飞机人机工程设计

飞机座舱人机工效设计

摘要：

当今社会、科学发展离不开人机工程学的进步。人、机、环境构成了人机工程学的三要素，其之间的相互关系构成了人机工程学的主要研究内容。而航空产品的复杂性特点对人机工程学提出了更高的要求。本文从飞机环境控制出发结合具体事例研究飞机的人机工程设计问题，尤其是座舱压力控制、成员安全保障问题。

关键字：人机工程学飞行环境座舱压力控制

自第一次产业革命以来，人类的劳动即进入了机器时代，人的劳动作业在复杂程度和负荷量上均有了很大变化，人、机器，及他们所处的环境相应构成了一个更加复杂的系统。在这复杂系统的运作过程中，为解决这些问题，人们进行了一些探索、研究，如早期总结提出的Weber法则、Bloch法则等。随着科学技术的发展与人类社会的进步，人-机器-环境三元素构成的系统也愈加复杂庞大。如何处理人与机器、机器与环境、环境与人以及三者结合的关系，如何从这样的系统中获得最高的效能实现最大的安全等问题便成了人们关注的问题，因此针对这些方面人们进行了更加深入细致的研究探索。在这一过程中提出的理论、实验手段等便逐渐形成了一门崭新的科学——人机工程学。

对这一新兴的边缘科学，钱学深等前辈给出了科学的定义。“人”是指作为工作主体的人，指参与系统工程的作业者；“机”是指人所控制的一切对象，是指与人处于同一系统中与人交换信息、能量和物质，并为人借以实现系统目标的物的总称；“环境”是指人、机共处

的外部条件或特定工作条件。人机工程学即是采用人体科学与现代科学的理论与方法，正确处理这三者关系研究三者最优组合的科学。就航空界而言，其主要是研究飞行环境下，飞行员或成员与飞机之间的相互关系。其研究内容包括七个方面：人的因素与人的特性研究、机器的特性研究、环境的特性研究、人-机关系的研究、人-环境关系的研究、机-环境关系的研究、人-机-环境系统总体性能的研究。

就航空界而言，人机工程学的研究显得尤为重要。飞机驾驶舱内有一、二百个仪表、按钮、把杆、信号灯 ,驾驶员要依靠眼、耳与手的感觉去获得外界与仪表的信息 ,然后迅速做出判断 ,并立即通过手、脚等运动器官进行正确操纵 ,这是相当困难的作业过程。同时飞机所处的高空、高速、低温等环境也是相当复杂的，这对飞机的性能、飞行员素质已有很高的要求。结合我们的专业特点，我们小组主要针对飞机的环境控制系统进行了仔细的讨论和学习。飞机环境控制系统，是飞机主要的子系统之一，其主要涉及飞机对座舱压力、温度、湿度等的调节与控制，以为乘客或电子设备提供必要而适宜的环境。在各项指标中最为重要的便是压力指标，其不仅影响乘客的舒适性，更直接关乎成员的生命安全。

飞机在大多数时间都处于高空飞行状态。短航线的飞机一般在6000米至9600米飞行，长航线的飞机一般在8000米至12600米飞行，现在的普通民航客机最高飞行高度不会超过12600米，有一些公务机的飞行高度可以达到15000米。如，波音757-200飞机最高飞行高度为11280米，波音777-200飞机最高飞行高度可达15000

米。

由于重力的原因，大气压力的分布在海拔高度上是呈指数递减的，可大致表现为下图：

针对人体对于大气压力的要求，以及飞机制造上的经济性原则，我们规范了飞行过程中座舱内压力随海拔高度变化的规律。旅客机有两种座舱压力制度。第一种是先以相当于海平面的绝对压力保持到某一高度，然后又与外界大气压保持等压差变化至飞机设计高度。另一种是座舱从一开始就按某一曲线变化，直至飞机设计高度。战斗机的压力制度有三种，其内容不在此具体论述。

座舱的压力控制主要部件是座舱压力调节器，它通常由控制机构和排气活门两部分组成。目前国内大多数军用和民用飞机所采用的是气动式座舱压力调节器，但随着对飞机性能要求的提高，传统的座舱压力调节器已不能很好的满足飞行员的生理要求和飞行要求。对座舱压力调节器的研究、改进和创新，是飞机设计师致力从事的工作。气动转换器实现飞行速度变化时对座舱压力的调节以及气容对座舱压

力变化速率的调节等功能是改进的关键。根据对人体生理学的研究，飞机进行机动飞行时，座舱压力增长速率不应超过0.67 kPa/s，压力降低速率不应超过1.33kPa/s，寻找新型座舱压力调节器，使飞行员在空中能够更好地进行飞行训练或完成高难度的任务，保证飞机在飞行时能够自动调节座舱压力并限制座舱压力变化速率，提供更舒适的压力环境。

案例分析

机舱失压在军用和民用飞行中并不罕见,全世界每年大概会出现50起左右的失压事件。大部分情况下,机组人员都能及时采取应对措施,避免乘客遭受伤害。但机舱失压依然是世界空难史上众多事故的

罪魁。如2007年11月17日维珍蓝航空波音737布里斯班附近客舱失压事故。

1.事故梗概

2007年11月17日，一架维珍蓝航空公司波音737-700客机从澳大利亚库伦加塔黄金海岸机场飞往墨尔本，机上载有145名乘客和6名机组人员，从库伦加塔起飞爬升至高度31800英尺时，客舱压力急剧下降，机组人员戴上氧气面罩并实施紧急下降。飞机随即改航布里斯班安全着陆。

2.事故经过

在未使用发动机引气的情况下，飞机从库伦加塔起飞。起飞加速过程中，地速达到约27节时，机组收到主警告以及右侧发动机“引气跳开”的琥珀色指示。机长当时负责飞行操纵，他决定继续起飞。当飞机爬升至离地高度900英尺时，自动驾驶接通，飞行人员发现无法重置右侧引气系统，随后按照仅使用左侧引气系统供应飞机的空调进行了设置。在爬升过程中，一名乘务员通知驾驶舱机组人员说客舱内的温度过高令人不舒服，副驾驶的回应是将客舱调为较低的温度并将驾驶舱内的温度调高。机组人员决定以FL250的高度继续飞往墨尔本，这个高度比他们计划的巡航高度低。起飞后17分钟，机组人员发现他们已进入了结冰条件，于是决定爬升至FL350脱离结冰条件，然而发动机和机翼的防冰系统都没有打开。

飞机从高度FL250飞往高度FL350，4分钟后爬升至高度FL318，机组人员发现“组件跳开”指示灯亮，紧接着座舱压力急剧下降，座