ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 Носиков М.В. , Щипицын П.Г., Щипицын А.Г.

Модернизация динамического стенда для обеспечения точности измерений гравитационных воздействий

М.В. Носиков, П.Г. Щипицын, А.Г. Шипицын

Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск

Современные летательные аппараты (самолеты и вертолеты) оборудованы новейшими техническими устройствами автоматического и полуавтоматического действия, однако главная роль в системе «человек-машина» по-прежнему принадлежит человеку. Потеря летчиком пространственной ориентировки, по данным иностранной печати, является причиной 35% аварий и катастроф в авиации [1]. Этот уровень не снижается в течение последних 25 лет.

Несмотря на совершенство человеческого организма, следует учитывать, что условия его нормальной жизнедеятельности ограничены небольшими диапазонами температур, перегрузок и скоростей. Наиболее благоприятными для человека являются температура около + 20°С, перегрузка 1g и скорость, соответствующая скорости движения пешехода. Отклонения от этих условий требуют дополнительных усилий для нормального восприятия человеком внешнего мира и адекватной реакции на происходящие в нем изменения, причем, чем больше отклонения, тем больше усилий требуется для их компенсации. Известно, что в полете два из указанных факторов, а именно скорость и перегрузка, изменяются в больших диапазонах. При этом перегрузка может достигать предельных для человеческого организма значений [2].

Важное место в авиационной медицине занимают вопросы разработки специальных методов первоначального профотбора, а затем – тренировки лётного состава, направленной на поддержание и развитие физических, психофизиологических и психологических качеств лётчиков, в том числе и на специализированных стендах.

При помощи имеющегося вестибулометрического Комплексного многофункционального динамического стенда (КМДС) и телеметрического регистратора ЭЭГР-19/26 можно достаточно точно выявить реакцию вестибулярной функции человека на различные величины гравитационных воздействий в виде угловых, линейных ускорений и их сочетания, то есть в том числе и на ускорение Кориолиса.

Конструкция стенда обеспечивает получение одновременно или раздельно линейной или угловой скорости и ускорения, действующих в горизонтальной плоскости, прямолинейного или плоскопараллельного движения и линейных ускорений. Действующие на испытуемого возмущения, могут иметь переменный характер.

Стенд обладает сложной кинематикой (рис. 1): человек, сидящий в кресле, может вращаться вокруг своей оси, по окружности (спиной, боком или лицом к центру вращения), совершать прямолинейные поступательные движения, а также плоскопараллельные перемещения по сложным траекториям.

Рис. 1. Кинематическая схема вестибулометрического стенда

Со стендом жестко связаны следующие системы координат:

X₀Y₀Z₀ – связана с неподвижным основанием;

X₁Y₁Z₁ – связана с подвижной платформой 1;

X₂Y₂Z₂ – связана с подвижной платформой 2;

X₃Y₃Z₃ – связана с подвижной платформой 3.

Направления и величину угловых скоростей вращения W₁, W₂, W₃ (векторы которых сонаправлены с осями Z₁, Z₂ и Z₃ соответственно) задает оператор в диапазоне от 0 до 240 угловых градусов в сунду.

Для получения данных о физическом состоянии человека при эволюциях стенда используют датчики, установленные непосредственно на теле человека.

Информация с датчиков передается по беспроводному интерфейсу на персональный компьютер, где осуществляется прием, предварительная обработка, визуализация и сохранение данных о физическом состоянии человека (рис. 2).

Для измерения параметров движения самого стенда, точнее подвижной платформы 3 с креслом была разработана телеметрическая система, измеряющая и передающая на персональный компьютер информацию о угловой скорости и ускорениях, формируемых стендом.

При проектировании системы были выработаны следующие требования к функциям системы измерения параметров движения:

а)     измерение мгновенных параметров движения объекта, а именно: угловой скорости по оси Z₃ (вертикальная ось), полного ускорения по осям X₃, Y₃ (оси лежат в горизонтальной плоскости);

б)    предварительная обработка полученной информации в цифровом виде;

в)     передача информации по беспроводному интерфейсу на расстояние 10–100 м;

г)     визуализация (отображение) информации о движении объекта на приемной стороне системы;

д)    сохранение полученной информации во внешний файл/базу данных для последующей обработки, анализа и сопоставления с данными системы измерения физиологического состояния человека

Рис. 2. Структурно-функциональная схема системы измерения параметров

 движения вестибулометрического стенда

(совместно с каналом  измерения физиологических параметров)

В состав системы входят:

а) измерительный блок ИПДС-001, установленный непосредственно на платформе 3 (кресле);

б) автономный источник питания измерительного блока, установленный на платформе 3;

в) модуль беспроводного интерфейса для приема информации от измерительного блока;

г) персональный компьютер с операционной системой Windows XP;

д) программное обеспечение для приема, отображения и сохранения полученной информации;

Измерительный блок системы измерения параметров движения вестибулометрического стенда конструктивно выполнен в герметичном пластиковом корпусе типа G212. Внутри корпуса установлены: модуль вычислительного устройства, датчики инерциальной информации, модуль беспроводного интерфейса. На наружных стенках корпуса установлены: внешний разъем питания, антенна, светодиодный индикатор функционирования системы.

Габаритно-присоединительные размеры блока ИПДС-001 приведены на рис. 3.

 SHAPE  \* MERGEFORMAT

Рис. 3. Габаритно-присоединительные размеры блока ИПДС-001

Таблица 1.

Технические характеристики системы измерения параметров движения вестибулометрического стенда

Программное обеспечение системы измерения параметров движения вестибулометрического стенда включает в себя бортовое программное обеспечение измерительного блока ИПДС-001 и программное обеспечение наземной части системы, функционирующее на персональном компьютере.

Программное обеспечение наземной части системы (ПО) обеспечивает прием информации от подвижного блока, контроль правильности принятой информации, ее визуализацию в требуемом виде, а также сохранение принятой информации во внешний файл с целью возможной дальнейшей обработки данной информации.

Вид окна программного обеспечения наземной части системы представлен на рис. 4

Рис. 4. Интерфейс ПО наземной части системы

Были проведены статические и динамические испытания блока. Статические испытания – в неподвижном положении ИПДС-001 для оценки погрешности нулевых смещений датчиков и повторяемости их при запусках. Динамические – испытания на эталонном стенде вращения, на котором возможно воспроизвести заданные угловые скорости вращения с определенной точностью.

В ходе динамических испытаний были проведены измерения на эталонном стенде вращения (рис. 5) на следующих угловых скоростях:

±2, ±5, ±10, ±15, ±20, ±30, ±45, ±60, ±80, ±120 (°/с)

Рис. 5. Подвижный блок на испытательном стенде

Полученные результаты подтвердили заявленные точностные характеристики системы.

Разработанная система измерения параметров движения вестибулометрического стенда позволяет оперативно наблюдать за параметрами его работы, отслеживать соответствие фактических воздействий требуемым по программе и в целом повышает функциональность стенда.

Литература

1.  История отечественной космической медицины / под ред. Ушакова И.Б., Бедненко В.С., Лапаева Э.В. – М.: Воронеж: Изд–во ВГУ, 2001.

2.  Юнкеров, В.И. Медико-статистическая обработка данных медицинских исследований / В.И. Юнкеров, С.Г. Григорьев. – СПб.: ВМедА., 2005.

Отправить сообщение для: vdy-55@mail.ru
© 2009 Кафедра адаптивной физической культуры и медико-биологической подготовки ЮУрГУ
Дата изменения: 13.11.2009 18:03:56 +0500