典型返回再入体位对HUMOS假人动态响应影响研究

为探索飞船返回再入加速度过载下人体姿态对乘员动力学响应的影响，本文利用Pro-E和HyperWorks软件建立了仰姿和躺姿两种典型人体姿态的假人–座椅系统模型。模型中使用了HUMOS II (Human Model for Safety Version II)人体生物力学模型。根据实际离心试验数据对假人–座椅系统模型进行了标定和验证。论证并分析了在高加速度过载(峰值为6.4 g)条件下，人体姿态对人体关键器官包括心脏、肺、膈肌、肝脏和腹部脏器过载响应的影响。仿真结果表明，膈肌的位移和变形是影响人体对再入过载耐受力的最重要因素。膈肌在卧姿时受到其他器官的作用力大于躺姿时的作用力。因此，飞船设计人员应更多地关注人体内部器官的受力状态，选择一个在飞船返回时对乘员具有更好保护作用的体位姿态，本文建议飞船乘员的姿态设计应优先选择躺姿。

身体姿态直接影响一个人对加速度的耐力。加速度会造成体液的转移集中，引起头部(包括大脑和眼睛)的血液灌注，分别导致意识和视觉丧失。以往许多对加速的耐力的研究都是基于实验探索。人体的姿态， 主要由座椅背角、腿部的弯曲程度、心脏至眼睛的垂直距离等决定。对于坐姿， 后背直立略有倾角， 对于背角从−13˚到5˚的加速度耐力也有文献的报道[1] [2] [3]。对于仰卧姿态，一般是后背与水平方向呈一定夹角。Ballinger 等人进行了背角从17˚到35˚人体加速度耐力实验研究，结果表明合理设置人体背角有助于提升加速度过载峰值耐受和延长持续时间。

俯卧姿态一般是指趴着面对支撑系统， 背角−20˚到20˚， 由于这种姿态对于人机工效影响较大，因此被应用的工况相对较少[4] [5] [6] [7]。Clarke 报道了同一种体位不同眼睛水平位置对其耐力的影响，认为眼睛水平位置高于膝盖和心脏相对持续耐受时间较长[5]。在“联盟”号[8] [9] [10]和“阿波罗”号[11] [12]航天器发射和着陆时使用的身体姿势成功地提高了航天员对加速的耐受力，其姿势分别为卧姿和躺姿。事实上，由于惯性力对血液的作用、内部器官的位移和变形等，人体在这些体位中对返回加速度的耐受力要大于坐姿。