

    Figure 4.  Connection of mechanical joint with dummy model

    图 5  飞机座舱简化模型

    Figure 5.  Simplified model of aircraft cockpit

    图 6  标准短距离起飞下加速度载荷模拟曲线

    Figure 6.  Standard simulated acceleration loads curve under short-distance takeoff

    图 7  短距离起飞下飞行员动态响应的仿真

    Figure 7.  Simulation of pilot dynamic response during short-distance takeoff

    图 8  短距离起飞下手臂对驾驶杆和油门杆的影响

    Figure 8.  Effect of arm on steering and throttle sticks during short-distance takeoff

    图 9  不同加速度载荷条件下飞行员手臂对操作杆的影响

    Figure 9.  Effect of pilot arm on operating sticks under different acceleration loads conditions

    图 10  手握固定环下的飞行员动态响应仿真

    Figure 10.  Simulation of pilot dynamic response as holding fixing rings

    图 11  短距离起飞下手臂对固定环的作用力

    Figure 11.  Force of arm acting on fixing rings during short-distance takeoff

    表  1  一般青年男子主要关节的活动范围

    Table  1.   Main joint motion range of average young men

    关节名称 运动方向 活动角度范围/(°)
    最小值 最大值
    肩关节 向前伸展 172 195
    向后伸展 51 170
    侧向伸展 116 163
    肘关节 前臂运动屈曲 129 155
    前臂运动内旋 76 145
    前臂运动外旋 93 145
    髋关节 向前伸展 99 112
    向后伸展 41 75
    侧向伸展 65 101
    向内扭转 45 90
    向外扭转 39 60
    膝关节 屈折 128 150
    踝关节 向下屈折 22 55
    向上屈折 35 52
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-09-11
  • 录用日期:  2017-10-13
  • 网络出版日期:  2018-08-20

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