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刘伟超 黄 磊 石春琴
刘伟超，男，1994年生，硕士研究生学历，河北省承德市人，中国直升机设计
脚踏式垃圾桶研究所助理工程师，主要研究方向为直升机驾驶舱人机工效设计。
本文针对我国当下所使用的直升机驾驶员人体模型存在着由于年代久远、无功能修正而引起的人体 尺寸数据不准确的问题，提出的直升机驾驶员人体模型尺寸修正解决方案。在直升机设计领域起到提 升直升机驾驶舱人机工效设计质量的作用。
图1 直升机驾驶员人体模型尺寸通用修正流程
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中国科技信息2021年第7期·CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2021
◎航空航天
通过判别尺寸条目中是否包含人体关节来确定是否需要姿势修正，对于包含人体关节、且根据实际设计情况有需要姿势修正的尺寸条目，再判别该尺寸条目为坐姿或立姿，根据流程图中提示的相应的计算步骤进行修正，即可输出修正后的尺寸数据。汽结构
人体模型尺寸修正对象
国军标中对于驾驶舱人机工效设计依据的人体百分位数提出了相关要求。例如，GJB 1471A －2012《军用直升机座舱几何尺寸》要求：a）座舱几何尺寸应使第50百分位的飞行员处于最合适的位置；b）
座舱几何尺寸和部件可调量，应至少使第5百分位数至第95百分位数的飞行员便于操作；c）座舱几何尺寸应保证第1百分位数至第99百分位数的飞行员均能安全操作和应急安全离机。由此可看出，GJB 1471A －2012要求依据第1、5、50、95、99人体百分位数据进行驾驶舱设计与评估。参考其他国军标中对驾驶舱人机工效设计依据的人体百分位数要求，针对第1、5、50、95、99人体百分位数据建立直升机驾驶员人体模型并进行尺寸修正较为通用。
对于修正尺寸条目的选取，主要从驾驶员处于坐姿状态下驾驶舱设备的可达性、驾驶舱交点数据、视野的设计与验证，驾驶员处于站姿状态下驾驶员的正常通道、应急通道及维修性设计方面的需求来进行考虑，根据国军标在这几方面的设计要求，选取了部分坐姿、站姿下的尺寸条目，如表1所示。
表1 修正尺寸条目
姿势
尺寸条目
坐姿坐姿高、坐姿眼高、眼顶高、坐姿肘高、坐姿中指尖高、坐姿大
转子点高、坐姿膝高、坐深、臀膝距、坐姿大腿厚、两肘间宽、两肘展开宽、肩峰肘距、臀大转子距、上肢长、全臂长、上臂长、
前臂长、手长、坐姿下肢长、大腿长、小腿长、前臂加手功能前伸长、上肢前伸长、上肢功能前伸长。站姿
身高、眼高、肩高、肩端点高、站姿中指尖高、大转子点高、手功能高、手功能高（抬臂）、膝高、两臂展开宽、两臂功能展开宽。
以在直升机人机工效设计中常用的身高、坐姿高、坐姿眼高、肩宽、臀膝距尺寸条目第1、5、50、95、99百分位数据为例进行修正分析。身高是指头顶点至地面的垂距；坐姿高是指从头顶点至椅面的垂距；坐姿眼高是指从眼内角点至椅面的垂距；肩宽是指左右肩峰点间的直线距离；臀膝距是指从臀部后缘至膑骨前缘的水平直线距离。如图2所示。
人体模型尺寸年代修正
GJB 4856－2003《中国男性飞行员人体尺寸》是以2001年飞行员测量普查数据为依据编制的，自2001年至今我国直升机驾驶员人体尺寸数据发生了明显的变化。伦敦帝国理工学院与由全球800多个科学家组成的非传染性疾病危险因素协作组织与世界卫生组织合作研究人类身高数据变化，分析了1472个此前的研究成果，涵盖包括179个国家1860万份测量数据，研究结果显示中国人1896年至1996年平均身高约增加了100mm，平均身高数据大致与年代时间呈线性增长，平均一年约增加1mm，增长趋势如图3所示。
对于身高以外的其他人体尺寸的年代修正，可简化看作人体身高数据的增加量在整个人体纵轴方向上是均匀的，矢状轴与冠状轴方向的尺寸的增量与纵轴方向上的增量是等比例的，那么对于其他某尺寸条目X，假设公元α年该尺寸条目的第i 百分位数的年代修正后的尺寸值为Y 年代，则计算方法如下式：
Y 年代=P i X+P i X / P i （身高）×（α－2001） （式1）
人体模型尺寸功能修正
功能修正量是指为了保证实现产品的某项功能而对作为产品尺寸设计依据的人体尺寸百分位数所作的尺寸修正量，包含了着衣、姿势、穿鞋方面的修正。在直升机驾驶舱人机工效设计中应用人体尺寸数据时，应考虑由于穿着飞行靴与飞行服引起的人体在纵轴、矢状轴、冠状轴及围度方向的尺寸变化量。另外，驾驶直升机时，飞行员躯干存在一定的放松弯曲姿势，要考虑姿势引起的变化量。
《GB12985 在产品设计中应用人体尺寸百分位数的通则》要求着衣修正量：坐姿时的坐高、眼高、肩高、肘高加6mm，胸厚加10mm，臀膝距加20mm；要求穿鞋修正量：身高、眼高、肩高、肘高对男子加25mm，对女子加20mm；要求姿势修正量：立姿时的身高、眼高等减10mm，坐姿时的坐高、眼高减44mm。飞行服的厚度尺寸与普通工业生产作业人员的工作服有差别，对于有着衣修正必要性的尺寸条目应根据飞行服的尺寸进行修正。《GJB 19B －2007 歼（强）击机座椅几何尺寸》指出飞行
