高速气流吹袭人体力学效应与防护PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 弹射救生技术的诞生 1

1.2 气流吹袭伤的产生及严重性 4

1.2.1 气流动压的冲击作用 5

1.2.2 气流吹袭甩打伤的产生 8

1.2.3 气流吹袭甩打伤的严重性 9

1.2.4 气动减速过载 10

1.3 国外飞机弹射气流吹袭甩打伤 13

1.3.1 平时与战时甩打伤概况 13

1.3.2 美军越战时气流吹袭甩打伤的发生率 16

1.3.3 气流吹袭甩打伤的发生率 17

1.3.4 气流吹袭甩打伤的部位和损伤性质 19

1.4 国外气流吹袭的研究概况 24

1.4.1 人体上肢气动力的研究 24

1.4.2 人对高速气流吹袭耐力的研究 25

1.4.3 飞机失事的调查和防护研究 26

1.5 我国气流吹袭研究与发展 26

1.5.1 人体气动力特性的研究 27

1.5.2 风洞试验模型和天平设计 28

1.5.3 人体气动生物力学研究 29

1.6 气流吹袭试验研究设备 30

1.6.1 火箭滑车 30

1.6.2 空中弹射试验机 32

1.6.3 风洞 33

1.6.4 气流吹袭台 35

第2章 人体气流吹袭伤的机理分析 37

2.1 气流吹袭伤的气动力因素 37

2.2 人体头颈部的致伤机理分析 39

2.2.1 头颈部的功能解剖 39

2.2.2 头颈部的损伤分析 42

2.3 人上肢的致伤机理分析 46

2.3.1 肩关节的功能解剖 46

2.3.2 肘关节的功能解剖 49

2.3.3 上肢的受力分析 51

2.3.4 手握中央环时上肢的受力分析 58

2.3.5 上肢的损伤分析 61

2.4 人下肢的致伤机理分析 63

2.4.1 髋关节的功能解剖 63

2.4.2 膝关节的功能解剖 64

2.4.3 下肢的受力分析 66

2.4.4 下肢的损伤分析 74

2.5 人体胸部的致伤机理分析 75

2.5.1 胸廓的功能解剖 75

2.5.2 胸腹部的受力分析 77

2.5.3 胸腹部的损伤机理分析 77

2.6 人体关节活动范围的测量 78

2.6.1 测量方法 79

2.6.2 飞行员关节活动范围 82

2.6.3 关节活动范围随年龄增大而减小的原因 85

2.6.4 关节活动范围随体型增胖而减小的原因 86

第3章 人体空气动力学特性 87

3.1 空气动力学基础知识 87

3.1.1 几个基本概念 87

3.1.2 空气的一些物理属性 90

3.2 气体模型 92

3.3 国际标准大气 94

3.4 声速和激波 97

3.4.1 声速 97

3.4.2 激波 97

3.5 空气动力学中的常用计算公式 99

3.6 模型试验的相似律 102

3.6.1 相似的概念 102

3.6.2 相似现象的基本关系 103

3.6.3 相似准数 105

3.7 人体空气动力学的试验 107

3.7.1 试验模型 107

3.7.2 人体各部位置关系 109

3.7.3 气动力与坐标系 110

3.8 钝体和人椅系统的动压计算 113

3.9 人头颈部的空气动力特性 116

3.9.1 头与保护头盔组合体的气动特性 116

3.9.2 密闭头盔的气动特性 118

3.10 人体上肢气动力特性 120

3.10.1 前臂气动力特性 121

3.10.2 上臂气动力特性 123

3.11 人体下肢气动力特性 124

3.11.1 小腿和大腿的气动侧力特性 124

3.11.2 小腿的气动阻力特性 126

3.11.3 下肢抬腿与不抬腿对小腿气动力的影响 126

3.12 人体胸腹部气动力特性 127

3.12.1 胸部压力系数随马赫数的变化 127

3.12.2 胸部压力系数随迎角α的变化 128

3.13 缩尺模型和服装对气动力的影响 128

3.13.1 模型缩尺对气动力的影响 128

3.13.2 服装对气动力的影响 128

第4章 人体对高速气流吹袭的耐受限度 130

4.1 气流吹袭对机体影响的研究方法 130

4.1.1 头颈部的气流吹袭模拟技术 130

4.1.2 人上肢后向脱手的气流吹袭模拟技术 131

4.1.3 人上肢侧向脱手的气流吹袭模拟技术 132

4.1.4 人上下肢气流吹袭损伤的气流吹袭模拟技术 132

4.1.5 冷冻尸体试验数据的应用价值 134

4.1.6 从人尸、动物过渡到人的可行性 135

4.1.7 机械冲击加载模拟气流吹袭作用的力学根据 136

4.2 人头颈部气流吹袭的耐受限度 136

4.2.1 猴头颈部对模拟气动阻力载荷耐受限度 136

4.2.2 人体头颈部阻力生理和损伤耐受限值的确定 147

4.2.3 人头颈部的升力限值 148

4.2.4 人头颈部气动侧力限值的确定 149

