楊歡，劉小川,*，白春玉，張宇，惠旭龍

1. 中國飛機強度研究所，西安 710065 2. 結(jié)構(gòu)沖擊動力學(xué)航空科技重點實驗室，西安 710065

民用飛機使用過程中，因為惡劣天氣、機械故障等原因，可能會發(fā)生應(yīng)急著陸。中國民用航空器適航標(biāo)準(zhǔn)(CCAR)23部、25部、27部和29部均對應(yīng)急著陸過程中的乘員保護(hù)提出了明確要求，航空座椅系統(tǒng)是重要客艙設(shè)備，與乘員安全直接相關(guān)，適航標(biāo)準(zhǔn)要求座椅系統(tǒng)需開展動力試驗(包括水平、垂向動態(tài)沖擊試驗)來證明其安全性，并使用符合要求的假人模擬人體。

航空座椅系統(tǒng)由座椅骨架、座椅墊、安全帶等組成，在應(yīng)急著陸過程中，通過座椅結(jié)構(gòu)和座椅墊的能量吸收以及安全帶的約束來保護(hù)乘員，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。座椅系統(tǒng)在應(yīng)急著陸沖擊下的動態(tài)響應(yīng)和能量吸收涉及到材料失效、幾何大變形、剛?cè)狁詈系葟?fù)雜力學(xué)過程，國內(nèi)外學(xué)者采用實驗和數(shù)值手段開展了大量研究，其中沖擊實驗是評估其安全性的最直接手段。

國外相關(guān)研究主要關(guān)注了假人頭部/肩部/膝部/腳踝等典型部位的運動軌跡、假人頭部/頸部/胸部/腰椎/骨盆/股骨等動態(tài)響應(yīng)，但基本沒有涉及座椅結(jié)構(gòu)典型部位加速度和應(yīng)變等動態(tài)沖擊響應(yīng)與載荷傳遞規(guī)律研究，研究對象集中于剛性座椅/乘員系統(tǒng)，關(guān)于彈性座椅/乘員系統(tǒng)的研究較少，且集中于安全帶的乘員保護(hù)能力。

國內(nèi)學(xué)者對座椅/乘員系統(tǒng)的研究廣泛分布于航空、航天、汽車、武器裝備等領(lǐng)域，尤其集中于汽車座椅結(jié)構(gòu)強度方面。在航空領(lǐng)域的相關(guān)研究較少，并且主要集中于彈射座椅(駕駛員座椅)和剛性座椅，關(guān)于常規(guī)旅客座椅的研究很少。同時，關(guān)注對象較為分散(如脈沖波形、光學(xué)測試、座椅滑軌、固定連接裝置等)，研究內(nèi)容較為局限(主要集中于假人的運動過程以及頸部和股骨載荷)。

針對航空座椅/乘員系統(tǒng)的水平動態(tài)沖擊力學(xué)性能，賀永龍基于剛性座椅/乘員系統(tǒng)水平動態(tài)沖擊實驗，發(fā)現(xiàn)偏航狀態(tài)的假人運動軌跡更加顯著；解江等結(jié)合剛性座椅/乘員系統(tǒng)實驗結(jié)果，發(fā)現(xiàn)相較于膝部和腳踝，假人頭部X向位移最大，接近900 mm，并通過仿真分析方法說明了前置隔板作用下假人頭部損傷程度最大，股骨最小；馮振宇等結(jié)合彈性座椅/乘員系統(tǒng)實驗結(jié)果，采用仿真分析方法，評估并發(fā)現(xiàn)安全帶固定點位置和剛度對乘員運動軌跡(頭部和膝部等)和椅腿受載影響顯著。此外，鄭亞明、黃萬甲和韓亮通過開展駕駛員座椅裝機水平動態(tài)沖擊實驗，測試了假人運動姿態(tài)、頭部運動軌跡、股骨載荷等內(nèi)容，說明了座椅及其周圍環(huán)境能有效降低人員在水平墜撞環(huán)境中的傷害。

