趙彥鵬，吳明磊，*，劉何慶，洪濤，李軍，張友剛

（1.空軍特色醫(yī)學(xué)中心，北京 100142；2.中航工業(yè)航宇救生裝備有限公司，襄陽 441003）

戰(zhàn)斗機(jī)飛行員彈射座椅救生系統(tǒng)，為飛行員逃生提供了安全有效的技術(shù)保障。這種敞開式彈射救生系統(tǒng)，在離機(jī)出艙的瞬間，人體會(huì)受到高速氣流的吹襲而發(fā)生損傷。而飛行員頭盔、供氧面罩等個(gè)體防護(hù)裝備，為人體免受高速氣流吹襲起到了重要的防護(hù)作用［1-2］。夜視鏡增強(qiáng)了人的夜間視覺能力，將夜視鏡安裝在飛行員頭盔上，提高了飛行員夜間飛行時(shí)的觀察能力，已推廣應(yīng)用到高性能戰(zhàn)斗機(jī)［3-7］。

飛行員頭盔因功能和防護(hù)性能要求的差異，輕型頭盔質(zhì)量約1 000 g，較重頭盔達(dá)到1 700 g。安裝在頭盔上的夜視鏡，因管徑尺寸、結(jié)構(gòu)和性能的差異，重約340～500 g，長約100 mm，安裝支架和電源裝置重約110 g。因此安裝了夜視鏡的頭盔，質(zhì)量特性和外形發(fā)生了顯著改變，其對飛行員彈射救生的安全性影響需要高度重視［8-10］。

為了避免夜視鏡對彈射安全產(chǎn)生不利影響，彈射前應(yīng)將其從頭盔上摘下。目前，有手動(dòng)摘下和自動(dòng)拋放2種方式。手動(dòng)方式要求飛行員熟練掌握夜視鏡安裝使用方法，能在彈射離機(jī)前快速將其摘下。自動(dòng)方式是在頭盔上安裝動(dòng)力拋放裝置，與彈射裝置聯(lián)動(dòng)，一旦彈射裝置啟動(dòng)，立即拋放夜視鏡。手動(dòng)摘下方式，增加了飛行員彈射離機(jī)動(dòng)作時(shí)間，可能導(dǎo)致?lián)p失有利的彈射時(shí)機(jī)。自動(dòng)拋放方式，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，進(jìn)一步增加了頭盔的質(zhì)量，也可能影響佩戴的舒適性。

美國空軍使用夜視鏡，采用手動(dòng)摘下的方式，其飛行手冊規(guī)定，飛行員在彈射前要摘下夜視鏡，防止其被彈射沖擊力從頭盔的安裝座上拋下并造成損傷，也曾針對自動(dòng)釋放機(jī)構(gòu)性能進(jìn)行過研究，探究是否存在戴夜視鏡彈射的可能性［9-10］，但未對佩戴夜視鏡彈射進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估［11-12］。

事故調(diào)查分析認(rèn)為，低空、高速、不利姿態(tài)彈射的成功率較低，再加上頭盔上安裝夜視鏡，飛行員在彈射中頸部損傷風(fēng)險(xiǎn)將顯著增加［11-12］。2013年，美國空軍一名F-16戰(zhàn)斗機(jī)飛行員在執(zhí)行夜間飛行訓(xùn)練時(shí)，出現(xiàn)空間定向障礙無法改出而被迫選擇彈射跳傘，氣流吹襲和穩(wěn)定傘展開產(chǎn)生了大約40 G過載，使安裝了夜視鏡的頭盔瞬間脫落，飛行員因頭頸部遭受嚴(yán)重?fù)p傷而死亡［13-14］。

