人因工程學(xué)在飛機設(shè)計中的應(yīng)用-文庫吧
2025-06-02 05:32 本頁面
【正文】 設(shè)計中的人因工程學(xué)研究現(xiàn)狀在過去幾十年里，發(fā)動機、系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面的改進大大降低了事故率并提高了飛行效率，但飛行高度、速度、巡航時間的增加及顯示系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)的高度自動化，卻造成對飛行員生理心理負荷的增大，人的因素成為制約飛行安全的主要因素，駕駛艙作為人機接口最突出和集中的地方，其設(shè)計的優(yōu)劣直接關(guān)系到飛機飛行的安全，自然成為人因工程學(xué)在航空領(lǐng)域的研究重點[4]。最早在駕駛艙設(shè)計中運用人因工程學(xué)理論的是美國和日本，他們研制了許多基于人因工程設(shè)計理論和原則的計算機輔助軟件，并廣泛應(yīng)用于飛機駕駛艙和汽車駕駛艙的設(shè)計總，比較典型的代表有：1973年Dayton大學(xué)為美空軍開發(fā)的COMBIMAN軟件，主要用于飛機乘務(wù)員工作站設(shè)計中的視野分析和手部可達性分析；賓夕法尼亞大學(xué)設(shè)計開發(fā)的JACK軟件，構(gòu)建了人體模型和一系列可控的分析工具；德國THCMATH開發(fā)的RAMSIS工效分析工具，建立了飛行員以及乘客的姿勢仿真模型[5]。我國的人因工程學(xué)理論研究開展較晚，飛機駕駛艙設(shè)計主要是借鑒蘇聯(lián)的成果，由于各研究機構(gòu)的駕駛艙設(shè)計規(guī)范還不統(tǒng)一，基于人因工程學(xué)的駕駛艙統(tǒng)一的設(shè)計標準還有待形成?，F(xiàn)在，北航、南航和一些研究部門都取得了一定的成果和開發(fā)了一些軟件：北京航空航天大學(xué)開發(fā)的MMES軟件，建立了人機工效模擬系統(tǒng)，和模型評價；南京航空航天大學(xué)開發(fā)的參數(shù)化人體模型生成系統(tǒng)，建立了人體尺寸數(shù)據(jù)庫[6]。目前國內(nèi)外的諸多研究主要集中于飛機駕駛艙的操作面板設(shè)計，利用三維人體模型和虛擬人技術(shù)進行駕駛艙的設(shè)計以及飛機駕駛艙的人機適配性評價。為了改善飛行員在復(fù)雜情境中對自身狀態(tài)、飛機狀況及周邊事態(tài)的充分了解和整體把握，增強飛行員的情境意識(situation Awareness)能力，國外目前正在尋求新的信息顯示方式和途徑，研制開發(fā)新型信息顯示界面—三維圖形數(shù)據(jù)格式信息顯示界面，這種界面可以使飛行員認知反應(yīng)時間變短，操作錯誤減少，心理負荷降低，而且情景意識也明顯增強?？傊瑖鴥?nèi)外的研究都在尋求利用CAD技術(shù)和計算機圖形技術(shù)，完善現(xiàn)有參數(shù)化三維駕駛艙模型和三維虛擬人體模型和適當(dāng)?shù)脑u價模型。同時在駕駛艙的自動化設(shè)計中，強調(diào)自動化與飛行員能力及需求的相匹配和兼容，避免忽視人的特性而導(dǎo)致的“過度自動化”或“不當(dāng)自動化”，尋求以人為本的自動化設(shè)計。3 駕駛艙空間布局設(shè)計的人因工程學(xué)問題縱觀已有的文獻資料，我們不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前的人因工程學(xué)研究是把人、機、環(huán)境視為相互關(guān)聯(lián)的復(fù)雜系統(tǒng)，運用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)理論和方法進行研究，使系統(tǒng)具有“安全、高效、經(jīng)濟”等綜合效能。駕駛艙設(shè)計中的人因工程學(xué)研究，就是以人因工程的相關(guān)理論知識為基礎(chǔ)，對飛機駕駛艙設(shè)計元件進行合理布局，使飛行員能舒適、高效和安全駕駛，并順利完成指定的任務(wù)。飛機駕駛艙的主要設(shè)計元件有座椅、駕駛桿、腳踏板和儀表板等，它們的設(shè)計關(guān)聯(lián)到不同的相關(guān)人因工程學(xué)設(shè)計原理[7]，大致如下:1）座椅設(shè)計：此項設(shè)計要基于人體坐姿理論的相關(guān)知識，包括坐姿舒適角度和人體坐姿體壓分布。坐姿舒適角度和人體體壓分布都是通過大量實驗得到的，它們對座椅設(shè)計元素（座高、座深、扶手高和頭枕尺寸等）有著重要指導(dǎo)意義；2）駕駛桿和腳踏板：都屬于操作器設(shè)計。此項設(shè)計涉及到人手和腳可達性分析和受力分析理論。根據(jù)人體的多剛體系統(tǒng)模型可將人體模型分為上、下肢運動鏈，應(yīng)將駕駛桿和腳踏板布置在人手和腳的舒適域內(nèi)，而儀表板上的控制面板應(yīng)布置在人手的活動范圍內(nèi)；3）儀表顯示設(shè)計：屬于顯示器設(shè)計。此項設(shè)計要考慮人體的視域分析理論。飛機的主要儀表和顯示器應(yīng)設(shè)計在飛行員的舒適視野內(nèi)，且儀表和顯示器的指針方式、顯示方式等都應(yīng)參照人因工程學(xué)相關(guān)標準來設(shè)計，便于飛行員觀察及識別。 座椅的人因工程學(xué)設(shè)計 人體坐姿的舒適角度[8]舒適的坐姿，應(yīng)保證腰曲弧形處于正常狀態(tài)，腰背肌肉處于松弛狀態(tài)，從上體通向大腿的血管不受壓迫，保持血液正常循環(huán)。因此，最舒適的坐姿是臀部稍離靠背向前移，使上體略向上后傾斜，保持上體與大腿夾角在90176。~115176。，同時，小腿向前伸，大腿與小腿、小腿與腳掌之間也應(yīng)達到一定角度，如圖1所示：圖1 舒適的坐姿關(guān)節(jié)角度在坐姿狀態(tài)下，支持人體的主要結(jié)構(gòu)是脊柱、盆骨、腿和腳等。脊柱位于人體背部中線處，由33塊短圓柱狀椎骨組成，包括7塊頸椎、12塊胸椎、5塊腰椎和下方的5塊骸骨及
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