飛機人機工程設計（完整版）

1、飛機座艙人機工效設計摘要：當今社會、科學開展離不開人機工程學的進步。人、機、環(huán)境構成了人機工 程學的三要素， 其之間的相互關系構成了人機工程學的主要研究內容。 而航空產 品的復雜性特點對人機工程學提出了更高的要求。 本文從飛機環(huán)境控制出發(fā)結合 具體事例研究飛機的人機工程設計問題， 尤其是座艙壓力控制、 成員平安保障問 題。關鍵字： 人機工程學飛行環(huán)境座艙壓力控制自第一次產業(yè)革命以來， 人類的勞動即進入了機器時代， 人的勞 動作業(yè)在復雜程度和負荷量上均有了很大變化，人、機器，及他們所 處的環(huán)境相應構成了一個更加復雜的系統(tǒng)。 在這復雜系統(tǒng)的運作過程 中，為解決這些問題，人們進展了一些探索、研究，如

2、早期總結提出 的Weber法那么、Bloch法那么等。隨著科學技術的開展與人類社會 的進步，人-機器-環(huán)境三元素構成的系統(tǒng)也愈加復雜龐大。 如何處理 人與機器、機器與環(huán)境、環(huán)境與人以及三者結合的關系，如何從這樣 的系統(tǒng)中獲得最高的效能實現(xiàn)最大的平安等問題便成了人們關注的 問題，因此針對這些方面人們進展了更加深入細致的研究探索。 在這 一過程中提出的理論、 實驗手段等便逐漸形成了一門嶄新的科學 人機工程學。對這一新興的邊緣科學， 錢學深等前輩給出了科學的定義。 “人 是指作為工作主體的人，指參與系統(tǒng)工程的作業(yè)者；“機是指人所 控制的一切對象， 是指與人處于同一系統(tǒng)中與人交換信息、 能量和物 質，

3、并為人借以實現(xiàn)系統(tǒng)目標的物的總稱；“環(huán)境是指人、機共處 的外部條件或特定工作條件。 人機工程學即是采用人體科學與現(xiàn)代科 學的理論與方法， 正確處理這三者關系研究三者最優(yōu)組合的科學。 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之間的 相互關系。其研究內容包括七個方面：人的因素與人的特性研究、機 器的特性研究、環(huán)境的特性研究、人 -機關系的研究、人 - 環(huán)境關系的 研究、機 -環(huán)境關系的研究、人 -機-環(huán)境系統(tǒng)總體性能的研究。就航空界而言， 人機工程學的研究顯得尤為重要。 飛機駕駛艙內 有一、二百個儀表、按鈕、把桿、信號燈 ,駕駛員要依靠眼、耳與手 的感覺去獲得外界與儀表的信息

4、 ,然后迅速做出判斷 ,并立即通過手、 腳等運動器官進展正確操縱 ,這是相當困難的作業(yè)過程。同時飛機所 處的高空、高速、低溫等環(huán)境也是相當復雜的，這對飛機的性能、飛 行員素質已有很高的要求。 結合我們的專業(yè)特點， 我們小組主要針對 飛機的環(huán)境控制系統(tǒng)進展了仔細的討論和學習。飛機環(huán)境控制系統(tǒng)， 是飛機主要的子系統(tǒng)之一，其主要涉及飛機對座艙壓力、溫度、濕度 等的調節(jié)與控制， 以為乘客或電子設備提供必要而適宜的環(huán)境。 在各 項指標中最為重要的便是壓力指標， 其不僅影響乘客的舒適性， 更直 接關乎成員的生命平安。飛機在大多數時間都處于高空飛行狀態(tài)。短航線的飛機一般在 6000 米至 9600 米飛行，

5、長航線的飛機一般在 8000 米至 12600 米飛 行，現(xiàn)在的普通民航客機最高飛行高度不會超過 12600 米，有一些公 務機的飛行高度可以到達 15000 米。如，波音 757-200 飛機最高飛行高度為11280米，波音777-200飛機最高飛行高度可達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遞減的,時間飛行不會因輕度缺氧而過度疲勞的最大高度，3km是逐漸加重缺 氧的起始高度。對軍用機而言，座艙高度那么取在8km以下。另外，壓力的變化速度過快也會使人體感到不適。這是由于耳咽管的特點所造成的：當耳內壓力較外界壓力大時，由于耳咽管的作用 可迅速泄壓，是內外壓力平衡；而當

6、耳外壓力較大時，除了吞咽、打 哈欠等動作外，耳咽管不易翻開。這就導致了當外界增壓很快時，耳 膜兩側壓力不能立即平衡，使人感覺不適、疼痛直至破裂。所以，對于旅客機、運輸機，壓力降低速度每秒不超過 21.342.7Pa;壓力增加速度每秒不超過 1821.3Pa。如波音707客 機，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。對殲擊機、轟炸機，壓力降低速度每秒不超過 0.671.33kPa; 壓力增加速度每秒不超過0.400.67kPa。針對人體對于大氣壓力的要求，以及飛機制造上的經濟性原那么， 我們標準了飛行過程中座艙內壓力隨海拔高度變化的規(guī)律。旅客機有兩種

