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飞行控制的设计和优化研究在飞机上，最重要的一环便是飞行控制。
飞行控制系统不仅需要能够保证飞机的安全，还需要能够使飞机具有良好的飞行性能。
为此，一种优质的飞行控制系统的设计和优化研究至关重要。
本篇文章着重探讨以这种方式提高飞行控制效率的技术。
一、飞行控制系统的主要组成部分飞行控制系统主要由以下组成部分组成：飞行自动控制系统（Autopilot System）、仪表航空电子设备、减震系统、力量感应装置。
飞行控制系统的设计应该考虑这些组成部分的协同工作。
换言之，不同的组成部分需要相互配合，在不同的条件下，自动地调整航线和飞行状态。
二、控制系统的迭代设计飞行控制系统一般采用迭代设计来优化。
迭代设计是一种演化式设计方法，它通过不断地迭代和修改设计方案，来达成最优化的飞行控制系统。
设计工程师需要对不同的设计参数进行迭代。
这包括飞行状态、不同飞行特征下的飞机控制性能、主要气流和通风特征等。
在不同的设计参数中，设计团队通过不断地模拟和测试，最终找到最优化的设计方案。
三、飞行控制系统的优化技术对于飞行控制系统，有一些基本的优化技术，这些优化技术可以大大提升飞行控制系统的效率和安全性。
1. 模型预测控制模型预测控制是通过对飞机控制模型的预测，来预测任何可能的飞行状态变化。
实时对飞机的控制输入进行调整，以使得飞机保持状况和在短时间内精确地抓住想要达到的状态。
模型预测控制目前应用广泛，大幅度提升了飞行控制系统的实时性能。
2. 状态估计状态估计是从传感器数据中推算出公差、噪声和不确定性，然后对飞机状态进行更准确的预测分析。
如果传感器产生假读数，状态估计可以更准确地拟合实际情况以提高准确性。
这对于长时程、高灵敏度和高精度的航班控制特别重要。
3. 自适应控制自适应控制是一种能够通过对系统控制参数的实时修改，来适应不同的条件和参数的方法。
通过使用这种技术，飞机的飞行能力可以自动地优化，飞机的控制可靠性也因此更高。
四、结论在这篇文章中，我们探讨了飞行控制系统的设计和优化研究，了解了它在飞机的设计和提高飞行效率中的重要性。
飞机座舱显示控制系统设计浅析论文飞机座舱显示控制系统设计浅析论文飞机座舱显示/控制系统作为人机接口，其设计的好坏直接关系到飞行员能否作出正确的判断和决策，能否合理地控制飞机，能否保障自身安全，能否顺利完成飞行任务。
随着飞机性能要求的不断提高，飞行员的工作负荷和操作难度日益增大，对飞机座舱显示/控制系统的设计工效要求也越来越高。
握杆操纵技术虽然增强了飞行员的控制能力和控制的实时性，但也提升了飞行员手指控制的复杂性，使得飞行员的操作失误率提高。
尽管综合控制在现代飞机上已有所应用，比如正前方控制板（UFCP）、航空电子启动板（AAP）和多功能显示器（MFD）周边键等都具有一定的综合控制功能，但其只占很小一部分，就整体而言，仍是分散控制。
尽管飞机座舱自动化在某种程度上减轻了飞行员的的体力负荷，但同时增加了非常规操作的负荷，从而引发诸多与飞行安全相关的问题，比如飞行员情境意识丧失、心理负荷加重、自动化系统故障或失效时难以有效恢复等。
目前，我国飞机座舱自动化控制技术尚处于初级阶段，对飞机的整体自动控制能力有限，自动化程度不高。
1设计面临的问题1.1信息量和控制装置增多随着战斗机性能的不断提高、作战任务的日趋复杂和机载电子设备数量的增加，提供给飞行员的信息呈爆炸式增长，使得飞行员陷入大量的数据当中。
“信息爆炸”必然使信息显示需求增长，主要信息输入装置的数量也急剧增加。
如何设计出高效的座舱显示/控制系统，以解决信息猛增与信息显示空间有限的矛盾，提高人-机信息的交换效率，减轻驾驶员的操纵负担，是现代飞机座舱显示/控制系统设计面临的难题之一。
