基于生物力学的驾驶舱坐姿舒适性评价

本文从生物力学角度对飞机驾驶舱坐姿舒适性的评价进行了研究。首先根据飞行员的生理数据进行人体建模，在生物力学仿真软件Anybody中建立“飞行员-座椅”耦合模型，选取肌肉活动、关节扭矩两个评价指标，分别改变座椅高度和椅背倾角，提取仿真数据进行插值处理后得到双变量三维曲面图，从而

飞机驾驶舱是飞行员执行飞行任务的核心部位，是与飞机进行信息交互的主要场所[1]。驾驶舱为实现安全飞行提供了外部信息支持，帮助飞行员高效、舒适的完成飞机操纵任务[2]。坐姿是飞行员执行飞行任务的基本姿态，良好的坐姿舒适性可以提高飞行员的操作效率，是驾驶舱舒适性研究的重要内容。

飞行员在长时间的操纵飞机过程中，很容易因为坐姿不当造成疲劳或对身体的损坏。

目前对于坐姿舒适性的研究主要集中在两个方向：一是基于仿真软件进行数值模拟，该方法简单易操作，仿真周期短，不易受环境影响；二是基于实验进行主观评价，即选取专业从业人员或行业专家， 对实验方案进行真实体验打分，该方法主观性较大，且对实验人员的专业知识要求较高。来自德国的Nishimatsu T，Hayakawa H [3]等人以测量人与座位之间压力的方法得出了座垫与舒适性粗略的正负相关关系。来自荷兰的Wibawa A D [4]教授运用仿真软件研究了人在正常行进状态下的肌肉活性，并通过肌肉信号测试实验，验证了其仿真结果的正确性。来自浙江大学的孙守迁，柴春雷[5]研究了基于驾驶员舒适性的驾驶姿势预报方法，采用模糊理论描述驾驶员的舒适感受，建立了基于模糊SVM 的舒适评价关系模型。来自天津大学的高见[6]使用该软件研究了自行车骑行过程中下肢的生物力学性能参数的变化， 得到了主要肌肉的响应面图。本文使用人体生物力学软件Anybody 进行建模，以飞行员的人体尺寸为依据，选取生物力学中典型评价指标，对驾驶舱坐姿舒适性进行评价，指导座椅的几何参数设计和驾驶舱各设备的总体布局。

2. 生物力学模型建立 2.1. 人体生物力学软件Anybody 介绍 目前，越来越多的人机工效学研究采用人体生物力学仿真分析的手段进行分析，建立“人-机”耦合系统模型，模拟人机交互行为来研究其过程中的相关生物力学规律。

人体生物力学仿真软件Anybody 使用AnyScript 语言进行编程，主要可以实现人体的肌肉与骨骼的逆向动力学分析，输出的实验数据有骨骼受力，肌肉活性与肌肉受力，关节受力与关节扭矩等关键生物力学参数，这些数据可为进行生物力学分析研究提供良好的输入[7]。本文主要的建模过程如图1 所示。

2.2. 人体模型的建立 本文选取中国男性飞行员人体尺寸库中(GJB4856 中国男性飞行员人体尺寸)歼击机飞行员第50 百分位的人体数据建模，身高1700 mm，体重68 kg，其他各肢段尺寸参数见表1。