一種載人離心機用座椅的設計方法與流程
2023-05-27 06:15:17 1
1.本發明涉及飛行員訓練設備技術領域，具體的說是一種載人離心機用座椅的設計方法。
背景技術：
2.為了提高飛行員飛行中的抗荷耐力，需要利用載人離心機對飛行員進行抗荷生理訓練。在離心機訓練中，座椅是保障飛行員人身安全的關鍵設備，也是影響飛行員感知和座艙環境舒適度的第一位重要因素。座椅設計是離心機座艙設計中的一項重要內容，它是離心機上飛行員能夠安全、有效操縱駕駛杆進行動態飛行模擬的物理載體，需要滿足飛行員對座艙內所有顯示和控制裝置的視覺可達和操作可達。因此座椅設計是否合理不僅影響著飛行員的舒適性感知，也影響了飛行員抗荷動作的正常實施。離心機座艙內現用的座椅以結構強度為主，功能性設計較為簡單,座椅系統已不符合我國飛行員的人體尺寸要求，如座高調節範圍有限，較高飛行員小腿會碰到座艙儀錶板而較低飛行員腳蹬不到腳踏板，座椅距離腳踏板距離的可調範圍有限；現有座椅適體性差，座椅調整需機械手動調整，調整繁瑣且需較長時間，緊急情況下飛行員安全撤離的過程也相對繁瑣等。特別是隨著飛行員抗過載能力訓練要求的提高和新型戰機與配套抗荷裝備的發展，現存的一些問題影響飛行員做正確抗荷動作，影響了飛行員的g耐力，在一定程度上影響到了飛行員的選拔和訓練的結果的準確性，以及通過訓練進行耐力提升的效果。
技術實現要素：
3.針對現有技術中存在的上述不足之處，本發明目的是提供一種符合人體尺寸要求、便於快速調整，提高了訓練時的適體性、便捷性、舒適性和安全性，選拔和訓練結果都較為準確的座椅設計方案。
4.本發明為實現上述目的所採用的技術方案是：一種載人離心機用座椅的設計方法，包括座椅頭靠、座椅調整裝置、座椅靠背、座椅椅面、座椅基座這五個部分的模塊化設計和附件設計，其中附件設計又包括舒適性組件和安全帶的設計，具體設計方式及要求如下：
5.第一，座椅頭靠安裝位置固定，座椅頭靠設有眼位調節標誌點，作為飛行員頭部的參考點；
6.第二，座椅調整裝置包括驅動機構和鎖定機構，所述驅動機構用於驅動靠背、椅面上下和前後移動，所述鎖定機構則用於鎖定靠背、椅面的相對位置，座椅位移調整後飛行員的頭部和座艙滾轉俯仰軸的中心重合，座椅調整裝置的調節採用電動調節方式，座椅一側設雙向控制開關；
7.座椅進行上下前後位置的調節，其上下調節範圍可滿足我國國軍標gjb4856-2003中殲(強)擊機飛行員的5％到95％百分位位置範圍的身高，即滿足飛行員1647mm-1765mm的身高範圍；
8.座椅進行上下前後位置的調節，使飛行員的上肢可達域可滿足我國國軍標
gjb4856-2003中殲(強)擊機飛行員3.21項背指點距，該項指標的5％到95％百分位位置範圍的數據，即上肢可達域滿足695.0-788.0mm的可達範圍；
9.第三，座椅靠背角度調節採用手動方式實現，靠背角即座椅靠背和座艙z軸之間的夾角，靠背角能實現放平即0
°
，和13
°
，17
°
，22
°
，30
°
，靠背角調整步長為2.5
°
；
10.第四，為提高座椅的整體強度，座椅靠背和座椅椅面之間設計為固定角度，即開放角固定，為101
°
；
11.第四，舒適性組件包括座椅頭靠處的頭墊，座椅靠背處的背墊和腰墊，所述背墊和腰墊可設計為兩個獨立結構使用，也可以將背墊和腰墊相互連接成為一體式結構使用，椅面上的座墊，頭墊、背墊、腰墊和座墊均為可拆卸式，且材質透氣，不易打滑，同時具有一定的柔韌性；
12.第五，座椅採用五點式安全帶，通過兩邊肩膀、臀部，固定到雙腿之間的卡扣上，從五個方向消散對飛行員的衝擊力量，最大限度地減小力量的積聚，避免對飛行員造成傷害。
13.所述座椅承重(離心機上座椅稱重專指：飛行員重量+個體裝備重量)不少於110kg，同時座椅在保證最低強度和剛度的前提下，座椅應儘量採用輕型材質；
14.所述座椅寬度的設計為470mm，比真實飛機椅寬略大，與現離心機座椅寬度一致，根據gjb19b-2007，坐姿臀寬在99％百分位的數值是383.0mm。椅寬滿足國軍標，相對飛機增加一定的舒適度，同時兼顧座艙的布局，寬度不過大，不影響艙內座椅的周邊設施；