本文以典型航空旅客座椅/乘員系統(tǒng)為研究對象，結(jié)合CCAR 25部中的水平?jīng)_擊條件，以縱向沖擊下航空座椅/乘員系統(tǒng)的動態(tài)載荷傳遞特性為關(guān)注重點，研究假人運動過程和運動軌跡、假人內(nèi)部加速度和載荷響應(yīng)、座椅結(jié)構(gòu)典型部位加速度和典型部位應(yīng)變等，并根據(jù)載荷傳遞特征提出座椅系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化的建議。

1 動態(tài)沖擊實驗

1.1 座椅/乘員系統(tǒng)

研究對象是由座椅、假人、約束系統(tǒng)組成的座椅/乘員系統(tǒng)，如圖1所示。該座椅為典型航空旅客三聯(lián)座座椅，主要材料為鋁合金，重約32 kg，包含椅腿、椅管、扶手架、扶手、椅盆、椅背、坐墊、背墊等部分，如圖2所示。

圖1 座椅/乘員系統(tǒng)安裝與典型部位Mark布置示意圖Fig.1 Schematic diagram of seat/occupant system installation and Mark layouts of typical parts

圖2 座椅組成Fig.2 Seat composition

1.2 實驗系統(tǒng)

圖3為實驗系統(tǒng)框圖，包含結(jié)構(gòu)水平?jīng)_擊試驗臺系統(tǒng)、專用照明系統(tǒng)、高速攝像系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、座椅/乘員系統(tǒng)等。安裝示意圖見圖1，座椅通過滑軌和滑車臺連接，安裝方向與滑車臺推進(jìn)方向相反，以產(chǎn)生和實際應(yīng)急著陸方向相同的慣性載荷。假人就坐于座椅中間座位，并通過兩點式安全帶進(jìn)行約束。

圖3 實驗系統(tǒng)框圖Fig.3 Experimental system block diagram

為便于實驗描述和結(jié)果分析，定義總體坐標(biāo)系-(見圖1)，原點位于與滑車臺相連接的支持工裝上，軸沿滑車臺推進(jìn)方向，軸垂直于地面向上，軸由右手法則確定。

1.3 測量與數(shù)據(jù)處理

通過結(jié)構(gòu)水平?jīng)_擊實驗臺系統(tǒng)，測量實際沖擊脈沖波形。除此之外，實驗測量項目包含4項：① 假人典型部位的運動過程與運動軌跡；② 假人內(nèi)部的加速度和載荷響應(yīng)；③ 座椅結(jié)構(gòu)典型部位的加速度；④ 座椅結(jié)構(gòu)典型部位的應(yīng)變等。第1項由高速攝像系統(tǒng)通過非接觸測試方法進(jìn)行采集和計算；后3項分別由假人內(nèi)部的加速度傳感器、載荷傳感器以及座椅結(jié)構(gòu)上粘貼的加速度計、應(yīng)變片進(jìn)行測量。

數(shù)據(jù)處理方法分為3類：一是通過高速攝像系統(tǒng)，直接計算得到假人典型部位的運動軌跡；二是依據(jù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SAE J211，處理沖擊脈沖波形以及假人內(nèi)部的加速度和載荷響應(yīng)；三是采用低通數(shù)字濾波方法，處理座椅結(jié)構(gòu)典型部位的加速度和應(yīng)變信號。

1.4 沖擊加載

本文脈沖量值(波形的目標(biāo)峰值)為4(為重力加速度)，脈沖執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)參考CCAR 25部562條，目標(biāo)波形為三角波，目標(biāo)上升時間為0.09 s，目標(biāo)速度為3.35 m/s。

