航空防护救生系统舒适性设计和标准现状分析

姜 涛 王 炜 谭 率 彭 华

（中航工业航宇救生装备有限公司，湖北 襄阳 441003）

航空防护救生系统舒适性设计和标准现状分析

姜 涛 王 炜 谭 率 彭 华

（中航工业航宇救生装备有限公司，湖北 襄阳 441003）

介绍了国内外航空防护救生系统舒适性设计和标准现状，并对现有的舒适性军用标准进行分析，指出了国内舒适性设计和标准存在的问题及差距，提出加快建立、完善我国航空防护救生系统舒适性标准体系是当务之急。

航空防护救生；舒适性；设计；标准

航空防护救生系统包括弹射救生子系统（弹射座椅、救生伞背带）以及个体防护子系统（头盔、供氧面罩、抗荷服、代偿服、通风服、抗浸防寒服、救生衣、救生船等），是飞行员驾机执行作战训练任务时，保障其从起飞到着陆全过程生命安全的关键装备。飞行员的飞行能力是保证飞机综合作战效能的基础，随着飞行时间和飞行强度的增加，飞行员的生理疲劳和心理疲劳必将会导致飞行能力的下降。防护救生系统的舒适性设计是延缓飞行疲劳的重要手段，对飞行员的生理状态、心理状态、反应能力等产生直接影响，最终对整个飞机的作战效能产生直接影响。因此，开展航空防护救生系统舒适性研究工作具有非常重要的现实意义。

1 舒适性设计

1.1 国外航空防护救生系统舒适性设计

从国外航空防护救生装备的发展历程来看，英、美、俄等发达国家始终高度重视舒适性的设计与研究，但也经历了一个逐步认识的发展过程，在早期的防护救生装备中，无论是弹射救生子系统，还是个体防护子系统，都存在着功能单一、综合化集成化程度低，不能完全满足长航时飞行的舒适性要求的问题。自20世纪80年代开始，以美、英为代表的西方发达国家的航空防护救生装备的设计思想开始发生重大转变，逐步实现了高度综合化、一体化、集成化的舒适性设计理念。其舒适性设计的主要特点是：采用高度综合化、一体化、模块化的设计技术，实现多种功能和多种使用模式的集成化设计目标，全面满足飞行员的缺氧、低气压、过载、饮食、排泄等各种生理防护，以及舒适性的生理和心理需求，主要包括以下几个方面：

a) 统筹分配防护救生系统各个装备的防护救生功能和舒适性要求；

b) 具有良好的防护救生性能和高可靠性，增强使用安全感，提高心理舒适性；

c) 采用新型透湿纺织材料和温度调节功能模块的组合，实现热带、寒区等不同使用环境下合理的热湿平衡，提高飞行员的热（温湿度）舒适性；

d) 采用多功能一体化、模块化设计，简化装备、优化重量重心；采用基于飞行员人体参数测量的适体性设计技术，为飞行员提供合理的体压分布，提高穿戴压力舒适性和坐姿压力舒适性；

e) 对人机界面、操纵部件进行仿形设计和合理选材，提高触觉舒适性；

f) 采用数字式有源降噪技术和三维音频技术，提高听觉舒适性；

g) 对防护救生系统的各个装备的外观设计、色彩搭配统一规划，提高飞行员视觉舒适性；

h) 合理分配防护救生系统的弹性模量和阻尼特征，提高长时间飞行的振动舒适性。

1.2 国内航空防护救生系统舒适性设计

我国航空防护救生系统研制过程中，还没有形成完整的舒适性设计和评价体系，对航空防护救生系统舒适性的要求缺少顶层规划，现役防护救生装备的研制更多的是考虑如何满足防护救生功能和性能的要求，对舒适性的要求考虑相对较少。随着战斗机性能的提高，在部队使用过程中不断暴露出大量舒适性的问题。包括：

a) 装备配套状态复杂、使用不方便、色彩不协调、美观性差；

b) 座椅腰部悬空、伞箱压头、背带压肩、座垫和靠背偏硬等；

c) 救生伞背带重量重、调节不方便、负过载约束效果差，存在肩带下滑等问题；

d) 头盔重量重、有压顶、夹腮现象；配头盔瞄准具后重心偏前、过载稳定性差；

e) 面罩压鼻、面型适体性差，容易漏气；

f) 服装适体性欠佳、面料厚，夏季穿着热负荷严重，飞行员反应强烈；

g) 抗荷服在大过载飞行中，抗荷系统在充气时过早、过大、过猛，而泄压时过慢，较大过载飞行时对飞行员腹部和腿部有明显压痛感。

上述问题归纳起来主要是热舒适性、压力舒适性、触觉舒适性、视觉舒适性和心理舒适性5个方面的问题，造成问题的原因主要是没有形成自上向下的防护救生系统功能和舒适性一体化设计理念。另一个重要原因是缺少完整的舒适性设计和评价标准体系。

