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飞机座舱数字信息界面交互设计与情境意识研究综述

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包装工程 2022年第20期43卷 1-12页

作者：周海海张哲睿蔡林峰王延斌陈黎张岚云南京航空航天大学机电学院工业设计系南京210016

目的飞机座舱作为飞机安全高效运行的中枢,对座舱数字信息界面进行合理设计能够提升飞行员处理飞行数据信息及决策的情境意识水平,减少人为因素出错,提升飞行安全。方法对现有民用飞机及战机座舱的主飞行显示器(PFD)、头盔显示器(HMD)... 详细信息

目的飞机座舱作为飞机安全高效运行的中枢,对座舱数字信息界面进行合理设计能够提升飞行员处理飞行数据信息及决策的情境意识水平,减少人为因素出错,提升飞行安全。方法对现有民用飞机及战机座舱的主飞行显示器(PFD)、头盔显示器(HMD)、全景座舱显示器(PCD)等数字信息人机界面设计研究进行梳理和归纳,总结飞机座舱人机交互设计的发展规律和未来发展趋势。结论从国内外研究综述表明,通过“机”的数字界面信息表征设计和“人”的情境感知、认知工效、认知体验研究,可以加强人机沟通与人机协作,改善飞行员获取飞机信息、判断与决策的认知绩效,有利于飞行员高质量完成飞行任务。

关键词：飞机座舱交互设计情境意识认知工效

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飞机座舱环境中飞沫扩散规律研究

飞机座舱环境中飞沫扩散规律研究

作者：孔犇犇南京航空航天大学

学位级别：硕士

新冠肺炎在全球快速蔓延,飞机座舱环境中的病毒传播问题成为研究焦点。本文以载客能力最强的双通道宽体客机为研究对象,基于欧拉-拉格朗日法探究了座舱不同气流组织下的空气舒适性及飞沫扩散规律。据此,通过改进的Wells-Riley模型获得... 详细信息

新冠肺炎在全球快速蔓延,飞机座舱环境中的病毒传播问题成为研究焦点。本文以载客能力最强的双通道宽体客机为研究对象,基于欧拉-拉格朗日法探究了座舱不同气流组织下的空气舒适性及飞沫扩散规律。据此,通过改进的Wells-Riley模型获得了空间尺度内的乘客感染风险,并提出了降低疾病传播的理论机制及有效措施。具体工作内容及研究结果如下:(1)系统地研究了天花板混合通风系统、侧壁混合通风系统和置换通风系统三种典型气流组织形式下乘客的热舒适性情况及传染源处于不同位置时的飞沫扩散规律和感染风险。研究结果表明,以侧壁混合通风系统为代表的环流状气流组织能够给乘客带来更好的热舒适性,但也会增强飞沫颗粒的扩散能力,提高乘客的感染风险,而以置换通风为代表的直流气流组织却可以有效地抑制飞沫传播,但热舒适性相对较差。(2)结合舒适性和安全性的多目标考虑,提出了先进的座舱通风系统应以环流为基础,区域化直流为保障的设计理念。据此,提出了一种新型的通风系统,着重探究了该通风方式下不同设计参数对系统性能的正交影响,确定了开口高度比取0.95、风口长宽比取16.5、排风口流量分配比取0.7时为较优的设计方案。与侧壁混合通风系统对比,座舱整体感染风险最大可降低达50%。(3)基于“平疫结合”理念,研究了非满员情况下乘客的感染风险。指出了隔排隔列乘坐会由于乘客的减少而导致更少的飞沫颗粒被乘客的衣服所吸附,从而使飞沫纵向传播能力增强。然而,从整体的风险评估来说,无论是隔列乘坐还是隔排乘坐,随着上座率的降低,乘客越安全,上座率为三分之二、二分之一和三分之一时,较满员情况感染风险PI值最高分别降低了0.17、0.30和0.41。

