CN117104527B - 一种舰载机飞行员假人模型着舰冲击损伤评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种舰载机飞行员假人模型着舰冲击损伤评估方法，属于飞机着舰冲击损伤评估技术领域。本发明的方法通过舰载机全机落震试验模拟舰载机着舰过程，获取飞行员假人模型及座椅在着舰过程中的加速度响应数据；建立垂向的假人胸腰椎压缩过程的运动模型，根据加速度响应数据计算得到假人胸腰椎的动态响应指数，基于动态响应指数对飞行员在舰载机着舰过程中的胸腰椎损伤进行评估。本发明解决了现阶段仍然缺少对舰载机着舰阶段的飞行员冲击损伤的试验评估方法的问题，具有为舰载机的缓冲性能设计与优化提供参考与支撑的优点。
Description
技术领域
本发明涉及飞机着舰冲击损伤评估技术领域，具体是涉及一种舰载机飞行员假人模型着舰冲击损伤评估方法。
背景技术
舰载机是航母战斗群中最核心的组成部分，通常由舰载多功能战斗机、固定翼预警机、反潜直升机或舰载反潜机以及其他提供特殊作战能力的特种飞机组成。保障舰载机在恶劣复杂海洋环境下起飞/着舰/停机安全是保障其出勤保障和作战任务达成的基础和前提。
舰载机采用拦阻的着舰方式使得舰载机在短时间、短距离内能够迅速由飞行状态降至停机状态，舰载机着舰阶段会产生较大的载荷，使得舰载机产生较大过载，过载会对飞行员造成人体损伤，特别是脊柱的压缩损伤。由于飞行员长期经受机体和座椅所产生的冲击过载，这会造成飞行员的脊柱骨骼结构损伤和韧带肌肉损伤。
随着舰载机性能的深入研究和人体防护方面逐渐重视，舰载机着舰过程中对飞行员的人体损伤评估也越来越受到重视。但现阶段仍然缺少对舰载机着舰阶段的飞行员冲击损伤的试验评估方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于舰载机着舰阶段的飞行员冲击损伤试验评估方法，并给出评估方法的详细步骤与设计过程，用于通过全机落震试验测量假人脊柱响应，计算脊柱胸腰椎的损伤指数，进而判定舰载机着舰过程中的飞行员人体损伤情况，进而为舰载机的缓冲性能设计与优化提供参考与支撑。
为解决上述问题，本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种舰载机飞行员假人模型着舰冲击损伤评估方法，包括以下步骤：
S1、通过舰载机全机落震试验模拟舰载机着舰过程，获取飞行员假人模型及座椅在着舰过程中的加速度响应数据；
S2、建立垂向的假人胸腰椎压缩过程的运动模型，根据加速度响应数据计算得到假人胸腰椎的动态响应指数，基于动态响应指数对飞行员在舰载机着舰过程中的胸腰椎损伤进行评估。
进一步地，舰载机着舰过程的工况包括：拦阻着舰、粗暴着舰、非对称着舰和偏心着舰。
说明：拦阻着舰、粗暴着舰、非对称着舰、偏心着舰分别对应了不同的下沉速度、带转速度和俯仰角、滚转角，使得舰载机全机落震试验中飞行员假人模型着舰冲击损伤评估的效果更贴合实际场景，获取的试验数据更真实、全面和可靠。
进一步地，步骤S1包括以下步骤：
S1-1、分别在飞行员假人模型胸椎的每块骨头上安装第一加速度传感器，在飞行员假人模型腰椎的每块骨头上布置第二加速度传感器，在飞行员假人模型的腰椎与骨盆连接的每一块骨头上布置第三加速度传感器，在舰载机的座椅面骨架上布置数个阵列式分布的第四加速度传感器，在舰载机的座椅安装架上布置第五加速度传感器，在舰载机的座椅安装底板上布置数个阵列式分布的第六加速度传感器，在舰载机中心位置布置垂向加速度传感器；
S1-2、按照飞行员乘坐姿态，将飞行员假人模型放置在舰载机的座椅上，并系上安全带；
