安全人機(jī)工程學(xué)課件12

第11章安全人機(jī)工程學(xué)

基本理論的應(yīng)用

第11章安全人機(jī)工程學(xué)

基本理論的應(yīng)用

11.1視頻顯示裝置的安全

人機(jī)工程學(xué)

視頻顯示終端（VisualDisplayTerminals，簡稱VDT）包括計算機(jī)、電視機(jī)、打印機(jī)、游戲機(jī)等顯示裝置。11.1視頻顯示裝置的安全

11.1.1VDT對人體健康的影響對眼睛的影響——長期在視頻顯示終端屏幕前工作，感覺到視疲勞、視力模糊、調(diào)節(jié)功能出現(xiàn)障礙、眼角膜損失等癥狀。骨骼肌肉的反應(yīng)——長期在屏前操作有頸酸、頸痛、肩痛、腰痛、背酸無力、手腕感到過度疲勞等癥狀。對神經(jīng)行為的影響——長期從事VDT的作業(yè)者常感到處在“精神緊張”之中，常伴有頭痛、頭暈、記憶力減退等癥狀發(fā)生。11.1.1VDT對人體健康的影響11.1.2對操作者健康的

人機(jī)因素分析

視頻顯示器本身操作室的環(huán)境因素作業(yè)姿勢的影響

11.1.2對操作者健康的

人機(jī)因素分析

11.1.3對操作者健康的

防護(hù)措施

1.改善VDT操作室的環(huán)境2.減少VDT的電磁輻射3.從安全人機(jī)工程的角度對VDT操作室進(jìn)行設(shè)計與改造4.作業(yè)者應(yīng)保持合理的作業(yè)姿勢11.1.3對操作者健康的

防護(hù)措施

11.2汽車運(yùn)輸作業(yè)中的安全

人機(jī)工程學(xué)

人的方面：駕駛?cè)藛T和乘坐人員，尤其是主要駕駛?cè)藛T的心理、生理狀態(tài)對運(yùn)輸作業(yè)系統(tǒng)的影響。

11.2汽車運(yùn)輸作業(yè)中的安全

人機(jī)工程學(xué)

運(yùn)輸工具方面：操縱裝置、顯示裝置、駕駛空間、坐席、視界及作業(yè)環(huán)境的微氣候等。環(huán)境方面：天氣的影響、道路設(shè)施、交通標(biāo)志、交通噪聲、照明條件等。運(yùn)輸工具方面：操縱裝置、顯示裝置、駕駛空間、坐席、視界及作11.2.1汽車事故與人的作業(yè)研究

汽車交通事故是當(dāng)前世界各國所面臨的嚴(yán)重問題。據(jù)統(tǒng)計：自1885年發(fā)明汽車以來，已有2000多萬人死于車禍，全世界每年平均有30萬人死于交通事故，傷殘者就更不計其數(shù)。11.2.1汽車事故與人的作業(yè)研究

影響駕駛疲勞的因素

1.駕駛?cè)藛T生活上的因素——如家庭生活環(huán)境、勞累程度、生活條件等。2.駕駛過程中的因素——如駕駛室內(nèi)的溫度以及濕度是否適宜、車內(nèi)噪聲情況、車內(nèi)振動情況、坐席的舒適程度等。影響駕駛疲勞的因素影響駕駛疲勞的因素3.駕駛員的條件——如體力、視力、身體健康狀況、年齡、經(jīng)驗以及性格等。4.駕駛的連續(xù)時間，它是造成司機(jī)疲勞的主要原因之一。

影響駕駛疲勞的因素11.2.2汽車的人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計

1．汽車坐椅設(shè)計2．汽車的控制系統(tǒng)設(shè)計3．駕駛室的空間設(shè)計4．汽車的視野設(shè)計11.2.2汽車的人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計

駕駛坐椅主要幾何參數(shù)

駕駛坐椅主要幾何參數(shù)方向盤與操縱器的綜合

設(shè)計布局

方向盤與操縱器的綜合

設(shè)計布局小汽車駕駛室腳踏板的空間布置

小汽車駕駛室腳踏板的空間布置11.2.3交通管理與設(shè)施系統(tǒng)的改善

①節(jié)約能源；②防止噪聲、振動、廢氣等公害；③道路的專用化、現(xiàn)代化；④交通系統(tǒng)管理的自動化；⑤汽車小型化、輕量化等等。11.2.3交通管理與設(shè)施系統(tǒng)的改善

