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民机驾驶舱光环境设计及视觉工效学研究

作　者: 杨彪
导　师: 孙耀杰
学　校: 复旦大学
专　业: 物理电子学
关键词: 驾驶舱 光环境设计 视觉工效学
分类号: V223.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


研制和发展大飞机,是我国的重大科技专项。科学合理的光环境设计可以对驾驶舱人机工效优化、飞机的安全可靠性设计,尤其在飞行员视觉、心理等方面,起到积极的指导作用。本文旨在为提出符合中国飞行员心理特征、增强飞行员情景意识的光环境设计方法、设计准则和设计指标提供足够的理论依据。驾驶舱光环境在大型飞机人机工效综合设计研究中有重要的地位和意义,本文首先指出了航空视觉问题的特殊性及其与人-机-环境系统的交互作用。然后从光亮度范围、光色的选择、辅助照明、眩光控制、亮度水平与易读性的关系等方面阐述了驾驶舱光环境设计的研究的意义和现状,并展望了民机驾驶舱光环境的研究方向。其次,介绍了相关的视觉理论,并从视觉工效学和实验心理学角度分析了视锐度的定义及测试手段,以及反应时间的特征及其影响因素。提出了基于光色、亮度、均匀度、散射光和对比度等的驾驶舱光环境设计基本原则。最后按照明方式和工作性质对驾驶舱照明系统进行了分类介绍。随后,研制开发了通用照明半物理综合实时仿真与验证系统,该系统包括工控机板卡控制系统、灯具调光系统、传感器反馈系统、系统控制软件等子系统。其技术指标和精度均符合照明测试实验的要求。第四章针对闪电、太阳直射等恶劣光环境下飞行员视觉功能受到的影响以及应对措施进行了视觉工效学研究。总结了恶劣自然光环境对飞行员视觉功能的影响,将“雷暴雨”和“穿云层”两种典型恶劣光环境的视觉特点抽象为脉冲型和阶跃型的亮度变化,并给出了雷暴雨灯的明确定义及安装建议。利用自主开发的视觉工效测试软件,以不同光环境为自变量,视锐度、反应时间和判读准确率为因变量,在全尺寸模拟驾驶舱中对10名被试进行了视觉工效学实验。以判读准确率作为参数,对视锐度和反应时间进行了速度-准确性平衡修正。数据分析结果表明,两种典型的恶劣光环境对视锐度有显著的负面影响；阶跃型光环境变化场景下的反应时间会显著增加,而脉冲场景下的反应速度会所有提高。这些影响都可以被雷暴雨灯提供的背景亮度所消除。两两对比分析后,建议飞行员应该在遇到恶劣光环境之前打开雷暴灯,这样其视觉功能将始终不受光环境突变的影响。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-9
第一章 绪论  9-19
  1.1 大型飞机重大专项  9-10
  1.2 民机驾驶舱人机工效综合仿真理论与方法研究  10-11
  1.3 航空领域中存在的视觉问题  11-13
  1.4 驾驶舱光环境的研究意义及现状  13-17
    1.4.1 红光与白光  14-15
    1.4.2 驾驶舱光环境设计的主要问题  15-16
    1.4.3 辅助功能照明  16
    1.4.4 眩光控制与防护  16
    1.4.5 亮度水平和易读性  16-17
    1.4.6 未来研究展望  17
  1.5 论文的主要内容  17-19
第二章 视觉及驾驶舱光环境设计依据  19-28
  2.1 视觉基础理论  19-24
    2.1.1 人眼的生理结构  19-21
    2.1.2 明视觉、暗视觉和中间视觉  21-23
    2.1.3 视锐度与空间频率  23-24
    2.1.4 反应时间  24
  2.2 驾驶舱光环境设计原则  24-25
  2.3 飞机驾驶舱照明系统的分类  25-27
  2.4 本章小结  27-28
第三章 照明综合仿真与验证系统设计  28-40
  3.1 设计目的和技术要求  28-29
  3.2 总体设计框架  29-31
  3.3 驾驶舱光环境控制系统硬件平台  31-35
    3.3.1 机柜及配电系统  31-32
    3.3.2 工控机测控系统  32-33
    3.3.3 照明调光系统  33-35
    3.3.4 照明检测系统  35
  3.4 系统控制软件  35-37
  3.5 技术指标与误差分析  37-39
  3.6 本章小结  39-40
第四章 驾驶舱恶劣光环境下的视觉工效学研究  40-58
  4.1 恶劣光环境对飞行员的不良影响  40-41
  4.2 恶劣照明环境下的视觉特点  41-43
    4.2.1 雷暴雨场景  41-42
    4.2.2 穿云层场景  42-43
  4.3 雷暴雨灯的使用目的及现状  43-45
    4.3.1 雷暴雨灯的使用目的  43
    4.3.2 雷暴雨灯的使用现状  43-45
  4.4 视觉工效学实验设计  45-56
    4.4.1 被试情况  45
    4.4.2 驾驶舱光环境模拟场景  45-47
    4.4.3 视觉工效学测试软件  47-49
    4.4.4 实验流程  49-50
    4.4.5 数据分析方法  50
    4.4.6 实验结果汇总  50-54
    4.4.7 讨论  54-56
  4.5 本章小结  56-58
第五章 总结与展望  58-60
参考文献  60-64
附录  64-65
致谢  65-66

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 飞机构造与设计 > 机身、座舱 > 驾驶舱
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