7、座艙壓力制度。第一種是先以相當于海平面的絕對壓力保持到某 一高度，然后又與外界大氣壓保持等壓差變化至飛機設計高度。另一種是座艙從一開場就按某一曲線變化，直至飛機設計高度。戰(zhàn)斗機的壓力制度有三種，其內容不在此具體論述。座艙的壓力控制主要部件是座艙壓力調節(jié)器， 它通常由控制機構 和排氣活門兩局部組成。目前國內大多數軍用和民用飛機所采用的是 氣動式座艙壓力調節(jié)器，但隨著對飛機性能要求的提高，傳統(tǒng)的座艙 壓力調節(jié)器已不能很好的滿足飛行員的生理要求和飛行要求。對座艙壓力調節(jié)器的研究、改良和創(chuàng)新，是飛機設計師致力從事的工作。氣 動轉換器實現(xiàn)飛行速度變化時對座艙壓力的調節(jié)以及氣容對座艙壓 力變化速率的調節(jié)等

8、功能是改良的關鍵。根據對人體生理學的研究， 飛機進展機動飛行時，座艙壓力增長速率不應超過 0.67 kPa/s，壓力 降低速率不應超過1.33kPa/s，尋找新型座艙壓力調節(jié)器，使飛行員在 空中能夠更好地進展飛行訓練或完成高難度的任務，保證飛機在飛行時能夠自動調節(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。案例分析機艙失壓在軍用和民用飛行中并不罕見 ，全世界每年大概會出現(xiàn) 50起左右的失壓事件。大局部情況下，機組人員都能及時米取應對措 施，防止乘客遭受傷害。但機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，一架維珍藍航空公司波音 737-700 客機從 澳大利亞庫倫加塔黃金海岸機場飛往墨爾本， 機上載有 145 名乘客和 6 名機組人員， 從庫倫加塔起飛爬升至高度 31800 英尺時，客艙壓力 急劇下降， 機組人員戴上氧氣面罩并實施緊急下降。 飛機隨即改航布 里斯班平安著陸。2. 事故經過在未使用發(fā)動機引氣的情況下， 飛機從庫倫加塔起飛。 起飛加速 過程中， 地速到達約 27 節(jié)時，機組收到主警告以及右側發(fā)動機“引氣 跳開的琥珀色指示。機長當時負責飛行操縱，他決定繼續(xù)起飛。當 飛機爬升至離地高度 900 英尺時，自動駕駛接通， 飛行人員發(fā)現(xiàn)無

10、法 重置右側引氣系統(tǒng)， 隨后按照僅使用左側引氣系統(tǒng)供給飛機的空調進 展了設置。 在爬升過程中， 一名乘務員通知駕駛艙機組人員說客艙內 的溫度過高令人不舒服， 副駕駛的回應是將客艙調為較低的溫度并將 駕駛艙內的溫度調高。機組人員決定以FL250的高度繼續(xù)飛往墨爾本, 這個高度比他們方案的巡航高度低。起飛后 17 分鐘，機組人員發(fā)現(xiàn) 他們已進入了結冰條件，于是決定爬升至FL350脫離結冰條件，然而 發(fā)動機和機翼的防冰系統(tǒng)都沒有翻開。飛機從高度FL250飛往高度FL350,4分鐘后爬升至高度FL318, 機組人員發(fā)現(xiàn)“組件跳開指示燈亮，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、，機組人員戴上氧氣面罩并使飛 機緊急下降至 10000英尺。機組人員沒有立即通知乘客， 他們希望能 夠在座艙高度上升至 14000 英尺之前將飛機降到 14000 英尺之下， 然而當飛機降至FL143時，座艙高度已超過14000英尺，氧氣面罩自 動放下。左側空調系統(tǒng)跳開 7分鐘后，飛機在 10000 英尺高度改平， 然后被放行降至 8000 英尺。機組人員現(xiàn)在開場執(zhí)行空調組件跳開異 常情況檢查單， 并且能夠同時重置左側空調系統(tǒng)和右側引氣系統(tǒng)。 之 后飛機改航布里斯班平安著陸。3. 原因分析在未使用發(fā)動機引氣的起飛過程中， 一個有缺陷的高壓級活門使 得飛機右引氣系統(tǒng)中壓力增加， 這觸發(fā)了系統(tǒng)的超

12、壓電門跳開了右側 引氣。機組人員繼續(xù)飛行并爬升超過高度層 FL250,這一最低設備清 單指定的單空調組件運行的飛行上限。由于一個軟管的損壞而導致系統(tǒng)熱交換器中空氣流通不暢， 進而 使得唯一運行的左側空調組件跳開， 結果造成客艙失壓。 繼未使用發(fā) 動機引氣起飛后， 飛行機組人員沒有按照補充程序重新配置引氣系統(tǒng) 控制，無意識的將右側機翼防冰與正常工作的引氣源隔離， 將飛機置 于可能發(fā)生不對稱機翼結冰的風險中。飛機在結冰的條件下運行時， 飛行機組人員沒有激活飛機的發(fā)動機防冰系統(tǒng)， 從而增加了發(fā)生發(fā)動 機結冰事件的風險。機組人員表現(xiàn)出不符合機艙氧氣系統(tǒng)操作的知識， 這增加了機艙 工作人員能力下降或乘客受傷害的風險。4. 平安建議飛機在飛行前必須做好平安檢查。 (1).預先準備階段，執(zhí)行飛行 任務前一天必須熟悉航路， 做好突發(fā)問題預案等方面的準備。 (2)直接 準備階段，執(zhí)行飛行任務當天，查看天氣、確定用油量、對飛機進展 各項平安檢查。 (3)飛行實施階段， 等旅客進入客機機艙后， 進展起飛 前檢查、準備。 研發(fā)先進的壓力控制系統(tǒng)。使用集中控制式壓力調節(jié) 器，將座艙壓力調節(jié)和引氣控制組合為一體進展集中控制， 即進展座 艙壓力自動調節(jié)、故障自動巡檢和通告，