S1-3、以舰载机作为试验件进行舰载机全机落震试验，将各个第一传感器获取的加速度的平均值作为着舰过程中假人胸椎的响应加速度，将各个第二加速度传感器获取的加速度的平均值作为着舰过程中假人腰椎的响应加速度，将各个第三加速度传感器获取的加速度的平均值作为着舰过程中假人骨盆的响应加速度，将各个第四加速度传感器获取的加速度的平均值作为着舰过程中座椅面骨架的响应加速度，将各个第五加速度传感器获取的加速度作为着舰过程中座椅安装架的响应加速度，将各个第六加速度传感器获取的加速度的平均值作为着舰过程中座椅安装底板的响应加速度，将垂向加速度传感器获取的加速度作为着舰过程中舰载机的垂向加速度。
说明：飞行员假人模型上布置的加速度传感器能够通过胸椎、腰椎和骨盆三个角度对飞行员假人模型受到的着舰冲击损伤进行描述，通过座椅上布置的加速度传感器能够既能够用于获取飞行员假人模型的垂向加速度，还能够用于简易试验的试验效果评价。
进一步地，飞行员假人模型为50分位Hybrid Ⅲ男性假人。
说明：50分位Hybrid Ⅲ男性假人模拟的是中等身材的男性，用于测量正面碰撞中人体各个部位的力学响应，50分位Hybrid Ⅲ男性假人上躯干的胸腔由六根高强度钢肋骨（含聚合物基阻尼材料）组成，模拟人体胸部的力偏转特点。每个肋骨单元包含左右肋骨，在胸骨处敞开，并固定在胸椎的后面。胸骨总成连接到肋骨前部，包含一个安装胸部偏移旋转电位计的滑块。颈部和上躯干之间的角度由颈部支架结构决定，可以安装一个六轴颈部传感器。两片铝锁骨和锁骨连接总成包含肩胛骨铸件，与肩带相接合。因此，将50分位HybridⅢ男性假人用于模拟舰载机全机落震试验中飞行员的力学响应，具有模拟效果好、试验数据具有普适性的优点。
更进一步地，步骤S2包括以下内容：
S2-1、获取作为飞行员胸腰椎损伤评估依据的加速度响应数据；
S2-2、判断飞行员假人模型坐姿；
S2-3、飞行员假人模型坐姿的垂直加速度换算；
S2-4、根据飞行员假人模型坐姿的垂直加速度计算得到飞行员胸腰椎损伤的概率。
说明：步骤S2通过加速度响应数据分析飞行员在着舰过程中受到的冲击，具有计算方法简单、传感器类型和数量更为精简的优点。
优选地，步骤S2-1包括以下内容：将舰载机着舰过程等效为舰载机全机落震试验中舰载机触地/测力平台前100ms的自由落体过程，将上述自由落体过程中第一加速度传感器、第二加速度传感器和第三加速度传感器获取的加速度数据作为飞行员胸腰椎损伤评估依据的加速度响应数据。
说明：自由落体过程的要求为加速度测量值稳定的过程，为舰载机全机落震试验中舰载机触地/测力平台前100ms满足上述要求，在此基础上获取的加速度值稳定且更贴合实际情况。
优选地，步骤S2-2包括以下内容：在自由落体过程中，若第四加速度传感器的加速度小于舰载机的垂向加速度的97%，则判断飞行员假人模型坐姿处于非垂直状态，否则，判断飞行员假人模型坐姿处于垂直状态；所述舰载机的垂向加速度为1g，g =9.8m/s2。
说明：着舰冲击损伤评估时通过全机落震试验的方式进行，舰载机全机落震试验的垂向加速度为1g，不同的垂向速度通过改变舰载机全机系统的提升高度实现，俯仰、滚转角度由舰载机的提升姿态决定；判定飞行员假人模型坐姿利于后续求取假人胸椎、假人腰椎和假人骨盆的垂向加速度，如果飞行员假人模型坐姿为垂直状态，则可认为假人胸椎、假人腰椎和假人骨盆的加速度为垂向的，从而简化后续的计算过程。
优选地，步骤S2-3包括以下内容：
基于角度换算系数对自由落体过程中飞行员胸腰椎损伤评估依据的加速度响应数据进行换算，得到假人胸椎、假人腰椎和假人骨盆的垂向加速度；
其中，角度换算系数的计算公式为：
，
上式中，为角度换算系数，/>为座椅面骨架的响应加速度，/>为舰载机的垂向加速度。
说明：通过假人胸椎、假人腰椎和假人骨盆上布设的加速度传感器得到的加速度原始信号需要进行角度换算与处理；由于飞机姿态角、座椅靠背调节设计和假人乘坐姿态的影响，造成假人胸椎、假人腰椎和假人骨盆上布设的加速度测量结果并非垂向加速度，需要将其换算成垂向加速度，换算后的假人胸椎、假人腰椎和假人骨盆的垂向加速度更符合实际上飞行员胸腰椎受到的损伤情况。
