低温加压条件下EVA手套的力量分析

为了研究航天员舱外活动时的手套压力和太空低温复合效应对操作力量的影响,选取最大握力和握力疲劳两个指标评价手动作业力量,其中握力疲劳采用做功能力评价.操作力量抓握试验所需的不同温度和压力是通过在低温模拟舱中利用液氮降温以及真空泵抽气实现.结果表明:戴手套对最大握力和握力疲劳的影响都非常显著;与常温常压戴手套相比,压力(29.6 kPa,39.2 kPa)单独作用对最大握力的影响显著,低温单独作用对最大握力的影响并不显著,而二者对握力疲劳的影响都非常显著;在加压和低温复合作用下,最大握力和握力疲劳会进一步受到显著影响.可见手套压力和太空低温复合效应严重降低了航天员手部力量的发挥,航天员舱外作业人-手套系统的研究需考虑复合因素的影响.

新型显示头盔过载稳定性研究

目的研究某新型显示头盔的过载稳定性,为该型产品研制和使用提供依据。方法 6名男性志愿者参加稳定性静加载试验,用三维空间坐标测量仪测量头盔在垂直方向上的位移,同时由志愿者主诉显示信息的变化情况。6人中的5人完成了载人离心机试验,采用Sigma Scan Pro软件对高清录像进行分析计算得到头盔位移,并根据志愿者的主诉量化分析显示信息的丢失情况。结果静加载试验中,志愿者可看到全部显示信息,头盔最大位移11.0 mm。载人离心机试验时,+3.0 Gz 10 s暴露和暴露结束后,志愿者均能看到全部显示信息;+5.0 Gz 10 s和+7.0 Gz 10 s暴露时分别有2名及3名志愿者出现视力变化,部分显示信息丢失。结论该型显示头盔具有较好的过载稳定性,抗荷耐力合格的志愿者在试验载荷内能看到全部显示信息。

飞行员头盔质量特性测量设备和方法

目的研制一套飞行员头盔质量特性测量设备,满足飞行员头盔加装显示器、夜视镜以及头盔上配挂供氧面罩时质量特性的精确测量,为飞行头盔的设计、使用、评价提供试验条件和方法。方法根据飞行头盔的功能拓展,采用标准头模和两面垂直的开放式框架,按照静力平衡的原理设计三支点平衡的头盔质量和重心测量平台,按照扭摆原理设计头盔转动惯量测量的磁悬浮扭摆装置;研究制订头盔质量、重心和转动惯量的测量方法。结果研制了一套飞行员头盔质量、重心和转动惯量测量系统,建立了用于头盔重心和转动惯量测量的坐标体系,测量系统精度高,量程大,操作简便。结论飞行员头盔质量、重心和转动惯量测量系统设计科学、构造合理、使用可靠,可满足常规飞行保护头盔、加装显示器和夜视镜的飞行头盔、配挂供氧面罩飞行头盔质量特性的精确测量。

手动作业力量评价指标研究

通过分析手的解剖生理和手动作业内容建立了手动作业的力量评价体系,并对12名女性和14名男性进行了握力、捏力和拧力等18个指标的试验研究.结果表明:手指不同姿势对力量的影响不大;指中间握力最大,拇指捏力最大,所有手指的拧力最大.根据试验可知36个指标精简为3个即可准确评价手动作业时的最大力量,当只能用一个试验评价不同因素对手动作业力量的影响时,可以只选用最大握力评价手部力量.

基于模板变形的三维人体头面部测点识别

目的人体测量项目是由测点定义的,在三维非接触人体测量中,测点识别是人体测量的关键。为快速有效地实现头面部测点的识别,本文研究提出了一种基于模板变形的三维人体头面部测点自动识别方法。方法建立了一个标注了50个测点的三维人体头面部三角网格模型作为模板网格,每个被测者的三维头面部扫描模型作为目标模型。首先通过自动查找模板网格和目标模型上对应的14个特征点作为约束进行初始变形,将模板网格变形为接近目标模型的最小二乘网格;然后进行精细配准,即在目标模型上不断增加与模板网格的顶点相对应的点进行变形配准。经过迭代计算,最终将模板网格变形为一个拓扑上与模板网格一致、几何上逼近目标模型的头部网格;最后,变形后的模板网格上测点即为目标模型的测点。结果对42名志愿者的三维扫描模型,将本方法所得到的测点与按照测点定义基于人体头面部几何特征所确定的测点进行对比。结果表明,以测点定义所确定的测点为圆心,用本方法所得到的测点,85%以上都落在半径为6mm圆内。结论本研究建立的方法实现了三维头面部测点的自动识别,对特征不明显的测点也能够达到较好的识别,对提高大样本三维头面部人体测量工作的效率有重要意义。