1.2工作负荷过大从本质上讲，座舱人机接口的主要目标是最大限度地增强飞行员的情景意识。
当进入“攻击”状态时，飞行员必须保持全局情境意识（相对地理位置及其相对于友机的位置）和瞬间情境意识（飞机相对于地面、附近其他飞机的位置）。
除此以外，飞行员不得不在考虑剩余燃油量、飞行高度和当前燃油使用率的同时，保持相对于返航所要恢复空域位置的意识。
飞机操纵系统的组成
飞机操纵系统由主操纵系统和辅助操纵系统组成。
主操纵系统主要用于控制飞机的升降舵、副翼和方向舵，而辅助操纵系统则包括调整片、襟翼、减速板、可调安定面和机翼变后掠角操纵机构等，用于控制飞机的运动状态。
主操纵系统通过驾驶杆和脚蹬来控制飞机的升降舵、副翼和方向舵的操纵机构，以控制飞机的飞行轨迹和姿态。
中央操纵机构由驾驶杆和脚蹬组成，通过传动装置直接偏转舵面，传递操纵信号。
辅助操纵系统则包括调整片、襟翼、减速板、可调安定面和机翼变后掠角操纵机构等。
这些机构仅靠驾驶员选择相应开关、手柄位置，通过电信号接通电动机或液压作动筒来完成操作。
此外，机械操纵系统还包括驾驶员通过机械传动装置直接偏转舵面的部分。
这种系统由两部分组成：位于驾驶舱内的中央操纵机构和构成中央操纵机构和舵面之间机械联系的传动装置。
飞机操纵系统的组成因飞机类型和设计而异，但上述部分是常见于现代飞机的操纵系统的重要组成部分。
随着技术的发展，一些新型的飞机还采用了电传操纵系统和主动控制技术等更先进的技术。
飞机结构的优化设计与改进飞机作为现代交通工具的重要组成部分，其结构的设计与改进一直是航空工程师们关注的焦点。
随着科技的进步与发展，飞机结构的优化设计日益被重视，以求在提高航空性能的同时减少重量、提高安全性和降低能耗。
本文将探讨飞机结构优化设计的几个方面，并介绍目前的改进措施。
一、材料选择与性能优化在飞机结构的设计过程中，材料的选择是一个十分关键的环节。
传统的飞机结构多使用铝合金材料，具有良好的加工性能和强度，但整体密度较高，容易腐蚀。
现在，随着新型材料的研发与应用，碳纤维复合材料被广泛应用于飞机结构中。
碳纤维复合材料具有重量轻、强度高、耐腐蚀等特点，可以有效减少飞机的自重，提高载重能力。
此外，还可以通过优化复合材料的层压结构，提高其承载能力和韧性。
材料的性能优化也是飞机结构设计中关注的问题，通过优化材料的力学性能和耐久性，可以进一步提高整个结构的可靠性。
二、结构布局与力学分析飞机的结构布局是指整个飞机的形状和分布，包括机体的长度、翼展、机翼参数等。
结构布局的合理性直接影响到飞机的飞行性能和操纵性能。
在结构布局的设计中，需要综合考虑飞机的飞行特性、气动力学特性以及机载设备的布置等因素。
力学分析是飞机结构设计中的核心环节，通过数学建模和计算分析，确定飞机各个结构部件的受力情况，从而指导结构的设计和强度校验。
近年来，随着计算机仿真技术的不断发展，力学分析的精度和效率得到了大幅提升，为飞机结构优化设计提供了有力的支持。
三、新技术和工艺应用随着科技的不断进步，新的技术和工艺在飞机结构的设计与改进中得到了广泛应用。
例如，激光焊接技术可以提高飞机结构的连接质量和结构整体的强度；激光切割技术可以实现精确的零部件制造和材料的优化利用；3D打印技术可以实现复杂结构的制造和快速原型制作等。
这些新技术和工艺的应用，不仅提高了飞机结构的制造质量和效率，还为飞机的结构优化设计提供了更多的可能性。
四、先进设计理念与空气动力学优化在飞机结构的优化设计与改进中，先进的设计理念和空气动力学分析是不可忽视的因素。
航空业中的机场布局优化问题研究在全球航空业快速发展的背景下，机场成为了连接各个城市和国家的重要交通枢纽。
如何优化机场布局，提高运行效率和乘客体验，成为了航空业中亟待解决的问题。
本文将研究航空业中的机场布局优化问题，探讨其重要性、挑战及解决方法。
