Способ имитации перегрузок, действующих на организм человека в полете

Способ имитации перегрузок, действующих на организм человека в полете

Реферат

 

Изобретение относится к области управления динамическими стендами - тренажерами для обучения пилотов и космонавтов и проведения экспериментов с целью исследования влияния перегрузок на человека в полете, как способ, позволяющий имитировать перегрузки, действующие на организм пилота тяжелого летательного аппарата (ТЛА) с учетом реакции вестибулярной системы. Целью изобретения является приближение имитирующих перегрузок к реальным условиям полета летательного аппарата за счет создания более полной имитации перегрузок с учетом реакций вестибулярной системы человека. Способ основан на воздействии на пилота сил, создаваемых подвижными элементами центрифуги, такими как консоль 1, карданов подвес на конце консоли 2, кабина 3 в кардановом подвесе и кресло с подвижной станиной 5. Новым в способе является то, что перегрузку в любой точке организма пилота ТЛА, представляющую собой композицию квазистационарной перегрузки, перегрузки из-за малого поворота ТЛА и перегрузки с быстроменяющимся ускорением, имитируют посредством раздельно управляемых вышеуказанных элементов центрифуги, включая платформу внутри калины с установленным на ней креслом. 2 ил.

Изобретение относится к управлению динамическими стендами-тренажерами для обучения пилотов и космонавтов и проведения экспериментов с целью исследования влияния перегрузок на организм человека в полете. Цель изобретения приближение имитирующих перегрузок к реальным условиям полета летательного аппарата за счет создания более полной имитации перегрузок с учетом реакций вестибулярной системы человека. На фиг. 1 изображена кинематическая схема стенда-тренажера, на котором реализуется способ; на фиг. 2 структурная схема способа. Под ТЛА понимается класс летательных аппаратов, в процессе полета которых величина вектора перегрузки центра масс ТЛА не превышает двух-трех единиц. Наличие ограничений по перегрузке накладывает ограничения на маневренные свойства ТЛА, угловые ускорения ТЛА (порядка нескольких градусов в 1 с за 1 с. В процессе движения ТЛА наблюдаются сравнительно быстро меняющиеся движения вокруг центра масс ТЛА с постоянной времени движения порядка нескольких секунд и медленно меняющиеся квазистационарные движения центра масс ТЛА с постоянной времени движения больше минуты. Для описания этих движений введены квазистационарный трехгранник и связанный с ТЛА трехгранник. В случае полета ТЛА в спокойной атмосфере квазистационарный трехгранник отличается от траекторного на балансировочные углы атаки ^o и скоростного крена j_c^o, а связанный трехгранник получается из квазистационарного поворотом на малые углы х₁ sin ^o + j_c cos ^o, x² cos ^o - j_c sin ^o, x₃ где , j_c приращения углов атаки ^o + и скоростного крена j_c j_c^o + j_c, угол скольжения. Тогда движение ТЛА можно рассматривать как композицию двух движений: квазистационарного движения квазистационарного трехгранника и относительного движения связанного трехгранника относительно квазистационарного. Вектор перегрузки n в любой точке корпуса пилота, неподвижного относительно кабины ТЛА, можно с точностью до порогов чувствительности механорецепторов представить в виде n +X+ R + W где матрица-столбец проекций вектора квазистационарной перегрузки в расчетной точке кабины ТЛА на оси квазистационарного трехгранника, Х кососимметрическая матрица, соответствующая вектору малого поворота х(х₁,х₂,х₃) ТЛА относительно квазистационарного трехгранника; W матрица-столбец проекций вектора быстроменяющегося ускорения расчетной точки на оси связанного с ТЛА трехгранника; R кососимметрическая матрица, соответствующая радиус-вектору r рассматриваемой точки на оси связанного трехгранника, начало которого совпадает с расчетной точкой, (). Таким образом, перегрузки, действующие на человеческий организм при движении ТЛА, являются функциями девяти переменных параметров, являющихся координатами вектора n квазистационарной перегрузки, вектора х малого поворота и вектора W быстроменяющегося ускорения, т.е. перегрузка n в любой точке организма представляет собой композицию квазистационарной перегрузки , перегрузки х из-за малого поворота ТЛА и перегрузки с быстроменяющимся ускорением W. Восемь из этих девяти переменных параметров можно имитировать с учетом реакции вестибулярной системы на стенде-тренажере (см.фиг.1). Стенд-тренажер содержит раздельно управляемые консоль центрифуги 1, карданов подвес на конце консоли 2 с длиной l кабины в кардановом подвесе 3, платформу 4 внутри кабины и кресло на платформе с подвижной спинкой 5. Кинематическая схема стенда-тренажера имеет шесть степеней свободы: вращение консоли в горизонтальной плоскости одна степень; повороты внутреннего и внешнего колец карданова подвеса относительно своих осей две степени; поворот кабины относительно своей оси одна степень; возвратно-поступательное перемещение платформы вдоль вертикальной оси кабины одна степень; возвратно-поступательное перемещение спинки кресла вдоль продольной оси кабины одна степень. Предполагается, что приборная доска ТЛА и телеэкраны 6 для визуальной имитации установлены вместе с креслом на платформе. Для проведения имитации по предлагаемому способу необходима информация (см. фиг.2) с математической модели ТЛА о квазистационарной перегрузке, векторе малого поворота и перегрузке расчетной точки. Используя эту информацию и формулу, необходимо подавать на шесть исполнительных механизмов восемь управляющих сигналов: сумму двух сигналов на каждое кольцо карданова подвеса (см. фиг. 2) и по одному сигналу на остальные исполнительные механизмы. Наличие двух сигналов для каждого кольца карданова подвеса связано с тем, что угловое ускорение кабины в случае квазистационарного движения не должно превышать порогов чувствительности полукружных каналов вестибулярной системы, а дополнительные повороты колец на малые углы происходят тогда, когда угловые ускорения ТЛА превышают эти пороги чувствительности. Таким образом, движение карданова подвеса, так же, как и движение ТЛА, является композицией двух движений: квазистационарного и относительного. Кариолисовыми силами инерции при этом, если l 20 м,n| 2-3, можно пренебречь.