模拟过载作用下飞行员头盔夜视系统对头颈活动能力影响的研究

目的开展头部载荷对头颈活动能力影响的研究,为持续性正加速度作用下飞行员转头适宜性和飞行员头戴装备的使用提供依据。方法以大口径视野计为测量平台,12名受试者分为甲组[6名,平均年龄(18.8±1.2)岁]和乙组[6名,平均年龄(40.8±5.9)岁]。受试者佩戴某型头盔夜视系统(包括保护头盔、夜视镜及配套的供氧面罩,重量1.955 kg),按其重量成倍地增加配重。测量不同载荷时受试者头颈旋转、俯仰的角度和角速度,记录受试者的主诉。结果甲组头部载荷16 kg时达到载荷终点(相当于3.0 G),乙组头部载荷12 kg时达到载荷终点(相当于2.4 G)。随着头部载荷增加,2组受试者头颈水平旋转的角度和角速度均减小;俯仰时总体表现为俯角增大、仰角减小,但俯仰角速度均呈减小趋势。不同头部载荷下,受试者头颈从左向右和从右向左水平转动时,甲组(F=5.912、3.681,P=0.001、0.010)和乙组(F=4.422、5.571,P=0.015、0.006)的头颈转动角速度差异均有统计学意义。结论本研究建立了模拟过载作用下飞行员头盔夜视系统对头颈活动能力影响的测量方法,获得了过载作用下头颈活动能力的数据,为持续性正加速度作用下飞行员转头的适宜性、飞行员头戴装备的使用提供了依据。

EVA手套在不同压力下的活动范围比较

为了研究航天员穿戴舱外活动(EVA)手套时活动范围的变化规律,在低压模拟舱中使用不同的手套充压条件,用摄像头提取了4种工况下12个手部关节设定动作的图像,通过标志点确定了特定关节角度,并测量了角度的数值,最后对数据进行了方差分析。结果表明:随着压力增大,压力对活动范围的影响越发显著;戴有压手套对掌指关节弯曲活动范围影响不大,而对近端指间关节和手腕的活动范围影响却很显著。压力对手套不同区域抑制作用并不完全一致,在未来的EVA手套工效学设计中,应更多地考虑除掌指关节之外其他关节的活动性。

飞行员头戴装备视野测量与评价

目的针对飞行员头盔、供氧与防化面罩、视觉增强与防护等飞行员头戴装备的高度集成发展,迫切需要对其视野要进行测量和评价,为飞行员头戴装备的设计使用提供依据。方法研制了一台大口径视野测量系统,建立了视野测量方法,并对一组新型的头戴装备进行了测量。视野测量系统主体结构为四分之三球形穹窿,内径2 m。球窿内经纬线交点处安装发光二极管505个。通过计算机分区控制发光二极管随机发光,发光时长、时间间隔、亮度可控可调。由两只激光器确定受试者眼位,眼位位于球窿中心。下颌托使头部保持不动。受试者利用手持应答器对所见光点进行应答,由计算机显示记录视野范围和计算视野边界。结果测量了20名志愿受试者头不动、眼动、双目观察时,裸眼、佩戴头盔、头盔+供氧面罩、头盔+供氧面罩+夜视镜时的视野,获得了视野分布空间;以相关标准和作战使用需求为依据,对一组新型的飞行员头戴装备进行评价。结论本研究建立了飞行员头戴装备视野测量条件和方法,对一组新型的飞行员头戴装备视野进行测量和评价,为飞行员头戴装备的设计使用提供了依据,为制订(修订)飞行员头戴装备视野标准和测量方法奠定了基础。

