飛機(jī)人機(jī)工程設(shè)計(jì)（完整版）

1、飛機(jī)座艙人機(jī)工效設(shè)計(jì)摘要：當(dāng)今社會(huì)、科學(xué)開(kāi)展離不開(kāi)人機(jī)工程學(xué)的進(jìn)步。人、機(jī)、環(huán)境構(gòu)成了人機(jī)工 程學(xué)的三要素， 其之間的相互關(guān)系構(gòu)成了人機(jī)工程學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容。 而航空產(chǎn) 品的復(fù)雜性特點(diǎn)對(duì)人機(jī)工程學(xué)提出了更高的要求。 本文從飛機(jī)環(huán)境控制出發(fā)結(jié)合 具體事例研究飛機(jī)的人機(jī)工程設(shè)計(jì)問(wèn)題， 尤其是座艙壓力控制、 成員平安保障問(wèn) 題。關(guān)鍵字： 人機(jī)工程學(xué)飛行環(huán)境座艙壓力控制自第一次產(chǎn)業(yè)革命以來(lái)， 人類(lèi)的勞動(dòng)即進(jìn)入了機(jī)器時(shí)代， 人的勞 動(dòng)作業(yè)在復(fù)雜程度和負(fù)荷量上均有了很大變化，人、機(jī)器，及他們所 處的環(huán)境相應(yīng)構(gòu)成了一個(gè)更加復(fù)雜的系統(tǒng)。 在這復(fù)雜系統(tǒng)的運(yùn)作過(guò)程 中，為解決這些問(wèn)題，人們進(jìn)展了一些探索、研究，如

2、早期總結(jié)提出 的Weber法那么、Bloch法那么等。隨著科學(xué)技術(shù)的開(kāi)展與人類(lèi)社會(huì) 的進(jìn)步，人-機(jī)器-環(huán)境三元素構(gòu)成的系統(tǒng)也愈加復(fù)雜龐大。 如何處理 人與機(jī)器、機(jī)器與環(huán)境、環(huán)境與人以及三者結(jié)合的關(guān)系，如何從這樣 的系統(tǒng)中獲得最高的效能實(shí)現(xiàn)最大的平安等問(wèn)題便成了人們關(guān)注的 問(wèn)題，因此針對(duì)這些方面人們進(jìn)展了更加深入細(xì)致的研究探索。 在這 一過(guò)程中提出的理論、 實(shí)驗(yàn)手段等便逐漸形成了一門(mén)嶄新的科學(xué) 人機(jī)工程學(xué)。對(duì)這一新興的邊緣科學(xué)， 錢(qián)學(xué)深等前輩給出了科學(xué)的定義。 “人 是指作為工作主體的人，指參與系統(tǒng)工程的作業(yè)者；“機(jī)是指人所 控制的一切對(duì)象， 是指與人處于同一系統(tǒng)中與人交換信息、 能量和物 質(zhì)，

3、并為人借以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)的物的總稱(chēng)；“環(huán)境是指人、機(jī)共處 的外部條件或特定工作條件。 人機(jī)工程學(xué)即是采用人體科學(xué)與現(xiàn)代科 學(xué)的理論與方法， 正確處理這三者關(guān)系研究三者最優(yōu)組合的科學(xué)。 就 航空界而言， 其主要是研究飛行環(huán)境下， 飛行員或成員與飛機(jī)之間的 相互關(guān)系。其研究?jī)?nèi)容包括七個(gè)方面：人的因素與人的特性研究、機(jī) 器的特性研究、環(huán)境的特性研究、人 -機(jī)關(guān)系的研究、人 - 環(huán)境關(guān)系的 研究、機(jī) -環(huán)境關(guān)系的研究、人 -機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)總體性能的研究。就航空界而言， 人機(jī)工程學(xué)的研究顯得尤為重要。 飛機(jī)駕駛艙內(nèi) 有一、二百個(gè)儀表、按鈕、把桿、信號(hào)燈 ,駕駛員要依靠眼、耳與手 的感覺(jué)去獲得外界與儀表的信息