一、机场布局优化的重要性1.提升运行效率：合理的机场布局可以最大限度地减少飞机地面滞留时间，提高飞机的起降频率。
通过优化停机位、跑道、滑行道等基础设施的位置和数量，可以减少机场拥堵，提高航班的准点率和飞机的飞行效率。
2.改善乘客体验：舒适的候机区、便捷的行李处理系统以及高效的安全检查流程，都能够提升乘客的旅行体验。
通过优化机场布局，可以提供更多便利的设施和服务，为乘客创造更好的旅行环境。
3.支持航空业发展：机场是航空业发展的关键基础设施之一。
通过优化机场布局，可以增加机场的容量和吞吐量，为航空公司提供更多的业务增长空间。
同时，合理的机场布局也能够吸引更多的航空公司和航线，促进区域经济的发展。
二、机场布局优化面临的挑战1.土地资源有限：机场作为一个耗费大量土地的大型建筑项目，往往面临着土地资源有限的挑战。
如何充分利用有限的土地资源，同时满足机场功能的需求，是机场布局优化面临的重要问题。
2.复杂的交通网络：机场通常位于城市的重要交通枢纽，周边道路和公共交通网络复杂。
在机场布局优化时，需要考虑与城市交通的协调，避免对周边交通产生负面影响。
3.多方利益相关者的需求：机场布局优化涉及到多方利益相关者的需求，包括航空公司、航空旅客、地方政府等。
如何平衡不同利益相关者的需求，实现共赢，是机场布局优化的难点之一。
三、机场布局优化的解决方法1.系统规划方法：机场布局优化需要从整体出发，进行系统化的规划。
通过建立机场布局模型，考虑到机场功能需求、土地资源、交通网络等多个因素的综合影响，制定最优的机场布局方案。
2.科技创新应用：机场布局优化可以借助科技创新来提高效率和乘客体验。
飞机驾驶舱总体设计研究飞机驾驶舱的总体设计是飞机制造业中关键的一环，它直接关系到飞行员的工作效率和飞行安全。
本文将围绕飞机驾驶舱的总体设计进行研究，重点探讨驾驶舱的布局、人机界面和人性化设计等方面。
一、驾驶舱布局飞机驾驶舱的布局应遵循人体工程学原理，以提高驾驶员的工作效率和舒适度。
布局应考虑到驾驶员的视野范围和操作习惯，将各种仪表、控制装置和显示器安排在合适的位置。
驾驶舱中还需要合理划分不同功能区域，包括仪表区、操纵区和通信区等，以便驾驶员在飞行中能快速准确地获取所需信息和操作按钮。
二、人机界面人机界面是驾驶舱设计的关键要素，它决定了驾驶员与飞机的互动方式和效果。
驾驶舱中涉及到的人机界面包括操纵杆、脚踏板、按钮开关、显示器、仪表盘等。
这些界面应设计得简洁直观，能够减少驾驶员的认知负荷并提高操作的准确性。
界面的布局和形状应符合人们的正常操作习惯，以减少误操作的机率。
三、人性化设计驾驶舱的人性化设计是为了提高飞行员的工作效率和舒适度。
这包括舱内温度、湿度、噪音等的控制，以及座椅和踏板的调节功能。
驾驶舱中还应提供充足的储物空间，以便驾驶员存放必要的工具和文件，方便工作和休息。
舱内的照明设计也需要考虑到不同的工作场景和航天环境，以便灯光能提供合适的亮度和颜色。
飞机驾驶舱的总体设计对于飞行安全和驾驶员的工作效率起到至关重要的作用。
它需要合理布局，使驾驶员能够快速准确地获取信息和操纵飞机，同时还要满足人性化设计的要求，提高驾驶员的舒适度。
在飞机制造中，驾驶舱设计应得到充分的重视和研究，以满足飞行员的需要和要求。
A320驾驶舱设备以及各系统面板介绍（本介绍仅供学习参考，工作中请以实际机型及相关手册为准）一、驾驶舱总布局图二、仪表板面板三、头顶面板1.大气数据惯性基准系统 (ADIRS)① IR1(2)(3)方式旋钮OFF：ADIRU 未通电，ADR 及IR 数据不可用。
NAV：正常工作方式给飞机各系统提供全部惯性数据。
ATT：在失去导航能力时，IR 方式只提供姿态及航向信息。
必须通过CDU 控制组件输入航向并需不断地更新。
