直升機后向座椅的適墜性仿真分析

陳家輝, 李艷軍, 曹愈遠(yuǎn), 馬新宇

(南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院, 南京 211106)

民用飛機在飛行過程中,可能因為設(shè)備故障、惡劣天氣等原因,會在緊急情況下發(fā)生應(yīng)急著陸的情況,在應(yīng)急著陸過程中,主要通過飛機底部結(jié)構(gòu)吸收沖擊的能量,防止過大的變形。但是針對乘員的直接保護是取決于座椅結(jié)構(gòu)和座墊的能量吸收以及安全帶的約束,避免乘員遭受嚴(yán)重沖擊載荷或與艙內(nèi)其他部件發(fā)生碰撞[1]。由于座椅系統(tǒng)是地面轉(zhuǎn)移到機上乘客的負(fù)載路徑中主要的子系統(tǒng)之一,因此它受到了極大的關(guān)注,在飛機墜撞時候,座椅結(jié)構(gòu)和坐墊發(fā)生變形吸收沖擊的能量,以滿足座椅的適墜性來保護機上乘客安全。

為了滿足航空座椅系統(tǒng)的適墜性,在飛機墜撞時保護乘客安全,同時避免座椅發(fā)生過大的意料外的形變影響乘客的安全撤離,國外出臺相關(guān)航空座椅的安全條例[2-4]。中國民用航空器適航標(biāo)準(zhǔn)23、25、27和29部中都對航空座椅提出了嚴(yán)格的性能要求[5-8]。其中涉及座椅重量、極限慣性載荷、最大變形、安全帶約束等技術(shù)指標(biāo)。目前,座椅碰撞試驗是聯(lián)邦航空管理局(Federal Aviation Administration,FAA)認(rèn)可的唯一可靠驗證方法[9]。但是座椅的動態(tài)沖擊試驗涉及多剛體假人的動態(tài)響應(yīng)和損傷、能量吸收、瞬態(tài)動力學(xué)、非線性分析等復(fù)雜的力學(xué)問題。目前進行試驗室的物理試驗是評估航空座椅安全性的最直接也是最可靠的方法。但是飛機的設(shè)計周期因此也受到認(rèn)證測試要求的嚴(yán)重制約,完全基于物理試驗來檢驗座椅的安全性,需要進行反復(fù)的動態(tài)沖擊試驗,這不僅花費的成本巨大,設(shè)計周期也會大大延長,座椅系統(tǒng)的碰撞行為也很難用純粹的分析方法來預(yù)測。

國外學(xué)者已經(jīng)使用數(shù)值方法對航空座椅的適墜性以及座椅結(jié)構(gòu)的參數(shù)優(yōu)化進行了許多研究[10-14]。國內(nèi)相關(guān)研究處于起步階段[15-17]。國內(nèi)開展的相關(guān)研究主要集中在剛性座椅上,對于彈性座椅和直升機上的座椅的研究很少。同時國內(nèi)缺少座椅對于乘客安全保護的分析研究,難以正確評估航空座椅對乘員的保護能力,更不可能提出對設(shè)計的改進。若能通過數(shù)值模型可以準(zhǔn)確地反映出航空座椅系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變形和動態(tài)響應(yīng),進而優(yōu)化航空座椅設(shè)計提高安全性。

現(xiàn)主要針對某旋翼類航空器設(shè)計的新型座椅系統(tǒng)為例,基于多剛體動力學(xué)和顯示動力學(xué)理論完成了人椅耦合系統(tǒng)的建模,結(jié)合CCAR 27規(guī)章中的垂直動態(tài)沖擊試驗要求,進行某型號直升機后向座椅的動態(tài)沖擊仿真。進行仿真結(jié)果與實際試驗數(shù)據(jù)進行定量分析對比,確立仿真模型的有效性以及分析座椅結(jié)構(gòu)的安全性。采用有限元法分析假人的損傷指標(biāo)數(shù)據(jù),為仿真技術(shù)輔佐航空座椅設(shè)計和開發(fā)提供參考依據(jù)。

1 垂直動態(tài)沖擊試驗

航空座椅的動態(tài)試驗與靜載試驗不同,靜載試驗關(guān)注于飛機機身導(dǎo)軌的連接強度以及座椅自身強度是否滿足性能要求。而動態(tài)試驗是用于評估航空座椅/乘員系統(tǒng)在飛機墜撞等惡劣環(huán)境下人體生理耐受指標(biāo)、座椅結(jié)構(gòu)強度、變形、性能能否滿足規(guī)章要求的重要試驗,對座椅系統(tǒng)在動載環(huán)境下保護乘客的安全性評估具有不可替代性。