4、 ,然后迅速做出判斷 ,并立即通過(guò)手、 腳等運(yùn)動(dòng)器官進(jìn)展正確操縱 ,這是相當(dāng)困難的作業(yè)過(guò)程。同時(shí)飛機(jī)所 處的高空、高速、低溫等環(huán)境也是相當(dāng)復(fù)雜的，這對(duì)飛機(jī)的性能、飛 行員素質(zhì)已有很高的要求。 結(jié)合我們的專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)， 我們小組主要針對(duì) 飛機(jī)的環(huán)境控制系統(tǒng)進(jìn)展了仔細(xì)的討論和學(xué)習(xí)。飛機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)， 是飛機(jī)主要的子系統(tǒng)之一，其主要涉及飛機(jī)對(duì)座艙壓力、溫度、濕度 等的調(diào)節(jié)與控制， 以為乘客或電子設(shè)備提供必要而適宜的環(huán)境。 在各 項(xiàng)指標(biāo)中最為重要的便是壓力指標(biāo)， 其不僅影響乘客的舒適性， 更直 接關(guān)乎成員的生命平安。飛機(jī)在大多數(shù)時(shí)間都處于高空飛行狀態(tài)。短航線的飛機(jī)一般在 6000 米至 9600 米飛行，

5、長(zhǎng)航線的飛機(jī)一般在 8000 米至 12600 米飛 行，現(xiàn)在的普通民航客機(jī)最高飛行高度不會(huì)超過(guò) 12600 米，有一些公 務(wù)機(jī)的飛行高度可以到達(dá) 15000 米。如，波音 757-200 飛機(jī)最高飛行高度為11280米，波音777-200飛機(jī)最高飛行高度可達(dá)15000米由于重力的原因，大氣壓力的分布在海拔高度上是呈指數(shù)遞減的,時(shí)間飛行不會(huì)因輕度缺氧而過(guò)度疲勞的最大高度，3km是逐漸加重缺 氧的起始高度。對(duì)軍用機(jī)而言，座艙高度那么取在8km以下。另外，壓力的變化速度過(guò)快也會(huì)使人體感到不適。這是由于耳咽管的特點(diǎn)所造成的：當(dāng)耳內(nèi)壓力較外界壓力大時(shí)，由于耳咽管的作用 可迅速泄壓，是內(nèi)外壓力平衡；而當(dāng)

6、耳外壓力較大時(shí)，除了吞咽、打 哈欠等動(dòng)作外，耳咽管不易翻開(kāi)。這就導(dǎo)致了當(dāng)外界增壓很快時(shí)，耳 膜兩側(cè)壓力不能立即平衡，使人感覺(jué)不適、疼痛直至破裂。所以，對(duì)于旅客機(jī)、運(yùn)輸機(jī)，壓力降低速度每秒不超過(guò) 21.342.7Pa;壓力增加速度每秒不超過(guò) 1821.3Pa。如波音707客 機(jī)，座艙壓力增加速度給定值為18.3Pa/s ;壓力降低速度給定值為 30.4Pa/s。對(duì)殲擊機(jī)、轟炸機(jī)，壓力降低速度每秒不超過(guò) 0.671.33kPa; 壓力增加速度每秒不超過(guò)0.400.67kPa。針對(duì)人體對(duì)于大氣壓力的要求，以及飛機(jī)制造上的經(jīng)濟(jì)性原那么， 我們標(biāo)準(zhǔn)了飛行過(guò)程中座艙內(nèi)壓力隨海拔高度變化的規(guī)律。旅客機(jī)有兩種