考慮到阻尼、氣密性等因素，控制系統(tǒng)中設(shè)定的脈沖波形輸入值略高于目標(biāo)值，但基本不影響研究。綜合波形控制和質(zhì)量匹配等因素，加速度沖擊脈沖波形的開始部分一般會出現(xiàn)一定振蕩。圖4為實際沖擊脈沖波形與輸入值的對比，主要分為加速度時間曲線和速度時間曲線2部分?？煽闯?，實測加速度峰值4.42，最大速度3.83 m/s，上升時間0.09 s，實際加速度時間曲線和速度時間曲線與輸入的控制曲線吻合很好，相對誤差不超過2%，說明滑車臺控制情況良好。

圖4 沖擊脈沖波形Fig.4 Dynamic impact pulse waveform

2 沖擊過程中的假人動態(tài)響應(yīng)

2.1 假人典型部位運動過程與運動軌跡

假人運動過程直觀反映了沖擊載荷作用下假人的運動學(xué)特性，其量化研究可通過典型部位的運動軌跡分析實現(xiàn)。

假人本身為多自由度系統(tǒng)，取假人頭部、肩部、肘部、膝部、腳部5處作為典型部位(見圖1)。由于實驗過程中部分時段無法捕捉到假人肩部和肘部的Mark標(biāo)，因此后續(xù)不再展開分析。

圖5為假人運動過程及典型部位的總位移與總速度時間變化曲線，圖6、圖7、圖8分別為、、方向的位移時間變化曲線。從圖中可看出，座椅和假人沿沖擊載荷方向(正方向)運動，同時由于慣性影響，假人相對滑車臺沿負(fù)方向運動遠(yuǎn)離椅背。觀察動態(tài)圖像發(fā)現(xiàn)，假人右胳膊較早地遠(yuǎn)離軀干，進(jìn)而使得在右胳膊的帶動下，假人頭部等典型部位出現(xiàn)較為明顯的向位移。

圖5 假人運動過程及典型部位的總位移與總速度Fig.5 Movement process of dummy and total displacement and total velocity of typical parts

圖6 典型部位X向位移Fig.6 X-direction displacement of typical parts

圖7 典型部位Y向位移Fig.7 Y-direction displacement of typical parts

圖8 典型部位Z向位移Fig.8 Z-direction displacement of typical parts

以安全帶約束部分為分界，假人運動可分為頭頸軀干在內(nèi)的上半部分和以腿部為主的下半部分2部分，這2部分的運動軌跡又和假人自身的關(guān)節(jié)連接、關(guān)節(jié)長度、關(guān)節(jié)質(zhì)量以及相互間的摩擦作用相關(guān)。由于假人下半部分運動受到上半部分運動的牽制和影響，在上半部分的大質(zhì)量帶動等作用下，典型部位的位移峰值時間出現(xiàn)差異，假人頭部位移峰值出現(xiàn)時間最晚，大約時間在=0.289 s。

實驗中，假人膝部和腳踝總位移最小，100 mm左右，頭部總位移最大，大概500 mm，尤其、向位移分別達(dá)到373、339 mm。假人頭部速度最大，十分接近脈沖波形速度的最大值，說明滑車臺經(jīng)座椅傳遞到假人的能量基本沒有發(fā)生變化。因此，在座椅/乘員系統(tǒng)的水平動態(tài)沖擊實驗中，應(yīng)重點關(guān)注假人頭部運動。

2.2 假人內(nèi)部響應(yīng)

座椅研發(fā)的首要目標(biāo)是為乘員提供安全的乘坐環(huán)境，而乘員關(guān)鍵部位的加速度和載荷響應(yīng)能夠直觀表現(xiàn)座椅的安全性，并為乘員的耐受性分析與損傷指標(biāo)建立提供一定的數(shù)據(jù)支撐。

為研究假人內(nèi)部的加速度和載荷響應(yīng)，自上而下依次選取頭部、頸部、胸部、腰椎、骨盆、股骨等典型部位，在對應(yīng)位置分別安裝頭部、胸部和骨盆三向加速度傳感器、頸部和腰椎六向載荷(力和力矩)傳感器、左腿股骨單向力傳感器等。