(大约每10 分钟一次)② IR1(2)(3)灯故障灯(FAULT)：当失效影响了相应的IR 时琥珀色灯亮并伴有ECAM 注意信息。
-- 常亮：相应的IR 失去-- 闪亮：在ATT 姿态方式里姿态及航向信息可能恢复校准灯(ALIGN)：-- 常亮：相应的IR 校准方式正常工作-- 闪亮：IR 校准失效或10 分钟后没有输入现在位置，或关车时的位置和输入的经度或纬度差超过1度时-- 熄灭：校准已完毕③电瓶供电指示灯仅当1 个或多个IR 由飞行电瓶供电时，琥珀色灯亮。
在校准的开始阶段。
但不在快速校准的情况下它也会亮几秒钟。
注：当在地面时，至少有一个ADIRU 由电瓶供电的情况下：·一个外部喇叭响·一个在外部电源板上的ADIRU 和AVNCS 蓝色灯亮④数据选择钮该选择钮用来选择将显示在ADIRS 显示窗里的信息测试：输入(ENT)和消除(CLR)灯亮且全部8 字出现TK/GS：显示真航迹及地速PPOS：显示现在的经纬度WIND：显示真风向及风速HDG：显示真航向和完成校准需要的时间(以分为单位)STS：显示措施代码⑤系统选择钮OFF：控制及显示组件(CDU)没有通电。
只要相关的IR 方式选择器没有在OFF(关)位ADIRS 仍在通电状态。
1.2.3：显示选择系统的数据⑥显示显示由数据选择器选择的数据键盘输入将超控选择的显示⑦键盘允许现在位置或在姿态(ATT)方式里的航向输入到选择的系统里字母键：N(北)/S(南)/E(东)/W(西)作为位置输入。
飞机驾驶舱总体设计研究飞机驾驶舱是飞行员操控飞机的工作场所，也是乘客乘坐飞机时的重要一环。
飞机驾驶舱的设计不仅影响着飞行员的工作效率和安全性，同时也影响乘客的舒适感和安全感。
飞机驾驶舱的总体设计成为了航空工程领域的一个重要研究课题。
本文将探讨飞机驾驶舱总体设计研究的相关内容，包括设计原则、布局、人机界面等方面。
一、设计原则飞机驾驶舱的总体设计需要遵循一些基本原则，以确保飞行员能够高效、安全地操控飞机。
驾驶舱的设计应该符合人体工程学原理，保证飞行员在长时间的飞行中也能够保持较高的工作效率，并减少因为工作环境造成的身体疲劳。
驾驶舱的设计也需要考虑到飞行员的工作环境，包括光照、噪音、空气质量等因素，保证飞行员在各种环境下都能够正常操作飞机。
驾驶舱的设计还需要考虑到飞行员的工作习惯和心理特点，保证飞行员在高压力下也能够做出正确决策。
二、布局飞机驾驶舱的布局是其设计的重要组成部分。
通常来说，飞机驾驶舱包括两个座位，分别为机长座位和副驾驶座位。
机长座位通常位于驾驶舱的左侧，而副驾驶座位位于右侧。
这种布局是因为飞机的主要仪表和控制面板通常位于驾驶舱的中央，机长和副驾驶分别负责飞机的不同控制系统，因此左右分座可以更好地配合他们的工作。
飞机驾驶舱还包括了一些辅助座位，如观察员座位和工程师座位等，以便于其他专业人士的协助。
三、人机界面飞机驾驶舱的设计也需要考虑到人机界面的问题，确保飞行员在各种情况下都能够清晰、准确地获取和交换信息。
在人机界面设计中，显示屏和控制面板是最重要的组成部分。
显示屏通常包括了飞行仪表、地图显示、系统状态等信息，而控制面板则包括了操纵杆、油门、脚蹬等操作设备。
在人机界面的设计中，需要注意到信息的布局和显示方式，以及控制设备的布局和手感等方面，确保飞行员能够高效、准确地操作飞机。
四、新技术应用随着科技的不断发展，一些新技术也逐渐被应用到飞机驾驶舱的设计中。
全数字驾驶舱已经成为了现代飞机的标配，取代了传统的机械仪表。
目录ATA27-飞控系统 (2)1.飞机操纵系统包括哪几局部？ (2)2.飞机的重要操纵面，各操纵什么运动？ (2)3.操纵系统的分类及各自特点？ (2)4.飞行操纵系统的要求？ (3)5.软式传动与硬式传动优缺点？ (3)6.钢索使用中的主要故障有哪些？如何彻底检查？〔豆〕 (4)7.什么是钢索的“弹性间隙〞，有什么危害？简述飞机操纵系统中减少“弹性间隙〞采用的方法及其原因。
