航天服软式上躯干主动适体方法.pdf

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1、航空学报ActaAeronauticaelAstronauticaSinicaApr．252016V01．37No．41363．1373ISSN1000-6893ON11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．educahkxb@buaa．edu．ca航天服软式上躯干主动适体方法李元丰，张万欣*，李猛中国航天员科研训练中心人因Z-程重点实验室，北京100094摘要：上躯干结构是航天服的基础部件，对服装的适体性具有直接影响。上躯干的适体性设计分为被动适体和主动适体，其中主动适体可实现软式上躯干结构的形态调节，获得最大程度的适体效

2、果。应用Stewart平台原理开展软式上躯干主动适体方法研究。首先，探讨分析了Stewart平台的特点与运动学；其次，将Stewart平台控制原理应用于软式上躯干主动适体设计，提出了针对肩法兰的主动适体方法；再次，分析了主动适体方法的运动学，建立了主动适体方法的数学模型，并通过模型计算了主动适体方法的性能；最后，搭建了软式上躯干主动适体样机，开展了主动适体方法实验。研究结果表明，建立的针对肩法兰的软式上躯干结构主动适体方法可以有效地调节肩法兰的空间位置、角度，满足上躯干的主动适体要求，证明了应用Stewart平台建立主动适体方法的可行

3、性。研究结果为未来航天服的适体性设计提供了参考。关键词：航天服；软式上躯干；适体性设计；主动适体方法；Stewart平台中图分类号：V445．3文献标识码：A文章编号：1000—6893(2016)04—1363—11航天服为航天员出舱活动提供生命防护以及工效保障n]。航天服良好的工效性能是保证航天员出舱作业能力的前提。目前的航天服主要由压力防护服、生命保障系统等组成[z]。上躯干结构是航天服压力防护服的重要组成部件，同时也是航天服整服装备的基础，对服装的质量、外轮廓尺寸，尤其是工效性能具有重要影响[3j。航天服的适体性是提高服装工效

4、性能的必然要求[4]。适体性要求航天服既可以有效地适合航天员个体，又可以满足一定身材范围内航天员群体的穿着需求。上躯干结构的适体程度直接影响整个服装的适体情况，而肩法兰是上躯干结构中与人体相互作用的关键部位，其空间布局对人体上肢的活动性具有显著影响[5]，这是因为航天员在穿着航天服时，其双臂是通过肩法兰开口穿人上肢组件的。因此，开展针对肩法兰的上躯干适体性研究，提高改善肩法兰的适体设计，对于提高上躯干结构以及航天服适体性具有重要意义。另外，针对肩法兰建立的适体方法对于颈法兰和腰法兰的适体性设计研究具备参考意义。所以本文针对肩法兰开展软

5、式上躯干主动适体方法研究。1问题的提出根据材质的不同，航天服上躯干结构分为硬躯干(HardUpperTorso，HUT)和软躯干(SoftUpperTorso，SUT)[3“]：HUT是传统的航天服上躯干结构，采用硬质材料，如美国EMU、俄罗斯Orlan航天服；SUT是在HUT的基础上提出的，采用软质织物替代硬质材料，如I—suit、D-suit等[2’7]。根据HUT和SUT结构特点，其适体性设计方法也不尽相同，李元丰和张万欣[81根据适体性设计方法的不同，将适体性设计分为被动适收稿日期：2015．03—23；退修日期：2015-0

6、4．27；录用日期：2015．05—11；网络出版时间：2015-06—0916：25网络出版地址：WWWcnki．net／kcms／detail／111929V．20150609．1625001．htmI基金项目：载人航天领域预先研究项目(040301)*通讯作者Tel：010—66362311E-mail：zhangwanxin一2009@163com引用格武t李元丰．张万砍．李猛航天瑕软式上躯干i动适体方法￡Jj．航空学报．2016。37(4)：1363—1373．LIYF．ZHANGWX．LIMActivefitmethodf

7、orspacesuitsoftuppertorsofJ]．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2016．37(4)：1363—1373。1364航空学报Apr252016V01．37No．4体性设计与主动适体性设计。主动适体设计方法是在SUT提出的基础上得以实现的，其核心思想是使软式上躯干结构依据具体的使用需求实现形态参数调节，这也是其与被动适体性设计区分的显著特点，因此主动适体性设计可获得最大程度的适体性。众多研究人员开展了主动适体性技术研究。目前的技术手段主要包含研发形态可调节躯干材料和附加调节

8、机构两种思路。在研发形态可调节躯干材料方面，NASA曾提出“感性运动(Nas—tics)”结构‘9

9、，通过控制材料形态来调控上躯干结构的形态；多数主动式适体技术采用的方法是在上躯干结构附加设置调节机构，如“流控肌肉”致动