优选地，步骤S2-4包括以下内容：
S2-4-1、建立假人胸腰椎压缩过程的运动模型，并通过所述运动模型计算假人胸椎、假人腰椎和假人骨盆相对于座椅的最大压缩位移，运动模型的公式如下：
，
上式中，为脊柱相对于座椅的压缩位移；/>为阻尼系数，/>；/>为人体纵轴向固有角速度，/>；/>为假人胸椎、假人腰椎或假人骨盆在垂直方向的加速度；/>为压缩位移相对于时间的一阶导数；/>为压缩位移相对于时间的二阶导数；
S2-4-2、根据假人胸椎、假人腰椎和假人骨盆相对于座椅的最大压缩位移分别计算假人胸椎、假人腰椎和假人骨盆对于着舰冲击的动态响应指数，动态响应指数的计算公式如下：
，
上式中，DRI为动态响应指数；为假人胸椎、假人腰椎或假人骨盆相对于座椅的最大压缩位移；g为重力加速度，g =9.8m/s2；
S2-4-3、选取假人胸椎、假人腰椎和假人骨盆对于着舰冲击的动态响应指数的最大值，通过动态响应指数的最大值对人体损伤情况进行评判，再进一步确定人体损伤的概率。
说明：步骤S2-4在通过假人胸椎、假人腰椎和假人骨盆的垂向加速度求得动态响应指数后，可通过假人胸椎、假人腰椎和假人骨盆的动态响应指数反映假人胸椎、假人腰椎和假人骨盆的损伤程度；在此基础上，将动态响应指数结合美国标准MIL-S-9479反映人体损伤的概率更加客观。
进一步优选地，还包括以下步骤：
S2-5、通过简易试验模拟舰载机飞行员假人模型着舰，将简易试验数据与舰载机全机落震试验数据进行比对，评价简易试验的可行性并对简易试验进行修正：
按照飞行员乘坐姿态，将飞行员假人模型放置在舰载机的座椅上，并系上安全带；将假人模型与座椅按照舰载机全机落震试验的要求设置加速传感器；再将舰载机座椅按照舰载机全机落震试验的要求安装在跌落吊篮内，采用跌落的方法进行试验，该试验中座椅安装底板和座椅安装架的加速度与全机落震试验测量的座椅安装底板和座椅安装架加速度一致；最后测量下落过程的加速度响应数据，将测量得到的加速度响应数据与舰载机全机落震试验测量的加速度响应数据进行对比，评价简易试验的可行性并对简易试验进行修正，使得简易试验测量得到的加速度响应数据与舰载机全机落震试验测量的加速度响应数据趋于一致，最后通过简易试验模拟舰载机飞行员假人模型着舰状态，以简化舰载机飞行员假人模型着舰冲击损伤评估方法。
说明：通过全机落震试验测得的假人脊柱响应和简化的座椅试验假人脊柱响应结果进行对比，考虑简易试验的可行性，通过输入参数的修正和结果对比可以得到更精确的简易试验参数，实现简易试验的修正，利于后续通过简易试验模拟舰载机飞行员假人模型着舰状态，从而简化舰载机飞行员假人模型着舰冲击损伤评估方法。
本发明的有益效果是：
本发明基于现阶段的舰载机落震试验，在全机落震试验过程中，通过在全机试验件中放置飞行员假人模型进行着舰阶段的飞行员损伤测量与评估分析，实现飞行员假人模型着舰冲击损伤评估的研究，可以更好地模拟舰载机着舰阶段的机体载荷分布情况，使试验测试更加准确，也能对人体损伤情况进行研究，这对舰载机缓冲吸能分析具有重要的意义和实用价值，对起落架性能的设计和分析都有着指导意义；
本发明通过全机落震试验测得的飞行员假人模型的脊柱响应和简化的座椅试验测得的飞行员假人模型脊柱响应结果进行对比，考虑简易试验的可行性，通过输入参数的修正和结果对比可以得到更精确的简易试验参数，实现简易试验的修正，利于后续通过简易试验模拟舰载机飞行员假人模型着舰状态，从而简化舰载机飞行员假人模型着舰冲击损伤评估方法。
附图说明
图1是本发明实施例1一种舰载机飞行员假人模型着舰冲击损伤评估方法流程图；
图2是本发明实施例1中座椅面骨架上第四加速度传感器的布置位置图；
图3是本发明实施例1中座椅安装架和座椅安装底板上第五加速度传感器和第六加速度传感器的布置位置图；
图4是本发明实施例1中角度换算系数对应角度的位置关系图；