針對手動(dòng)摘下方式，危急時(shí)刻飛行員能否在彈射前快速摘下夜視鏡，取決于飛機(jī)的危險(xiǎn)程度、飛行員的情景感知和有效處置時(shí)間。如果飛行員未能摘下夜視鏡，戴夜視鏡彈射是否安全及什么條件下安全，是產(chǎn)品研制和使用單位十分關(guān)心的問題。彈射過程時(shí)間短、運(yùn)動(dòng)劇烈，飛行員受到多種外力的作用，而彈射的初始階段是頭盔夜視鏡系統(tǒng)最有可能影響飛行員安全的時(shí)刻，此時(shí)飛行員主要受到彈射沖擊及高速氣流吹襲作用，損傷風(fēng)險(xiǎn)較大［11，15］。本文針對彈射離機(jī)出艙瞬間氣流吹襲這一主要外力作用，開展頭盔夜視鏡系統(tǒng)氣動(dòng)特性及其對人的安全性研究，為飛行員頭盔夜視鏡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和使用提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)件

某型飛行保護(hù)頭盔2件，配套供氧面罩1件，規(guī)格滿足試驗(yàn)假人（HYBRID II型第50百分位假人）佩戴適體。夜視鏡6件（編號1?！?＃），為雙管雙目微光夜視鏡模擬件。模擬件與成品夜視鏡結(jié)構(gòu)一致，輪廓尺寸與成品誤差為±3 mm，質(zhì)量誤差為±5 g。頭盔帶有夜視鏡電源模塊和安裝支架。

陪試產(chǎn)品包括某型彈射座椅、抗荷服和HYBRID II型第50百分位假人。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

1）GCT-1型高速氣流吹襲臺(tái)。吹襲速度為300～1 650 km/h，最大速度下最長吹襲時(shí)間為10 s，速壓控制準(zhǔn)確度2%以內(nèi)，速壓波動(dòng)度小于1.5%。

2）力和力矩測量系統(tǒng)。由安裝在HYBRID II型假人頸椎下端的三軸向力和力矩傳感器（美國第一技術(shù)公司，IF-210）、機(jī)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（Hi-Techniques公司，Echelon）和計(jì)算機(jī)組成，測量和采集假人頸椎下端的力和力矩。

3）高速攝像機(jī)（日本NAC公司，MEMRECAM HX-3E）。攝像速度為500～3 000幀/s，滿分辨率2 560×1 920像素，拍攝記錄整個(gè)吹襲過程和頭盔夜視鏡的佩戴狀態(tài)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 佩戴原則

為獲取夜視鏡與頭盔共同作用下假人頭頸部力學(xué)數(shù)據(jù)，氣流吹襲試驗(yàn)應(yīng)在夜視鏡安裝于頭盔上狀態(tài)下進(jìn)行。試驗(yàn)時(shí)，將彈射座椅固定在高速氣流吹襲臺(tái)噴口前的臺(tái)架上，將試驗(yàn)假人（穿抗荷服）端正放置在彈射座椅上，用背帶系統(tǒng)系緊。保護(hù)頭盔端正佩戴在假人頭上，系緊下頜帶；將供氧面罩插銷牢固插到頭盔插座上，波紋管連接在座椅上；將夜視鏡瞳距、俯仰、上下調(diào)節(jié)到中位，牢固地安裝在頭盔安裝板上。夜視鏡分下位（工作）和上位（非工作）2個(gè)狀態(tài)進(jìn)行試驗(yàn)。夜視鏡下位時(shí)，頭盔護(hù)目鏡放在上位，夜視鏡上位時(shí)，頭盔護(hù)目鏡放在下位，如圖1所示。

圖1 夜視鏡下位和上位示意圖Fig.1 Schematic of lower state and upper state of night vision goggles

1.3.2 試驗(yàn)合格判據(jù)

試驗(yàn)?zāi)康氖谦@得頭盔配裝夜視鏡時(shí)的氣流吹襲性能（對抗氣流吹襲的能力），以作用在人體頸部的力和力矩是否造成頸椎損傷作為判定依據(jù)。頭頸部受力坐標(biāo)系定義如下：坐標(biāo)原點(diǎn)o位于第七頸椎C7處，ox軸在人體矢狀面內(nèi)，水平向后為正；oy軸在人體冠狀面內(nèi)，水平向右為正；oz軸在人體矢狀面內(nèi)，垂直向上為正。氣動(dòng)阻力記為Fx，側(cè)力記為Fy，升力記為Fz，對應(yīng)各軸向的力矩分別記為Mx、My和Mz。

