0 引言

民机驾驶舱的视觉舒适度是确保飞行员驾驶工作绩效的关键因素之一。不舒适的眩光可能会导致飞行员视觉疲劳与误操作，对飞行员的健康及飞行安全造成严重危害^[1]。关于航空事故的大量统计调查表明，人为因素已经占到所有飞行事故致因的75%左右^[2]。如何保证飞行过程中的安全问题是航空业的关注重点^[3]。民机驾驶舱的空间较为狭小，且设备排列较为紧凑，即使在相同的舱外光照下，舱内不同部位的照度也会相差300至800倍^[4]。在正常照明环境下，飞行员交替观察舱内外情况的周期一般是几秒甚至一秒以内^[5]，但在一个不合理的照明环境下，眼睛适应如此宽的光照度变化范围需要几分钟甚至更长的时间^[6]。民机驾驶舱的光环境与飞行安全是紧密关联的^[7]。民机驾驶舱是飞行员的工作空间，驾驶舱光环境的突然变化对飞行员视觉的影响是非常不利的^[8]。舒适的驾驶舱光环境能够确保飞行员状态良好，而恶劣的驾驶舱光环境，会导致飞行员情景意识和决策能力下降，从而对飞行安全构成非常大的威胁^[9]。通过对驾驶舱光环境优化设计的研究，能够有效提升驾驶舱人机工效和飞机安全可靠性，对驾驶员的视觉和心理都有积极引导作用^[10]。

天空光环境模拟系统项目直径约15 m，高约11 m，可满足支线飞机、干线飞机、双通道宽体飞机试验需求，主要功能是在地面人工模拟所有在飞行中遇到的日、夜全天候的天空光环境，为驾驶舱的光学集成设计、视觉功效设计、验证试验、人因工程研究等提供多功能、可复现的光学验证条件，开展从设备级到飞机级的视觉工效试验，减少高成本的飞行试验。作为天空光环境模拟系统的主要被试对象，民用飞机的机头样机尺寸大小与相应机型飞机的比例为1∶1，包含雷达舱、驾驶舱、E-E舱、前起落架舱、前服务区和工作舱。机头样机驾驶舱挡风玻璃、系统部件（如仪表板、遮光罩、中央操纵台、左右操纵台和顶部板等）的几何尺寸和安装形式与相应机型的飞机保持一致，结构件内、外形和所占空间与飞机一致。机头样机的重量一般为3~6 t，机头样机的尺寸范围一般满足：长3~6 m，宽2.5~5 m，高2.5~5 m。作为被试对象，试验人员及飞行员在天空光环境模拟系统内开展的任何驾驶舱相关研究都需要在机头样机内进行，如何安全、平稳、快速地将大尺寸大重量的机头样机运送至天空光环境模拟系统指定地点内，是个值得研究的课题。

天空光环境模拟中的样机转运系统，由平台车、样机转运工装和调度管理系统组成，可以实现多种型号机头样机的转运，实现整个驾驶舱相关试验流程中机头样机的转运工作，并充分考虑后续机型的可扩展性，以适应后续衍生型或者新型号飞机机头样机的转运工作，可以将不同尺寸的机头样机平稳、安全、快速地转运至天空光环境模拟系统指定位置，并配合天空光环境模拟系统完成驾驶舱相关研究工作。

1 平台车设计

平台车主要由本体、驱动升降系统、液压系统、操作系统和安全保护系统等组成。平台车组成如图1所示，平台车本体如图2所示。

平台车驱动升降系统是驱动机构与升降机构的集成，整车共有4套8个驱动电机（如图3所示），实现平台车的整体升降及行走。4套驱动机构利用液压悬挂技术（如图4所示），保证4组驱动上8个轮子能够同时着地，以免由于地面不平造成轮子悬空的问题。

