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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