11.2.4駕駛可靠性的定量分析方法

在駕駛中，對人的可靠性分析多引進(jìn)PS主因子（KeyPerformanceShapingFactor，簡稱PS主因子）。11.2.4駕駛可靠性的定量分析方法

基本失誤率與差錯狀態(tài)恢復(fù)度

FS、FO、FR分別代表感知基本失誤率、判斷基本失誤率以及動作基本失誤率RS、RO與RR分別代表理論上感知、判斷決策和動作的基本可靠度基本失誤率與差錯狀態(tài)恢復(fù)度

引進(jìn)駕駛差錯狀態(tài)恢復(fù)度C，對于感知、判斷決策與動作階段其相應(yīng)的CS,CO,CR表達(dá)式為：

式中KS，KO與KR分別表示感知、判斷決策與動作階段駕駛差錯狀態(tài)恢復(fù)能力的權(quán)重系數(shù)。引進(jìn)駕駛差錯狀態(tài)恢復(fù)度C，對于感知、判斷決策與動作階段其相駕駛可靠性模型I

理論上駕駛可靠度R可表示為三個行為階段的可靠度乘積，即：R＝RS·RO·RR＝(1－FS)·(1－FO)·(1－FR)（11-5）式中RS、RO與RR分別為理論上感知、判斷決策與動作的基本可靠度，而FS、FO與FR分別為理論上感知、判斷決策與動作的基本失誤率。駕駛可靠性模型I理論上駕駛可靠度R可表示為三個行為階段的可

駕駛員在行車時，由于PS主因子的制約導(dǎo)致理論上駕駛可靠度與實際的駕駛可靠度有了偏差，因此（11－5）式便修改為：

駕駛員在行車時，由于PS主因子的制約導(dǎo)致理論上駕駛可靠度與考慮自適應(yīng)性的駕駛可靠性模型II

即考慮自適應(yīng)性的駕駛可靠性模型II考慮自適應(yīng)性的駕駛可靠性模型II

考慮自適應(yīng)性的駕駛可靠性模型II

針對上圖所示的駕駛可靠性模型II，這時實際駕駛的可靠度R*為針對上圖所示的駕駛可靠性模型II，這時實際駕駛的可靠度R*

11.3航天人－機(jī)－環(huán)境系統(tǒng)中的

安全人機(jī)工程學(xué)問題

11.3.1航天人－機(jī)－環(huán)境系統(tǒng)的研究對象與任務(wù)

11.3航天人－機(jī)－環(huán)境系統(tǒng)中的

安人的特點航天員除了合適的身高和體重、良好的心理素質(zhì)和綜合素質(zhì)之外，還要求具有良好的抗超重耐力、有較好的缺氧耐力、有良好的心血管功能和前庭功能等。人的特點航天員除了合適的身高和體重、良好的心理素質(zhì)和綜合素質(zhì)機(jī)的特點機(jī)為載人航天器，尤其是再入大氣層時氣動熱十分嚴(yán)重、環(huán)境十分惡劣，因此對飛行器的安全行、可靠性以及可維修性有很高的要求。機(jī)的特點機(jī)為載人航天器，尤其是再入大氣層時氣動熱十分嚴(yán)重、環(huán)基本任務(wù)美國將人在航天中工作能力的增長大致劃分為三個階段：第一階段（1990年前），主要實現(xiàn)人安全容易地進(jìn)入空間并返回地面；在這個階段中，航天員的作用是乘客、操作者、觀察者及實驗者；第二階段（1990～2000年），主要實現(xiàn)人在近地球軌道空間永久性居住，航天員的作用主要是科學(xué)家、維修者、探索者；第三階段（2000年以后），實現(xiàn)人在空間中有限的自給自足，人的作用是服務(wù)人員、工人、建造者、生產(chǎn)者及月球居民?；救蝿?wù)美國將人在航天中工作能力的增長大致劃分為三個階段：