图5是美国标准MIL-S-9479中动态响应指数与人体损伤的概率对应关系图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。
应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述……，但这些……不应限于这些术语。这些术语仅用来将……区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一……也可以被称为第二……，类似地，第二……也可以被称为第一……。
实施例1：本实施例记载的是一种舰载机飞行员假人模型着舰冲击损伤评估方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1、通过舰载机全机落震试验模拟舰载机着舰过程，获取飞行员假人模型及座椅在着舰过程中的加速度响应数据；
S2、建立垂向的假人胸腰椎压缩过程的运动模型，根据加速度响应数据计算得到假人胸腰椎的动态响应指数，基于动态响应指数对飞行员在舰载机着舰过程中的胸腰椎损伤进行评估。
可以理解的，本实施例中，舰载机着舰过程的工况包括：拦阻着舰、粗暴着舰、非对称着舰和偏心着舰。
可以理解的，本实施例中，步骤S1包括以下步骤：
S1-1、分别在飞行员假人模型胸椎的每块骨头上安装第一加速度传感器，在飞行员假人模型腰椎的每块骨头上布置第二加速度传感器，在飞行员假人模型的腰椎与骨盆连接的每一块骨头上布置第三加速度传感器，如图2所示，在舰载机的座椅面骨架上布置数个阵列式分布的第四加速度传感器，如图3所示，在舰载机的座椅安装架上布置第五加速度传感器，在舰载机的座椅安装底板上布置数个阵列式分布的第六加速度传感器，在舰载机中心位置布置垂向加速度传感器；
S1-2、按照飞行员乘坐姿态，将飞行员假人模型放置在舰载机的座椅上，并系上安全带；
S1-3、以舰载机作为试验件进行舰载机全机落震试验，将各个第一传感器获取的加速度的平均值作为着舰过程中假人胸椎的响应加速度，将各个第二加速度传感器获取的加速度的平均值作为着舰过程中假人腰椎的响应加速度，将各个第三加速度传感器获取的加速度的平均值作为着舰过程中假人骨盆的响应加速度，将各个第四加速度传感器获取的加速度的平均值作为着舰过程中座椅面骨架的响应加速度，将各个第五加速度传感器获取的加速度作为着舰过程中座椅安装架的响应加速度，将各个第六加速度传感器获取的加速度的平均值作为着舰过程中座椅安装底板的响应加速度，将垂向加速度传感器获取的加速度作为着舰过程中舰载机的垂向加速度。
可以理解的，本实施例中，飞行员假人模型为50分位Hybrid Ⅲ男性假人。50分位Hybrid Ⅲ男性假人模拟的是中等身材的男性，用于测量正面碰撞中人体各个部位的力学响应，50分位Hybrid Ⅲ男性假人上躯干的胸腔由六根高强度钢肋骨（含聚合物基阻尼材料）组成，模拟人体胸部的力偏转特点。每个肋骨单元包含左右肋骨，在胸骨处敞开，并固定在胸椎的后面。胸骨总成连接到肋骨前部，包含一个安装胸部偏移旋转电位计的滑块。颈部和上躯干之间的角度由颈部支架结构决定，可以安装一个六轴颈部传感器。两片铝锁骨和锁骨连接总成包含肩胛骨铸件，与肩带相接合。
可以理解的，本实施例中，步骤S2包括以下步骤：
S2-1、获取作为飞行员胸腰椎损伤评估依据的加速度响应数据；
S2-2、判断飞行员假人模型坐姿；
S2-3、飞行员假人模型坐姿的垂直加速度换算；
S2-4、根据飞行员假人模型坐姿的垂直加速度计算得到飞行员胸腰椎损伤的概率。
可以理解的，本实施例中，步骤S2-1包括以下内容：将舰载机着舰过程等效为舰载机全机落震试验中舰载机触地/测力平台前100ms的自由落体过程，将上述自由落体过程中第一加速度传感器、第二加速度传感器和第三加速度传感器获取的加速度数据作为飞行员胸腰椎损伤评估依据的加速度响应数据。
