环境工效综合影响因素及机理研究

该研究前期通过对波音、空客全系列驾驶舱设计进行文献调研和在空客、波音实际驾舱内的进行实地飞行调研和测量,提取了可能影响飞行员视觉工效的关键环境因素,针对调研结果设立了实验目标。同时,建立驾驶舱照明三维沉浸式半物理仿真平台评估系统,用以评估机舱照明状况。在这一实验平台的基础上,设计与开展一系列的视觉工效学实验,获得在多个环境参数变化下,驾驶舱内视觉疲劳、作业绩效及对视觉信息获得的准确程度随参数变化的实验数据库,建立基于关键环境因素变化的视觉舒适、视觉疲劳和作业绩效的评估模型。在前期研究成果基础上,该研究在上一年度进一步完善实验平台,搭建驾驶舱简易模型,编写驾驶舱照明环境视觉工效试验软件作为工效学实验研究的工具,同时在白天和黑夜场景下开展了一系列多角度驾驶舱光照环境和多眼位眩光试验。该课题组汇总了前期开展的13项驾驶舱视觉工效学研究,总结了色温、眩光源亮度、眩光源视场角、眩光源立体角、目标周围背景亮度、目标类型、目标亮度、目标颜色、目标视张角、目标振动方向、目标振动频率、目标振动振幅、目标位置、观察距离、频闪、亮度阶跃、环境光类型、环境亮度和实验时段各因素对被试主观评价、视觉作业绩效和反应时的影响程度。在此基础上构建驾驶舱环境评估模型,总共分为安全告警、探测反应和舒适偏好3个子模块,安全告警模块主要包含非视觉生理安全、眩光安全和信息可读性等。在安全告警模块中将提出安全范围的区间。探测反应模块主要是考察速率-准确率这一变量,它受到亮度对比度、座舱人工照明背景亮度、立体角度等因素的影响。此模块将建立速率-准确率与影响因素函数模型,并引入外界眩光源、恶劣天气条件光参数、飞机振动等控制变量。舒适偏好模块主要受照度、色温、眩光源和噪音等因素影响。驾驶舱环境评估模型的构建将分别以各子模块为因变量建立子模型,同时以总体评分为因变量建立总模型。     

视觉工效在飞机驾驶舱设计中的应用

本文分析了视野、视距、显示器字符对视觉工效的影响,提出了在驾驶舱设计中需要关注的因素,并总结了一些设计的原则。同时也关注到色彩、振动和眩光等环境对视觉工效的影响,这也是在驾驶舱设计时需要特别关注的因素。     

基于眼动实验的飞机座舱界面字符编码分析

驾驶舱是飞机的命令中枢,驾驶舱显示界面的信息设计质量直接影响到飞行任务的完成,大多数飞行相关信息都以字符形式展现在飞机座舱界面上。为探究飞行员对不同字符编码元素的识别效率,通过飞机座舱界面字符编码、眼动追踪法及行为绩效评估法研究了飞机座舱界面字符大小、笔画宽度、字符间距对飞行员认知效率的影响。结果表明：从行为数据来看,字符字高6.5 mm的字符反应时最短。从眼动实验数据来看,字符字高6.5 mm的字符注视时间最短、注视百分比最小、使受试者瞳孔直径最小;从行为数据来看,字符笔画宽度400W3C的字符反应时最短。从眼动实验数据来看,字符笔画宽度400W3C的字符注视时间最短、注视百分比最小、使受试者瞳孔直径最小;从行为数据来看,字间距100的字符反应时最短。从眼动实验数据来看,字间距100的字符注视时间最短、注视百分比最小、字间距0的字符使受试者瞳孔直径最小。可见不同字符编码识别效率不同,字高6.5 mm、笔画宽度400W3C、字间距100的字符编码识别效率最高,该结论可用于飞机座舱界面的设计中。     

一种基于功能论的座舱工效设计需求定义方法

座舱设计需求定义是座舱设计流程中的重要环节,如何使座舱工效设计需求定义工作具备系统性和全面性是该环节的核心问题.提出了一种基于功能论的座舱工效设计需求定义方法,利用功能定义、功能分类、功能整合的方法对座舱人机系统功能进行分析,得到了完备的座舱人机系统功能;通过求解子功能、构建功能技术矩阵、子功能实现途径组合和选择的方法,得到了座舱人机系统功能的实现方案.给出了某型飞机座舱需求定义的应用实例,验证了该方法的可行性和优越性.     