如何在航天特殊環(huán)境下將航天員、航天飛行器以及航天環(huán)境有機(jī)結(jié)合起來以確保載人航天工程的順利進(jìn)行，這正是航天人－機(jī)－環(huán)境系統(tǒng)的工作者所肩負(fù)的任務(wù)。如何在航天特殊環(huán)境下將航天員、航天飛行器以及航天環(huán)境有機(jī)結(jié)11.3.2航天特殊環(huán)境下所面臨的

安全人機(jī)工程學(xué)問題

壓力制度超重與失重低壓與缺氧問題空間孤獨以及相容性問題11.3.2航天特殊環(huán)境下所面臨的

壓力制度壓力制度是指飛行員與航天員居住的增壓密閉艙和穿著的防護(hù)服的內(nèi)環(huán)境所采用的何種氣體和多高的工作壓力。壓力制度壓力制度基本要求1確保航天員的安全與健康，即防低壓、又防缺氧對人體的傷害；2艙壓和航天服壓力的合理匹配，既能減少座艙意外減壓對人體的影響，又便于出艙活動；3要有利于座艙環(huán)境的控制系統(tǒng)和航天服系統(tǒng)的工程實現(xiàn)，并且具有高度的可靠性；4環(huán)境控制系統(tǒng)的諸參數(shù)應(yīng)該匹配合理，有利于實現(xiàn)“安全、高效、經(jīng)濟(jì)”的總體目標(biāo)。壓力制度基本要求超重與失重令為地球?qū)ξ矬w的引力，為物體運(yùn)動的加速度，因此有超重與失重令為地球?qū)ξ矬w的引力，為物體運(yùn)動的加速度，因此有

早期飛船發(fā)射時，超重曲線峰值時的G值為6～8，作用時間每級100～200S左右；返回時峰值的G值為8～10，持續(xù)時間200S左右。隨著火箭技術(shù)和再入大氣層技術(shù)的不斷完善與改進(jìn)，飛船起飛時的G值大約在4～5左右，返回時大約為5～7；對于航天飛機(jī)已實現(xiàn)了滑翔回收，減速過載的G值已降到2以下。早期飛船發(fā)射時，超重曲線峰值時的G值為6～8，作用時間每級常用加速度術(shù)語及矢量符號

常用加速度術(shù)語及矢量符號失重環(huán)境下人體的主要生理反應(yīng)神經(jīng)前庭系統(tǒng)——主要癥狀是眩暈、惡心，有時發(fā)生嘔吐和產(chǎn)生錯覺，全身感到不舒服，無法工作，影響了航天員的效率。心血管系統(tǒng)——航天員處于失重環(huán)境后數(shù)天便可出現(xiàn)心血管功能下降，主要表現(xiàn)在有的航天員心電圖心律不齊等現(xiàn)象。血液和電解質(zhì)——航天飛行后，許多航天員都出現(xiàn)了紅細(xì)胞容積減少，骨骼與肌肉系統(tǒng)——航天員在太空停留會發(fā)生骨質(zhì)喪失、骨質(zhì)疏松和骨骼肌萎縮的現(xiàn)象。失重環(huán)境下人體的主要生理反應(yīng)空間孤獨以及相容性問題思鄉(xiāng)病與恐懼癥——在狹小的艙室中居住的航天員會產(chǎn)生抑制不住的孤獨感、煩悶感和恐懼感。人際關(guān)系——長期的太空飛行還會造成航天員的一些心理障礙，例如乘員之間相互不協(xié)調(diào)、不滿意對方，甚至與地面工作人員產(chǎn)生對抗情緒。空間孤獨以及相容性問題11.4車輛人－機(jī)－環(huán)境系統(tǒng)中

乘員熱舒適性的數(shù)值計算11.4.1人體皮膚溫度的確定11.4.2人體熱舒適性的計算11.4.3典型算例與分析11.4車輛人－機(jī)－環(huán)境系統(tǒng)中

乘員熱舒車室內(nèi)人體熱舒適性計算的總框圖車室內(nèi)人體熱舒適性計算的總框圖車室內(nèi)三維流場和溫度的計算三維、湍流、雷諾平均Navier-Stokes方程瞬態(tài)時方程組的形式為連續(xù)方程：（11－15）

