تحلیل پاسخ ارتعاشی مدل‌های دینامیکی مختلف بدن خلبان در انجام مانورهای پروازی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار دانشکده مھندسی ھوافضا دانشگاه علوم و فنون ھوایی شھید ستاری

2 دانشجوی کارشناسی ارشد مھندسی ھوافضا گرایش سوانح ھوایی و صلاحیتھای پروازی

چکیده

در این تحقیق، به بررسی پاسخ ارتعاشی مدل­های مختلف بدن خلبان در انجام مانورهای پروازی پرداخته می‌شود. در این راستا از مدل­های گسسته، شامل مدل­های چهار درجه آزادی و مدل هفت درجه آزادی که جزو مدل­های رایج در این نوع تحلیل­ها می‌باشند، استفاده می­شود. معادلات دینامیکی حاکم بر حرکت این مدل­ها از روش نیوتن به دست آمده و با روش عددی رانگ- کوتا در نرم افزار متلب حل می‌شوند. صحت سنجی هر یک از مدل­های به کار رفته با استفاده از نتایج تحقیقات منتشر شده قبلی انجام می‌شود. پس از اطمینان از صحت مدل­سازی و برنامه نوشته شده، ورودی ناشی از تغییرات شتاب g ثبت شده در تست تجربی حین پرواز و استخراج هفت مانور پروازی، به مدل‌های ارتعاشی مختلف اعمال می­گردد. از قابلیت انتقال پایه صندلی نسبت به هر یک از اعضای بدن خلبان به عنوان معیار مورد نظر برای تحلیل ارتعاشی استفاده می­گردد. نتایج به دست آمده در سه مدل مورد مطالعه نشان می­دهند که بیشترین سهم انتقال پذیری در ناحیه قفسه سینه (بالا و پایین) و پس ازآن در ناحیه لگن در مانورهای مختلف قرار دارد. همچنین براساس میزان قابلیت انتقال پذیری و ماکزیمم شتاب g در مانورهای مختلف، اثر آهنگ تغییر شتاب بر قابلیت انتقال پذیری و احساس راحتی خلبان بیش از میزان ماکزیمم شتاب در هر مانور می باشد.