根据表1中驱动电机相关参数，驱动电机的额定转速n=2 000 r/min，驱动轮径D=0.25 m，减速比i=50，平台车速度计算公式如下：

$V_{max}=n\times \pi \times D/i$

由上述公式可得平台车速度为31.4 m/min。

平台车液压系统由液压缸、活塞环、密封圈、活塞杆等组成，原理如图5所示。液压系统中有两部分元件有密封圈：活塞环以及活塞杆。

平台车操作系统包括前后操作面板、无线手操器等，前操作面板上设置有触摸屏和功能按钮，后操作面板设置有功能按钮。平台车前、后操作面板示意图如图6和图7所示。

平台车安全保护系统包括避障传感器、安全触边、急停按钮、声光警示（指示灯和扬声器）等，如图8所示。上述元器件的相互配合，使车辆在运行过程中更加安全高效。

平台车做了安全防护防水设计，可以在室外小雨（1天或24 h降雨量小于10 mm）环境下运行，落到车体侧上的雨水可以沿外壳流下来，落到车体上表面的雨水可以由两块橡胶板接取，要么沿四周落到车体侧面流下来，要么流到平台车上表面的6个仓的盖板上，沿四周环槽通过向下的水管排到地面上，防水设计如下：

a）平台车表面做了2层防护设计，平台车上表面覆盖一层橡胶板，可起到一定的防水作用，平台车上表面的6个仓在盖板处作了防水设计，如图9所示，每个仓内支撑处设计有一环槽，环槽内部有坡度，水流到槽内后可延着槽流到向下的水管处，排到地面上。

b）平台车四周封板及门面板处防水，封板设计为四周内凹，支撑处四周翻边，起到一定防水作用，如图10所示。

2 样机转运工装设计

样机转运工装用于输送各型号机头样机至天空光环境模拟系统内，由机架、托架、托盘和锁紧把手组成，如图11所示。

样机转运工装的设计具有一定的通用性，在简单的调整之后，可以满足多种型号机头样机，为了保证不同尺寸的机头样机能安放在工装上，样机工装设计尺寸为5 060 mm×4 000 mm×810 mm，为了适应多种型号机头样机的重量（3~6 t），设计承重能力为6 t以上。

样机转运工装的托架可在机架上沿两侧限位板移动，在合适位置可以进行锁紧，托盘可在托架上移动并锁紧，如图12所示。

由于样机机头需要在旋转台中心位置，所以样机机头放置在工装上的位置是有要求的，需要先模拟出样机相对工装的位置，并模拟好4个托架和4个托盘的位置，叉车叉起样机机头，将工装万向轮调低用于支撑工装料架，把工装推到样机机头下面并对齐4个脚座，将4个托架和4个托盘调整好位置并锁紧，6个辅助支撑用于对机头样机的支撑，平台车运行到工装料架底部位置，将两个定位销插入到工装料架与平台车的定位孔内用于限位，如图13所示。

将工装万向轮升起，使工装料架落到地面上，叉车将样机机头的4个撑脚底座缓慢下放落到工装料架上的4个托盘上，以达到机头样机平稳地放置在样机转运工装上的目的，如图14所示。

使用COMSOL Multiphysics 5.6中的固体力学模块进行样机转运工装的有限元应力计算和分析。由于工装整体严格对称，因此取一半进行分析，受力为3×10⁴ N（总受力6×10⁴ N），并全域受自重载荷，材料为Q235钢，物理场控制网格，网格质量为较细化，设置网格变化率为1.2。重心位置在4个支座中心位置，重心在支座中心位置时的应力如图15至图18所示。

有限元应力分析结果如表2所示，最大应力为128 MPa，远小于屈服强度235 MPa，最大位移为0.98 mm，符合使用工况。

3 调度管理系统设计

调度管理系统可以与天空光环境模拟系统对接，预留与总控系统对接的物理接口，系统所有采集的平台车数据，可反馈至天空光环境模拟系统的总控系统内部。调度管理系统能够实时标记平台车运行状态，并将平台车运行状态、实时位置、电池电量、任务状态、预计到达目标时刻以及车体各项运行参数和故障代码，以通信的形式传递至总控系统，并且可以接受总控系统的指令，调度平台车完成作业。调度管理系统组成如图19所示。

通过调度管理系统，可以将机头样机手动或者自动地运送至天空光环境模拟系统中指定地点，如图20所示。

4 结论

天空光环境模拟系统中最大的被试对象是各型号的机头样机驾驶舱，没有机头样机，天空光环境模拟系统就失去了研究对象，因此需要样机转运系统将各型号机头样机快速、安全、平稳的运送至天空光环境模拟系统指定地点。样机转运系统由平台车、样机转运工装和调度管理系统组成，将机头样机安装在样机转运工装上，平台车运行至样机转运工装底部后将装有机头样机的工装抬升，通过调度管理系统，接收来自天空光环境模拟系统总控系统的调度指令，将机头样机手动或自动地运送至天空光环境模拟系统指定地点，配合完成驾驶舱相关的光学研究工作。

参考文献