動力學(xué)方程：（11－16）

或者

（11－17）

車室內(nèi)三維流場和溫度的計算三維、湍流、雷諾平均Navier-

能量方程：（11－18）或者（11－19）式中，，，，，e與分別表示瞬態(tài)時的密度、壓強(qiáng)、速度、粘性應(yīng)力張量、應(yīng)力張量、單位體積所具有的廣義內(nèi)能與由于傳熱而導(dǎo)致的熱流矢；為熱傳導(dǎo)系數(shù)。能量方程：

在直角坐標(biāo)系下（11－15）、（11－17）與（11－19）式可寫為：

在直角坐標(biāo)系下（11－15）、（11－17）與（11邊界條件（以定常流動為例）進(jìn)口邊界條件（即車的進(jìn)風(fēng)口）：給進(jìn)口的總壓、總溫、進(jìn)口馬赫數(shù)等；出口邊界條件（即車的出風(fēng)口）：認(rèn)為沿z向出氣時邊界條件（以定常流動為例）

車室的內(nèi)壁面邊界條件：速度給無滑移條件；壁面溫度給出溫度的分布；認(rèn)為物面滿足非穿透邊界條件，物面的壓強(qiáng)值由法向動量方程決定。人體表面的邊界條件：速度給無滑移條件；給定人體表面皮膚溫度的分布；人體表面的壓強(qiáng)值也由法向動量方程決定。車室的內(nèi)壁面邊界條件：速度給無滑移條件；壁面溫度給出溫度的車室的簡化幾何形狀

車室的簡化幾何形狀有駕駛員與乘員的車室圖

有駕駛員與乘員的車室圖人體生物熱方程的計算

將人體劃分為15個不同的節(jié)段，即頭、頸、軀干、上臂、前臂、手、大腿、小腿和腳，如圖11.9所示。在人體節(jié)段的模型中又將每一個節(jié)段進(jìn)一步分為四個不同的層即核心層、肌肉層、脂肪層和皮膚層如圖11.10所示。人體生物熱方程的計算將人體劃分為15個不同的節(jié)段，即頭、頸圖11.9人體節(jié)段劃分示意圖

圖11.9人體節(jié)段劃分示意圖圖11.10節(jié)段分層示意圖

圖11.10節(jié)段分層示意圖

對于人體的某個節(jié)段而言，一般的熱平衡方程為：

（11－19）對于人體的某個節(jié)段而言，一般的熱平衡方程為：邊界條件

徑向滿足：周向滿足：在不同層的界面處：邊界條件徑向滿足：

式中R0為所考慮的人體節(jié)段的半徑，qc為體表與環(huán)境間的對流換熱，qr為體表與環(huán)境間的輻射換熱，qe為人體蒸發(fā)散熱，qs為太陽對人體的輻射換熱。應(yīng)指出的是，這里qe應(yīng)該包括皮膚有感蒸發(fā)、無感蒸發(fā)與呼吸換熱三部分。很顯然，有感蒸發(fā)項可以通過人體熱調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的控制分系統(tǒng)得到。式中R0為所考慮的人體節(jié)段的半徑，qc為體表與環(huán)境間的對流

生物熱方程（11－19）式的求解可采用有限差分法進(jìn)行離散，用時間推進(jìn)法進(jìn)行求解以獲得皮膚溫度與核心溫度。生物熱方程（11－19）式的求解可采用有限差分法進(jìn)行離散，11.4.2人體熱舒適性的計算

采用EQT指標(biāo)評定，其表達(dá)式為：11.4.2人體熱舒適性的計算

采用EQT指標(biāo)評定，其表達(dá)

式中(Teq)i為第i節(jié)段的當(dāng)量溫度；(Ts)i為第i節(jié)段的表面溫度；(vair)i為第i節(jié)段周圍的空氣速度，Si為第i節(jié)段的表面積，(hcal)i為在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下感受器標(biāo)定時的對流換熱系數(shù)，σ為斯蒂芬－波爾茲曼常數(shù)；εi為第i節(jié)段的發(fā)射率，（fi，n）為第i節(jié)段對座艙的n表面而言的角系數(shù)；(TS)i為第i節(jié)段的皮膚溫度，Tn為座艙n表面處的溫度，Qsol為人體得到的太陽輻射。式中(Teq)i為第i節(jié)段的當(dāng)量溫度；(Ts)i為第i節(jié)段冬季情況下人體的熱舒適范圍