کلیدواژه‌ها


[1]. Seidel, H., Bastek, R., Brauer, D., Buchholz, C.H., Meister, A., Metz, A.M., Rothe, R., “On human response to prolonged repeated whole- body vibration”. Ergonomics, Vol. 23, Issue 3, pp. 191-211, 1980.
[2]. Backman, A.L., “Health survey of professional drivers”. Journal of Work, Environment & Health, Vol. 9, Issue 1, pp. 30-35, 1983.
[3]. Bovenzi, M., Pinto, I., Stacchini, N., “Low back pain in port machinery operators”. Journal of Sound and Vibration, Vol. 253, Issue 1, pp. 3-20, 2002.
[4]. Rehn, B., Bergdahl, I.A., "Lundström, R., Ahlgren, C., From, C., Järvholm, B., Lundström, R., Nilsson, T., Sundelin, G., “Musculoskeletal symptoms among drivers of all-terrain vehicles”. Journal of Sound and Vibration, Vol. 253, Issue 1, pp. 21-29, 2002.
[5]. Coermann, R.R., “The Mechanical Impedance of the Human Body in Sitting and Standing Position at Low Frequencies”. Human Factors, pp. 227-253, 1962.
[6]. Suggs, C.W., Abrams C.F., and Stikeleather, L.F., “Application of a Damped Spring-Mass Human Vibration Simulator in Vibration Testing of Vehicle Seats”. Ergonomics, Vol. 12, No. 1, pp.79-90, 1969.
[7]. Wei, L., Griffin, M.J., “The prediction of seat transmissibility from measures of seat impedance”. Journal of Sound and Vibration, Vol. 212, pp. 855 874, 1998.
[8]. Tewari, V.K., Prasad, N., “Three-DOF Modelling of Tractor Seat- Operator System”. Journal of Terramechanics, Vol. 36, No. 4, pp. 207-219, 1999.
[9]. Boileau, P.E., Rakheja, S., “Whole-Body Vertical Biodynamic Response Characteristics of the Seated Vehicle Driver: Measurement and Model Development”, International Journal ofIndustrial Ergonomics, Vol. 22, Issue 6,pp. 449-472, 1998.
[10]. Zong, Z., Lam, K.Y., “Biodynamic Response of Shipboard Sitting Subject to Ship Shock Motion”. Journal of Biomechanics, Vol. 35, No. 1, pp. 35-43,2002.
[11]. Liu, X.X., Shi, J., Li, G.H., “Biodynamic Responseand Injury Estimation of Ship Personnel to Ship ShockMotion Induced by Underwater Explosion”. Proceeding of 69th Shock and Vibration Symposium, Vol. 18, Paul, pp.1-18, 1998.
[12]. Muksian, R., Nash, C.D., “A Model for the Responseof Seated Humans to Sinusoidal Displacements of the Seat”. Journal of Biomechanics, Vol. 7, No. 3, pp.209-215, 1974.
[13]. Patil, M.K., Palanichamy, M.S. and Dhanjoo, N.G., “Minimization of the Vertical Vibrations Sustained by a Tractor Operator, By Provision of a Standard-Type Tractor Seat Suspension”. ANNALS of Biomedical Engineering, Vol. 6, pp.138-153, 1978.
[14]. Liang, C.C., Chiang, C.F., “A Study on Biodynamic Models of Seated Human Subjects Exposed to Vertical Vibration”. International Journal of Industrial Ergonomics, Vol. 36, No. 10, pp. 869-890,2006.
[15]. Baumal, A.E., McPhee, J.J., and Calamai, P.H., “Applicationof Genetic Algorithms to the Design Optimization of an Active Vehicle Suspension System”. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Vol. 163, No.1, pp. 87-94, 1998.
[16]. Andrade, Y.N., “An Ergonomic Evaluation of Aircraft Pilot Seat”. Thesis, Embry-Riddle Aeronautical University Daytona Beach, Florida, 2013.
[17]. Ilic, Z., Rasuo, B., Jovanovic, M., Pekmezovic, S., Bengin, A., Dinulovic, M., “Potential connections of cockpit floor - seat on passive vibration reduction at a piston propelled airplane”. Tehnički vjesnik, Vol. 21, Issue 3, 471-478, 2014.
[18]. White, N.A., Danelson, K.A., F., Gayzik, F.S., Stitzel, J.D., “Head and Neck Response of a Finite Element Anthropomorphic Test Device and Human Body Model During a Simulated Rotary-Wing Aircraft Impact”, Journal of Biomechanical Engineering, 2014, Vol. 136, Issue 11, pp.111001-1-8.
[19]. Ilic, Z., Rasuo, B., Jovanovic, M., Jovicˇic, S., Tomic, L., Jankovic, M., Petrašinovic, D., “The efficiency of passive vibration damping on the pilot seat of piston propeller aircraft”, Measurement, Vol. 95, pp. 21–32, 2017.
 [20]. Abbas W., Abouelatta O.B., El-Azab M., Elsaidy M., Megahed A.A., “Optimization of Biodynamic Seated Human Models Using Genetic Algorithms”. Scientific Research Engineering, Vol. 2, pp. 710-719, 2010.
[21]. Pranesh A., Rakheja S., Demont R. “A Multi-Body Dynamic Biomehanical Model of a Seated Human Exposed to Whole-Body Vibration” Concordia University, Montréal, Québec, Canada.
[22]. Atia A., “Parameter Identification of Biomechanical Model Using Measured Vibration Response to Walking Generated Excitations with Optimization” Thesis Master of Science, Concordia University, Montréal, Québec, Canada, 2013.
[23]. IRIAF, “Phase Manual Course F-5”.
[24]. Marzbanrad, J., Afkar, A., “A biomechanical model as a seated human body for calculation of vertical vibration transmissibility using a genetic algorithm”. Journal of Mechanics in Medicine and Biology, Vol. 13(04), pp.1350053, 2013.
[25]. Marzbanrad, J., Jamali Shakhlavi, S., “A biomechanical modeling of an automotive passenger body to investigate the vertical vibration in various road profiles using transmissibility analysis”. International Journal of Automotive Engineering, Vol. 4(1), pp. 2332-2349, 2017.