本文合格判據(jù)如下：高速氣流吹襲條件下，頸椎升力小于1 416 N，阻力小于3 532 N，側(cè)力小于376 N；作用在頸椎俯仰方向力矩（My）峰值小于190 N·m。合格判據(jù)的升力、阻力、側(cè)力的指標(biāo)來自文獻(xiàn)［16］，且相關(guān)研究形成了國家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB 6751—2009［17］。合格判據(jù)力矩指標(biāo)來自文獻(xiàn)［18-19］。

合格判據(jù)是依據(jù)人頭頸部損傷耐限研究的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和文獻(xiàn)。國家軍用標(biāo)準(zhǔn) GJB 6751—2009［17］規(guī)定了作用在人體頭頸部的升力、阻力、側(cè)力等可耐受的限值。目前，針對高速氣流吹襲作用在頸椎上力矩的生理耐限標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)研究較少。本文關(guān)于力矩的合格判據(jù)選自文獻(xiàn)［18-19］，其是關(guān)于動(dòng)力學(xué)環(huán)境下佩戴頭盔時(shí)人頭頸生物力學(xué)的響應(yīng)研究，與本文背景最為近似。在機(jī)動(dòng)車碰撞損傷與防護(hù)的研究中，有關(guān)頸椎損傷的生物力學(xué)研究結(jié)果，因試驗(yàn)條件或方法的差異，得到的損傷耐限標(biāo)準(zhǔn)也不盡一致［20-22］。

另外，根據(jù)本文試驗(yàn)件的特點(diǎn)，即頭盔、夜視鏡、供氧面罩結(jié)構(gòu)上的對稱性，在迎面氣流的作用下，施加于頸部的力矩主要是My，其他方向力矩相對較小。因此，只以My的峰值作為合格判據(jù)的指標(biāo)，其他方向的力矩作為參考。

在以往飛行員頭盔產(chǎn)品試驗(yàn)評價(jià)中，都是以國家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB 6751—2009［17］作為考核依據(jù)。本文增加作用在頸椎上的力矩作為評價(jià)指標(biāo)和合格判據(jù)，也是第一次嘗試，目的是進(jìn)一步限制氣流吹襲可能對人體的傷害。

1.3.3 有效試驗(yàn)判定原則

若一次吹襲試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，夜視鏡與頭盔連接完好，仍處于佩戴狀態(tài)，稱為有效試驗(yàn)，記錄的頸部受力數(shù)據(jù)有效；若試驗(yàn)時(shí)，夜視鏡從頭盔上吹脫，試驗(yàn)有意義，但試驗(yàn)的有效性需比對力、力矩曲線的峰值時(shí)刻與夜視鏡吹脫時(shí)刻出現(xiàn)的前后進(jìn)行判定。力、力矩曲線峰值時(shí)刻出現(xiàn)在夜視鏡吹脫時(shí)刻之前，頸部受力數(shù)據(jù)有效，該試驗(yàn)仍為有效試驗(yàn)。反之，頸部受力數(shù)據(jù)只作參考，此情形稱為部分有效試驗(yàn)。

1.3.4 吹襲速度設(shè)置原則

本次頭盔加裝夜視鏡的吹襲試驗(yàn)，吹襲速度從850 km/h開始，分以下2種情況：

1）如850 km/h為有效試驗(yàn)并滿足合格判據(jù)，增加吹襲速度至1 000 km/h（增量150 km/h）。如1 000 km/h仍為有效試驗(yàn)并滿足合格判據(jù)，增加吹襲速度至1 100 km/h（增量100 km/h）。1 100 km/h是目前所用頭盔和供氧面罩防護(hù)性能的上限，上限吹襲速度到此為至。

2）如850 km/h為部分有效試驗(yàn)或不滿足合格判據(jù)，降低吹襲速度至700 km/h（減少150 km/h）。如700 km/h仍為部分有效試驗(yàn)或不滿足合格判據(jù)，降低吹襲速度至600 km/h（減少100 km/h），反之繼續(xù)按100 km/h遞減。