冬季情況下人體的熱舒適范圍夏季情況下人體的熱舒適范圍

夏季情況下人體的熱舒適范圍11.4.3典型算例與分析

1、車室的主要幾何參數(shù)以及相關(guān)輸入?yún)?shù)2、關(guān)于流場計算的幾個典型算例3、關(guān)于人體生物熱方程求解的典型算例4、人體熱舒適性的EQT評價及算例11.4.3典型算例與分析

二維無人車室內(nèi)氣流速度場的等值線

二維無人車室內(nèi)氣流速度場的等值線二維載人車室內(nèi)氣流速度場的等值線

二維載人車室內(nèi)氣流速度場的等值線載人車室三維計算Y＝0.0mm處的速度場等值線（含右胳膊）

載人車室三維計算Y＝0.0mm處的速度場等值線（含右胳膊）載人車室三維計算Y＝230mm處的速度場等值線（含軀體）

載人車室三維計算Y＝230mm處的速度場等值線（含軀體）載人車室三維計算Y＝460mm處的速度場等值線（含左胳膊）

載人車室三維計算Y＝460mm處的速度場等值線（含左胳膊）載人車室三維計算Y＝230mm處的溫度場等值線（含軀體）載人車室三維計算Y＝230mm處的溫度場等值線（含軀體）人體各節(jié)段皮膚表面溫度的分布人體各節(jié)段皮膚表面溫度的分布程序初始化菜單

程序初始化菜單人體熱舒適性的EQT評價及算例

圖中兩條粗實線為文獻(xiàn)[520]給出的熱舒適邊界線，圖中黑點和圓圈為我們計算的結(jié)果，其中圓圈代表駕駛員身體的右側(cè)值，黑點代表身體左側(cè)的值。人體熱舒適性的EQT評價及算例

圖中兩條粗實線為文獻(xiàn)算例中司機(jī)的熱舒適狀況圖算例中司機(jī)的熱舒適狀況圖第11章安全人機(jī)工程學(xué)

基本理論的應(yīng)用

第11章安全人機(jī)工程學(xué)

基本理論的應(yīng)用

11.1視頻顯示裝置的安全

人機(jī)工程學(xué)

視頻顯示終端（VisualDisplayTerminals，簡稱VDT）包括計算機(jī)、電視機(jī)、打印機(jī)、游戲機(jī)等顯示裝置。11.1視頻顯示裝置的安全

11.1.1VDT對人體健康的影響對眼睛的影響——長期在視頻顯示終端屏幕前工作，感覺到視疲勞、視力模糊、調(diào)節(jié)功能出現(xiàn)障礙、眼角膜損失等癥狀。骨骼肌肉的反應(yīng)——長期在屏前操作有頸酸、頸痛、肩痛、腰痛、背酸無力、手腕感到過度疲勞等癥狀。對神經(jīng)行為的影響——長期從事VDT的作業(yè)者常感到處在“精神緊張”之中，常伴有頭痛、頭暈、記憶力減退等癥狀發(fā)生。11.1.1VDT對人體健康的影響11.1.2對操作者健康的

人機(jī)因素分析

視頻顯示器本身操作室的環(huán)境因素作業(yè)姿勢的影響

11.1.2對操作者健康的

人機(jī)因素分析

11.1.3對操作者健康的

防護(hù)措施

1.改善VDT操作室的環(huán)境2.減少VDT的電磁輻射3.從安全人機(jī)工程的角度對VDT操作室進(jìn)行設(shè)計與改造4.作業(yè)者應(yīng)保持合理的作業(yè)姿勢11.1.3對操作者健康的

防護(hù)措施

11.2汽車運(yùn)輸作業(yè)中的安全

人機(jī)工程學(xué)

人的方面：駕駛?cè)藛T和乘坐人員，尤其是主要駕駛?cè)藛T的心理、生理狀態(tài)對運(yùn)輸作業(yè)系統(tǒng)的影響。

11.2汽車運(yùn)輸作業(yè)中的安全

人機(jī)工程學(xué)