飞行员头盔夜视镜系统气流吹袭性能研究

开展飞行员头盔夜视镜系统的高速气流吹袭试验,研究其气动特性和作用在人体颈椎上的力,评价其对弹射救生安全性的影响,为头盔夜视镜系统的设计和使用提供依据。采用高速气流吹袭台(敞开式风洞)吹袭的试验方法,将弹射座椅固定在吹袭台喷口前的台架上,试验假人(HYBRID II型假人)端正地放置在弹射座椅上,试验假人穿抗荷服,佩戴头盔、夜视镜、供氧面罩。以850 km/h的吹袭速度作为试验的起点,按照试验设计确定的原则依次调整吹袭速度。夜视镜分下位(工作)和上位(非工作)2个状态进行试验,用高速摄像机记录头盔夜视镜在吹袭时的佩戴状态,测量试验假人颈椎下端的力和力矩。高速摄像机、力和力矩测量系统用高速气流吹袭台设定的时间基准同步测量。共进行了10发试验,其中5发试验夜视镜从头盔上吹脱,5发未吹脱;获得了各次试验中假人颈椎的受力曲线及夜视镜吹脱的时刻和轨迹。按照试验合格判据,吹袭速度均未超过850 km/h。头盔加装夜视镜后,相比头盔不加装夜视镜,气流吹袭性能下降,吹袭速度800 km/h以上颈椎力矩超标,700 km/h为临界点,600 km/h合格。建议将头盔夜视镜系统的气流吹袭性能包线限制在600 km/h以内。

战斗机飞行员头戴装备轻型化评价指标研究

战斗机飞行员头戴装备是以保护头盔为平台集成通讯、供氧抗荷、瞄准显示、夜视等装置的综合系统。高度集成化的系统导致重量增加,飞行员头颈负荷加重,影响飞行员的健康、安全和人机效能的充分发挥。头戴装备轻型化需求迫切,但一直缺少系统的评价指标体系。通过对相关标准、论著等研究成果进行分析论证,从物理和生理指标两个方面进行了归纳总结,初步建立了飞行员头戴装备的轻型化评价指标体系,为下一步评价指标确立和完善提供了建议。

飞行人员颈腰伤病防治专项体能训练方法

笔者针对军事飞行人员颈腰伤病发病特点和影响因素,在吸取国内外运动医学领域和传统医学领域有益经验的基础上,总结提炼出一套包含徒手训练、器械训练、飞行前热身和飞行后恢复等4个方面的颈腰伤病防治专项体能训练方法,介绍了各项训练的动作要领、强度控制、训练频次、注意事项等内容,可用以指导军事飞行人员颈腰伤病防治专项体能训练。

基于动态反馈的飞行员颈腰肌多模式训练系统设计

目的:设计飞行员颈腰肌多模式训练系统,提高飞行员颈腰肌训练的效率。方法:该系统基于动态反馈原理设计,包括砝码计数器、行程测量器、测力装置和控制器等。其中砝码计数器根据插销定位和砝码厚度计算实时配重;行程测量器采用激光测距模组,用于计算配重砝码的运动距离;测力装置采用LCP116-4kN传感器,用于测量等长训练中训练者的发力;控制器是实现系统功能的核心器件,选用STM32F103R8T6微控制器。系统软件的核心算法采用C语言编写,开发工具为Keil 5 MDK。结果:该系统达到了设计目标,可实现飞行员颈腰肌训练的训练负荷、运动行程、能量消耗等信息的实时记录与反馈。结论:该系统使用方便、运行流畅,能帮助飞行员精准掌握颈腰肌训练时的自身状况,实现更好的训练管理,并调动其训练的积极性。

美国空军低压舱缺氧训练方案简介

介绍美国空军低压舱缺氧训练方案,为完善我军飞行人员低压舱训练提供有益借鉴。引用2份美国空军指令,美国空军指令AFI11-403《航空航天生理训练方案》是美国空军开展飞行人员航空生理训练的指令性文件,其中详细介绍了低压舱缺氧训练的目的、要求、内容、方法和步骤。美国空军低压舱缺氧训练方案比较完善。

眼位对观察综合显示头盔信息的影响

目的 研究中心眼位和上调眼位时受试者对观察综合显示头盔信息的影响,测定两种眼位下头盔的位移与观察信息的关系,为综合显示头盔设计和使用提供依据. 方法 受试者为6名青年男性健康志愿者,视力良好.受试者佩戴综合显示头盔,头盔显示器为右眼单目,视场20°.中心眼位时,水平视线通过出瞳中心.上调眼位时,出瞳中心调整到水平视线上5°.通过分别施加与2.5Gz～8.0Gz的载荷相对应重量的沙袋模拟静载荷,保持10 s,重复3次；由低到高逐次加载.在AMST-HC-4E型载人离心机上,依次进行G值增长率为3 G/s,峰值分别为3.5Gz～8.0Gz持续10s的离心机试验.由受试者报告观察到的显示信息变化.通过三维坐标测量仪测量头盔位移. 结果 静加载时,上调眼位的头盔平均位移约为中心眼位的50％,信息丢失仅在视场上、下端小于2.5°的范围.离心机试验,上调眼位的头盔在6.5Gz10 s时整个视场信息基本可见,但中心眼位的头盔在6.0Gz10s时50％以上的信息丢失.静加载试验和离心机试验,上调眼位观察信息的变化趋势是一致的. 结论 上调眼位明显好于中心眼位对信息的观察.上调眼位对观察综合显示头盔信息的优势,为综合显示头盔的设计和使用提供了一条新途径.