2 舒适性标准现状

2.1 国外航空防护救生系统舒适性标准现状

美国是国际上最早将空军作为其军事全球战略核心力量的国家，在美国军用标准中，虽然没有以舒适性（Comfort）为主题的标准，但相关标准通常以“人的因素”（Human Factors）来涵盖对舒适性的顶层设计和具体要求，建立了相对完善的设计标准体系和评价方法。

2.1.1 舒适性指标体系

表1列举了目前搜集到的美国军用标准中与防护救生装备舒适性指标有关的标准。

MIL-STD-1472F《军事装备和设施的人机工程设计与评价》、JSSG-2010《乘员系统》以及HF-STD-001《人因设计标准》均为系统级的人机工程设计标准，涵盖了表1中的其他单项标准内容，是国外产品人机工程设计的主要参考标准，标准中包含了较为全面的与舒适性有关的设计要求和评价方法。

表1 国外“人的因素”相关标准

以HF-STD-001《人因设计标准》为例，包含了与人相关的一般设计需求、自动化、装备设计和维护、显示和打印、控制和视觉指示、报警声音和语音、计算机及界面、输入设备、工作空间设计、系统安全、个人安全、环境、人体尺寸和生物力学共计13个方面的标准要求；涵盖了舒适性设计必需的人体形态测量和运动测量数据、热舒适性、视觉舒适性、听觉舒适性、触觉舒适性及部分心理舒适性的一般要求，可以用来指导防护救生系统的舒适性设计，图1为该标准中给出的舒适区域温湿度及对应时间的关系图，为防护救生装备满足长时间飞行有效的进行温湿度控制提供了设计依据。

图1 舒适区域温湿度及对应时间

2.1.2 舒适性评价方法

国外在舒适性评价方法方面，虽然没有查到专门的有关舒适性评价方法的标准，但是由于在相关军用标准中给出明确量化的指标，为舒适性的客观评价奠定了基础。从相关文献资料来看，美国在防护救生装备舒适性评价上是以相关专业实验室来进行的，采用主观与客观相结合的方法进行。美国的AMRL实验室（Aerospace Medical Research Laboratory）发布了技术报告AMRL-TR-79-2 《美军个人防护服和装备的测试和评价指南》。美国空军的AFRL实验室（Air Force Research Laboratory）发布的《美国空军乘员坐垫舒适性的定量分析方法》中，为了满足战斗机长达8小时、轰炸机长达40小时飞行的舒适性要求，通过体压分布测量、肌肉疲劳测试（生物肌电）、血氧饱和度、认知能力测试的方法对ACESⅡ座椅的坐垫改进（材料和个性化设计）进行了主观和客观相结合的评价。

2.2 国内航空防护救生系统舒适性标准现状

我国虽然没有开展系统性的防护救生系统舒适性研究，但在飞行员人体几何尺寸测量、热舒适性、听觉舒适性和振动舒适性方面开展了一些初步研究，并结合国外标准的消化吸收，已经拥有了近20余种舒适性相关的标准，包括舒适性设计和评价相关的两个方面标准，针对标准中对舒适性在热湿、压力、接触、视觉、听觉、振动和人体特征库等方面的要求，以及所采用的主观和客观舒适性评价方法。进行统计后形成表2。