假人頭部/胸部/骨盆的向加速度、頸部/腰椎的向力、左側(cè)股骨力的時間變化曲線如圖9所示，向和向的加速度(、A)、力(、)時間變化曲線、頸部和腰椎的力矩(、、分別為力矩在、、向的分量)時間變化曲線分別如圖10～圖12所示。可看出，、向加速度和力較大，絕對值大致呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。向加速度和力非常小，其中在=0.33 s 附近腰椎力略大，是因為假人向右微傾。

圖9 假人內(nèi)部X向加速度和力及左側(cè)股骨力Fig.9 X-direction acceleration and force and left femoral force inside dummy

圖10 假人內(nèi)部Y向加速度和力Fig.10 Y-direction acceleration and force inside dummy

圖11 假人內(nèi)部Z向加速度和力Fig.11 Z-direction acceleration and force inside dummy

圖12 假人內(nèi)部頸部和腰椎力矩Fig.12 Torque of neck and lumbar spine inside dummy

向加速度中，骨盆加速度峰值最大(6.31左右)，頭部和胸部次之，這和慣性載荷作用下的軀干運動有關(guān)。向力中，腰椎力峰值最大，約為655 N，左側(cè)股骨和頸部次之，說明類似垂向沖擊，假人腰椎的水平?jīng)_擊響應(yīng)也比較大，因為假人上半部分重量基本由腰椎承擔(dān)。

由向峰值時間可知，骨盆、腰椎和胸部、頸部和頭部的峰值依次出現(xiàn)，說明載荷從假人臀部經(jīng)軀干逐步向頭部傳遞。同時由于慣性影響，假人大腿受到小腿牽引更早達(dá)到最大拉伸狀態(tài)，股骨力峰值于0.125 s最早出現(xiàn)，略早于骨盆向加速度，這和假人上半部分運動對骨盆的影響有關(guān)。

受慣性載荷和假人部件間的相互影響，向加速度峰值由大到小依次為頭部、骨盆、胸部，其中頭部加速度在=0.227 9 s達(dá)到峰值，約6.07。向力中，腰椎力最大，峰值約1 376 N。在假人極限前傾狀態(tài)下，腰椎力、骨盆加速度、頭部加速度基本同一時間達(dá)到峰值，同時在頭部-頸部-軀干的系列帶動作用下，頸部力峰值時間較為靠前。

腰椎向力矩先增后減，變化趨勢與、向腰椎力基本一致，峰值約111 N·m，約為頸部的10.1倍，這主要與腰椎力遠(yuǎn)大于頸部力有關(guān)。同時，頸部和腰椎的向力很小，其、向力矩主要分別由、向力產(chǎn)生，這使得頸部和腰椎的、向力矩變化很小。

總體上，水平?jīng)_擊時，假人骨盆和腰椎受載最大，頭部次之。結(jié)合CCAR 25部與美國汽車安全技術(shù)法規(guī)FMVSS 208，對比本次實驗結(jié)果與假人損傷指標(biāo)，可知在水平動態(tài)沖擊實驗中，假人腰椎和骨盆出現(xiàn)損傷的概率較大，頭部、頸部、胸部、股骨的受損概率較小。這是因為本次實驗為單排座椅/乘員系統(tǒng)實驗，沖擊過程中假人沒有與隔板、前排座椅等物體發(fā)生碰撞。

3 座椅結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)

3.1 座椅結(jié)構(gòu)典型部位加速度

沖擊載荷的度量可反映為加速度信號的變化，座椅結(jié)構(gòu)典型部位的加速度反映了加速度在座椅結(jié)構(gòu)中的傳遞規(guī)律。

通過對座椅結(jié)構(gòu)布局與實驗載荷分布的初步研究，以左側(cè)座椅骨架為關(guān)注對象，在前后椅腿、扶手架、扶手等座椅結(jié)構(gòu)典型部位布置單向加速度計(見圖13)，合計12只。向加速度計編號分別為A1、A3、A5、A7、A9、A11，向加速度計編號分別為A2、A4、A6、A8、A10、A12。加速度計A5、A6布置在結(jié)構(gòu)肋上，其余均布置在結(jié)構(gòu)腹板，且每2個相鄰的加速度計(如A1、A2)均連接于同一位置。