歼击机飞行员＋Gz暴露时座椅靠背面上体压分布变化

目的 建立载人离心机上记录和分析＋Gz暴露时体压分布的试验方法,探讨＋Gz引起的飞行员背部不适的原因及其防护措施,为进行＋Gz暴露时座椅靠背舒适性、腰背部防护措施有效性等研究提供参考. 方法 9名男性歼击机飞行员完成了＋3.0Gz持续10 s、＋5.0 Gz持续10 s及＋8.0Gz持续10s的载人离心机训练.用Teckscan压力分布测量系统记录并分析训练过程中座椅靠背面上的体压分布数据,包括接触面积、接触压力及峰值接触压力. 结果 接触面积、接触压力、峰值接触压力随着载荷的升高而增加,差异有统计学意义（F=181.40～2 848.43,P＜0.01）.＋5.0Gz时下背部的接触面积明显大于上背部（t=2.706,P＜0.05）;不同载荷暴露时,下背部的接触压力均大于上背部（t=4.370～8.169,P＜0.01）;＋1.0、＋3.0及＋5.0Gz暴露时下背部的的峰值接触压力显著大于上背部（t=2.455～8.087,P＜0.05）. 结论 本试验建立了动态观察和分析＋Gz暴露时靠背体压分布变化的试验方法.＋Gz暴露时座椅靠背面的体压分布变化提示高过载和抗荷动作对背部施加的作用力,可能是导致歼击机飞行员背部疾患的原因之一.

基于三维扫描的人体头面部测量方法研究

目的 研究建立非接触式三维扫描的人体头面部测量方法,与传统的手工测量结果进行比较,对三维扫描的人体测量方法和结果进行评价. 方法 采用定制的非接触式三维扫描设备,对150名男性飞行员进行头面部扫描,获取人体头面部三维点云模型.同时采用传统手工测量方法测量每名受试者头面部15项人体数据.对扫描模型进行去噪、修补等处理,在三维扫描图像上标注测点,计算测量项目.每个扫描图像上完成23个测点标注和15个测量项目的计算.两种测量方法的测点和测量项目的定义完全一致.采用大样本配对t检验,对两种测量方法的测量结果进行统计学分析. 结果 通过两种测量方法获得了150名受试者头面部15项人体测量数据,统计得到两种测量方法每个测量项目的数据范围（最大值和最小值）、平均值和标准差,以及每个测量项目差值的数据范围、平均值和标准差.其中测量项目差值的平均值＜2.0 mm的有5项,2.0～4.0 mm的有4项,＞4.0～8.0 mm的有6项.3个测量项目两种测量方法结果差异无统计学意义,2个测量项目差异处于统计学临界（t=1.961、2.019）,其他10个测量项目差异均有统计学意义（t=3.725～12.712,P＜0.01）. 结论 三维扫描的人体测量方法与手工测量方法测量结果虽有差异,但测量的数值范围和偏离程度均处于正常范围.三维扫描测量可用于一般工程设计和采用分型分号的人体装备设计.测点的精确定位和测量人员的技能对测量结果有较大影响,可进一步改进.三维扫描的人体头面部测量方法是一种可用的快速测量方法.