3 国内航空防护救生系统舒适性标准分析

3.1 缺少完整的舒适性人体特征参数标准

舒适性研究归根结底是对人的研究。所有飞行员防护救生装备均直接或间接地与人发生作用，为人所使用。保证防护救生装备为飞行员提供一个舒适的使用与工作环境的前提，必须是建立在对飞行员的各项人体特征（包括人体几何尺寸、人体运动参数、生理及心理特征参数等）进行了深入细致的研究和分析的基础上。只有充分了解并掌握了人自身的体貌形态、运动机理、生理参数和心理行为等的特征参数和演化机理，才能真正做到有针对性地进行防护救生装备的研发与测试，才能保证设计制造出符合飞行员预期的安全舒适的防护救生装备。但我国目前仅完成了飞行员人体体貌形态的测量，并形成了GJB 4856-2003《中国男性飞行员人体尺寸》，在其他的多个标准中，如GJB 6896-2009《男性飞行员人体静态三维尺寸》、GJB/Z 131-2002《军事装备和设施的人机工程设计手册》、GJB 4435-2002《飞行人员个体防护装备适体性评价方法》也包含人体相关的体貌形态特征参数。但在运动测量、生理参数测量和心理测量等方面，目前尚无系统性的标准，因此，急需开展这方面的测量与测试工作。

3.2 舒适性标准的系统化程度较低

表2 国内现有舒适性评价标准统计表

表2中带“●”符号的标准均为明确对舒适性的提出具体指标要求的标准，制定的时间均相对偏早，大部分从颁布实施至今已有二十年左右。这些标准由于受到当时设计思想的限制，普遍存在局限性，其共同的一个显著特点就是往往以具体功能为牵引，舒适性的评价指标和评价方法往往只针对舒适性要求的一项或者二项，缺乏系统性的评价和全局性的规划。并且这些标准通常只针对个别产品提出舒适性要求，忽视了航空防护救生装备系统性的配套问题，而造成单就某一个产品而言，舒适性评价可能符合要求，但与其他装备组合使用时，则会产生各种各样的协调性与一致性问题，这也正是现阶段部队飞行员所反映的舒适性问题的主要原因之一。3.3 舒适性指标与客观评价标准体系不够全面

通过对表2统计结果的分析表明，在触觉舒适性和视觉舒适性方面缺乏相关的指标要求和评价方法。即使是现阶段标准中所规定的主观评价方法、客观评价方法、人体特征参数和舒适性方面的热、压力、听觉与振动等指标要求，也存在以点盖面、缺乏系统性和完整性的问题。以热舒适性的相关标准为例，也仅仅是在外部环境温度、通风的功能性指标方面有较为详细的要求，而在热舒适性的核心指标方面，如服装热阻、服装湿阻、透湿指数、服装内微气候的温度与相对湿度、人体代谢产热量等等，均无明确的指标要求。

3.4 主观评价标准不够科学

受到现阶段航空防护救生系统舒适性相关理论基础及技术水平的限制，产品舒适性的考核无法量化，多数需要通过主观的评价方法，如用真人生理测试的方法进行评价。以GJB 4435-2002《飞行人员个体防护装备适体性评价方法》为例，该标准针对保护头盔、供氧面罩、高空代偿服和抗荷裤提出了适体性评价内容和评价结果的统计与分析方法，规范这些装备的主观评价方法，并为其它防护救生装备的适体性主观评价提供了参照。可是通观该标准，其所提出的主观评价方法并不十分科学，忽略了防护救生装备在装备与使用过程中的两个关键因素，即使用人员所处的环境和持续的时间。这些装备并不是简单的试穿试戴一下就可以做出正确的评价的，要想获得真正客观、真实、有效的评价，必须满足三个基本条件。首先是穿戴实验者所处的环境是否能够模拟飞行员真实的使用环境，这包括实验场地的温度、湿度、风速、日照强度等等；其次评定的级别不能简单的分为很好、好、一般、较不好和很不好等几个层次，每个个体的感受是不一致的，为了尽量协调统一所有人员的评判标准，应向实验员提供极限状态的样本先进行体验，以利于在实际体验装备后给出评价时有所参照；第三，也是最为关键的是，舒适性的主观评价结果最终往往是以实验员产生疲劳与不适感的持续时间来客观反映，即装备的舒适性优劣程度是以实验员持续使用一段时间后所产生的疲劳感导致生理机能和工作效能的下降幅度来客观体现。

4 结论

由上述分析可以看出，急需开展对航空防护救生系统舒适性标准体系的总体研究，建立由客观评价到主观评价、由部件评价到系统评价、由实验室评价到实际使用评价相结合的整套航空防护救生系统舒适性标准体系，并高度关注标准之间的最佳秩序，避免标准之间存在不配套、不协调、混乱和相互矛盾等问题。全面提高航空防护救生系统舒适性设计水平，为保障飞机综合作战效能的发挥提供有力的支撑。

（编辑：劳边）

V244.2

C

1003-6660（2014）03-0003-05