(豆) (4)8.导致软性传动机构操纵灵敏性差的主要原因是什么？如何解决？〔豆〕 (4)9.软式传动操纵灵敏性变差的原因，如何解决。
〔上一题不够的话，加上这题〕 (4)10.简述钢索导向装置有哪些，分别是什么作用？〔豆〕 (4)11.软式传动机构的主要构件及其作用是什么？〔豆〕 (4)12.对于简单机械操纵系统，什么是传动系数？其含义是什么？并对操纵系统传动系数的大小特性进展比照分析。
〔豆〕 (5)13.为什么采用非线性传动机构操纵系统？ (5)14.四余度系统的组成和功能？ (5)15.以典型的四余度系统为例，简述电传操纵系统中的余度管理形式?// 多重系统也称余度系统，系统应满足哪三个条件？ (6)16.余度系统每个通道中，信号选择器以及监控器与切换装置的主要作用是什么？〔豆〕717.在具有A、B、C、D四套电传操纵的四余度系统中，假设C套的杆力传感器和D套的舵回路同时出现故障，系统能否工作？如何工作？〔豆〕 (7)18.电传系统优缺点？ (7)19.液压助力器的原理？ (7)20.平衡片和调整片的作用? (8)21.在操纵系统的助力驱动装置中，液压和电动驱动装置分别用在什么地方？为什么？〔豆〕 (8)22.水平安定面配平 (8)23.简述飞机的横向操纵。
(8)24.根据附图，简述并列式柔性互联驾驶盘机构的工作情况。
(豆) (9)25.简述什么是副翼反向偏航，以及在副翼设计上可以用来防止副翼反向偏航的措施。
(豆)926.说明副翼感觉定中凸轮机构如何产生感觉力？在副翼配平操纵中如何工作？〔豆〕1027.输出扭力管的特点？ (10)28.升降舵载荷感觉定中机构的特点？ (11)29.根据附图，简述升降舵感觉定中机构的工作原理。
飞机驾驶舱操纵装置布局优化白 穆 庄达民(上海飞机设计研究所,北京航空航天大学大型飞机高级人才培训班)摘要: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5中国男性飞行员人体尺寸GJ B4856-20036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J ACK 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。
关键词:驾驶舱;操纵装置;布局;J ACK;腰椎受力0 引言飞机驾驶舱是飞机驾驶员工作的地方,同时也是整架飞机的核心。
如何在满足工作要求的前提下减轻驾驶员的疲劳度和提高工效是人机工程重点关注的内容。
在设计经验匮乏的条件下,座舱布局等的计算仿真将成为一种实用和有效的手段,以达到使操纵作业满足高效、安全和舒适等要求的目的。
应用计算机辅助设计进行作业域的设计与评价,可以在设计初期进行工效学分析,提高设计的效率,及时发现并纠正错误,缩短设计周期和降低研制费用等。
1 基于J ACK 的操纵部件布局分析/中国男性飞行员人体尺寸0[1]规定了中国男性飞行员人体尺寸数据,适用于与中国男性飞行员人体尺寸数据有关的飞机座舱、座椅、舱室布局等空间和尺寸的设计。
参照5中国男性飞行员人体尺寸GJB4856)20036中运输机飞行员第5、50、95百分位人体尺寸数据建立了我国民用客机飞行员人体模型。
创建人体模型如图1所示,并在今后的研究中以此人体尺寸模型为驾驶舱操纵装置布局工效评价研究对象。
操纵装置一般指飞机的操纵杆、油门杆和脚踏。
驾驶员通过操纵装置来控制和操纵飞机,将操纵杆、油门杆处于手可触及的范围和脚踏处于足运动范围内是先决条件,因此明确手、足的可达域对布置操纵装置显得尤为重要。
图1 Jack 中国人体模型手可达域是以肩关节为转心、手为端点的半椭球面,旋转部件为包括上臂、前臂和手的连接结构,受到人体自身条件的限制,各部件相对转动角度处于特定范围内,形成的可达域是近似、不规则的。
