留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

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
    下载: 导出CSV
  • [1] 樊瑜波, 柳松杨.航空生物力学[J].医用生物力学, 2010, 25(4):235-238. doi: 10.3871/j.1004-7220.2010.04.238.

    FAN Y B, LIU S Y.Biomechanics in aviation[J].Journal of Medical Biomechanics, 2010, 25(4):235-238(in Chinese). doi: 10.3871/j.1004-7220.2010.04.238.
    [2] 李伟, 姚海林. 影响民用飞机飞行安全各因素的综合分析[C]//中国航空学会2007年学术年会. 北京: 中国航空学会, 2007: 77.

    LI W, YAO H L. A comprehensive analysis of various factors affecting flight safety of civil aircraft[C]//2007 Academic Conferences of CSAA. Beijing: CSAA, 2007: 77(in Chinese).
    [3] 陆秀明. 国内外军民机飞行安全情况分析[C]//航空安全与装备维修技术学术研讨会. 北京: 中国航空学会, 2014: 4.

    LU X M. Analysis on flight safety of aircraft[C]//Aviation Safety and Equipment Maintenance Technology Symposium. Beijing: CSAA, 2014: 4(in Chinese).
    [4] 耿晓琪, 刘笑宇, 柳松杨, 等.加速度造成不对称周边视力丧失的仿真研究[J].生物医学工程学杂志, 2017, 34(2):188-192. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=QKC20172017051200190110

    GENG X Q, LIU X Y, LIU S Y, et al.A simulation study with finite element model on the unequal loss of peripheral vision caused by acceleration[J].Journal of Biomedical Engineering, 2017, 34(2):188-192(in Chinese). http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=QKC20172017051200190110
    [5] 于立身.飞行中空间定向障碍研究现状和未来[J].中华航空航天医学杂志, 1994, 5(1):5-9. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=QK199400602596

    YU L S.Modern and future perspective on flight spatial disorientation[J].Chinese Journal of Aerospace Medicine, 1994, 5(1):5-9(in Chinese). http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=QK199400602596
    [6] 于立身.飞行中空间定向障碍研究进展[J].航空军医, 2001, 29(2):83-86. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JYQB199605018.htm

    YU L S.Research progress on flight spatial disorientation[J].Flight Surgeon, 2001, 29(2):83-86(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JYQB199605018.htm
    [7] 孙明举, 张雷, 任慧峰, 等.舰载机飞行员腰痛的临床诊断程序与思路[J].人民军医, 2015, 58(5):573-574. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-RMJZ201505062.htm

    SUN M J, ZHANG L, REN H F, et al.Clinical diagnosis procedures and ideas of low back pain of carrier-borne pilots[J].People's Military Surgeon, 2015, 58(5):573-574(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-RMJZ201505062.htm
    [8] 张竟, 韩旭. 人椅系统碰撞仿真研究[C]//系统仿真技术及其应用学术会议. 合肥: 中国科学技术大学出版社, 2007(9): 157-160.

    ZHANG J, HAN X. Collision simulation of a body-seat system[C]//Academic Conferences of System Simulation Technology & Application. Hefei: Press of University of Science and Technology of China, 2007(9): 157-160(in Chinese).
    [9] 马春生, 杜汇良, 张金换, 等.载人飞船座椅着陆缓冲系统的动力学模型[J].清华大学学报(自然科学版), 2008, 48(11):1976-1979. doi: 10.3321/j.issn:1000-0054.2008.11.025

    MA C S, DU H L, ZHANG J H, et al.Dynamic model for the seat-bumper system reducing the manned spacecraft landing impact[J].Journal of Tsinghua University(Science and Technology), 2008, 48(11):1976-1979(in Chinese). doi: 10.3321/j.issn:1000-0054.2008.11.025
    [10] 谢燕, 周建平, 雷勇军.载人飞船着陆座椅缓冲系统的动力分析与改进[J].振动与冲击, 2007, 26(5):104-106. doi: 10.3969/j.issn.1000-3835.2007.05.029

    XIE Y, ZHOU J P, LEI Y J.Dynamic optimization of plate-oscillator combined system of a manned spacecraft absorber seat[J].Journal of Vibration and Shock, 2007, 26(5):104-106(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1000-3835.2007.05.029
    [11] 张玉刚, 薛红军, 李宝峰, 等.飞机弹射救生过程人椅运动仿真[J].航空计算技术, 2009, 39(2):9-13. doi: 10.3969/j.issn.1671-654X.2009.02.003

    ZHANG Y G, XUE H J, LI B F, et al.Simulation of ejection escape based on CATIA[J].Aeronautical Computing Technique, 2009, 39(2):9-13(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1671-654X.2009.02.003
    [12] 王春洁, 曾福明.弹射座椅动态舒适性与人椅动力学特性研究[J].北京航空航天大学学报, 2004, 30(4):375-378. doi: 10.3969/j.issn.1001-5965.2004.04.020

    WANG C J, ZENG F M.Research of human-seat dynamics model and ejection seat dynamic comfort[J].Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2004, 30(4):375-378(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1001-5965.2004.04.020
    [13] 张大林, 魏涛, 姜南.弹射座椅系统外高速流场的数值模拟[J].南京航空航天大学学报, 2009, 41(2):202-206. doi: 10.3969/j.issn.1005-2615.2009.02.012

    ZHANG D L, WEI T, JIANG N.Numerical simulation of high speed flow field around ejection system[J].Journal of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2009, 41(2):202-206(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1005-2615.2009.02.012
    [14] 魏靖彪, 薛晓中, 杜海文, 等.某型飞机弹射救生人椅系统运动分析[J].弹箭与制导学报, 2002, 22(4):53-55. doi: 10.3969/j.issn.1673-9728.2002.04.015

    WEI J B, XUE X Z, DU H W, et al.The kinematic analysis of ejecting rescue man-seat system[J].Journal of Projectiles, Rockets, Missiles and Guidance, 2002, 22(4):53-55(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1673-9728.2002.04.015
    [15] 都承斐, 王丽珍, 柳松杨, 等.机动飞行过载时操纵杆位置对飞行员操控影响的生物力学研究[J].航天医学与医学工程, 2014, 27(4):286-290. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/htyxyyxgc201404010

    DU C F, WANG L Z, LIU S Y, et al.A biomechanical study on impact of position of flight control stick on operation efficiency in flight maneuvering acceleration[J].Space Medicine and Medical Engineering, 2014, 27(4):286-290(in Chinese). http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/htyxyyxgc201404010
    [16] BLAJER W, CZAPLICKI A.Modeling and inverse simulation of somersaults on the trampoline[J].Journal of Biomechanics, 2001, 34(12):1619-1629. doi: 10.1016/S0021-9290(01)00139-7
    [17] AYOUB M M. A 2-D simulation model for lifting activities[C]//Selected Papers from the 22nd ICC&IE Conference on Computers & Industrial Engineering. Oxford: Pergamon Press, 1998, 35(3-4): 619-622.
    [18] HEARON B F, BRINKLEY J W.Comparison of human impact response in restraint systems with and without a negative G strap[J].Aviation Space and Environmental Medicine, 1986, 57(4):301. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=0520071205310961
  • 加载中
图(11) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  707
  • HTML全文浏览量:  75
  • PDF下载量:  591
  • 被引次数: 0
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

目录

    /

    返回文章
    返回
    常见问答