可以理解的，本实施例中，步骤S2-2包括以下内容：在自由落体过程中，若第四加速度传感器的加速度小于舰载机的垂向加速度的97%，则判断飞行员假人模型坐姿处于非垂直状态，否则，判断飞行员假人模型坐姿处于垂直状态；所述舰载机的垂向加速度为1g，g=9.8m/s2。
可以理解的，本实施例中，步骤S2-3包括以下内容：
基于角度换算系数对自由落体过程中飞行员胸腰椎损伤评估依据的加速度响应数据进行换算，得到假人胸椎、假人腰椎和假人骨盆的垂向加速度；
其中，如图4所示，角度换算系数的计算公式为：
，
上式中，为角度换算系数，/>为座椅面骨架的响应加速度，/>为舰载机的垂向加速度。
可以理解的，本实施例中，步骤S2-4包括以下步骤：
S2-4-1、建立假人胸腰椎压缩过程的运动模型，并通过所述运动模型计算假人胸椎、假人腰椎和假人骨盆相对于座椅的最大压缩位移，运动模型的公式如下：
，
上式中，为脊柱相对于座椅的压缩位移；/>为阻尼系数，/>；/>为人体纵轴向固有角速度，/>；/>为假人胸椎、假人腰椎或假人骨盆在垂直方向的加速度；/>为压缩位移相对于时间的一阶导数；/>为压缩位移相对于时间的二阶导数；
S2-4-2、根据假人胸椎、假人腰椎和假人骨盆相对于座椅的最大压缩位移分别计算假人胸椎、假人腰椎和假人骨盆对于着舰冲击的动态响应指数，动态响应指数的计算公式如下：
，
上式中，DRI为动态响应指数；为假人胸椎、假人腰椎或假人骨盆相对于座椅的最大压缩位移；g为重力加速度，g =9.8m/s2；
S2-4-3、选取假人胸椎、假人腰椎和假人骨盆对于着舰冲击的动态响应指数的最大值，通过动态响应指数的最大值对人体损伤情况进行评判，再进一步确定人体损伤的概率。
可以理解的，本实施例通过美国标准MIL-S-9479进一步确定人体损伤的概率。
可以理解的，动态响应指数DRI是一种评定人体对向上弹射耐力的标准。它以坐姿人体自然频率与弹射力作用时脊柱最大压缩量的乘积除以重力加速度所得的数值为依据。
可以理解的，图5是美国标准MIL-S-9479中动态响应指数与人体损伤的概率对应关系图，可以将动态响应指数DRI对应图5，直接获取到动态响应指数DRI对应的人体损伤的概率。
实施例2：本实施例与实施例1的区别之处在于，还包括以下步骤：
S2-5、通过简易试验模拟舰载机飞行员假人模型着舰，将简易试验数据与舰载机全机落震试验数据进行比对，评价简易试验的可行性并对简易试验进行修正：
按照飞行员乘坐姿态，将飞行员假人模型放置在舰载机的座椅上，并系上安全带；将假人模型与座椅按照舰载机全机落震试验的要求设置加速传感器；再将舰载机座椅按照舰载机全机落震试验的要求安装在跌落吊篮内，采用跌落的方法进行试验，该试验中座椅安装底板和座椅安装架的加速度与全机落震试验测量的座椅安装底板和座椅安装架加速度一致；最后测量下落过程的加速度响应数据，将测量得到的加速度响应数据与舰载机全机落震试验测量的加速度响应数据进行对比，评价简易试验的可行性并对简易试验进行修正，使得简易试验测量得到的加速度响应数据与舰载机全机落震试验测量的加速度响应数据趋于一致，最后通过简易试验模拟舰载机飞行员假人模型着舰状态，以简化舰载机飞行员假人模型着舰冲击损伤评估方法。
Claims (7)
1.一种舰载机飞行员假人模型着舰冲击损伤评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过舰载机全机落震试验模拟舰载机着舰过程，获取飞行员假人模型及座椅在着舰过程中的加速度响应数据，包括以下步骤：
S1-1、分别在飞行员假人模型胸椎的每块骨头上安装第一加速度传感器，在飞行员假人模型腰椎的每块骨头上布置第二加速度传感器，在飞行员假人模型的腰椎与骨盆连接的每一块骨头上布置第三加速度传感器，在舰载机的座椅面骨架上布置数个阵列式分布的第四加速度传感器，在舰载机的座椅安装架上布置第五加速度传感器，在舰载机的座椅安装底板上布置数个阵列式分布的第六加速度传感器，在舰载机中心位置布置垂向加速度传感器；