圖13 加速度計布置示意圖Fig.13 Schematic diagram of accelerometer layout

圖14、圖15分別為座椅結(jié)構(gòu)典型部位的向和向加速度時間變化曲線，可看出，向加速度較小，基本處于±1范圍內(nèi)。向6個測點的加速度時間曲線基本重合，整體趨勢呈三角波形式，先增加后減小，與沖擊脈沖波形十分吻合。其中，0.07 s左右的抖動與安全帶的繃緊狀態(tài)有關(guān)。

圖14 座椅結(jié)構(gòu)典型部位Z向加速度Fig.14 Z-direction acceleration of typical parts in seat structure

放大0.07 s左右的向加速度曲線(見圖15)，并分析該區(qū)間和曲線整體趨勢下降處的加速度峰值與峰值時間，如表1所示。從曲線放大處可知，加速度A1、A3、A5、A7、A9、A11的峰值時間和峰值均逐漸增大，說明在座椅結(jié)構(gòu)中，沖擊載荷從滑車臺傳至座椅滑軌后，其傳遞路線一分為二，一條沿前椅腿連接處-前椅腿-前椅管-扶手架，一條沿后椅腿連接處-后椅腿-后椅管-扶手架，載荷在扶手架內(nèi)匯合后，自下而上繼續(xù)向扶手傳遞，見圖16。其中，扶手及扶手架豎向部分的加速度受椅背和安全帶的影響。同一高度處，A1、A3加速度峰值及達(dá)到峰值的時間均十分接近，相對誤差不超過0.5%，說明載荷從前后椅腿連接處傳至前后椅腿的速度和載荷基本一致。

圖15 座椅結(jié)構(gòu)典型部位X向加速度Fig.15 X-direction acceleration of typical parts in seat structure

圖16 座椅結(jié)構(gòu)典型部位X向加速度分布圖Fig.16 X-direction acceleration distribution diagram of typical parts in seat structure

表1 典型部位X向加速度峰值時間與峰值Table 1 X-direction acceleration peak time and peak value of typical parts

從向加速度曲線整體趨勢下降處，可看出6個測點的峰值時間均略晚于加速度波形的峰值時間(約=0.089 8 s)，時間相差0.003 6～0.009 5 s，反映了座椅結(jié)構(gòu)中的加速度傳遞過程。并且，A1、A3、A5的加速度峰值與加速度波形峰值(4.42) 十分接近，最大相對誤差1.17%，說明從椅腿到扶手架能量變化很小。A7、A9、A11加速度峰值越來越大，并均大于加速度波形峰值，這與假人運動及扶手的自由邊界狀態(tài)有關(guān)。

3.2 座椅結(jié)構(gòu)典型部位應(yīng)變

應(yīng)變反映了結(jié)構(gòu)的局部變形情況，有利于評估結(jié)構(gòu)的承載能力和開展結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計工作，同時結(jié)構(gòu)的應(yīng)力波傳播規(guī)律也可反映為結(jié)構(gòu)典型部位的應(yīng)變分布。

參照座椅結(jié)構(gòu)典型部位加速度計的布置原則，選取前后椅腿、扶手架等座椅結(jié)構(gòu)典型部位沿結(jié)構(gòu)肋延伸方向布置應(yīng)變片，共計8個，編號為S1～S8，如圖17所示。

圖17 應(yīng)變片布置示意圖Fig.17 Schematic diagram of strain gauge layout

由圖18的座椅結(jié)構(gòu)典型部位的應(yīng)變時間變化曲線可看出，整體上應(yīng)變時間曲線先增大后減小，與加速度脈沖波形趨勢相近。應(yīng)變峰值時間基本略大于加速度脈沖波形峰值時間，最大0.009 8 s，體現(xiàn)了應(yīng)力波的傳遞過程。