15.所述座椅強度滿足安全係數≥1.5，座椅剛度滿足一階自然頻率》20hz；
16.所述座椅在離心機座艙x，y，z三個軸向可承受的載荷範圍分別不低於gx：-6g～+10g、gy：-3g～+3g、gz：-5g～+15g。
17.緊急情況下，能夠實現座椅的快速放平和飛行員的快速撤離，座椅放平採用手動方式，由當前狀態至放平狀態的時間要求不超過10s。
18.本發明的有益效果：本座椅更加符合我國飛行員的人體尺寸要求，可以方便快捷地為每一位飛行員量身進行調整，大大提高了飛行員訓練時的適體性、便捷性、舒適性和安全性，極大地降低了座椅客觀因素對飛行員耐力的不利影響，提高了飛行員選拔和訓練結果的準確性，提高了通過離心機訓練對飛行員進行耐力提升的效果。
附圖說明
19.圖1為本發明座椅角度調節示意圖；
20.圖2為本發明座椅可滿足的身高範圍和上肢可達域示意圖；
21.圖3為本發明座椅結構示意圖；
22.圖4為本發明附件設計結構示意圖。
23.圖中：
24.①
靠背角、
②
開放角、
③
椅面角；
25.1座椅靠背、2座椅椅面、3座墊、4頭墊、5背墊、6腰墊、7座椅頭靠、8座椅調整裝置、9座椅基座、10安全帶。
具體實施方式
26.下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完
整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
27.請參閱圖1-3，一種載人離心機用座椅的設計方法，包括座椅頭靠7、座椅調整裝置8、座椅靠背1、座椅椅面2、座椅基座9這五個部分的模塊化設計和附件設計，其中附件設計又包括舒適性組件和安全帶10的設計，具體設計方式及要求如下：
28.第一，座椅頭靠7安裝位置固定，座椅頭靠7設有眼位調節標誌點，作為飛行員頭部的參考點；
29.第二，座椅調整裝置8包括驅動機構和鎖定機構，所述驅動機構用於驅動靠背、椅面上下和前後移動，所述鎖定機構則用於鎖定靠背、椅面的相對位置，座椅位移調整後飛行員的頭部和座艙滾轉俯仰軸的中心重合，座椅調整裝置8的調節採用電動調節方式，座椅一側設雙向控制開關；
30.座椅進行上下前後位置的調節，可滿足我國國軍標gjb4856-2003中殲(強)擊機飛行員的5％到95％百分位位置範圍的身高，即滿足飛行員1647mm-1765mm的身高範圍，見附圖2所示；
31.座椅進行上下前後位置的調節，上肢可達域可滿足我國國軍標gjb4856-2003中殲(強)擊機飛行員3.21項背指點距，該項指標的5％到95％百分位位置範圍的數據，即上肢可達域滿足695.0-788.0mm的可達範圍，見附圖2所示；
32.第三，座椅靠背1角度調節採用手動方式實現，靠背角即座椅靠背1和座艙z軸之間的夾角，為提高座椅的整體強度，座椅靠背1和座椅椅面2之間設計為固定角度，即開放角固定，即附圖1中的
②
，為101
°
，靠背角如附圖1中的
①
，能實現放平即0
°
，和13
°
，17
°
，22
°
，30
°
；靠背角調整精度儘量小，同時應兼顧滿足座椅的結構強度。本設計中，靠背角調整步長為2.5
°
；
33.開放角設計為101
°
，設計原因：當靠背角是常用的17
°
時，椅面角為6
°
，其中椅面角如附圖1中的
③
，為座椅椅面2與水平面之間形成的夾角，該角度與現離心機座椅椅面2角一致，符合國軍標gjb19b-2007中椅面角》＝5
°
的標準，同時也很好地兼顧了日常改裝和訓練時的飛行員的舒適性。當椅背角為17
°
，22
°
，30
°
時,對應椅面角為6
°
,11
°
,和19
°
,該角度不至於過大，影響舒適度。
34.第四，舒適性組件包括座椅頭靠7處的頭墊4，座椅靠背1處的背墊5和腰墊6，椅面上的座墊3，頭墊4、背墊5、腰墊6和座墊3均為可拆卸式，頭墊4便於拆卸，使得飛行員在配戴和不配戴頭盔的情況下，其頭部都能夠和座椅靠背1很好契合，且材質透氣，不易打滑，同時具有一定的柔韌性，以增加飛行員的舒適感；
35.第五，座椅採用五點式安全帶10，通過兩邊肩膀、臀部，固定到雙腿之間的卡扣上，從五個方向消散對飛行員的衝擊力量，最大限度地減小力量的積聚，避免對飛行員造成傷害。