员冬季服装约15mm；春季、秋季服装约10mm；夏季约5mm，类比GB12985中的单层、双层与四层着衣厚度的6mm、10mm 与20mm 的比例，对于应用极大设计原则的尺寸，以15mm 为基准进行修正，单层、双层与四层着衣厚度的修
正量为15mm、25mm 与50mm；对于应用极小设计原则
图2 身高、肩宽、坐姿高、坐姿眼高、臀膝距尺寸示意图图3 1896~1996年中国人平均身高数据变化
CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2021·中国科技信息2021年第7期
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的尺寸，以5mm 为基准进行修正，单层、双层与四层着衣厚度的修正量为5mm、8.3mm 与16.7mm。
对于姿势修正量，首先应判断针对的尺寸条目是否需要进行姿势修正，应依据该尺寸条目中是否包含人体关节，若包含，则大多有进行修正的必要。立姿时的身高、眼高等减10mm，坐姿时的坐高、眼高减44mm。对于其他人体尺寸的姿势修正，可简化看作人体身高或坐高姿势修正量在纵轴方向上均匀减小。对于待修正的非眼高尺寸条目X，假设该尺寸条目的第i 百分位数的姿势修正后的尺寸值为Y 姿势，若该尺寸条目为立姿尺寸，那么按式2计算；若该尺寸条目为坐姿尺寸，那么按式3计算：
Y 姿势=P i X －P i X / P i （身高）×10 （式2）Y 姿势=P i X －P i X / P i （坐高）×44 （式3）
固定篮球架对于穿鞋修正量，首先应判断针对的尺寸条目是否需要进行穿鞋修正，一般对于对地高度的尺寸条目上均需进行穿鞋修正，身高、眼高、肩高、肘高等对男子加25mm。
人体模型尺寸修正结果
对P1、P5、P50、P95、P99人体模型的身高、坐姿高、坐姿眼高、肩宽、臀膝距条目尺寸数据按上
述方法根据极大原则进行年代修正、着衣修正、穿鞋修正与姿势修正之后得到的具体尺寸数据如表2所示。
直升机驾驶员可达性验证分析
为验证直升机驾驶员人体模型尺寸年代修正与功能修正的有效性，分别根据修正前后的数据建立人体模型，在我国民用直升机AC311驾驶舱电子样机中进行可达性仿真分析，并与AC311真机驾驶舱中人机工效核查中的驾驶员的可达反馈进行比对，判断可达性仿真的准确定。
分别根据GJB 4856－2003《中国男性飞行员人体尺寸》中直升机驾驶员第50百分位人体尺寸数据，及按照本文修正方法进行年代与功能修正后的第50百分位人体尺寸数据在RAMSIS 人体仿真软件建立人体模型，如图4所示。
以驾驶员佩带装备并完全受到约束，在手臂和肩部肌肉自然伸展状态情况下，在AC311驾驶舱电子样机中建立可达域，可达性包络如图5所示。
图5中的两个可达性包络存在明显差异，对于综合显示器周边键的可达性：修正前的人体模型基本不
可达，而修正后的人体模型基本可达。在AC311真机驾驶舱中人机工效核查中，驾驶员针对综合显示器周边键的可达性反馈结果如
图6所示，认为可达性良好。
将人体模型可达仿真结果与真机驾驶舱人机工效核查结果比对可发现，修正后的人体模型可达性仿真结果与真实情况符合程度更高，证明修正后的人体模型可达性仿真更为准确。
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结语
经过可达性验证分析，尺寸修正后的直升机驾驶员人体模型仿真结果更为准确，则可证明直升机驾驶员人体模型年代与功能尺寸修正有利于提高人体模型建立的准确性，该修正方法的应用将有利于提高直升机驾驶舱操纵控制设备可达性、驾驶员内外视野、驾驶员舒适性与驾驶安全性等方面的设计与评估仿真的准确程度，从而提升直升机驾驶舱人机工效设计质量。
图4 RAMSIS 软件建立的修正前人体模型（左）与修正
后人体模型（右）
图5 修正前人体模型可达仿真包络（左）与修正后人体模
型可达仿真包络（右）
图6 AC311直升机驾驶舱人机工效核查结果
化石工艺品表2 直升机驾驶员人体模型尺寸修正结果数据
尺寸条目原始数据
修正结果数据
P1P5P50P95P99P1P5P50P95P99身高1611.11635.517101797.81827.51645.11669.517441831.81861.5坐姿高870.1884928973992851.4865.3909.3944.3973.3坐姿眼高752774815855.8895.7731.9754795.1835.8876肩宽348.1357.3389420.8431.9377.2386.5418.3450.2461.4臀膝距
510.2
530
566
603.8
618.9
541.2
561.2
622.3
635.2
650.3
