閆思齊 姜藶峰

摘 要：在中國(guó)大型客機(jī)的發(fā)展中，平視顯示器（HUD）信息顯示的人性化設(shè)計(jì)越來(lái)越受到重視。已建立十九個(gè)方程耦合的飛行仿真模型，并利用GL Studio建立了由飛行仿真方程驅(qū)動(dòng)的HUD模型[1-2]。對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行工效學(xué)實(shí)驗(yàn)，根據(jù)受試者的反應(yīng)時(shí)間和的正確率，分析平視顯示器模型信息顯示的人性化程度。通過(guò)對(duì)受試者模擬飛行操作的實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，得到了適合人體特征的HUD信息顯示特征，主要是顯示信息的顏色和尺寸。

關(guān)鍵詞：飛行仿真；HUD模型；人機(jī)功效評(píng)價(jià)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.109

1 飛行仿真模型

以某型號(hào)飛機(jī)為參考，利用六自由度飛機(jī)建模的一般方法和原理，建立了起飛、巡航和著陸過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。剛性飛行器的運(yùn)動(dòng)建模包括六個(gè)質(zhì)心對(duì)應(yīng)的六自由度運(yùn)動(dòng)方程，其中三個(gè)方程表示質(zhì)心運(yùn)動(dòng)，其余三個(gè)方程表示質(zhì)心旋轉(zhuǎn)。另外，還包含了六個(gè)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，用來(lái)表示空間位置和姿態(tài)的變化。由于空氣動(dòng)力學(xué)參數(shù)的非線性，飛行運(yùn)動(dòng)微分方程是常系數(shù)的變系數(shù)非線性方程組，采用數(shù)值迭代法求解方程組。

2 工效學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施

根據(jù)GJB1010-90標(biāo)準(zhǔn)[3]，顯示信息的字體大小和顏色是HUD界面主要研究對(duì)象，本文測(cè)試兩個(gè)字符大小（5毫米；10毫米）和三種顯示的顏色（藍(lán)色；綠色；黃色）[4]。擬通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，得到尺寸和顏色對(duì)信息獲取的影響。

研究對(duì)象為空軍航空大學(xué)16名具有相關(guān)航空知識(shí)背景的學(xué)生，無(wú)色盲。飛行仿真要求受試者在整個(gè)操縱過(guò)程中對(duì)模型平視顯示器顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)參數(shù)達(dá)到一定閾值時(shí)，為了保持正常飛行，受試者應(yīng)立即做出反應(yīng)。例如，當(dāng)空速達(dá)到一定值時(shí)，應(yīng)將油門(mén)桿拉回，起落架應(yīng)根據(jù)狀態(tài)警告予以收回或放下。在飛行模擬任務(wù)中，空速、航向、氣壓等數(shù)據(jù)都會(huì)出現(xiàn)隨機(jī)干擾，導(dǎo)致標(biāo)度指針和顯示值的變化，要求受試者盡可能快地讀出這些變化，并按相應(yīng)的鍵進(jìn)行調(diào)整。所有這些任務(wù)都被認(rèn)為是主要任務(wù)。模擬程序?qū)⒆詣?dòng)記錄按鍵的正確率和反應(yīng)時(shí)間測(cè)量任務(wù)性能。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如圖1和圖2所示，方差分析顯示，在主要任務(wù)中，字符顏色的主效應(yīng)（p<0.001）和字符大小和顏色的交互作用（P=0.346）有顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（p=0.004），但字符大小的主要影響不顯著（P=3）。由于顯著的交互效應(yīng)，字符大小與顏色的匹配成為影響任務(wù)績(jī)效的主要因素。綠色或黃色目標(biāo)的最佳識(shí)別尺寸為5mm，藍(lán)色目標(biāo)則需要較大的尺寸。綠色和黃色適合作為界面字符顏色，藍(lán)色只能用于較大的目標(biāo)。另外，綠色和黃色在尺寸上稍微難以識(shí)別，然而，藍(lán)色應(yīng)該用在更大的尺寸上以獲得更好的識(shí)別。

對(duì)于正確的運(yùn)算速度，方差分析表明，字符大小和顏色的交互影響是顯著的（P=0.009）。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，在5毫米字符大小的條件下，綠色和黃色的正確率顯著高于藍(lán)色（分別為p=0.013和p<0.001），而綠色和黃色的差異不顯著（P=0.927）。綠色和黃色目標(biāo)的識(shí)別優(yōu)于藍(lán)色，但不明顯。在10毫米字符大小的條件下，藍(lán)色和綠色（p=0.071）、藍(lán)色和黃色（p=0.109）、綠色和黃色（P=0.997）之間的差異不顯著。綠色和黃色目標(biāo)的識(shí)別優(yōu)于藍(lán)色，但不明顯。與5毫米性狀相比，藍(lán)色目標(biāo)的識(shí)別率有所提高，而綠色和黃色略有下降。

方差分析表明，字符大小和顏色的交互作用顯著（p=0.004）。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，在5毫米字符大小的條件下，綠黃反應(yīng)時(shí)間顯著高于藍(lán)（p<0.001，p=0.017），但綠黃差異不顯著（p=0.925）。在10毫米字符大小的條件下，藍(lán)色和綠色（p=0.695）、藍(lán)色和黃色（p=0.735）、綠色和黃色（P=0.990）之間的差異不顯著。對(duì)綠色和黃色字符的識(shí)別仍?xún)?yōu)于藍(lán)色，但不明顯，與5毫米的條件相比，對(duì)藍(lán)色目標(biāo)的識(shí)別速度較快，而對(duì)綠色和黃色目標(biāo)的識(shí)別略有減慢。

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