7、座艙壓力制度。第一種是先以相當(dāng)于海平面的絕對(duì)壓力保持到某 一高度，然后又與外界大氣壓保持等壓差變化至飛機(jī)設(shè)計(jì)高度。另一種是座艙從一開(kāi)場(chǎng)就按某一曲線變化，直至飛機(jī)設(shè)計(jì)高度。戰(zhàn)斗機(jī)的壓力制度有三種，其內(nèi)容不在此具體論述。座艙的壓力控制主要部件是座艙壓力調(diào)節(jié)器， 它通常由控制機(jī)構(gòu) 和排氣活門(mén)兩局部組成。目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)軍用和民用飛機(jī)所采用的是 氣動(dòng)式座艙壓力調(diào)節(jié)器，但隨著對(duì)飛機(jī)性能要求的提高，傳統(tǒng)的座艙 壓力調(diào)節(jié)器已不能很好的滿足飛行員的生理要求和飛行要求。對(duì)座艙壓力調(diào)節(jié)器的研究、改良和創(chuàng)新，是飛機(jī)設(shè)計(jì)師致力從事的工作。氣 動(dòng)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)飛行速度變化時(shí)對(duì)座艙壓力的調(diào)節(jié)以及氣容對(duì)座艙壓 力變化速率的調(diào)節(jié)等

8、功能是改良的關(guān)鍵。根據(jù)對(duì)人體生理學(xué)的研究， 飛機(jī)進(jìn)展機(jī)動(dòng)飛行時(shí)，座艙壓力增長(zhǎng)速率不應(yīng)超過(guò) 0.67 kPa/s，壓力 降低速率不應(yīng)超過(guò)1.33kPa/s，尋找新型座艙壓力調(diào)節(jié)器，使飛行員在 空中能夠更好地進(jìn)展飛行訓(xùn)練或完成高難度的任務(wù)，保證飛機(jī)在飛行時(shí)能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)座艙壓力并限制座艙壓力變化速率，提供更舒適的壓力環(huán)境。案例分析機(jī)艙失壓在軍用和民用飛行中并不罕見(jiàn) ，全世界每年大概會(huì)出現(xiàn) 50起左右的失壓事件。大局部情況下，機(jī)組人員都能及時(shí)米取應(yīng)對(duì)措 施，防止乘客遭受傷害。但機(jī)艙失壓依然是世界空難史上眾多事故的 罪魁。如 2007 年 11 月 17 日維珍藍(lán)航空波音 737 布里斯班附近客艙 失壓

9、事故。1. 事故梗概2007 年 11 月 17 日，一架維珍藍(lán)航空公司波音 737-700 客機(jī)從 澳大利亞庫(kù)倫加塔黃金海岸機(jī)場(chǎng)飛往墨爾本， 機(jī)上載有 145 名乘客和 6 名機(jī)組人員， 從庫(kù)倫加塔起飛爬升至高度 31800 英尺時(shí)，客艙壓力 急劇下降， 機(jī)組人員戴上氧氣面罩并實(shí)施緊急下降。 飛機(jī)隨即改航布 里斯班平安著陸。2. 事故經(jīng)過(guò)在未使用發(fā)動(dòng)機(jī)引氣的情況下， 飛機(jī)從庫(kù)倫加塔起飛。 起飛加速 過(guò)程中， 地速到達(dá)約 27 節(jié)時(shí)，機(jī)組收到主警告以及右側(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)“引氣 跳開(kāi)的琥珀色指示。機(jī)長(zhǎng)當(dāng)時(shí)負(fù)責(zé)飛行操縱，他決定繼續(xù)起飛。當(dāng) 飛機(jī)爬升至離地高度 900 英尺時(shí)，自動(dòng)駕駛接通， 飛行人員發(fā)現(xiàn)無(wú)

10、法 重置右側(cè)引氣系統(tǒng)， 隨后按照僅使用左側(cè)引氣系統(tǒng)供給飛機(jī)的空調(diào)進(jìn) 展了設(shè)置。 在爬升過(guò)程中， 一名乘務(wù)員通知駕駛艙機(jī)組人員說(shuō)客艙內(nèi) 的溫度過(guò)高令人不舒服， 副駕駛的回應(yīng)是將客艙調(diào)為較低的溫度并將 駕駛艙內(nèi)的溫度調(diào)高。機(jī)組人員決定以FL250的高度繼續(xù)飛往墨爾本, 這個(gè)高度比他們方案的巡航高度低。起飛后 17 分鐘，機(jī)組人員發(fā)現(xiàn) 他們已進(jìn)入了結(jié)冰條件，于是決定爬升至FL350脫離結(jié)冰條件，然而 發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)翼的防冰系統(tǒng)都沒(méi)有翻開(kāi)。飛機(jī)從高度FL250飛往高度FL350,4分鐘后爬升至高度FL318, 機(jī)組人員發(fā)現(xiàn)“組件跳開(kāi)指示燈亮，緊接著座艙壓力急劇下降，座艙高度上升速率為 2000 英尺每分鐘

