某型座椅人—椅系統(tǒng)重心及分布研究

李磊子 楊品 吳銘

摘 要：該文針對某型火箭彈射座椅，采用試驗與理論分析相結合的方法，對人-椅系統(tǒng)重心及分布進行研究，最終通過二元回歸分析得出該座椅人-椅系統(tǒng)重心關于人體特定生理特征的方程，從而可以方便獲取該座椅任意百分位人-椅系統(tǒng)重心。

關鍵詞：人-椅系統(tǒng)重心 重心實測 橢圓分布 二元回歸分析

中圖分類號：TB18 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）12（a）-0113-02

火箭彈射座椅的重心直接關乎彈射的成敗，在座椅研制過程中不僅要知道單個飛行員與座椅的組合重心，更要知道群體飛行員與座椅組合重心的分布情況。

座椅重心的重要程度是與其作用密切相關的，座椅重心作用主要表現(xiàn)在：重心是進行座椅彈射運動軌跡計算、最低安全高度計算等性能研究工作中的基本參數(shù)，不可缺失；其次在進行動力調(diào)節(jié)方案過程中，必須以重心作為調(diào)節(jié)的基本依據(jù)；再次要滿足各項試驗的要求，在進行大型綜合試驗及振動、沖擊等試驗中，必須事先確定人-椅系統(tǒng)的重心；最后是要滿足用戶的要求，主機單位和軍方會提出人-椅系統(tǒng)重心的要求，以便確定全機的重心及相關研究。由此可見，座椅重心數(shù)據(jù)對座椅的研制起著非常重要的作用，對xx型座椅人-椅系統(tǒng)重心及分布進行研究也勢在必行。

1 真人人-體系統(tǒng)重心實測

為獲得準確的人椅系統(tǒng)重心樣本數(shù)據(jù)，對××型座椅和100例真人樣本人員進行重心實測。座椅火工品采用配重的方式模擬，穩(wěn)定桿分為工作和不工作兩種。樣本人員穿戴全套個體防護裝備（分別包括冬裝和夏裝）。樣本人員身高和體重滿足或接近GJB 4856中殲（強）擊機飛行員第3百分位至第98百分位數(shù)人員的身高和體重要求。

經(jīng)重心實測，分布獲得樣本人著冬裝穩(wěn)定桿工作、樣本人著冬裝穩(wěn)定桿不工作、樣本人著夏裝穩(wěn)定桿工作、樣本人著夏裝穩(wěn)定桿不工作四種工況下的人椅系統(tǒng)重心數(shù)據(jù)，具體如圖1、圖2所示。

2 人-體系統(tǒng)重心分布

根據(jù)100例實測人-椅系統(tǒng)重心數(shù)據(jù)，在對重心分布規(guī)律研究的基礎上，編制人-椅系統(tǒng)重心分布程序，可以得到人-椅系統(tǒng)重心的橢圓分布。具體如圖3所示。

3 人-體系統(tǒng)重心二元回歸分析

利用實測得到的100例樣本數(shù)據(jù)通過二元回歸的分析方法編程計算人-椅系統(tǒng)重心與飛行員特征參數(shù)的相關關系，從而只需得到飛行員的人體參數(shù)，就可以推算該型座椅人-椅系統(tǒng)的重心。人體特征參數(shù)包括：飛行員身高H（mm）、裸重W（kg）、膝背距L（mm）、眼高h （mm）。通過二元回歸分析，得到飛行員著夏裝的組合重心（xx，yx）和著冬裝組合重心（xd，yd）。以身高、體重與為例，回歸方程的形式為：

xd=b0+b1W+b2H

b0、b1、H均為偏回歸系數(shù)，同時也可求得復相關系數(shù)R，不同的人體參數(shù)組合的R有一定差別，但是只能選擇統(tǒng)一的一組參數(shù)來獲取回歸方程。通過回歸分析發(fā)現(xiàn)，體重W和身高H的復相關系數(shù)都較為理想，.而且身高和體重的組合也方便火箭包進行調(diào)檔 ，所以重心回歸方程選取飛行員體重W和身高H的組合，從而可以確定出如下回歸方程：

飛行員著夏裝：x1=140.405+0.678W+ 0.018H

y1=913.209-0.072W-0.269H

飛行員著冬裝：x2=168.737+0.722W+0.004 H

y2=930.878-0.144W-0.275 H

4 任意百分位人-椅系統(tǒng)重心計算

通過回歸分析獲得了人-椅系統(tǒng)重心關于飛行員身高和體重的關系式，從而實現(xiàn)在已知任意飛行員升高和體重的情況下快速獲取人-椅系統(tǒng)重心。查GJB4856-2003《中國男性飛行員人體尺寸》可以得到典型狀態(tài)殲（強）擊機飛行員的基礎數(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)見表1。

把表1的身高和體重數(shù)據(jù)代入回歸方程，即可得到彈射狀態(tài)第3、第50、第98百分位數(shù)的人-椅系統(tǒng)重心數(shù)據(jù)，具體如表2所示。

5 結語

通過重心分布研究，利用100例真人實測試驗獲取了大量樣本數(shù)據(jù)，通過理論回歸分析得到任意百分位飛行員的人-椅系統(tǒng)重心的計算公式及橢圓分布規(guī)律，所得到的重心數(shù)據(jù)已經(jīng)在工程中得到驗證并廣泛應用，為彈射座椅研制和各項性能的確定和改進提供了重要數(shù)據(jù)支持。

參考文獻

[1] 國外第四代彈射救生技術情報研究.中國航空救生研究所[Z].2001.

[2] 吳銘，王興偉，張行.等，彈射座椅與飛行員組合重心分布的研究[J].航空學報，2004（5）：460-464.