圖18 座椅結(jié)構(gòu)典型部位應(yīng)變Fig.18 Strain of typical parts in seat structure

座椅結(jié)構(gòu)典型部位的應(yīng)變峰值時間與峰值見表2，可看出，應(yīng)力波沿前椅腿-前椅管-扶手架、后椅腿-后椅管-扶手架傳遞，在扶手架處匯合后，一部分通過安全帶的約束作用傳至假人，一部分向扶手方向傳遞，如圖19所示。

表2 典型部位應(yīng)變峰值時間與峰值Table 2 Strain peak time and peak value of typical parts

在扶手架與后椅腿連接處，S6應(yīng)變在0.096 7 s達(dá)到最大值，約516.77μ，說明座椅結(jié)構(gòu)變形整體處于彈性階段。S3應(yīng)變次之，447.20 μ左右，因為受到慣性影響，后椅腿根部承受較大載荷，同時這與后椅腿的構(gòu)型(尤其是曲率變化)密切相關(guān)，表現(xiàn)在座椅設(shè)計中，椅腿形狀多為π型(見圖19)。

圖19 座椅結(jié)構(gòu)典型部位應(yīng)變分布圖Fig.19 Strain distribution diagram of typical during in seat structure

應(yīng)變S5距離應(yīng)變S6較近(直線距離90 mm左右)，其峰值時間較S6略晚約0.000 7 s，峰值約為S6的60%。其余應(yīng)變峰值均不超過200 μ，按由大到小順序，依次為應(yīng)變S4、S7、S8、S2、S1。因為S4位于后椅腿上且靠近后椅腿與扶手架的連接處，S7、S8分布于扶手架上靠近扶手方向并逐漸遠(yuǎn)離安全帶錨點。同時因為應(yīng)力波自下向上傳播，S7、S8的應(yīng)變峰值時間逐漸增大。應(yīng)變片S1、S2的峰值時間分別為0.093 2、0.093 9 s，更近于加速度波形峰值時間。

此外，通過對應(yīng)變時間曲線求導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)座椅結(jié)構(gòu)典型部位的應(yīng)變率最大不超過0.022 s，由此可知，針對4.42水平?jīng)_擊條件，在座椅零部件材料的力學(xué)性能測試中，應(yīng)變率取至10·s級別便可滿足分析要求。

3.3 座椅結(jié)構(gòu)典型部位加速度和應(yīng)變與標(biāo)記點垂向距離的關(guān)系

加速度隨結(jié)構(gòu)垂向距離的變化反映了載荷的傳遞過程，應(yīng)變與結(jié)構(gòu)垂向距離的關(guān)系說明了應(yīng)力波的傳播歷程。

表3為加速度標(biāo)記點之間、應(yīng)變標(biāo)記點之間的垂向(向)距離關(guān)系，表4為鄰近的加速度標(biāo)記點和應(yīng)變標(biāo)記點之間的垂向(向)距離關(guān)系，其中A1、A3、S2、S4基本處于同一高度；A7和S7高度相同；A5與S5、S6距離較為接近，高度差約為5～6 mm；A9與S8高度差約為14 mm。對比加速度和應(yīng)變之間的峰值時間與峰值，見表5。

表3 加速度標(biāo)記點間和應(yīng)變標(biāo)記點間的Z向距離關(guān)系Table 3 Relationship of Z-direction distance between acceleration markers and strain markers

表4 加速度標(biāo)記點和應(yīng)變標(biāo)記點間的Z向距離Table 4 Z-direction distance between acceleration marker and strain marker

表5 加速度和應(yīng)變峰值時間與峰值對比Table 5 Comparison of teak time and peak value of acceleration and strain