除上述一般原則，還需根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)情況視情調(diào)整吹襲速度，如夜視鏡吹脫后，其后的試驗(yàn)，吹襲速度應(yīng)減小。

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

彈射座椅模擬裝機(jī)狀態(tài)固定在高速氣流吹襲臺(tái)噴口前的臺(tái)架上。按照佩戴原則，將座椅、假人、頭盔、供氧面罩、夜視鏡安裝完畢。

檢查高速氣流吹襲臺(tái)，處于良好工作狀態(tài)；測試系統(tǒng)調(diào)試、設(shè)置試驗(yàn)參數(shù)。

布置高速攝像機(jī)視場位置，攝像速度設(shè)置為500幀/s，圖像分辨率1 024像素×1 024像素。

高速攝像機(jī)、力和力矩測量系統(tǒng)統(tǒng)一用高速氣流吹襲臺(tái)設(shè)定的時(shí)間基準(zhǔn)同步測量，完成測試系統(tǒng)聯(lián)試，準(zhǔn)備工作完成。

1.4.2 試驗(yàn)步驟

高速氣流吹襲臺(tái)上電、自檢；啟動(dòng)吹襲臺(tái)，氣流穩(wěn)定時(shí)給出時(shí)間零點(diǎn)（定義為0 s）；第1發(fā)吹襲速度峰值設(shè)置為850 km/h。在0～2 s內(nèi)吹襲臺(tái)氣流吹襲速度保持試驗(yàn)所要求的速度；氣流穩(wěn)定時(shí)，峰值作用時(shí)間150～200 ms。

吹襲臺(tái)完全停止工作后，記錄、保存測量數(shù)據(jù)；實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)入現(xiàn)場，檢查試驗(yàn)件狀態(tài)。

1.4.3 調(diào)整吹襲速度

根據(jù)第1發(fā)試驗(yàn)情況，按照試驗(yàn)合格準(zhǔn)則和吹襲速度設(shè)置原則，進(jìn)行第2發(fā)試驗(yàn)。若試驗(yàn)件損壞，更換新的試驗(yàn)件。依次完成全部試驗(yàn)。

2 結(jié)果分析

2.1 基本試驗(yàn)結(jié)果

6件夜視鏡模擬件，共完成10發(fā)吹襲試驗(yàn)。夜視鏡上位4發(fā)，下位6發(fā)。10發(fā)試驗(yàn)，吹襲速度均未超過850 km/h，頭盔面罩均保持完好，而夜視鏡吹脫5發(fā)（上位4發(fā)，下位1發(fā)），夜視鏡完好并保持固定在頭盔上5發(fā)。夜視鏡保持固定在頭盔上的5發(fā)，頭盔前緣相對試驗(yàn)假人眼睛均有不同程度上仰移動(dòng)。作用在試驗(yàn)假人頸椎上的升力均小于1 416 N，阻力均小于3 532 N，側(cè)力均小于376 N；作用在試驗(yàn)假人頸椎上的俯仰力矩小于190 N·m的有6發(fā)，大于190 N·m的有4發(fā)（1發(fā)夜視鏡吹脫，3發(fā)夜視鏡保持）?；驹囼?yàn)結(jié)果如表1所示。表中：U代表上位狀態(tài)，L代表下位狀態(tài)；吹襲速度為試驗(yàn)設(shè)置峰值。試驗(yàn)件狀態(tài)含義為：A表示頭盔面罩完好，B表示夜視鏡保持，C表示夜視鏡吹脫，D表示頭盔上移。

表1 基本試驗(yàn)結(jié)果Table 1 Essential test results

2.2 夜視鏡吹脫時(shí)刻與試驗(yàn)有效性判定

對夜視鏡吹脫的5發(fā)試驗(yàn)有效性判定，需對比力、力矩曲線的峰值時(shí)刻與夜視鏡吹脫時(shí)刻。因高速攝像機(jī)、力和力矩測量系統(tǒng)用高速氣流吹襲臺(tái)設(shè)定的時(shí)間基準(zhǔn)同步測量，試驗(yàn)時(shí)設(shè)置了信號跳變時(shí)刻，作為同時(shí)計(jì)時(shí)的時(shí)間點(diǎn)。

