● 摘要
火箭弹射座椅是飞机上最重要的个人防护救生设备，其舒适性是影响飞机驾驶工效的重要因素。本文目的是用合适的方法构建三维人体模型、座椅模型和脚蹬模型，初步建立起“飞行员—弹射座椅—飞机座舱”系统平台，可视化显示座椅与人体、座椅与脚蹬之间的匹配关系是否满足人体舒适性要求。本文首先介绍了一种用OpenGL图形库，以实体法构建三维静态人体模型的方法，将人体简化为19个刚性几何体，并在对应的关节处连接。分别采用46×3个中国飞行员人体尺寸建立了坐姿下第5、50、95百分位飞行员的三维静态人体模型，保证人体主要部位特征尺寸的准确性，可视化显示人体和座椅的匹配关系。然后将人体腿部简化为连杆机构，利用机器人学相关理论，建立人体腿部运动数学模型；通过对脚蹬组件中踏板运动规律的研究，确定人体足部运动位姿，从而求解出与之对应的髋关节、膝关节和踝关节位姿，确定人体腿部运动过程中的各个中间位姿，进行三维人体动态建模；并且将几个主要的弹射座椅和脚蹬组件的几何参数设为可调，可视化显示调整结果。同时，通过改变几个对操作位姿影响较大的人体尺寸参数，建立第50百分位美国陆军飞行员人体模型，对比分析了中美飞行员的操作位姿，说明弹射座椅设计中人的因素影响。本论文开发出的系统平台，可用于由几何尺寸影响的弹射座椅静态乘坐舒适性分析和座椅的概念设计阶段。