X 向最大距离为800mm;Y 向最大距离为1140mm;Z 向最大距离为1300mm 。
以座椅底面与靠背相交线中心点作为座椅中立位置参考点(0,0,0),绘制不同高度各水平面可达域,如图2所示。
各个不同高度的操作部件布置应满足处于该高度可达域曲线范围内,例如距离座椅参考点30c m 的可达域曲线近似轨迹公式为:x =-0.0169y 2+0.6616y +52.3401=-0.0169(y -19.57)2+58.8152(1)152民用飞机设计与研究C ivil A ircraft Design and R esearch图2 手可达域足可达域与舒适域如图3所示,舒适域包含于可达域内。
布置脚踏操纵装置时以足舒适域为优先选择范围,距座椅中立位置参考点Z 向-30~-40c m 、X向50~75c m 的区域内。
图3中外侧曲线为足可达域,布置脚踏的最大范围。
图3 足可达域与舒适域基于上述原则,对驾驶舱进行简易布局,其几何布局尺寸数据如图4所示,并标明了驾驶员模型与舱室模型的匹配尺寸。
参考5亚音速飞机设计总论6[2]初定风挡与水平视线的夹角为41.4b ;眼位点到仪表板上边缘连线与水平视线的夹角为18.8b 。
座椅中心线间距100c m;油门杆与座椅中立位置参考点相对坐标为(30,-30,25);操纵杆与座椅中立位置参考点相对坐标为(30,47,25);座椅中心线距脚蹬中心线间距67c m;前视仪表板与水平线夹角75b 。
油门杆与操纵杆的中立位置x 坐标参考了对军用飞机侧杆布局的研究[3]。
再次从可达域角度出发验证上述操纵装置的布局。
上述的油门杆和操纵杆布置范围都在手操纵可达域内;脚踏处于足舒适域与可达域之间区域,符合要求。
针对操纵装置布局,J ACK 软件还使用腰椎受力分析来检验座舱布局对驾驶员作业疲劳影响。
当第50百分位的驾驶员在操纵中立位置时,/Jack Low B ack Analysis 0功能由驾驶员身高和体重得出驾驶员腰椎L 4/L 5受力值为525N,小于N I O S H 腰椎受力的警戒值3400N,符合要求。
2 基于简易人体力学模型的受力分析[4]针对J AC K 的受力分析,通过建立驾驶员上肢力学模型,对腰椎L 4/L 5受力进行验证。
工作姿势下驾驶员上肢简化模型如图5所示。
将上肢简化为手、前臂、上臂、头和躯干五个部分,质量集中于质心上(同时假定手臂上没有操纵力)。
图5中,A 、B 、C 、D 、E 、F 、G 分别代表肩点、肘点、腕点、躯干质心点、颈椎点、腰点、掌心点。
图4 驾驶员与操纵部件匹配关系153白 穆等:飞机驾驶舱操纵装置布局优化图5驾驶员上肢简化模型设手掌到腰椎L4/L5的x向距离为L1;前臂质心到腰椎L4/L5的x向距离为L2;上臂质心到腰椎L4/L5的x向距离为L3;头质心到腰椎L4/L5的x向距离为L4;躯干质心到腰椎L4/L5的x向距离为L5。
则L1=B1x1+L2+(1-B2)x2L2=B2x2+L3+(1-B3)x3L3=B3x3+L4L4=-(l4-l)@sin AL5=-((1-B5)@l5-l)@sin A(2)式(2)中,B1为手质心相对位置系数,取0.366; B2为前臂质心相对位置系数,取0.478;B3为上臂质心相对位置系数,取0.424;B5为躯干质心相对位置系数,取0.52[5];A为椅背角,取15b;x1为手长l1在x方向的投影,取手长长度;x2为前臂长在x方向的投影;x3为上臂长在x方向上的投影。