設(shè)跳變時(shí)刻為T，高速攝像機(jī)采集到夜視鏡脫落時(shí)刻為t1，傳感器采集到力或力矩峰值時(shí)刻為tmax，比較T+t1與tmax大小即可。

以第1發(fā)試驗(yàn)為例，跳變時(shí)刻為162.166 s，高速攝像機(jī)顯示夜視鏡脫落發(fā)生于第533幀圖像，由于高速攝像機(jī)采用的頻率為500幀/s，即每幀圖片的記錄時(shí)間為2 ms，可計(jì)算1發(fā)試驗(yàn)中夜視鏡吹脫時(shí)刻為163.232 s；對頸椎傳感器采集到的數(shù)據(jù)處理可知，該時(shí)間點(diǎn)之前三軸向的力和力矩均已達(dá)到峰值。因此，在第1發(fā)試驗(yàn)中，夜視鏡被吹脫時(shí)，頭頸部受力情況已達(dá)到峰值并開始減小，得到的力和力矩峰值可以作為該吹襲條件下實(shí)際受力峰值。第1發(fā)試驗(yàn)中力和力矩峰值時(shí)刻與夜視鏡吹脫時(shí)刻的對比如圖2、圖3所示。

圖2 第1發(fā)試驗(yàn)三軸向力曲線及吹脫時(shí)刻Fig.2 Triaxial force curves and blow-off moments of Test 1

圖3 第1發(fā)試驗(yàn)三軸向力矩曲線及吹脫時(shí)刻Fig.3 Triaxial torque curves and blow-off moments of Test 1

用同樣方法得到第2、5、7和9發(fā)試驗(yàn)中力和力矩峰值時(shí)刻與夜視鏡吹脫時(shí)刻，結(jié)果如表2所示。

由表2可知，在夜視鏡吹脫的5發(fā)試驗(yàn)中，均存在T+t1大于tmax的關(guān)系，據(jù)此判斷夜視鏡吹脫時(shí)頸部受到的力和力矩均已達(dá)到峰值，頸部受力數(shù)據(jù)有效。因此，全部10發(fā)試驗(yàn)均為有效試驗(yàn)。

表2 力和力矩的峰值時(shí)刻與夜視鏡吹脫時(shí)刻Table 2 Moment of force and torque peak and blow-off of night vision goggles s

2.3 夜視鏡吹脫軌跡

根據(jù)高速攝像機(jī)記錄的夜視鏡吹脫的軌跡，計(jì)算了吹脫后100 ms以內(nèi)的軌跡數(shù)據(jù)，向上為垂直位移，順風(fēng)向?yàn)樗轿灰?，如圖4所示。

圖4 夜視鏡吹脫軌跡Fig.4 Blow-off trajectory of night vision goggles

3 討論

3.1 頭盔加裝與不加裝夜視鏡的對比分析

飛行員頭盔、夜視鏡是各自具有獨(dú)立功能的裝備，組合形成了一種成本低、構(gòu)造簡單、靈巧高效的飛行員夜視裝備，其作用意義是明確的。但頭盔加裝夜視鏡后的氣流吹襲性能研究，目前國內(nèi)和國外研究報(bào)道均較少。

本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)只進(jìn)行頭盔佩戴夜視鏡的吹襲試驗(yàn)，未進(jìn)行同一吹襲速度下不戴夜視鏡的吹襲試驗(yàn)。但在此前（2016—2019年）的產(chǎn)品研制中，有4發(fā)頭盔未加裝夜視鏡的吹襲試驗(yàn)（頭盔護(hù)目鏡下位），所用頭盔、供氧面罩、試驗(yàn)假人規(guī)格型號及彈射座椅等試驗(yàn)條件均與本次試驗(yàn)相同，吹襲速度為1 100 km/h，僅記錄氣動(dòng)升力和阻力作為考核標(biāo)準(zhǔn)。將此4發(fā)試驗(yàn)中所記錄的氣動(dòng)升力和阻力的統(tǒng)計(jì)結(jié)果（平均值、標(biāo)準(zhǔn)差）與本次試驗(yàn)中所得到的數(shù)據(jù)（區(qū)分夜視鏡上位和下位2個(gè)狀態(tài)）進(jìn)行對比，比較結(jié)果如圖5所示。