S1-2、按照飞行员乘坐姿态，将飞行员假人模型放置在舰载机的座椅上，并系上安全带；
S1-3、以舰载机作为试验件进行舰载机全机落震试验，将各个第一传感器获取的加速度的平均值作为着舰过程中假人胸椎的响应加速度，将各个第二加速度传感器获取的加速度的平均值作为着舰过程中假人腰椎的响应加速度，将各个第三加速度传感器获取的加速度的平均值作为着舰过程中假人骨盆的响应加速度，将各个第四加速度传感器获取的加速度的平均值作为着舰过程中座椅面骨架的响应加速度，将各个第五加速度传感器获取的加速度作为着舰过程中座椅安装架的响应加速度，将各个第六加速度传感器获取的加速度的平均值作为着舰过程中座椅安装底板的响应加速度，将垂向加速度传感器获取的加速度作为着舰过程中舰载机的垂向加速度；
S2、建立垂向的假人胸腰椎压缩过程的运动模型，根据加速度响应数据计算得到假人胸腰椎的动态响应指数，基于动态响应指数对飞行员在舰载机着舰过程中的胸腰椎损伤进行评估，包括以下步骤：
S2-1、获取作为飞行员胸腰椎损伤评估依据的加速度响应数据；
S2-2、判断飞行员假人模型坐姿；
S2-3、飞行员假人模型坐姿的垂直加速度换算；
S2-4、根据飞行员假人模型坐姿的垂直加速度计算得到飞行员胸腰椎损伤的概率，包括以下步骤：
S2-4-1、建立假人胸腰椎压缩过程的运动模型，并通过所述运动模型计算假人胸椎、假人腰椎和假人骨盆相对于座椅的最大压缩位移，运动模型的公式如下：
，
上式中，为脊柱相对于座椅的压缩位移；/>为阻尼系数，/>；/>为人体纵轴向固有角速度，/>；/>为假人胸椎、假人腰椎或假人骨盆在垂直方向的加速度；/>为压缩位移相对于时间的一阶导数；/>为压缩位移相对于时间的二阶导数；
S2-4-2、根据假人胸椎、假人腰椎和假人骨盆相对于座椅的最大压缩位移分别计算假人胸椎、假人腰椎和假人骨盆对于着舰冲击的动态响应指数，动态响应指数的计算公式如下：
，
上式中，DRI为动态响应指数；为假人胸椎、假人腰椎或假人骨盆相对于座椅的最大压缩位移；g为重力加速度，g =9.8m/s2；
S2-4-3、选取假人胸椎、假人腰椎和假人骨盆对于着舰冲击的动态响应指数的最大值，通过动态响应指数的最大值对人体损伤情况进行评判，再进一步确定人体损伤的概率。
2.如权利要求1所述的一种舰载机飞行员假人模型着舰冲击损伤评估方法，其特征在于，所述舰载机着舰过程的工况包括：拦阻着舰、粗暴着舰、非对称着舰和偏心着舰。
3.如权利要求1所述的一种舰载机飞行员假人模型着舰冲击损伤评估方法，其特征在于，所述飞行员假人模型为50分位Hybrid Ⅲ男性假人。
4.如权利要求1所述的一种舰载机飞行员假人模型着舰冲击损伤评估方法，其特征在于，所述步骤S2-1包括以下内容：将舰载机着舰过程等效为舰载机全机落震试验中舰载机触地/测力平台前100ms的自由落体过程，将上述自由落体过程中第一加速度传感器、第二加速度传感器和第三加速度传感器获取的加速度数据作为飞行员胸腰椎损伤评估依据的加速度响应数据。
5.如权利要求4所述的一种舰载机飞行员假人模型着舰冲击损伤评估方法，其特征在于，所述步骤S2-2包括以下内容：在自由落体过程中，若第四加速度传感器的加速度小于舰载机的垂向加速度的97%，则判断飞行员假人模型坐姿处于非垂直状态，否则，判断飞行员假人模型坐姿处于垂直状态；所述舰载机的垂向加速度为1g， g =9.8m/s2。
6.如权利要求4所述的一种舰载机飞行员假人模型着舰冲击损伤评估方法，其特征在于，所述步骤S2-3包括以下内容：
基于角度换算系数对自由落体过程中飞行员胸腰椎损伤评估依据的加速度响应数据进行换算，得到假人胸椎、假人腰椎和假人骨盆的垂向加速度；
其中，角度换算系数的计算公式为：
