负重状态下士兵—装备人机特性研究

发布时间：2020-07-02 07:47

【摘要】：单兵系统是一个典型的人机系统,只有使士兵和装备保持协调一致,才能发挥整个系统的战斗力。提高装备的人机工效和装备间的适配性是提高整个单兵系统作战效能的有效方式,本文采用试验和仿真相结合的方法,开展了负重状态下士兵舒适性和疲劳性的相关研究。运用表面肌电测试系统、足底压力测试系统和三维动作捕捉系统等综合测试手段,对3种不同结构布局的军用生活背囊,进行了负重状态下人体平衡能力测试试验、步态测试试验和下肢主肌群肌电特性试验。对足底压力中心前后方向、左右方向晃动幅度、足底压力中心包络面积、平均晃动速度、步态足底接触时间、步态足底受力峰值和下肢主肌群各肌肉表面肌电积分肌电值等指标进行了影响规律分析与对比。研究结果表明:不同军用生活背囊负重状态下,足底压力中心前后方向晃动幅度、足底受力峰值和比目鱼肌积分肌电值具有显著性差异。建立了单兵装备肌肉骨骼模型,对比了不同军用生活背囊相同负重状态下,肩部、腰部、腿部等主要发力肌肉的激活程度、腰椎主要关节(L1、L3、L5)受力。并对军用生活背囊结构进行了优化分析,优化结果表明,肩部间距变化到0.0767m,腰带最低侧接触位置位于-0.111m时,全身肌肉激活度达到最小,人机工效最优。采用表面肌电测试系统,对比分析了在有负重和无负重两种状态下,人体进行战术攀登动作时下肢主要肌肉群疲劳特性。分别进行了积分肌电值(integrated electromyogram,IEMG)和中值频率(median frequency,MF)、平均功率频率(mean power frequency,MPF)分析,得到了各肌群肌电特性及其变化规律。研究结果表明:时域参数变化显著的肌肉是胫骨前肌和腓肠肌,频域参数变化显著的肌肉是腓肠肌和比目鱼肌;频域评价指标中值频率和平均功率频率变化规律一致,中值频率变化规律相对于平均功率频率变化更加显著;有负重条件比无负重条件下,时域和频域评价指标出现极值的时间点均提前。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：E920
【图文】：

单兵系统,部分国家

图１．２邋“陆地勇士”系统逡逑系统起步比较晚，１９９６年开始对单兵系统进行研宄和零八研宄所、哈尔滨工业大学和南京理工大学等科研院术研制。２００６年蒋毅［１７】等人设计的单兵装备效能评估接口设计和音效设计等关键技术。２０１０年赵彦峻［１８］等命中问题建模与仿真，通过编程实现了火控外弹道及命特殊点射击诸元以及火控外弹道特性，研宄结果表明单是可靠的。２０１２年洪亚军［１９］建立了人枪仿真模型，研

示意图,脊椎,示意图,士兵

负重状态下士兵－装备人机特性研究逡逑及负载过重增加了受伤风险；第三部分给出了减轻重量、优化放置和限制负荷时间来降逡逑低士兵负担的方案，并且展示了两种改进后背囊的设计方案（见图１．４）。２０１１年ＸＱｕ［３９］逡逑等人研宄了不同负重（0ｋｇ、７．５ｋｇ和１５ｋｇ）状态下对士兵疲劳和步态特性的影响，结果逡逑表明随着负荷的增加，步态特性表现出差异，髋关节活动范围和躯干活动范围增大。２０１２逡逑年Ｔ９ｂｉａｓ邋Ｌｉｎｄｎｅｒ［４Ｑ］等人研宄了士兵在穿戴不同装备（头蓝、背包和步枪等）条件下，逡逑下肢主肌群肌肉肌电的变化规律和负重对膝关节角度的影响，研宄结果表明，不同负重逡逑对肌肉肌电有影响，然而，全部装备负重量达到自身重量的３４％时，对于士兵膝关节角逡逑度活动度没有影响。２０１４年ＥｌｉｒａｎＳｃｈｅｒｔｚｅｒ％等人研宄了不同负载质量、不同负载位置逡逑和不同行军速度下，士兵的代谢率变化规律（见图１．５）。２０１４年ＭＳ邋Ｐａｌ［４２］等人研究了逡逑士兵以４．５ｋｍ／ｈ的行军速度在不同的坡度（０％、５％、１０％和１５％梯度）和不同的负重逡逑（４．４ｋｇ、１０．７ｋｇ、１７ｋｇ和２１．４ｋｇ）状态下的最佳负荷重量。得到了士兵行军时的心率、逡逑氧耗量、能量消耗等生理特性参数的变化规律。２０１４年Ｈ邋Ｐａｒｋ等人和ＲＷＤ邋Ｗａｎ［４３，４４］逡逑等人研宄了士兵携带不同重量和不同布局情况下对人体平衡和腿部肌肉的影响

【参考文献】