運(yùn)輸工具方面：操縱裝置、顯示裝置、駕駛空間、坐席、視界及作業(yè)環(huán)境的微氣候等。環(huán)境方面：天氣的影響、道路設(shè)施、交通標(biāo)志、交通噪聲、照明條件等。運(yùn)輸工具方面：操縱裝置、顯示裝置、駕駛空間、坐席、視界及作11.2.1汽車事故與人的作業(yè)研究

汽車交通事故是當(dāng)前世界各國所面臨的嚴(yán)重問題。據(jù)統(tǒng)計：自1885年發(fā)明汽車以來，已有2000多萬人死于車禍，全世界每年平均有30萬人死于交通事故，傷殘者就更不計其數(shù)。11.2.1汽車事故與人的作業(yè)研究

影響駕駛疲勞的因素

1.駕駛?cè)藛T生活上的因素——如家庭生活環(huán)境、勞累程度、生活條件等。2.駕駛過程中的因素——如駕駛室內(nèi)的溫度以及濕度是否適宜、車內(nèi)噪聲情況、車內(nèi)振動情況、坐席的舒適程度等。影響駕駛疲勞的因素影響駕駛疲勞的因素3.駕駛員的條件——如體力、視力、身體健康狀況、年齡、經(jīng)驗以及性格等。4.駕駛的連續(xù)時間，它是造成司機(jī)疲勞的主要原因之一。

影響駕駛疲勞的因素11.2.2汽車的人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計

1．汽車坐椅設(shè)計2．汽車的控制系統(tǒng)設(shè)計3．駕駛室的空間設(shè)計4．汽車的視野設(shè)計11.2.2汽車的人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計

駕駛坐椅主要幾何參數(shù)

駕駛坐椅主要幾何參數(shù)方向盤與操縱器的綜合

設(shè)計布局

方向盤與操縱器的綜合

設(shè)計布局小汽車駕駛室腳踏板的空間布置

小汽車駕駛室腳踏板的空間布置11.2.3交通管理與設(shè)施系統(tǒng)的改善

①節(jié)約能源；②防止噪聲、振動、廢氣等公害；③道路的專用化、現(xiàn)代化；④交通系統(tǒng)管理的自動化；⑤汽車小型化、輕量化等等。11.2.3交通管理與設(shè)施系統(tǒng)的改善

11.2.4駕駛可靠性的定量分析方法

在駕駛中，對人的可靠性分析多引進(jìn)PS主因子（KeyPerformanceShapingFactor，簡稱PS主因子）。11.2.4駕駛可靠性的定量分析方法

基本失誤率與差錯狀態(tài)恢復(fù)度

FS、FO、FR分別代表感知基本失誤率、判斷基本失誤率以及動作基本失誤率RS、RO與RR分別代表理論上感知、判斷決策和動作的基本可靠度基本失誤率與差錯狀態(tài)恢復(fù)度

引進(jìn)駕駛差錯狀態(tài)恢復(fù)度C，對于感知、判斷決策與動作階段其相應(yīng)的CS,CO,CR表達(dá)式為：

式中KS，KO與KR分別表示感知、判斷決策與動作階段駕駛差錯狀態(tài)恢復(fù)能力的權(quán)重系數(shù)。引進(jìn)駕駛差錯狀態(tài)恢復(fù)度C，對于感知、判斷決策與動作階段其相駕駛可靠性模型I

理論上駕駛可靠度R可表示為三個行為階段的可靠度乘積，即：R＝RS·RO·RR＝(1－FS)·(1－FO)·(1－FR)（11-5）式中RS、RO與RR分別為理論上感知、判斷決策與動作的基本可靠度，而FS、FO與FR分別為理論上感知、判斷決策與動作的基本失誤率。駕駛可靠性模型I理論上駕駛可靠度R可表示為三個行為階段的可

駕駛員在行車時，由于PS主因子的制約導(dǎo)致理論上駕駛可靠度與實際的駕駛可靠度有了偏差，因此（11－5）式便修改為：

駕駛員在行車時，由于PS主因子的制約導(dǎo)致理論上駕駛可靠度與考慮自適應(yīng)性的駕駛可靠性模型II

即考慮自適應(yīng)性的駕駛可靠性模型II考慮自適應(yīng)性的駕駛可靠性模型II

考慮自適應(yīng)性的駕駛可靠性模型II

針對上圖所示的駕駛可靠性模型II，這時實際駕駛的可靠度R*為針對上圖所示的駕駛可靠性模型II，這時實際駕駛的可靠度R*

11.3航天人－機(jī)－環(huán)境系統(tǒng)中的

安全人機(jī)工程學(xué)問題

11.3.1航天人－機(jī)－環(huán)境系統(tǒng)的研究對象與任務(wù)