圖5 頭盔加裝夜視鏡與未加裝夜視鏡氣動(dòng)升力與氣動(dòng)阻力對比Fig.5 Comparison of aerodynamic lift and drag between helmets with and without night vision goggles

本文所用頭盔技術(shù)說明書中給出了“所用頭盔與供氧面罩、彈射座椅等配套使用，保證在1 100 km/h以下速度彈射離機(jī)安全”的性能包線。因此，與吹襲速度1 100 km/h時(shí)頭盔不戴夜視鏡的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，可以分析頭盔加裝夜視鏡之后的氣動(dòng)升力和阻力的變化。

從圖5可以看出，頭盔加裝夜視鏡后，吹襲速度在700 km/h時(shí)，試驗(yàn)假人頸椎的升力和阻力值已接近或達(dá)到1 100 km/h時(shí)，未加裝夜視鏡時(shí)的數(shù)值。吹襲速度在800 km/h以上時(shí)，升力和阻力均達(dá)到或超過1 100 km/h吹襲時(shí)試驗(yàn)假人頸椎的升力和阻力。據(jù)此判斷頭盔加裝夜視鏡后，降低了彈射救生包線。即對比此前頭盔未加裝夜視鏡進(jìn)行的1 100 km/h吹襲試驗(yàn)，所測試驗(yàn)假人頸部升力峰值，與本次試驗(yàn)中700 km/h吹襲速度的峰值相當(dāng)。由此可見，加裝夜視鏡后頭盔夜視鏡系統(tǒng)氣流吹襲性能下降。由于之前未將作用在頸椎上力矩作為頭盔吹襲性能評定標(biāo)準(zhǔn)，無有效數(shù)據(jù)可對比。

3.2 頭盔夜視鏡系統(tǒng)氣流吹襲性能分析

夜視鏡與頭盔的連接，是通過連接裝置上的機(jī)械接口實(shí)現(xiàn)的，可完成夜視鏡的插、拔及旋轉(zhuǎn)操作。夜視鏡有2種佩戴狀態(tài)：①處于眼前觀察位置，稱為下位或工作位；②向上翻轉(zhuǎn)離開眼睛觀察位置，稱為上位或非工作位。本次10發(fā)吹襲試驗(yàn)，夜視鏡處于上位4發(fā)，下位6發(fā)。上位4發(fā)均吹脫；下位1發(fā)吹脫，5發(fā)完好但頭盔前緣相對假人眼睛均有不同程度上仰移動(dòng)。

夜視鏡上位時(shí)更容易飛脫，是因?yàn)榇藭r(shí)夜視鏡翻轉(zhuǎn)上仰，鏡身面對氣流，迎風(fēng)面積增大，自身受到較大的氣動(dòng)升力；而下位時(shí)，鏡身順向氣流，迎風(fēng)面積較小，受到氣動(dòng)升力也小。