即x2=l2si n A4co s A3tan A1tan2A1+tan2A2+l2cos A4sin A2cos A1cos A2x3=l3sin A2cos A1cos A2(3)式(2)和(3)中:l为腰点到会阴点的长度,取24c m;l1为手长度,取18.6c m;l2为前臂长度,取25.3c m;l3为上臂长度,取25.5c m;l4为斜椅背长度,取48.5c m;l5为躯干长度,取61c m;A1、A2分别为上臂绕x、y轴旋转的角度,取42b (21b)、27.5b(12b);A3为上臂自转角度,取22b(5.4b); A4为前臂绕上臂转动的角度,取83b(90b)。
因绕腰椎L4/L5y轴的合力矩为0,所以:F my#X b=E iG i L i(4)式(4)中,F my为背肌力,即竖背肌所施的力; X b为竖背肌距脊柱的距离,取5c m;G1(G1)为右(左)手重量;G2(G2)为右(左)前臂重量;G3 (G3)为右(左)上臂重量;G4为头颈重量;G5为躯干重量。
驾驶员质量为71kg。
人体各环节的相对质量分布如表1所示[6]。
表1人体各环节相对质量分布表环节名称相对质量(%)环节名称相对质量(%)头颈8.62前臂1.25躯干42.60手0.64上臂2.43当驾驶员处于操作中立位置时,将各项参数代入式(4),可求出F my,进一步由力平衡E F=0,即E F x=0,E F y=0,E F z=0可得: tan A Q=F my sin A0.5644G+F my cos A(5)F ry=F mysi n Asin A Q(6)F r yc=F ry cos(A-A Q)(7)F r y s=F r y sin(A-A Q)(8)求得F ry为602N,F r y c为597N。
式(6)~(8)中,F r y为骶骨颈部腰椎间盘基底部在L4/L5处的反作用力,该力的施力者是骶骨,受力者是脊柱。
F ryc 为F r y沿背脊方向的受力;F r y s为F r y垂直背脊方向的受力。
使用简易人体力学模型算出的L4/L5处的反作用力满足小于3400N的要求,但与J A CK的受力分析值525N相比有一定差距。
这是因为在简易力学模型的受力分析中使用到人体各肢体段的质心参数,这是我国目前正在开展的一项人体测量基础研究,所得参数是对40名男子的测量数据,故有一定的局限性。
另一方面,人体质心参数与民族、性别及体形有明显的相关,J ACK力学分析结果是不透明的,所采用的力学计算参数是基于美国人的数据,这些都导致了两者存在计算误差原因。
3结论国外采用了J ACK等人机工效评价软件进行工效分析,本文亦采用J ACK进行了操纵装置布局分析。
由于J AC K具有和各种图形软件兼容特点,以154民用飞机设计与研究2009年增刊及其本身具有的多种工效分析工具确定了其具有较高的应用价值,采用J ACK进行飞机操纵装置布局分析是可行的。
基于J AC K工效分析工具的不透明性,提出了人体简易力学模型对腰椎受力进行验证。
现阶段提出的人体简易力学模型在质心确定等方面还需进一步完善。
本文开展的上述工作将为中国大飞机驾驶舱几何布局设计提供参考。
参考文献:[1]G J B4856-2003.中国男性飞行员人体尺寸[S].北京:中国人民解放军总装备部标准,2003.[2]托伦贝克,埃.亚音速飞机设计总论[M].北京:航空航天工业部民用飞机系统工程司,1990.[3]王睿,庄达民.基于动力学模型的飞行员舒适操作域研究[J].计算机仿真.2006.23(8):26-29.[4]王生,李莉,刘家驹.坐位作业工人腰部负荷的生物力学分析[J].中华卫生职业病杂志,1994,12(1):29-31.[5]肖惠,滑东红,郑秀媛.中国成年人人体质心的研究[J].人类工效学.1998.4(3):4-11.[6]GB/T17245-2004,成年人人体惯性参数[S].北京:中国人民共和国国家标准,2004.[7]许军,陶开山.人体工程学概论[M].北京:中国纺织出版社,2002.155白穆等:飞机驾驶舱操纵装置布局优化。