垂直方向測試的目的是評估緊急著陸條件,座椅受到垂直載荷沖擊下的結(jié)構(gòu)完整性和脊柱損傷,因為主要的沖擊是沿著乘者的脊柱。中國民用航空局在其法規(guī)CAAC 23、25、27和29部中定義了座椅垂直沖擊測試的條件如圖1所示。從圖中可以看出旋翼類航空器的座椅系統(tǒng)與飛機相比,工作環(huán)境更加惡劣,試驗所需的峰值加速度更大,峰值時間更少,對座椅的安全性能有更高的要求,因此該型號的座椅設(shè)計更加復(fù)雜,設(shè)計周期更長。

圖1 中國民用航空規(guī)章垂直沖擊測試條件Fig.1 Vertical impact test conditions of China Civil Aviation Regulations

在西安中國飛機強度研究所進行航空座椅的30g(g為重力加速度,g=9.8 m/s2)垂直動態(tài)沖擊試驗。根據(jù)引用標(biāo)準(zhǔn)SAEAS 8049B《民用旋翼航空器和運輸類飛機座椅性能標(biāo)準(zhǔn)》中&5.3的動態(tài)沖擊試驗要求,研究對象是航空座椅/乘員系統(tǒng),由ATD(anthropomorphic test device)假人、航空座椅、安全帶約束系統(tǒng)組成。

在動態(tài)沖擊試驗中,帶有假人的座椅通過導(dǎo)軌被固定在沖擊滑臺上,沖擊前使座椅的每個支腿相對于未變形的地板結(jié)構(gòu)俯仰10°、滾動10°,其目的是對結(jié)構(gòu)進行預(yù)應(yīng)力,并模擬飛機在緊急著陸過程中地板結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重變形。沖擊開始將三角形加速度脈沖施加到水平?jīng)_擊滑臺上。這個脈沖可以將座椅提高到最小要求速度并相應(yīng)地使其減速來模擬。在垂直方向試驗中,座椅必須經(jīng)歷最小9.14 m/s的速度變化,從而在31 ms內(nèi)承受至少承受30g的載荷,試驗參數(shù)如表1所示。

表1 動態(tài)垂直沖擊試驗要求Table 1 Requirements for dynamic vertical impact test

垂直動態(tài)沖擊試驗中慣性加載方向,將向下偏30°角30g沖擊試驗轉(zhuǎn)換為向前以水平方向為基準(zhǔn)偏轉(zhuǎn)60°沖擊試驗,經(jīng)過轉(zhuǎn)換后,試驗座椅仍然與沖擊方向保持30°,沖擊效果相同,滿足其試驗要求。最后直升機后向航空座椅的垂直沖擊試驗如圖2所示,經(jīng)過試驗后要根據(jù)適航條款中標(biāo)準(zhǔn)要求評估假人的損傷、座椅的變形情況和連接件的失效。

圖2 航空座椅沖擊加載Fig.2 Impact loading of aviation seat

在旋翼類航空器中,座椅朝向不固定,有前后向座椅(機頭方向為前)和側(cè)向座椅。研究表明,人的耐受能力取決于束縛系統(tǒng)與乘客的接觸面積。在受到縱向方向的沖擊時,后向座椅與乘客接觸面積更大、支撐更好,更加有利于乘員的保護。但是座椅靠背結(jié)構(gòu)要承受乘客上部軀干的慣性力,防止乘客過度的前移趨勢,因此后向座椅的設(shè)計要保證能承受乘客身體作用于靠背結(jié)構(gòu)的載荷和力矩。本文研究選定H135直升機的后向座椅進行建模分析,后向座椅的垂直沖擊試驗要將沖擊方向掉轉(zhuǎn)180°,試驗情況如圖3所示。

圖3 后向座椅的沖擊試驗Fig.3 Impact test of rear facing seat

2 基本原理

2.1 動態(tài)有限元法

在座椅沖擊中,有包含非線性微分方程的非線性多自由度問題,求解出給定初始條件問題、位移、速度和加速度的數(shù)值解。所有其他的未知數(shù),如應(yīng)力、應(yīng)變、能量等均可由位移、速度和加速度的基本值推導(dǎo)而出。