無論夜視鏡上位與下位，也無論吹脫與否，依據(jù)試驗(yàn)合格判據(jù)，綜合表1的10發(fā)試驗(yàn)結(jié)果，盡管各次的升力、阻力、側(cè)力都滿足要求，但吹襲速度800 km/h、850 km/h時(shí)，3發(fā)試驗(yàn)俯仰力矩峰值均超出試驗(yàn)合格判據(jù)的要求，即大于190 N·m，認(rèn)為對頸椎造成損傷，是不安全的。700 km/h為臨界點(diǎn)，4發(fā)試驗(yàn)中，有1發(fā)俯仰力矩峰值超出試驗(yàn)合格判據(jù)（但超出量不大，僅有5.9%），其他3發(fā)未超出試驗(yàn)合格判據(jù)，認(rèn)為對頸椎可能造成損傷，處于安全的臨界狀態(tài)。600 km/h的3發(fā)試驗(yàn)均滿足試驗(yàn)合格判據(jù)的要求，認(rèn)為是安全的。綜合頭盔加裝與不加裝夜視鏡的對比分析結(jié)果，因此，建議將頭盔夜視鏡系統(tǒng)的氣流吹襲性能包線限制在600 km/h以內(nèi)，或根據(jù)具體機(jī)種的戰(zhàn)術(shù)使用要求，適當(dāng)進(jìn)行放寬。

3.3 夜視鏡吹脫

從本次試驗(yàn)結(jié)果看，夜視鏡吹脫之前，頸部受到的力和力矩均已達(dá)到峰值。也就是說，夜視鏡吹脫，并未影響到頸椎受到的作用力。但就整個(gè)彈射救生過程而言，對夜視鏡吹脫的利弊還要作進(jìn)一步的分析研究。

1）夜視鏡吹脫有利于減輕頭頸部的受力。彈射過程，從啟動(dòng)彈射座椅開始，經(jīng)歷出艙、射出座椅穩(wěn)定傘和救生傘、人椅分離，到乘救生傘降落。在此期間，受到彈射過載、氣流吹襲、開傘沖擊等外力的作用。從原理上說，夜視鏡吹脫，減輕了頭盔質(zhì)量，無論何種外力下頸部受力都將減小，進(jìn)而降低損傷風(fēng)險(xiǎn)。

2）夜視鏡吹脫對彈射過程是否造成影響。在彈射座椅救生系統(tǒng)中，救生傘裝在座椅頭靠內(nèi)，也有將座椅穩(wěn)定傘和救生傘都裝在座椅頭靠內(nèi)。夜視鏡吹脫，從座椅頭靠上方飛過，是否影響開傘程序，需要進(jìn)一步分析研究?？筛鶕?jù)本文獲得的夜視鏡吹脫軌跡數(shù)據(jù)，結(jié)合彈射時(shí)座椅的運(yùn)動(dòng)軌跡和開傘程序進(jìn)行分析，或開展專項(xiàng)研究，確定吹脫的夜視鏡對彈射過程是否造成影響，以確保整個(gè)救生系統(tǒng)安全有效工作。

3.4 試驗(yàn)方法分析

開展彈射救生試驗(yàn)，主要有地面彈射試驗(yàn)（零高度、零速度）、火箭滑軌試驗(yàn)（零高度、速度可控）和高速氣流吹襲試驗(yàn)（零高度、速度可控）［1-2，8，10，15-16］。本文針對高速氣流吹襲對頭盔夜視鏡的影響開展研究，未考慮彈射過程。模擬彈射過程可能會(huì)影響到對夜視鏡吹襲的觀察分析，且試驗(yàn)難度和成本增加。頭盔夜視鏡系統(tǒng)在整個(gè)彈射過程中的安全性，應(yīng)開展專項(xiàng)研究。