民机驾驶舱在恶劣光环境下的飞行员视觉工效研究

科学合理的光环境设计可以优化驾驶舱人机工效、提高飞机的安全可靠性,尤其对飞行员视觉、心理等方面,起到积极的指导作用。驾驶舱光环境在大型飞机人机工效综合设计研究中有重要的地位和意义,该报告首先指出了航空视觉问题的特殊性及其与人—机—环境系统的交互作用。然后从光亮度范围、光色的选择、辅助照明、眩光控制、亮度水平与易读性的关系等方面阐述了驾驶舱光环境设计的研究的意义和现状,并展望了民机驾驶舱光环境的研究方向。其次,介绍了相关的视觉理论,并从视觉工效学和实验心理学角度分析了视锐度的定义及测试手段,以及反应时间的特征及其影响因素。针对闪电、太阳直射等恶劣光环境下飞行员视觉功能受到的影响以及应对措施进行了视觉工效学研究。总结了恶劣自然光环境对飞行员视觉功能的影响,将"雷暴雨"和"穿云层"两种典型恶劣光环境的视觉特点抽象为脉冲型和阶跃型的亮度变化,以不同光环境为自变量,视锐度、反应时间和判读准确率为因变量,在全尺寸模拟驾驶舱中对10名被试进行了视觉工效学实验。以判读准确率作为参数,对视锐度和反应时间进行了速度-准确性平衡修正。数据分析结果表明,两种典型的恶劣光环境对视锐度有显著的负面影响;阶跃型光环境变化场景下的反应时间会显著增加,而脉冲场景下的反应速度会所有提高。这些影响都可以被雷暴雨灯提供的背景亮度所消除。两两对比分析后,建议飞行员应该在遇到恶劣光环境之前打开雷暴灯,这样其视觉功能将始终不受光环境突变的影响。针对夜间飞行眩光对飞行员视觉绩效的影响展开研究,选取探测驾驶舱外界目标的反应时间、对于显示器出现视标的探测和识别的阈值尺寸3个因变量作为视觉绩效的评价指标,研究了眩光源亮度、眩光源立体角,背景亮度3个变量对于反应时间的影响以及眩光源表面亮度、显示器视标亮度两个变量对于显示器视标识别绩效的影响。实验结果显示,眩光源表面亮度的提高会增大显示器视标的探测和识别阈值尺寸,但该增量会随着视标亮度的提高而减小,而视标亮度的升高则会减小对于视标的探测和识别阈值尺寸,当视标亮度大于9 cd/m2,阈值尺寸随眩光源表面亮度和视标亮度的变化率趋近于0。该实验结果可以对驾驶舱和飞机场照明的防眩光设计提供一定的理论依据。     

叶轮出口宽度对离心泵流动诱导振动噪声的影响

为研究叶轮出口宽度对离心泵流动诱导振动噪声的影响,以一台单级单吸离心泵为研究对象,保持泵体和叶轮其他几何参数不变,将叶轮出口宽度b2从10mm分别改为6,8和12mm．在离心泵闭式实验台上测量了不同出口宽度模型泵在全流量范围内的振动和噪声信号,并对信号进行处理和分析．实验结果表明：模型泵流动诱导的振动对泵体的影响最大,随着叶轮出口宽度的增加,模型泵4个测点的振动强度大致呈先增加后降低的趋势,当b2=8mm时,模型泵的振动强度最大;在不同流量工况下,模型泵噪声信号随叶轮出口宽度的增加其轴频峰值变化规律复杂,b2=10mm的模型泵各工况下噪声信号的轴频峰值相对较小,且在设计工况下达到最小值．     