結(jié)合圖15、表1，可知A3、A5、A7、A9、A11點的加速度峰值分別為A1的0.99、0.99、1.03、1.09、1.26倍，加速度峰值時間分別為A1的1.00、 1.00、0.96、0.95、0.94倍。結(jié)合表3、表4，發(fā)現(xiàn)加速度峰值比例和峰值時間比例均小于對應(yīng)的向距離倍數(shù)，且向距離越大，峰值比例越大，與標(biāo)記點的向距離倍數(shù)關(guān)系區(qū)別越大，這和結(jié)構(gòu)的能量吸收有關(guān)，與結(jié)構(gòu)的構(gòu)型設(shè)計和材料選用有關(guān)。不同標(biāo)記點的加速度峰值時間比例十分接近，并隨標(biāo)記點向距離的增大而減小，同時與標(biāo)記點的向距離倍數(shù)差異增大，這與座椅結(jié)構(gòu)的承載方式有關(guān)。

結(jié)合圖18、表2～表4，可看出應(yīng)變峰值比例與對應(yīng)標(biāo)記點的向距離關(guān)系復(fù)雜，說明應(yīng)變峰值與座椅的結(jié)構(gòu)構(gòu)型和材料分布密切相關(guān)。同時，比較同一高度處的應(yīng)變峰值時間，S1、S2、S5分別早于S3、S4、S6，說明應(yīng)變峰值時間受座椅結(jié)構(gòu)承載方式影響。

結(jié)合表3～表5可知，標(biāo)記點位置臨近且高度相同時，加速度和應(yīng)變的峰值時間倍數(shù)在1.01～1.05范圍內(nèi)，峰值時間基本一致。S8的向位置高于A大概914 mm，峰值時間卻晚出現(xiàn)0.034 4 s， 這主要是因為與扶手架相連的扶手為自由邊界。

同一高度處，加速度峰值與應(yīng)變峰值不成比例，隨著高度增加峰值倍數(shù)先減小(標(biāo)記點在前后椅腿和扶手架水平部分)后增大(標(biāo)記點在扶手架垂向部分)，這與結(jié)構(gòu)的構(gòu)型和選材以及承載方式有關(guān)。并且由于加速度計A5與應(yīng)變片S5、S6均布置在結(jié)構(gòu)肋平面上且距離較近，A5與S5、S6的峰值倍數(shù)相同。

4 結(jié) 論

采用實驗方法研究了水平?jīng)_擊條件下典型航空座椅/乘員系統(tǒng)的動態(tài)沖擊響應(yīng)特性，分析了假人運動過程和運動軌跡、假人內(nèi)部加速度和載荷響應(yīng)、座椅結(jié)構(gòu)加速度和應(yīng)變的變化規(guī)律，主要得出以下結(jié)論：

1) 在水平?jīng)_擊過程中，假人頭部運動幅度最大，假人內(nèi)部響應(yīng)隨時間的變化趨勢與加速度脈沖波形相近，骨盆加速度、腰椎力和力矩、頭部加速度響應(yīng)顯著，骨盆、腰椎受損概率最大。

2) 座椅結(jié)構(gòu)具有兩條載荷傳遞路徑(前后椅腿-前后椅管-扶手架-扶手/安全帶和假人)，2條路徑的傳遞時間和傳遞載荷相近。假人內(nèi)部傳力路徑分為2條：1條臀部-軀干-頭部(主線)，1條臀部-大腿-小腿-腳部。

3) 座椅結(jié)構(gòu)典型部位加速度沿傳載路徑逐漸增大，加速度曲線與加速度脈沖波形相近，峰值時間略晚。扶手架與后椅腿連接處應(yīng)變最大，后椅腿根部次之，前椅腿最小。在座椅結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)著重增強后椅腿及相關(guān)連接部位的強度。

4) 座椅結(jié)構(gòu)典型部位加速度峰值和峰值時間的比例均小于對應(yīng)的向距離倍數(shù)，且向距離越大，加速度峰值比例越大峰值時間比例越小，結(jié)構(gòu)形式和材料類型對向距離倍數(shù)關(guān)系影響越大。