(1)

由于所有這些項都是時間相關(guān)的,因此在動力學(xué)分析中,假設(shè)t時刻的靜態(tài)平衡,包括與加速度相關(guān)的慣性力的影響,與速度相關(guān)的阻尼力都是需要考慮進去的。對于解決這種高度非線性的瞬態(tài)問題,一般采用顯示方法[18],顯式分析非常適合于動態(tài)模擬,如沖擊分析和碰撞分析。

2.2 顯示動力學(xué)

在顯式方法中,“中心差分方案”等時間積分方法是主要使用的。在該方法中,將方程中的平衡關(guān)系看作是一個常系數(shù)的常微分方程組,并且可以使用根據(jù)位移近似加速度或速度的任何方便的有限差分表達(dá)式。

(2)

(3)

式中:t為時間間隔。

分別代入方程式(2)和式(3)中的速度值和加速度值,改寫方程式(1)為

(4)

從式(3)中減去式(2),然后改寫公式為

(5)

(6)

將Un-1從式(6)代入式(4),可以確定Un+1的值,因此可以計算出時間步長n+1的其他未知數(shù),如位移、速度、加速度。

3 座椅/乘員系統(tǒng)仿真方法

圖4顯示了飛機座椅系統(tǒng)的有限元方法,主要由座椅結(jié)構(gòu)、滑軌和靠墊、約束系統(tǒng)和50百分位假人模型組成。座椅系統(tǒng)的非線性瞬態(tài)有限元分析采用以下步驟:①座椅結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)組件的有限元建模;②材料測試和部件驗證;③加載和邊界條件;④虛擬驗證;⑤輸出結(jié)果分析。

圖4 飛機座椅系統(tǒng)的有限元分析方法Fig.4 Finite element analysis method of aircraft seat system

3.1 座椅有限元的建模

本文座椅為新設(shè)計開發(fā)的某醫(yī)護直升機座椅,主要材料為7075-T6鋁合金,質(zhì)量為14.3 kg。其中座椅結(jié)構(gòu)包括座椅框架、坐墊、背墊、4點式安全帶、快接地板組件,該座椅的三維模型如圖5所示。

圖5 座椅結(jié)構(gòu)示意圖Fig.5 Schematic diagram of seat structure

首先是對座椅的CAD幾何模型進行簡化,大多數(shù)飛機座椅組件是機械加工和復(fù)雜的幾何形狀。座椅框架幾何圖形是不同厚度、肋條、圓角、半徑和倒角的組合,保留座椅主要的受力部件,通過簡化復(fù)雜的幾何形狀可以減少計算時間提高效率。

座椅的有限元建模中對于框架、坐墊和背墊采用以六面體單元為主進行劃分,座椅板和圓壁管首先在其原有幾何基礎(chǔ)上抽取中面,在采用殼單元網(wǎng)格進行劃分,厚度按照原有厚度進行賦予,采用剛性連接模擬螺栓、焊接連接。

航空座椅網(wǎng)格劃分的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[19]如表2所示,要求95%的網(wǎng)格滿足該質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

表2 實體單元和殼體單元的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Quality standards for solid units and shell units

經(jīng)過Hypermesh軟件的自檢中,座椅有限元模型滿足網(wǎng)格質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求,因此該模型質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是合格的,在之后的計算分析中也更加高效和穩(wěn)定。

3.2 網(wǎng)格單元和材料屬性

根據(jù)中外研究和經(jīng)驗,六面體單元使用單點積分算法,計算更加穩(wěn)定且能有效阻止負(fù)體積的出現(xiàn),殼單元使用對于大變形問題計算穩(wěn)定有效的Belytschko-Tsay公式,該種單元是縮減積分單元,計算速度快。使用相對恒定的元素尺寸范圍在3～6 mm。對于所選的時間步長為2.8×10-7s,為了保持?jǐn)?shù)值穩(wěn)定性,模型中最小元素限制在不小于2 mm。

座椅框架采用航空鋁材7075-T6,材料屬性使用MAT24中彈塑性材料的雙線性本構(gòu)模型,參數(shù)如表3所示。

表3 7075-T6材料參數(shù)Table 3 7075-T6 Material Parameters

坐墊、靠墊的發(fā)泡材質(zhì)為聚氨酯泡沫,材料模型選用高壓縮低密度泡沫材料MAT57進行模擬[20]。聚氨酯泡沫模型可用于模型高可壓縮的泡沫,適用于座墊材料,可以很好地模擬卸載時的滯后現(xiàn)象。