基于现场评价的智能手机触摸手势工效学研究

为了提高触摸手势识别准确率,针对智能手机触摸手势工效学参数进行现场评价。首先,基于非理性用户模型提出了触摸手势现场评价因素框架;其次,设计现场评价实验,收集新手用户和经验用户在室内静坐、户外行走和公交静坐3种情境下的测试数据,得出基于使用情境修正的手势工效学参数,优化了手机触摸性能。研究表明,现场环境中用户运动状态和情绪警觉水平影响手机使用触摸性能,需采用现场情境测试修正触摸工效学参数,以提高手势识别准确率。     

泥炭质土地区盾构隧道列车运营期沉降研究

为研究运营期列车振动荷载作用下盾构隧道地基土体的沉降特性,本文以昆明地铁二号线二期工程某区间隧道为例,结合地质勘察资料,建立Midas GTS NX三维有限元模型,通过人工激励函数对模型施加动力荷载,分析了列车满载高速的情况下,隧道周边土体的沉降特征,结合经验模型公式,预测了隧道在长期循环荷载作用下基底土体的沉降变形.研究结果表明:在长期列车振动荷载作用下,隧道周围土体发生被迫振动,类似作简谐运动;土体的沉降幅值随与振源距离的增加而减小;线路运营期基底土体沉降呈指数型增长,最终趋于稳定,第一年沉降16.9 mm,达前10年累计沉降的67.6%.为保障线路的安全运营,应重点加强隧道运营期前期的监测养护.     

数字闭环光纤陀螺振动噪声处理方法

为了解决数字闭环光纤陀螺在实际工程应用中易受冲击、振动等环境因素影响的问题,通过分析振动影响下陀螺输出信号特点,研究振动对光纤环的应力及信号中附加相移的影响,建立了光纤陀螺信号的振动噪声模型.首先,引入一种具有自适应能力的改进局部均值分解方法,将原信号按频率大小分解为一系列谐波信号;其次,利用核主成分分析方法,将反映振动影响的有效信号和噪声进行有效分离;然后,通过重构得到抑制了振动噪声的信号.利用线振动实验研究了光纤陀螺在车载和机载环境下的振动特性,并对采集得到的10组振动实验数据进行了分析.结果表明,处理后信号的Allan方差分析结果中量化噪声和零偏不稳定性等误差系数均减小约50%,从而有效提高了光纤陀螺在振动环境下的输出精度.     

一种适应恶劣环境的有源液晶显示器的设计

根据温度、振动、冲击、电磁兼容、潮湿等环境特性对有源液晶显示器的影响,提出了对液晶屏进行抗恶劣环境设计的具体加固措施,研究了有源液晶显示器的低温解决方案,包括ITO加热膜加热功率的理论计算、液晶屏内置ITO柔性加热膜工艺、低温加热控制电路等。较好地解决了有源液晶显示器在低温环境下出现的响应速度慢.甚至液晶屏不能显示的问题.此外,还对液晶屏的振动冲击特性、电磁特性进行了研究,提出了具体的解决办法,如加大整机网度,采取屏蔽措施等.     

舰载直升机“舰面共振”动力学分析

为了解舰载直升机舰面开车状态的动力学特性,以某舰载直升机为研究对象,建立了全机多体动力学模型、起落架液压缓冲系统模型和旋翼减摆器液压模型,进行了全机"舰面共振"动力学仿真分析。研究了舰船横摇角、舰船运动周期、旋翼液压减摆器参数对直升机"舰面共振"稳定性的影响。结果表明:在"舰面共振"状态,旋翼液压减摆器节流孔参数对舰载直升机机身振动幅值有较大的影响,随着减摆器节流孔孔径的增大,机身振动幅值大幅增加,直升机不稳定转速区扩大;舰船运动周期对机身振动幅值和不稳定转速区几乎没有影响;在不稳定转速区之外,舰船横摇角对机身振动稳态响应幅值的影响较明显。进入不稳定转速区后,由于自激振动影响,机身大幅振动,舰船横摇角对机身振动幅值的影响不再明显。     