，
上式中，为角度换算系数，/>为座椅面骨架的响应加速度，/>为舰载机的垂向加速度。
7.如权利要求1所述的一种舰载机飞行员假人模型着舰冲击损伤评估方法，其特征在于，还包括以下步骤：
S2-5、通过简易试验模拟舰载机飞行员假人模型着舰，将简易试验数据与舰载机全机落震试验数据进行比对，评价简易试验的可行性并对简易试验进行修正：
按照飞行员乘坐姿态，将飞行员假人模型放置在舰载机的座椅上，并系上安全带；将假人模型与座椅按照舰载机全机落震试验的要求设置加速传感器；再将舰载机座椅按照舰载机全机落震试验的要求安装在跌落吊篮内，采用跌落的方法进行试验，该试验中座椅安装底板和座椅安装架的加速度与全机落震试验测量的座椅安装底板和座椅安装架加速度一致；最后测量下落过程的加速度响应数据，将测量得到的加速度响应数据与舰载机全机落震试验测量的加速度响应数据进行对比，评价简易试验的可行性并对简易试验进行修正，使得简易试验测量得到的加速度响应数据与舰载机全机落震试验测量的加速度响应数据趋于一致，最后通过简易试验模拟舰载机飞行员假人模型着舰状态，以简化舰载机飞行员假人模型着舰冲击损伤评估方法。
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Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
| CN110887632A (zh) * | 2019-12-09 | 2020-03-17 | 中航沈飞民用飞机有限责任公司 | 一种无人机整机落震试验装置及其试验方法 |
| CN111929019A (zh) * | 2020-07-28 | 2020-11-13 | 中国飞机强度研究所 | 模拟舰载机起落架着舰冲击过程的地面试验装置 |
| CN114323529A (zh) * | 2021-12-23 | 2022-04-12 | 中国飞机强度研究所 | 用于无人机跌落碰撞人员头部损伤测试装置及方法 |
| CN115358124A (zh) * | 2022-08-20 | 2022-11-18 | 中国民航大学 | 民机典型机身框段坠撞响应及乘员伤害的分析评估方法 |
| EP4219308A1 (fr) * | 2022-02-01 | 2023-08-02 | Expliseat | Siège d'aéronef agencé pour amortir un choc vertical |
-
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110887632A (zh) * | 2019-12-09 | 2020-03-17 | 中航沈飞民用飞机有限责任公司 | 一种无人机整机落震试验装置及其试验方法 |
| CN111929019A (zh) * | 2020-07-28 | 2020-11-13 | 中国飞机强度研究所 | 模拟舰载机起落架着舰冲击过程的地面试验装置 |
| CN114323529A (zh) * | 2021-12-23 | 2022-04-12 | 中国飞机强度研究所 | 用于无人机跌落碰撞人员头部损伤测试装置及方法 |
| EP4219308A1 (fr) * | 2022-02-01 | 2023-08-02 | Expliseat | Siège d'aéronef agencé pour amortir un choc vertical |
| CN115358124A (zh) * | 2022-08-20 | 2022-11-18 | 中国民航大学 | 民机典型机身框段坠撞响应及乘员伤害的分析评估方法 |
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