該材料密度為60 kg/m3,楊氏模量為0.25 MPa。在LS-DYNA中發(fā)泡材料定義的加載-卸載名義應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖6所示。

圖6 聚氨酯泡沫應(yīng)力應(yīng)變曲線Fig.6 Stress strain curve of polyurethane foam

3.3 約束和加載

根據(jù)《旋翼航空器、運輸類飛機和小飛機座椅系統(tǒng)》(CTSO-C127b)中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,旋翼航空器(B-2型)必須按照圖7所示要求完成垂直動態(tài)沖擊試驗。

圖7 地板變形示意Fig.7 Schematic diagram of floor deformation

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求建立出加速脈沖的導(dǎo)軌,將座椅與導(dǎo)軌約束。試驗要求的三角形脈沖載荷添加到座椅導(dǎo)軌上,并將導(dǎo)軌設(shè)置為剛體,避免不必要的變形。在加速脈沖施加的同時,為模擬出地板的變形情況,采用動態(tài)松弛法進行座椅的預(yù)變形(俯仰和滾動),并將假人和座椅添加的1g的重力加速度。

采用一維剛性單元和二維殼單元完成四點式安全帶模型。一維剛性單元用于安全帶和連接點的連接,二維殼單元模擬安全帶織物對假人的約束。

4 航空假人/座椅系統(tǒng)模型動態(tài)響應(yīng)

按照上述方法建立好H135直升機的航空假人/座椅約束系統(tǒng)(B-2型),該航空假人/座椅模型總過包含71 290節(jié)點,36 641體單元,10 822殼單元,該模型中數(shù)值假人的初始姿勢與試驗中物理假人初始姿勢需要保持一致。物理假人關(guān)鍵部位的馬克標(biāo)三維坐標(biāo)定位了初始坐姿,依據(jù)定位的頭部、膝部、手部、H 點、肩部、腳踝等關(guān)鍵部位馬克標(biāo)坐標(biāo)擺放數(shù)值假人,實現(xiàn)數(shù)值假人與物理假人初始坐姿一致性,如圖8所示。

圖8 航空假人/座椅系統(tǒng)模型Fig.8 Aero dummy/seat system model

在航空座椅的動態(tài)沖擊仿真中,大多數(shù)運用的是瞬態(tài)的非線性分析和多剛體動力學(xué)理論[21]。本文研究利用通用的有限元程序LS-DYNA進行仿真分析,LS-DYNA用于分析三維結(jié)構(gòu)的非線性動態(tài)響應(yīng),它采用中心差分法對時間積分進行非線性動態(tài)響應(yīng)分析程序。

為了驗證該模型的有效性,將座椅/乘員系統(tǒng)的有限元模型導(dǎo)入非線性有限元軟件LS-DYNA中進行模擬仿真,并將仿真結(jié)果和試驗結(jié)果進行對比分析。

仿真結(jié)束后,檢查仿真輸出的數(shù)據(jù)。一般要求最終質(zhì)量增加不得超過5%,沙漏能小于總體內(nèi)能的10%[22]。通過計算發(fā)現(xiàn),在整個沖擊過程中,模型整體質(zhì)量增加和沙漏能占比遠(yuǎn)小于上述要求,因此仿真結(jié)果可行度高。

4.1 響應(yīng)數(shù)值評估

為了評估所提出的座椅系統(tǒng)模型的可靠性,對脊椎與骨盆間的載荷進行了數(shù)值監(jiān)測和評估,比較試驗和仿真的數(shù)據(jù)。根據(jù)SAE ARP 5765A,利用幅度誤差(Error) 和綜合誤差(CSG)兩個指標(biāo)評估載荷曲線的相關(guān)性及模型的有效性。

曲線的幅度誤差為

(7)

式(7)中:PeakTest為試驗峰值;Peaksim為仿真峰值。

曲線峰值時刻誤差為

(8)

式(8)中:tTest為試驗峰值時刻;tsim為仿真峰值時刻。

利用Sprague和Geers綜合誤差計算曲線形狀誤差。給定兩個相同長度的時間內(nèi),參考數(shù)據(jù)的m(t)和對比數(shù)據(jù)c(t),t1、t2是試驗的開始和結(jié)束時間,將定義以下時間積分得到Imm、Icc和Imc。

(9)