4.3 人上肢高速气流吹袭耐受限度 150

4.3.1 飞行员上肢气流吹袭后向脱手耐力 150

4.3.2 飞行员上肢气流吹袭侧向脱手耐力 150

4.3.3 人尸上肢在防护下对模拟气动载荷耐受限度 150

4.3.4 人尸肘关节生物力学特性试验研究 153

4.3.5 人尸和人上肢损伤程度分级的关系 153

4.3.6 上肢气流吹袭生理限值和损伤限值 155

4.4 人下肢高速气流吹袭耐受限度 156

4.4.1 人尸下肢的侧向力外展试验 156

4.4.2 被试者下肢侧向外展的试验 158

4.4.3 人下肢侧向力的生理和损伤限值的确定 158

4.4.4 人下肢阻力限值的确定 158

4.5 损伤分级的载荷规律 160

4.6 人体胸腹部对气流吹袭的耐受限度 162

4.7 人体对气动减速过载的耐受限度 163

4.7.1 气动减速过载的特点 163

4.7.2 人体对气动减速过载的耐受限度 167

第5章 人体对高速气流吹袭的速度耐限 169

5.1 人体各部的气动力计算 169

5.1.1 气动阻力和气动升力计算公式 169

5.1.2 气动侧力计算公式 170

5.2 迎风面积 170

5.3 人体各部对高速气流吹袭耐受限值 170

5.4 人头颈部的速度限值 171

5.4.1 阻力速度限值 173

5.4.2 升力速度限值 174

5.4.3 侧力速度限值 184

5.5 人上肢速度限值 186

5.5.1 人上肢阻力速度限值的确定 189

5.5.2 人上肢侧力速度限值的确定 196

5.6 人下肢速度限值 197

5.6.1 坐标转换 197

5.6.2 下肢速度限值的确定 200

5.7 人胸腹部速度限值 206

5.8 人耐受高速气流吹袭速度限值 215

第6章 高速气流吹袭下人体上肢甩打运动分析 223

6.1 上肢物理模型的建立 223

6.2 上肢甩打运动微分方程式 224

6.2.1 Kane方法概述 224

6.2.2 坐标系及广义坐标的选取 225

6.2.3 运动学分析及伪速度选取 227

6.2.4 确定偏速度和偏角速度 238

6.2.5 构造广义主动力和广义惯性力 240

6.2.6 建立系统的运动微分方程 241

6.2.7 求关节力 242

6.3 气动力及关节软组织阻滞力矩的处理 242

6.3.1 气动力 242

6.3.2 关节软组织阻滞力矩 245

6.4 计算软件 248

6.5 数值仿真计算 250

6.5.1 人上肢甩打过程中气动力的近似计算 250

6.5.2 飞机水平直线飞行时弹射的计算 251

6.5.3 飞机作机动飞行时弹射的计算 256

6.5.4 仿真计算的校核性验证 258

6.6 真人上肢低速风洞甩打运动试验验证 261

6.6.1 国内外情况 261

6.6.2 试验步骤 261

6.6.3 试验结果 262

6.7 上肢与身体、挡板、座椅接触的几何算法 264

6.7.1 圆柱与圆柱的接触 265

6.7.2 圆柱体与平板的接触 267

6.7.3 弹性接触理论及碰撞力 269

6.7.4 关于多体系统接触、碰撞问题的综述 271

第7章 高速气流吹袭的防护概念 274

7.1 人体各部的防护约束力 275

7.1.1 上肢防护约束力 275

7.1.2 下肤的防护约束力 277

7.1.3 头部防护约束力 278

7.2 头颈部的气流防护 278

7.2.1 头颈部的气流防护装置 278

7.2.2 防止头盔丢失的气动措施 281

7.2.3 头部冲击伤的防护 282

7.3 上肢的气流防护 282

7.3.1 上肢的气流防护装置 283

7.3.2 上肢防护装置的约束力设计 285

7.3.3 上肢防护装置的要求 286

7.3.4 上肢的最佳弹射姿态问题 286

7.4 下肢的气流防护装置 287

7.5 胸腹部的气流防护 289

7.5.1 抬腿与不抬腿对胸部压力的影响 289

7.5.2 有无导流板时胸部压力 290

7.6 提高人椅系统的稳定性 291

7.6.1 提高人椅系统的稳定性、减少气动载荷的几种方案 292

7.6.2 弹射座椅稳定减速系统的主要形式 294

7.7 整体防护系统 299

7.7.1 CREST的整体防护系统 299

7.7.2 俄罗斯K-36座椅的整体防护系统 300

7.7.3 超声速弹射时的密闭式防护 301

7.8 其他一些防护设想 302

7.8.1 一种新的上肢保护装置设想 302

7.8.2 气囊式弹射座椅的初步设想 307

7.9 高速弹射时的注意事项 308

7.10 国内外高速气流吹袭的防护措施的发展 309

7.10.1 国外防护救生系统的发展趋势 309

7.10.2 我国气流吹袭防护的发展 313

参考文献 315