11.3航天人－機(jī)－環(huán)境系統(tǒng)中的

安人的特點航天員除了合適的身高和體重、良好的心理素質(zhì)和綜合素質(zhì)之外，還要求具有良好的抗超重耐力、有較好的缺氧耐力、有良好的心血管功能和前庭功能等。人的特點航天員除了合適的身高和體重、良好的心理素質(zhì)和綜合素質(zhì)機(jī)的特點機(jī)為載人航天器，尤其是再入大氣層時氣動熱十分嚴(yán)重、環(huán)境十分惡劣，因此對飛行器的安全行、可靠性以及可維修性有很高的要求。機(jī)的特點機(jī)為載人航天器，尤其是再入大氣層時氣動熱十分嚴(yán)重、環(huán)基本任務(wù)美國將人在航天中工作能力的增長大致劃分為三個階段：第一階段（1990年前），主要實現(xiàn)人安全容易地進(jìn)入空間并返回地面；在這個階段中，航天員的作用是乘客、操作者、觀察者及實驗者；第二階段（1990～2000年），主要實現(xiàn)人在近地球軌道空間永久性居住，航天員的作用主要是科學(xué)家、維修者、探索者；第三階段（2000年以后），實現(xiàn)人在空間中有限的自給自足，人的作用是服務(wù)人員、工人、建造者、生產(chǎn)者及月球居民?；救蝿?wù)美國將人在航天中工作能力的增長大致劃分為三個階段：

如何在航天特殊環(huán)境下將航天員、航天飛行器以及航天環(huán)境有機(jī)結(jié)合起來以確保載人航天工程的順利進(jìn)行，這正是航天人－機(jī)－環(huán)境系統(tǒng)的工作者所肩負(fù)的任務(wù)。如何在航天特殊環(huán)境下將航天員、航天飛行器以及航天環(huán)境有機(jī)結(jié)11.3.2航天特殊環(huán)境下所面臨的

安全人機(jī)工程學(xué)問題

壓力制度超重與失重低壓與缺氧問題空間孤獨以及相容性問題11.3.2航天特殊環(huán)境下所面臨的

壓力制度壓力制度是指飛行員與航天員居住的增壓密閉艙和穿著的防護(hù)服的內(nèi)環(huán)境所采用的何種氣體和多高的工作壓力。壓力制度壓力制度基本要求1確保航天員的安全與健康，即防低壓、又防缺氧對人體的傷害；2艙壓和航天服壓力的合理匹配，既能減少座艙意外減壓對人體的影響，又便于出艙活動；3要有利于座艙環(huán)境的控制系統(tǒng)和航天服系統(tǒng)的工程實現(xiàn)，并且具有高度的可靠性；4環(huán)境控制系統(tǒng)的諸參數(shù)應(yīng)該匹配合理，有利于實現(xiàn)“安全、高效、經(jīng)濟(jì)”的總體目標(biāo)。壓力制度基本要求超重與失重令為地球?qū)ξ矬w的引力，為物體運(yùn)動的加速度，因此有超重與失重令為地球?qū)ξ矬w的引力，為物體運(yùn)動的加速度，因此有

早期飛船發(fā)射時，超重曲線峰值時的G值為6～8，作用時間每級100～200S左右；返回時峰值的G值為8～10，持續(xù)時間200S左右。隨著火箭技術(shù)和再入大氣層技術(shù)的不斷完善與改進(jìn)，飛船起飛時的G值大約在4～5左右，返回時大約為5～7；對于航天飛機(jī)已實現(xiàn)了滑翔回收，減速過載的G值已降到2以下。早期飛船發(fā)射時，超重曲線峰值時的G值為6～8，作用時間每級常用加速度術(shù)語及矢量符號