关键词：飞机座舱通风系统热舒适性飞沫传播感染风险

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飞机座舱围护结构瞬态温度分布的数值计算

南京航空航天大学学报 2010年第4期42卷 466-471页

作者：张秋蒋彦龙佘阳梓蔡玉飞李楠李革萍辛旭东南京航空航天大学航空宇航学院南京210016 中国商用飞机有限公司上海飞机设计研究所上海200232

针对客机座舱围护结构的瞬态传热问题,论文以AR J21-700型飞机为例,通过对飞行包线内的环境条件、座舱围护结构布置等内外部因素的分析,建立了相应的数学计算模型,并采用有限差分法进行温度场求解,获得了飞行包线内的飞机座舱围护结构... 详细信息

针对客机座舱围护结构的瞬态传热问题,论文以AR J21-700型飞机为例,通过对飞行包线内的环境条件、座舱围护结构布置等内外部因素的分析,建立了相应的数学计算模型,并采用有限差分法进行温度场求解,获得了飞行包线内的飞机座舱围护结构各层温度随时间及飞行高度的变化情况。在此基础上,考察了材料层布置方式对座舱围护结构温度分布的影响,研究工作对于飞机座舱瞬态热载荷的计算具有参考价值。

关键词：飞机座舱温度分布数值计算

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飞机座舱空气质量数值模拟研究

交通运输工程学报 2016年第3期16卷 108-115,141页

作者：代炳荣刘义国余刚司海青南京航空航天大学航空宇航学院江苏南京210016 中航工业天津航空机电有限公司天津300308 南京航空航天大学民航学院江苏南京211106

以B737NG客舱模型为对象,采用CFD方法在无乘客的工况下分析了天花板送风、行李架送风、天花板和行李架送风、天花板和个人送风口送风等4种送风方式下飞机座舱气流速度、温度、甲醛浓度和二氧化碳浓度的分布情况。研究结果表明:第3、4种... 详细信息

以B737NG客舱模型为对象,采用CFD方法在无乘客的工况下分析了天花板送风、行李架送风、天花板和行李架送风、天花板和个人送风口送风等4种送风方式下飞机座舱气流速度、温度、甲醛浓度和二氧化碳浓度的分布情况。研究结果表明:第3、4种送风方式下座舱内的气流速度分布较均匀,乘客座位附近的气流速度约为0.2m·s^(-1);第4种送风方式下座舱内的温度分布最均匀,温度从送风口到乘客座位附近逐渐上升到296K;第3、4种送风方式下座舱内的甲醛浓度较低;4种送风方式下座舱内的二氧化碳浓度均在标准范围内,可见,采用天花板和个人送风口送风方式能使座舱气流速度和温度分布更均匀,空气污染物去除效果更好,能够得到更好的空气质量。

关键词：飞机座舱计算流体力学空气质量气流速度污染物浓度

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飞机座舱结构声的弹性波主动控制研究

南京航空航天大学学报 2003年第5期35卷 489-493页

作者：陈仁文孙亚飞熊克徐志伟南京航空航天大学智能材料与结构航空科技重点实验室南京210016

研究通过控制飞机座舱结构振动的弹性波的传播来减少由振动产生的辐射噪声的方法。制作了飞机座舱原理性模型 ,分析了外界气动力作用下弹性振动传播的主要路径 ,确定了压电元件的布置方案。利用弹性波控制的基本思想 ,采用 IIR自适应滤... 详细信息

研究通过控制飞机座舱结构振动的弹性波的传播来减少由振动产生的辐射噪声的方法。制作了飞机座舱原理性模型 ,分析了外界气动力作用下弹性振动传播的主要路径 ,确定了压电元件的布置方案。利用弹性波控制的基本思想 ,采用 IIR自适应滤波器识别被控通道的特性 ,实现对座舱结构振动的前馈控制 ,以抑制其辐射噪声。进行了不同单频激励下的振动和噪声控制试验 ,并测量了控制前后的振动和噪声。结果表明 ,控制后振动和噪声衰减了 1 0 d B以上。