(10)

(11)

式中:Imm為參考曲線平方項積分;Icc為對比曲線平方項積分;Imc為參考曲線與對比曲線乘積項積分。

仿真模型的的幅度誤差隨后被定義為

(12)

誤差的定義為

(13)

最后得出Sprague和Geers的綜合誤差的定義為

(14)

將仿真數(shù)據(jù)進行提取,與試驗在標(biāo)記點的加速度和速度方面的比較如圖9所示。標(biāo)記點位于骨盆處的仿真結(jié)果與測試結(jié)果如圖10所示,隨著在橫軸上的時間和脊柱負(fù)荷在縱軸上的變化,線形圖顯示了假人的腰椎力在碰撞期間時間變化的趨勢。橙色曲線表示模擬結(jié)果,藍(lán)色曲線表示試驗結(jié)果,主要模擬0～62 ms的沖擊結(jié)果,在0 ms對座椅施加初始加速度,約在17 ms座椅與假人開始發(fā)生碰撞,在大約在47 ms假人的腰椎載荷達(dá)到頂峰然后開始下降。

圖9 導(dǎo)軌加速度和速度Fig.9 Rail acceleration and speed

圖10 假人腰椎載荷數(shù)值對比Fig.10 Comparison of dummy lumbar spine load values

在60°的沖擊下,假人腰椎力是主要評測數(shù)據(jù),也是判定模型有效性的重要指標(biāo)之一。試驗中最大腰椎載荷為5 291 N,仿真結(jié)果中最大腰椎載荷為5 654 N,結(jié)果均小于規(guī)定的最大腰椎載荷6 670 N。由圖9中仿真數(shù)據(jù)曲線與試驗的實際曲線對比中,可以看出曲線的大致形狀、峰值大小和脈沖形狀均保持良好的一致性,曲線峰值誤差、峰值時刻誤差和形狀誤差均小于8%,在實際工況下,這種程度的誤差是可以接受的,說明通過上述方法建模是合理有效的,有效仿真模型可以為物理試驗提供參考依據(jù)和提供相應(yīng)的改進措施。

4.2 有限元法對座椅系統(tǒng)的響應(yīng)分析

在座椅沖擊過程中,航空假人的重力、慣性力是座椅承受的主要載荷。其中,假人自身的重力以及由于座椅向前加速導(dǎo)致的慣性力主要施加在座椅坐盆上,假人慣性力是垂直于坐墊上的,因此對坐盆部位施加的載荷較大。

如圖11(a)所示,表示飛機地板變形導(dǎo)致座椅外框架的扭曲,相對于左外框架的俯仰變形,右外框架的滾轉(zhuǎn)變形更加嚴(yán)重,會對連接螺栓及薄壁圓管施加更大的力和力矩,導(dǎo)致更容易使框架出現(xiàn)破壞。由此看出,飛機地板的變形對于座椅動態(tài)沖擊中會受很大影響,同時也模擬出飛機緊急墜落的嚴(yán)峻情況,可提高座椅設(shè)計的安全性。

圖11 座椅部件變形情況Fig.11 Deformation of seat parts

外框架由于飛機地板變形影響產(chǎn)生了扭轉(zhuǎn)和前傾,因此對將框架相連接的座椅板產(chǎn)生了很大的作用力和扭矩,使之產(chǎn)生了明顯的塑形變形。如圖11(b)所示,這種大幅度變形一是因為飛機地板變形,改變外框架和坐盆框架的受力框架,導(dǎo)致座椅板出現(xiàn)扭曲變形,二是由于沖擊主要沿著人體的脊椎方向,為了避免乘客的腰椎和脊椎受到過大的沖擊,保護乘客安全,座椅板產(chǎn)生較大塑性形變來提供緩沖。

座椅中對乘員的腰椎的保護取決于座椅結(jié)構(gòu)、底盤和座墊的組合緩沖距離,有效的緩沖距離可以減少了乘員在沖擊時的速度積累,對于減少腰椎載荷起到關(guān)鍵性作用。如圖12所示,該座椅的設(shè)計是當(dāng)承受過大載荷時,座椅框架的連接螺栓出現(xiàn)滑動,將迫使假人向下合成運動,增加假人的緩沖距離,起到保護乘客的目的。