直升机核生化防护体系集成设计与仿真

直升机作为国家战略层次的飞行器,其快速进出战场的能力必将在核生化威胁中起到关键作用。为了保障舱内人员的安全,必须对直升机的核生化防护系统进行研究。从系统顶层架构设计出发,基于系统集成手段,设计了一种直升机核生化防护体系。针对各子系统开展了详细构型设计,包括：基于小型高转速电动压气机的气源增压子系统;基于变压吸附原理,可实现机载实时再生的滤毒通风子系统;基于热泵型蒸发制冷循环,利用滑油废热及双蒸发器并联驱动的温度控制子系统;综合座舱超压防护及增压需求的压力调节子系统。基于系统构型,建立了仿真模型,对系统动态性能开展了仿真验证研究。仿真结果表明：在各种极端条件下,舱内压力、温度均满足设计要求。当进入核生化威胁区域时,滤毒通风子系统能够有效吸附有毒物质,吸附床通过机载实时再生,延长了在核生化威胁区域的作业时间,为直升机核生化防护系统设计提供了新的思路。     

一种磁流变弹性体执行器的联合优化方法研究

磁流变弹性体（magnetorheological elastomer, MRE）执行器作为智能减振应用系统的核心元件,其结构的优化是决定执行器性能上限及系统控制成效的关键。针对目前MRE执行器优化方法及理论研究欠缺的问题,文中面向一款横向隔振的MRE执行器,基于其机械结构和有效磁路,以优越磁控性能、低功耗和快速响应时间为优化目标,提出了一种新的MRE执行器联合参数优化方法。首先,基于MATLAB和COMSOL的联合仿真,将遗传优化算法和电磁有限元分析方法进行有效结合,实现对MRE执行器的优化编程;其次,完成对器件的全局尺寸结构优化设计,使得器件具备优越磁控性能（526.21 mT）、低功耗（44.05 W）及快速响应（5.43 ms）;最后,通过搭建测试系统对优化后装配的MRE执行器进行测试和评估,验证了文中优化方法的可行性和有效性。提出的联合优化方法不仅适用于MRE执行器结构,还可为多领域减/隔振应用的共性MRE器件优化设计提供理论参考。     

基于抗变形能力的级配碎石组成设计方法

级配碎石的主要缺陷是易产生较大的塑性变形。在分析现行级配组成设计方法的基础上,根据连续密级配碎石的加州承载比(CBR)试验和利用研制的柔性材料剪切性能测试仪进行的剪切性能试验结果,对基于抗变形能力的级配碎石组成设计方法进行了研究。结果表明:以CBR值和剪切强度为组成设计的性能控制参数,CBR值应不小于180%,剪切强度应大于0.52 MPa;以最大粒径、泰波(Taibol)级配指数n值和基于双指标控制的关键筛孔及其通过率合理变化范围作为级配控制参数,最大粒径宜为31.5 mm,要求不高时可以放宽到37.5 mm;n值控制在0.45~0.50之间,以0.50为宜;4.75、2.36、0.60、0.075 mm筛孔应作为关键筛孔予以控制;通过率应在基于双指标控制的合理变化范围内。由此提出了基于抗变形能力的级配碎石组成设计方法,通过试验路应用表明,该设计方法可以有效控制级配碎石的塑性变形。     

断层剪力墙高层建筑抗震设计理论与关键技术

断层剪力墙高层框架-剪力墙结构是一种新型的高层结构,对它的动力特性和抗震性能还不是很清楚,有必要寻求新的分析方法和计算理论．文中介绍断层剪力墙高层框架-剪力墙结构弹塑性动力反应、结构弹塑性抗震性能与设计理论,以及其设计的关键技术,提出结构弹塑性动力性能和抗震性能分析与评价的新思路．该理论可用于断层剪力墙高层结构抗震设计及研究,也可进一步发展应用于分析解决结构减振耗能、振动控制和基础隔震等问题．     