关键词：飞机座舱结构振动弹性波主动控制噪声控制

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飞机座舱EADI画面高速填充的一种新方法

南京航空航天大学学报 2003年第6期35卷 643-647页

作者：朱耀东经亚枝张焕春南京航空航天大学自动化学院南京210016

在飞机座舱电子飞行仪表系统中 ,电子式全姿态指示器 ( Electronic attitude director indicator,EADI)的天地区域的重新填充是个非常费时的工作。本文针对 EADI画面的特点 ,提出一种基于新型双帧存交替切换结构和硬件实现边标志填充算... 详细信息

在飞机座舱电子飞行仪表系统中 ,电子式全姿态指示器 ( Electronic attitude director indicator,EADI)的天地区域的重新填充是个非常费时的工作。本文针对 EADI画面的特点 ,提出一种基于新型双帧存交替切换结构和硬件实现边标志填充算法的图形显示系统设计新方法 ,通过给字符、天及地的区域边界设立不同的标志 ,由专用 FPGA硬件根据标志采取相应的填充操作 ,实现区域的快速填充和字符的叠加。该 EADI显示系统已研制成功 ,调试表明 :EADI画面的图形填充速度提高了一个数量级 ,彻底解决了 EADI画面生成中的速度瓶颈。

关键词：飞机座舱 EADI画面电子式全姿态指示器填充算法字符

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飞机座舱显示界面编码方式

南京航空航天大学学报 2009年第4期41卷 466-469页

作者：张磊庄达民颜吟雪北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100083

针对飞机座舱信息显示界面设计中存在的问题,建立了用于模拟飞行信息的仿真界面模型。以正确反应率和反应时间来评价和分析被试在不同脑力负荷和编码方式下对目标的辨识情况,为信息显示界面设计的适人性提供科学依据。实验结果表明:脑... 详细信息

针对飞机座舱信息显示界面设计中存在的问题,建立了用于模拟飞行信息的仿真界面模型。以正确反应率和反应时间来评价和分析被试在不同脑力负荷和编码方式下对目标的辨识情况,为信息显示界面设计的适人性提供科学依据。实验结果表明:脑力负荷大小不影响颜色编码方式,而影响文字编码方式;采用中文和英文进行编码差异不显著,颜色编码差异显著;不同颜色的中、英文信息辨识情况相同,红色和黄色宜作为需准确辨识信息的编码,淡绿和黄色宜作为需要快速辨识信息的编码。蓝色不适于作为颜色编码方式。

关键词：人机工效视觉编码脑力负荷飞机座舱

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双通道飞机座舱内置换通风系统的实验研究

双通道飞机座舱内置换通风系统的实验研究

作者：陈凡大连理工大学

学位级别：硕士

目前的商用飞机采用混合通风模式,即从座舱顶部送风,在侧壁靠近地板附近排风。混合通风意在提供均匀的热环境,以满足乘客舒适需求。然而,混合通风存在污染物交叉传递和引发疾病传播的风险,因此研究人员提出使用置换通风来减少舱内空气... 详细信息