佩戴头盔时头颈对-Gx加速度的动力学响应

目的模拟-Gx作用下头颈的运动，并进行力学测量，对-Gx冲击加速度作用下佩戴头盔时头颈的动力学响应和头盔的稳定性进行评价。方法设计了一个由HYBRID Ⅲ假人头颈组成的头型摆。头型摆向前运动，颈下端的碰撞体与波形发生器碰撞。测量碰撞加速度、头部响应加速度、颈下端的力和力矩以及头盔位移。比较假人头型佩戴头盔与佩戴瞄准具头盔两种状态下头颈动力学响应和头盔位移的差异。结果试验中，假人头型的头部和颈下端的力、力矩对碰撞加速度的作用时间大幅延长。佩戴头盔时，-Gx冲击加速度峰值（6．82±0．27）G、脉宽（42．63±1．04）ms，头部响应加速度峰值（5．66±0．16）O、脉宽（173．91±2．31）ms，颈下端力和力矩的峰值、脉宽分别（390．37±10．98）N、（183．51±6．26）ms和（79．64±2．70）N·m、（164．17±1．53）ms，头盔相对头型的角位移和线位移分别为（13．16°±4．61°）和（21．51±10．58）mm。佩戴头盔与佩戴瞄准具头盔两种状态，头部响应加速度、颈下端力和力矩的脉宽差异有统计学意义（t=12．947、3．105、17．871，P〈0．05），佩戴瞄准具头盔的位移增大。无论是佩戴头盔还是佩戴瞄准具头盔，碰撞加速度与头部响应加速度的峰值和脉宽差异均有统计学意义（t=20．48-485．26，P〈0．01）。结论头型摆的冲击试验方法基本反映了-Gx作用下人体头颈的运动和受力，研究结果对-Gx作用下佩戴头盔时头颈的安全和头盔的稳定性评价有重要意义。

垂向冲击膝部的试验研究

目的 通过生物力学试验,验证穿盖弹射过程中人体膝部受到舱盖玻璃及其碎片撞击时的损伤程度,为穿盖弹射救生装置的设计、研制、鉴定验收提供生理学依据. 方法 在落锤式冲击台上模拟穿盖弹射时舱盖对膝部的冲击力.根据之前试验设计的预值,打击7具下肢标本的膝部.用弹射力载荷测量系统记录打击力的值及作用时间,并计算冲力和冲量.用X线影像判断损伤程度. 结果 7次打击的峰值力为5.214～9.526 kN,最长作用时间为33.0 ms,最大冲量为91.8 N·s,最大平均冲力为4.478 kN.X线影像学诊断显示标本均未发生骨折. 结论 本次落锤冲击试验中,坐姿人体膝部（股骨远端）可承受小于9.5 kN且作用时间不超过20 ms,或小于91N·s的垂直于股骨的冲击载荷.本试验结果对确定穿盖弹射时的冲击力限值具有参考价值.

飞行员夜视头盔过载稳定性研究

目的研究过载作用下佩戴飞行员夜视头盔的稳定性，为飞行员夜视头盔的设计和使用提供依据。方法6名受试者佩戴适体的飞行保护头盔和供氧面罩，头盔上安装夜视镜，调节后可看到清晰完整的夜视镜视场。设计靶标和夜视镜视场定位方法。先进行静加载试验，载荷施加在受试者佩戴的头盔顶部。测量加载时和卸载后头盔的垂直位移，记录受试者观察到的夜视镜视场变化情况。然后在载人离心机上进行＋G。方向设定载荷下的人体试验，记录并测量头盔在设定载荷下的位移和视场变化情况。结果静加载十3．0Gz／15S、＋4．0 Gz／15S、＋5．0 Gz／10s、＋5．5 Gz／10s、＋6．0Gz／10S，头盔位移分别为（7．52±5．44）mm、（7．79±4．89）mm、（8．78±5．99）mm、（9．17±5．85）mm、（12．07±9．79）mm；相同载荷下载人离心机试验，头盔位移分别为（8．72±3．77）mm、（16．28±5．12）mm、（16．56±4．12）mm、（27．50±9．63）mm、（44．22±15．80）mm。头盔位移和夜视镜视场移动均随着过载增加而增大，但载人离心机试验载荷环境下产生的头盔位移和夜视镜视场的移动，均大于静加载试验。结论本研究建立了夜视头盔的过载稳定性试验评价指标和方法，研究结果可为夜视头盔的设计和使用提供指导。

基于三维扫描的飞行员头盔显示系统设计眼位研究

目的研究飞行员眼位分布和人体头面部测量项目,为飞行员头盔显示系统设计提供精确的眼位数据。方法采用非接触式三维扫描方法,对372名男性歼击机飞行员进行头面部扫描,获取人体头面部三维点云模型。在此基础上,对三维点云模型进行去噪、修补等处理,建立头面部同质网格模型和统一的人体头部解剖学坐标系。按照单目显示和双目显示定义设计眼位。以人体头面部三维模型计算左、右眼位(瞳孔中心点)坐标和12项人体测量数据。结果建立了372名歼击机飞行员头面部三维扫描数据库,获得了左、右眼位坐标及瞳孔间距、眼顶高等12项人体测量数据。结论基于三维扫描技术,以人体头部解剖学坐标系为定位基准构建飞行员眼位分布空间(设计眼位和眼盒)和获取相关人体头面部测量数据,为飞行员头盔显示系统的设计提供基础数据。