基于非阻塞性颗粒阻尼技术的填充颗粒对约束阻尼结构减振性能的影响

为使传统的约束阻尼结构的减振性能进一步提高,引入了非阻塞性颗粒阻尼技术,通过颗粒运动状态分析和悬臂梁试验研究了填充颗粒对基于非阻塞性颗粒阻尼技术的约束阻尼结构减振性能,探讨了颗粒填充率、粒径和密度对结构的振动响应、复合损耗因子等阻尼特性的影响规律.结果表明:随着填充率的增加,复合损耗因子呈先增大后减小的趋势,当填充率在50％时损耗因子最高为0.144 7,提高了60.78％,振幅趋于平稳耗时0.257 8 s,此时颗粒呈块状剧烈运动,阻尼效果最为理想;填充等直径钢球颗粒的粒径由0.8 mm增至2.0 mm,复合损耗因子仅增加0.001 5,振幅趋于平稳耗时仅差0.003 9 s,对结构的减振性能无明显影响;填充不等直径的钢球颗粒的质量比为1∶1时,复合损耗因子最大为0.159 1,进一步提高了10％;填充颗粒质量相同时,密度小的材料减振效果最好,体积不变时,密度大的更佳可见基于非阻塞性颗粒阻尼技术的填充颗粒能够提高约束阻尼结构的减振性能.     

离心式作动器及驱动系统研究与实现

作动器系统作为直升机结构响应主动控制系统（ACSR）执行元件的重要核心部件,其控制性能 直接关系到振动的抑制效果。本文研制了一套基于永磁无刷直流电机驱动的离心式作动器原理样机,详细 阐述了系统组成及工作原理,论述了作动器输出力频率、幅值和相位的调节方式。依据离心式作动器的原 理建立了偏心块的输出力方程,选取了 MAXON 公司生产的 EC60 flat 411678 无刷电机作为驱动源。设计 了作动器伺服控制系统,针对功率驱动中的隔离 DC/DC、自举二极管、自举电容、电流驱动能力及母线支 撑电容等关键参数进行了详细设计。通过实验验证,电机转速误差最终被控制为 1%以内,位置响应时间 小于 50mS,振动抑制在 0.0015g 以下,取得了较好的控制性能,为离心式作动器系统在直升机平台的应用 奠定了基础。     

橡胶垫浮置板轨道变形控制及减振分析

在进行轨道结构减振效果的优化设计时,需要考虑结构的变形限值条件.以橡胶垫浮置板轨道为研究对象,采用模态分析和谐响应分析,对轨道系统的振动特性进行了研究.考虑钢轨的变形限值,提出了减振性能最优的板下胶垫刚度.利用建立的地铁车辆-橡胶垫浮置板轨道-基础空间耦合系统动力分析模型,计算了该胶垫刚度下的轨道、基础动力响应,对其减振效果进行了评估.研究表明:橡胶垫浮置板轨道具有较好的减振性能.按照钢轨变形限值4mm控制,轨道固有频率为18.7Hz.在1~80Hz频率范围内,浮置板轨道的综合减振效果为10.4dB.研究成果可用于实际工程,为类似减振轨道结构的选型和优化设计提供一定的借鉴.     

下蜀黄土用作填埋场衬垫层的防渗试验

城市固体垃圾的填埋处置是我国今后相当长时间内垃圾的主要处理方式，衬垫层在垃圾卫生填埋场设计中居于关键地位。从我国国情出发，选取长江中下游地区广泛分布的下蜀黄土为研究对象，通过对其本征特性、击实特性以厦在不同状态下的渗透性能等的试验研究，揭示下蜀黄土的渗透规律，确定其用作垃圾填埋场衬垫层的有效方式，为合理开发和有效利用下蜀黄土这种廉价资源进行环境保护提供可靠的理论依据。     

钢-混凝土组合梁剪力连接件试验研究

钢-混凝土组合梁中剪力连接件的主要作用是为了抵抗钢和混凝土之间的滑移和分离。PBL剪力键是近年来出现的一种新型剪力连接件,国内外虽然对PBL剪力键做了一些研究并取得一定的成果,但是对PBL键的形式、尺寸和相应的承载能力还未作出规定;尤其是对翼缘折形开孔板剪力连接件的力学性能尚未进行研究。试验小梁试件的剪力连接件采用翼缘折形开孔板剪力连接件,通过对波折钢腹板小梁的荷载加载试验来研究该剪力连接件的力学性能。