目前的商用飞机采用混合通风模式,即从座舱顶部送风,在侧壁靠近地板附近排风。混合通风意在提供均匀的热环境,以满足乘客舒适需求。然而,混合通风存在污染物交叉传递和引发疾病传播的风险,因此研究人员提出使用置换通风来减少舱内空气的混合,但是常规置换通风系统在座舱内容易形成较大的温度分层,给乘客脚部造成吹风感。现有研究对置换通风系统进行了一些改进,例如仅通过过道地板来供风,或者通过每位乘客座椅下方的风口来供风,但这些系统占据了宝贵的机上空间,且性能未必理想。本研究提出了一种新型置换通风系统,将空调风从过道座椅下方边缘的送风口投向过道,座舱内的空气从座舱顶部排出。本文按照1:1比例,在实验室里搭建了一个采用此通风系统的五排双通道飞机舱段,座舱内布置有35名暖体假人,其尺寸和发热功率都参照真实的人体标准。利用热线风速仪和三维超声波风速仪测量座舱内送风口速度,热成像仪测量座舱壁面和人体表面温度。将SF作为示踪气体,使用“恒源法”和“衰减法”确定座舱送、排风的通风量。使用风量罩测量座椅下方每个送风口的风量。为获得座舱内的气流场,利用三维超声波风速仪和温度传感器分别测量座舱中心横截面和纵截面上的空气速度分布和温度分布。并利用三维超声波风速仪的测量数据计算了座舱内的湍流强度分布。此外,还从座舱中间排选定的两名乘客口鼻处释放碳酸钙颗粒和SF示踪气体,在与速度、温度相同的横、纵截面上使用粉尘检测仪测量典型乘客呼吸区的颗粒污染物浓度,使用光声谱气体监测仪测量SF气体浓度分布。并从速度分布均匀性、温度分布均匀性、排热效率和气体污染物与固体污染物在典型位置呼吸区浓度进行比较分析。速度分布结果显示,送入座舱内的空气自下而上运动,且空气流动速度整体较低,除送风口附近外基本保持在0.1m/s以下,座舱内气流速度分布的不均匀系数为0.545。温度分布结果显示,座舱内平均温度梯度为1.9℃/m(小于2℃/m),温度不均匀指数为0.059,人体头部和脚踝的平均温差在2.5℃以内,没有给乘客带来明显的吹风感。该系统的排热效率为1.459。此外,碳酸钙颗粒和SF示踪气体浓度表明,乘客呼出的污染物可以被快速排到顶部排气口,并未进入其他乘客的呼吸区。在两个污染源同时释放时,污染物形成的浓度云团不存在交叉重叠。因此,本研究所提出的置换通风比传统的混合通风排污性能更优,对改善客机舱室空气品质和热舒适具有明显的作用。

关键词：置换通风飞机座舱空气质量热舒适性实验测量

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送风形式对飞机座舱引气污染物扩散影响

交通运输工程学报 2019年第1期19卷 108-118页

作者：杨建忠马博文陈希远王振斌中国民航大学适航学院天津300300 中国民航大学天津市民用航空器适航与维修重点实验室天津300300

采用联合仿真方法实现了飞机环境控制系统对座舱环境的调节,建立了飞机环境控制系统到座舱环境闭环仿真模型,研究了考虑再循环风时不同送风形式对引气污染物在座舱内乘客呼吸区域传播的影响;以B737-200座舱模型为研究对象,分析了引气污... 详细信息

采用联合仿真方法实现了飞机环境控制系统对座舱环境的调节,建立了飞机环境控制系统到座舱环境闭环仿真模型,研究了考虑再循环风时不同送风形式对引气污染物在座舱内乘客呼吸区域传播的影响;以B737-200座舱模型为研究对象,分析了引气污染发生时相同供气量与不同再循环风比例下,天花板送风、侧壁送风、混合送风下污染物在呼吸区的分布情况。研究结果表明:在污染物进入座舱阶段,不同送风形式与再循环风比例下不同位置污染物浓度存在差异,天花板送风形式下污染物浓度较大;再循环风比例每增加20%,混合送风、侧壁送风、天花板送风形式下污染物浓度分别降低约18.9%、20.6%、15.6%,侧壁送风形式下污染物浓度降低最多;在污染物排除阶段,侧壁送风形式相较于混合送风和天花板送风形式下排污效率分别提升约42.6%和38.7%;采用混合送风或天花板送风形式时,随着再循环风比例的增加,排污效率显著提升,再循环风比例每增加20%,混合送风和天花板送风排污效率分别提高约10.7%和7.7%;侧壁送风形式下随着再循环风比例的增加,排污效率无明显提升,在较高再循环风比例仍可保持最好的排污效率,能够实现污染物排除和节能的双重优化。可见,飞机座舱引气污染事件发生时在不改变送风量情况下采用侧壁送风形式和高再循环风比例可以使污染物危害降到最低。

关键词：航空运输飞机座舱污染物传播联合仿真再循环风比例排污效率