11、，機(jī)組人員戴上氧氣面罩并使飛 機(jī)緊急下降至 10000英尺。機(jī)組人員沒(méi)有立即通知乘客， 他們希望能 夠在座艙高度上升至 14000 英尺之前將飛機(jī)降到 14000 英尺之下， 然而當(dāng)飛機(jī)降至FL143時(shí)，座艙高度已超過(guò)14000英尺，氧氣面罩自 動(dòng)放下。左側(cè)空調(diào)系統(tǒng)跳開(kāi) 7分鐘后，飛機(jī)在 10000 英尺高度改平， 然后被放行降至 8000 英尺。機(jī)組人員現(xiàn)在開(kāi)場(chǎng)執(zhí)行空調(diào)組件跳開(kāi)異 常情況檢查單， 并且能夠同時(shí)重置左側(cè)空調(diào)系統(tǒng)和右側(cè)引氣系統(tǒng)。 之 后飛機(jī)改航布里斯班平安著陸。3. 原因分析在未使用發(fā)動(dòng)機(jī)引氣的起飛過(guò)程中， 一個(gè)有缺陷的高壓級(jí)活門(mén)使 得飛機(jī)右引氣系統(tǒng)中壓力增加， 這觸發(fā)了系統(tǒng)的超

12、壓電門(mén)跳開(kāi)了右側(cè) 引氣。機(jī)組人員繼續(xù)飛行并爬升超過(guò)高度層 FL250,這一最低設(shè)備清 單指定的單空調(diào)組件運(yùn)行的飛行上限。由于一個(gè)軟管的損壞而導(dǎo)致系統(tǒng)熱交換器中空氣流通不暢， 進(jìn)而 使得唯一運(yùn)行的左側(cè)空調(diào)組件跳開(kāi)， 結(jié)果造成客艙失壓。 繼未使用發(fā) 動(dòng)機(jī)引氣起飛后， 飛行機(jī)組人員沒(méi)有按照補(bǔ)充程序重新配置引氣系統(tǒng) 控制，無(wú)意識(shí)的將右側(cè)機(jī)翼防冰與正常工作的引氣源隔離， 將飛機(jī)置 于可能發(fā)生不對(duì)稱(chēng)機(jī)翼結(jié)冰的風(fēng)險(xiǎn)中。飛機(jī)在結(jié)冰的條件下運(yùn)行時(shí)， 飛行機(jī)組人員沒(méi)有激活飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)防冰系統(tǒng)， 從而增加了發(fā)生發(fā)動(dòng) 機(jī)結(jié)冰事件的風(fēng)險(xiǎn)。機(jī)組人員表現(xiàn)出不符合機(jī)艙氧氣系統(tǒng)操作的知識(shí)， 這增加了機(jī)艙 工作人員能力下降或乘客受傷害的風(fēng)險(xiǎn)。4. 平安建議飛機(jī)在飛行前必須做好平安檢查。 (1).預(yù)先準(zhǔn)備階段，執(zhí)行飛行 任務(wù)前一天必須熟悉航路， 做好突發(fā)問(wèn)題預(yù)案等方面的準(zhǔn)備。 (2)直接 準(zhǔn)備階段，執(zhí)行飛行任務(wù)當(dāng)天，查看天氣、確定用油量、對(duì)飛機(jī)進(jìn)展 各項(xiàng)平安檢查。 (3)飛行實(shí)施階段， 等旅客進(jìn)入客機(jī)機(jī)艙后， 進(jìn)展起飛 前檢查、準(zhǔn)備。 研發(fā)先進(jìn)的壓力控制系統(tǒng)。使用集中控制式壓力調(diào)節(jié) 器，將座艙壓力調(diào)節(jié)和引氣控制組合為一體進(jìn)展集中控制， 即進(jìn)展座 艙壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)、故障自動(dòng)巡檢和通告，