3.5 夜視鏡的使用和需要開展的相關(guān)研究

關(guān)于夜視鏡的使用，包括戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用和使用操作2個(gè)方面。戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用是指通過夜視鏡的視覺增強(qiáng)能力在訓(xùn)練作戰(zhàn)中的應(yīng)用，如編隊(duì)飛行中對其他飛機(jī)的觀察協(xié)同、對地目標(biāo)的觀察識(shí)別等。使用操作是指對夜視鏡的調(diào)校和摘除方式。夜視鏡的調(diào)校是通過對夜視鏡的眼距、瞳距、焦距、視度的調(diào)節(jié)獲得最佳的視場和分辨力，摘除方式則是指應(yīng)急情況下（如彈射離機(jī)）是手動(dòng)摘除還是自動(dòng)摘除。在非應(yīng)急情況下，包括具有自動(dòng)摘除功能的夜視鏡，均使用手動(dòng)摘除方式。應(yīng)急情況下采用自動(dòng)摘除方式，減少了飛行員的操作程序，爭取寶貴的逃生時(shí)間，但自動(dòng)拋放裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加了頭盔的質(zhì)量。手動(dòng)摘除方式，頭盔與夜視鏡之間的交聯(lián)結(jié)構(gòu)簡單，增加質(zhì)量較少，但手動(dòng)摘除方式增加了飛行員的操作動(dòng)作，可能延誤逃生時(shí)機(jī)。這2種摘除方式各有利弊，都有產(chǎn)品應(yīng)用。但目前比較傾向于手動(dòng)摘除方式，主要原因是彈射離機(jī)等應(yīng)急情況發(fā)生概率很小，而減輕頭盔質(zhì)量對增強(qiáng)頭盔舒適性、減輕頸肌疲勞意義更大，尤其是長航時(shí)飛行更需要輕量舒適的頭戴裝備。為了盡可能爭取逃生時(shí)間，克服手動(dòng)摘除帶來的時(shí)間延誤，要求飛行員進(jìn)行使用操作練習(xí)，熟練掌握夜視鏡的安裝使用方法［11-13，23］。

關(guān)于夜視鏡的使用，除上述情況外，還有一種情況同時(shí)涉及戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用和使用操作2個(gè)方面，夜間著陸，是戴夜視鏡飛行著陸還是摘下夜視鏡。非戰(zhàn)爭時(shí)期，機(jī)場跑道燈光為飛機(jī)著陸提供了條件。此時(shí)，飛行員不需要借助夜視鏡著陸，為減輕著陸沖擊帶來頭頸部載荷，飛行員應(yīng)在著陸前摘下夜視鏡。而戰(zhàn)爭時(shí)期，可能出現(xiàn)燈火管制的情況。此時(shí)，飛行員是否需要借助夜視鏡著陸，目前還在研究實(shí)踐中?？梢钥隙ǖ氖牵麸w行員借助夜視鏡著陸，則要求飛行員付出更多的訓(xùn)練，以掌握著陸的技巧和方法。

若飛行員借助夜視鏡著陸，著陸沖擊載荷與頭戴裝備的耦合作用，將會(huì)增加頭頸部的受力［19，24］。著陸沖擊的載荷特點(diǎn)、頭盔夜視鏡對頭頸部受力的影響等，這方面的工作需要進(jìn)一步開展研究，包括部隊(duì)調(diào)研，聽取飛行員的意見。

總之，本次開展的飛行員頭盔夜視鏡系統(tǒng)氣流吹襲性能研究，理清了高速氣流作用下頭盔夜視鏡的響應(yīng)特性，獲得了頭盔夜視鏡系統(tǒng)氣流吹襲的性能包線及夜視鏡吹脫的時(shí)機(jī)和軌跡，為彈射救生安全性研究提供了第一手資料，為飛行員頭盔夜視鏡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和使用提供了依據(jù)。

4 結(jié)束語

本文通過開展地面模擬高空飛行狀態(tài)下高速氣流吹襲試驗(yàn)，研究飛行員頭盔夜視鏡系統(tǒng)的氣動(dòng)特性，評價(jià)其對彈射救生安全性的影響。通過模擬600 km/h、700 km/h、800 km/h、850 km/h的吹襲速度，分析提取了夜視鏡在不同工位狀態(tài)下，獲得了試驗(yàn)假人頸椎的受力曲線及夜視鏡吹脫的時(shí)刻和軌跡，并依據(jù)相關(guān)的國家軍用標(biāo)準(zhǔn)和理論研究，得到了如下結(jié)論：頭盔加裝夜視鏡后，氣流吹襲性能下降，吹襲速度800 km/h以上頸椎力矩超標(biāo)，700 km/h為臨界點(diǎn)，600 km/h合格。建議將頭盔夜視鏡系統(tǒng)的氣流吹襲性能包線限制在600 km/h以內(nèi)。

致謝 感謝中國電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所和云南北方光學(xué)電子集團(tuán)有限公司給予本文的大力支持。