36.座椅承重(離心機上座椅稱重專指：飛行員重量+個體裝備重量)不少於110kg，同時座椅在保證最低強度和剛度的前提下，座椅應儘量採用輕型材質；
37.座椅寬度的設計為470mm，比真實飛機椅寬略大，與現離心機座椅寬度一致，根據gjb19b-2007，坐姿臀寬在99％百分位的數值是383.0mm。椅寬滿足國軍標，相對飛機增加一
定的舒適度，同時兼顧座艙的布局，寬度不過大，不影響艙內座椅的周邊設施；
38.座椅強度滿足安全係數≥1.5，座椅剛度滿足一階自然頻率》20hz；
39.座椅在離心機座艙x，y，z三個軸向可承受的載荷範圍分別不低於gx：-6g～+10g、gy：-3g～+3g、gz：-5g～+15g；
40.確定該載荷範圍的依據：(1)在目前的離心機高過載訓練中，當gz到達的最大值為9g，此時gx介於-1g～+1.1g之間，gy在0g～0.2g。
41.(2)目前的離心機推拉訓練中，目前最大推拉載荷曲線為，推拉效應3.5g/10s，即從1g開始離心機啟動(1g/s的增長率)，達到1.4g基線持續數秒，由基線載荷下降至-1gz,(下降率1g/s)，持續5s，然後立刻暴露於+3.5gz,(增長率2g/s)，持續10s，在該曲線中，gx在-0.3g～+1.3g之間，gy介於-0.1g～+0.7g之間。
42.(3)另外目前的側向訓練曲線4.5g/10s，即從1g開始離心機啟動，以1g/s的增長率達到1.4g基線持續數秒，由基線載荷下降至-1gy(下降率1g/s)，持續5s，然後立刻暴露於+4.5gz,(增長率2g/s)，持續10s。該曲線中，gx介於-0.3g～+0.3g之間，gy介於-1.5g～+0.2g之間。鑑於以上目前的實際訓練情況，設定的離心機座艙x，y，z三個軸向可承受的載荷範圍分別不低於gx：-6g～+10g、gy：-3g～+3g、gz：-5g～+15g，可滿足目前的訓練需求。
43.其中一種實施例中，緊急情況下，可以實現座椅的快速放平和飛行員的快速撤離。為避免掉電時給座椅的快速撤離帶來困難，座椅放平採用手動方式，並儘可能簡化撤離時的操作步驟，例如只要拔掉座椅兩端的插銷，即可實現，由當前狀態至放平狀態的時間要求儘量短，不超過10s。緊急撤離時的安全性，需通過仿真人體，做緊急撤離模擬試驗來加以驗證。由於本設計中，座椅靠背1和座椅椅面2之間的角度，即座椅開放角為固定角度，在執行撤離程序時，需確保仿真人體的腿腳部分和座艙內儀錶板始終不會碰撞上。
44.綜上，本發明具有以下有益效果：
45.隨著飛行員抗過載能力訓練要求的提高和新型戰機與配套抗荷裝備的發展，飛行員在訓練時需要實施抗荷措施。
46.①
本座椅具有較強的適體性，無論是座高調節範圍，還是座椅的調節角度和座椅寬度，都更加符合我國飛行員的人體尺寸要求和飛行員的實際訓練情況；
47.②
本座椅具有較強的便捷性和針對性，座椅的位置調整採用電動方式，只需按下座椅右側的按鈕即可根據每個飛行員的實際情況實現上下和前後位置的調整；
48.③
本座椅具有較強的安全性，緊急情況下只需拔掉座椅兩端銷子便可實現座椅的快速放平和飛行員的快速撤離；
49.④
本座椅具有較強的舒適性，增加了頭墊4、腰墊6、背墊5等舒適性組件，使座椅與人體的契合度更高，提高了飛行員離心機訓練時的舒適度。
50.總之，本座椅更加符合我國飛行員的人體尺寸要求，可以方便快捷地為每一位飛行員量身進行調整，大大提高了飛行員訓練時的適體性、便捷性、舒適性和安全性，極大地降低了座椅客觀因素對飛行員耐力的不利影響，提高了飛行員選拔和訓練結果的準確性，提高了通過離心機訓練對飛行員進行耐力提升的效果。
51.對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附權
利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。
52.此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。