常用加速度術(shù)語及矢量符號失重環(huán)境下人體的主要生理反應(yīng)神經(jīng)前庭系統(tǒng)——主要癥狀是眩暈、惡心，有時發(fā)生嘔吐和產(chǎn)生錯覺，全身感到不舒服，無法工作，影響了航天員的效率。心血管系統(tǒng)——航天員處于失重環(huán)境后數(shù)天便可出現(xiàn)心血管功能下降，主要表現(xiàn)在有的航天員心電圖心律不齊等現(xiàn)象。血液和電解質(zhì)——航天飛行后，許多航天員都出現(xiàn)了紅細(xì)胞容積減少，骨骼與肌肉系統(tǒng)——航天員在太空停留會發(fā)生骨質(zhì)喪失、骨質(zhì)疏松和骨骼肌萎縮的現(xiàn)象。失重環(huán)境下人體的主要生理反應(yīng)空間孤獨以及相容性問題思鄉(xiāng)病與恐懼癥——在狹小的艙室中居住的航天員會產(chǎn)生抑制不住的孤獨感、煩悶感和恐懼感。人際關(guān)系——長期的太空飛行還會造成航天員的一些心理障礙，例如乘員之間相互不協(xié)調(diào)、不滿意對方，甚至與地面工作人員產(chǎn)生對抗情緒?？臻g孤獨以及相容性問題11.4車輛人－機(jī)－環(huán)境系統(tǒng)中

乘員熱舒適性的數(shù)值計算11.4.1人體皮膚溫度的確定11.4.2人體熱舒適性的計算11.4.3典型算例與分析11.4車輛人－機(jī)－環(huán)境系統(tǒng)中

乘員熱舒車室內(nèi)人體熱舒適性計算的總框圖車室內(nèi)人體熱舒適性計算的總框圖車室內(nèi)三維流場和溫度的計算三維、湍流、雷諾平均Navier-Stokes方程瞬態(tài)時方程組的形式為連續(xù)方程：（11－15）

動力學(xué)方程：（11－16）

或者

（11－17）

車室內(nèi)三維流場和溫度的計算三維、湍流、雷諾平均Navier-

能量方程：（11－18）或者（11－19）式中，，，，，e與分別表示瞬態(tài)時的密度、壓強(qiáng)、速度、粘性應(yīng)力張量、應(yīng)力張量、單位體積所具有的廣義內(nèi)能與由于傳熱而導(dǎo)致的熱流矢；為熱傳導(dǎo)系數(shù)。能量方程：

在直角坐標(biāo)系下（11－15）、（11－17）與（11－19）式可寫為：

在直角坐標(biāo)系下（11－15）、（11－17）與（11邊界條件（以定常流動為例）進(jìn)口邊界條件（即車的進(jìn)風(fēng)口）：給進(jìn)口的總壓、總溫、進(jìn)口馬赫數(shù)等；出口邊界條件（即車的出風(fēng)口）：認(rèn)為沿z向出氣時邊界條件（以定常流動為例）

車室的內(nèi)壁面邊界條件：速度給無滑移條件；壁面溫度給出溫度的分布；認(rèn)為物面滿足非穿透邊界條件，物面的壓強(qiáng)值由法向動量方程決定。人體表面的邊界條件：速度給無滑移條件；給定人體表面皮膚溫度的分布；人體表面的壓強(qiáng)值也由法向動量方程決定。車室的內(nèi)壁面邊界條件：速度給無滑移條件；壁面溫度給出溫度的車室的簡化幾何形狀

車室的簡化幾何形狀有駕駛員與乘員的車室圖

有駕駛員與乘員的車室圖人體生物熱方程的計算

將人體劃分為15個不同的節(jié)段，即頭、頸、軀干、上臂、前臂、手、大腿、小腿和腳，如圖11.9所示。在人體節(jié)段的模型中又將每一個節(jié)段進(jìn)一步分為四個不同的層即核心層、肌肉層、脂肪層和皮膚層如圖11.10所示。人體生物熱方程的計算將人體劃分為15個不同的節(jié)段，即頭、頸圖11.9人體節(jié)段劃分示意圖

圖11.9人體節(jié)段劃分示意圖圖11.10節(jié)段分層示意圖

圖11.10節(jié)段分層示意圖

對于人體的某個節(jié)段而言，一般的熱平衡方程為：

（11－19）對于人體的某個節(jié)段而言，一般的熱平衡方程為：邊界條件

徑