Формула изобретения

СПОСОБ ИМИТАЦИИ ПЕРЕГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА В ПОЛЕТЕ, основанный на воздействии на пилота сил, создаваемых подвижными элементами центрифуги, такими как консоль, карданов подвес и кресло с подвижной спинкой, отличающийся тем, что, с целью приближения имитирующих перегрузок к реальным условиям полета летательного аппарата за счет создания более полной имитации перегрузок с учетом реакций вестибулярной системы человека, перегрузку n в любой точке организма пилота, представляющую собой композицию квазистационарной перегрузки перегрузки из-за малого поворота X и летательного аппарата и перегрузки с быстроменяющимся ускорением W, имитируют посредством раздельно управляемых подвижных элементов центрифуги таким образом, что величину квазистационарной перегрузки имитируют вращением консоли с такой угловой скоростью, чтобы модуль суммы векторов центростремительного и касательного ускорений и вектора (-g) совпадал с произведением где g - вектор ускорения свободного падения, ориентацию вектора квазистационарной перегрузки имитируют поворотами колец карданова подвеса вокруг своих осей, добиваясь совпадения ориентации вектора - суммы вышеперечисленных векторов в системе координат кабины - с ориентацией вектора углы малого поворота x₁, x₂, x₃ имитируют, поворачивая кабину и кольца карданова подвеса вокруг своих осей на малые, порядка единиц градусов, углы, отслеживая угловое ускорение тогда, когда они превышают порог чувствительности вестибулярной системы, составляющие W_y, W_x вектора быстроменяющихся ускорений W имитируют возвратно-поступательными перемещениями платформы и спинки кресла, отслеживая изменения W_y, W_x в те моменты, когда они меняют знак.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000

Извещение опубликовано: 27.12.2000