圖12 座椅緩沖裝置Fig.12 Seat buffer device

4.3 乘客的動態(tài)響應(yīng)分析

為了進一步探究該座椅系統(tǒng)的安全性,研究在擴大乘客體格覆蓋范圍(95%)后對直升機座椅系統(tǒng)的影響和安全性。進行了相應(yīng)的有限元建模和分析,以演示或比較使用第95百分位假人模型對重要測試參數(shù)的影響,比較第50位和第95位男性假人的體重、身高等情況。結(jié)果如表4所示。

表4 第50分位和第95分位男性假人參數(shù)對比Table 4 Comparison of 50th and 95th percentile male dummy parameters

在座椅垂直沖擊仿真中,使用50分位和95分位假人進行有限元仿真分析,表5為不同體格假人的損傷和座椅系統(tǒng)負(fù)載的比較。

表5 動態(tài)沖擊部分指標(biāo)對比Table 5 Comparison of Dynamic Impact Indexes

動態(tài)沖擊試驗結(jié)束后,座椅結(jié)構(gòu)仍然連接在導(dǎo)軌上,主要載荷傳遞路徑保持完好,乘員約束系統(tǒng)能經(jīng)受動態(tài)載荷后與所有連接點保持連接,座椅的永久變形在規(guī)定的量值限度內(nèi),并且不顯著地妨礙乘員解脫約束、站起來以及離開座椅。由于假人頭部沒有和其他部件發(fā)生碰撞,因此HIC值較低,由于沖擊是沿著腰椎方向,腰椎承受大部分載荷,座椅吸能效果不夠充分,導(dǎo)致對假人的腰椎損傷指標(biāo)較大。

從乘客安全的角度來看,為了承受更大體格的乘客,有必要評估適合更大體積乘客的飛機座位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)完整性。相比于50分位假人,95分位假人的重量重了大約27%,身高增高了約7%。在動態(tài)沖擊試驗中,仍然滿足適航規(guī)章27部規(guī)定,假人的損傷增加了15%～25%,座椅的負(fù)載增加了10%～20%。

4.4 改進與建議

從仿真結(jié)果來看,乘客的各項傷害指標(biāo)均未超過規(guī)定值,滿足適航規(guī)章要求,因此在緊急墜落時,該型號座椅能夠滿足機上乘客的安全性要求。但在垂直沖擊過程中,座椅坐墊和座椅板變形嚴(yán)重,座椅板的部分連接出現(xiàn)了脫落,可能會對乘客的撤離產(chǎn)生不利的影響,若連接完全失效,腰椎力可能出現(xiàn)二次峰值,超過人體耐受極限,存在一定的安全隱患。其中假人的腰椎受到損傷是最大的,也是最容易受到傷害的部位,因此座椅的設(shè)計應(yīng)該關(guān)注于對假人腰椎的保護作用。增加座椅板與座椅框架連接件結(jié)構(gòu)的強度,優(yōu)化沖擊載荷的傳遞路徑,增加乘客下墜的緩沖距離等措施。

5 結(jié)論

(1)提出了一種直升機座椅的有限元動態(tài)分析方法,由座椅結(jié)構(gòu)、墊子、約束系統(tǒng)和50分位的假人組成的非線性有限元模型。該模型將約束載荷、地板變形和導(dǎo)軌載荷相互關(guān)聯(lián)起來。有限元結(jié)果和檢驗結(jié)果的比較表明了有著較好的一致性,建立了有限元方法評估的可信度。

(2)根據(jù)航空航天標(biāo)準(zhǔn),即SAE AS8049B和CCAR-27-R2,進行某型號直升機座椅的垂直動態(tài)沖擊試驗和仿真試驗。研究人體最大容差極限和直升機機座最小性能標(biāo)準(zhǔn)的估計方法,這為直升機的適墜性評估提供了參考。相比50分位假人,95分位的假人受到的損傷增加了15%～25%,座椅負(fù)載增加了10%～20%,總體來說,需要做更多的研究來確定在為更大體格的人群設(shè)計時對座椅重量的影響。

(3)該型號直升機的座椅基本滿足適墜性要求,但是座椅板連接容易在沖擊過程失效,可能會導(dǎo)致腰椎受到更大的載荷和乘客逃脫時受到阻礙;座椅當(dāng)承受過大載荷,連接螺栓向下滑動進行乘員的保護機制可靠性程度較低,可能會在實際沖擊過程中無法起到保護作用;地板的變形會加劇座椅整體結(jié)構(gòu)的破壞,在后續(xù)的設(shè)計改進中應(yīng)該考慮。