人机与环境工程中若干问题的数值模拟

人机与环境工程中若干问题的数值模拟

尼哈德Raqibulhassan

南京航空航天大学大学的研究生

摘要：文章主要针对人机与环境工程当中的几个研究方向中主要问题进行探究，明确人机与环境工程当中的数值模拟形式，在运用数值模拟形式对当前国内没有试验研究条件的关键问题进行解决。这一研究工作在我国处于逐渐发展的阶段，因此下面就注重对人机与环境工程的数值模拟形式进行探究，从而有效地借助数值模拟形式更好地对人机与环境工程中地入干问题进行解决，进而促进人机与环境工程实现良好发展的要求。

关键词：人机与环境工程；问题；数值模拟；

一、人机与环境工程分析

针对人机与环境工程，其主要就是当前航空宇航科学和技术中的关键部分，属于航空航天领域中的人机工程、飞行器的环境控制技术以及航空宇航保障技术的研究工作。对于当前我国的航空宇航活动来说，其中的驾驶员与乘员的作用是不能够被替代的，而只有确保人员生命安全以及生活环境地舒适、工作高效性，才能为航空宇航科学和技术研究工作有效开展提供保障。真是针对这一问题进行解决，也将给人机与环境工程学科的形成提供了条件，对于其中的研究内容有人机工程、飞行器环境的控制技术以及航空航天环境的模拟技术等，是当前航空航天领域中重点工作项目。

二、人机与环境工程中数值模拟方法与应用分析

对于数值模拟方法，其是相对于物理模拟的形式，主要是指有效地运用数值形式在计算机当中针对那些描述的物理过程控制方程进行有效地解读和求解，由此实现再现或是定量分析该的形式。进行数值模拟研究，其物质基础以计算机为主，在计算机技术快速发展的环境下，数值模拟的发展速度也在不断加快。而数值模拟与物理模拟形式相比，有较强通用性，成本也比较地，周期也相对较短等优势，有效地运用数值模拟形式，能够实现部分或是完全代替实验模拟的形式。而且针对一些实验不能实现模拟的物理过程中，可以有效地运用数值模拟与地面实验有效结合的形式来开展研究工作。

在人机与环境工程当中，运用数值模拟方法，针对其模拟对象，在实际应用中可以分为两类，包括集中参数法、分布参数法。前者是将研究对象视为空间所有地均匀参数系统，而研究目的要结合建立的模型与对象初始状态、输入参数，进而使得数值模拟出终状态和输出参数。运用这一方法能够定性给出系统总体的性能，针对实际情况给出经验公式，也能对系统开展定量分析。该方法控制的方程比较简单，需要的计算时间非常短，比较适合运用在大系统数值模拟和有效为控制系统处理可观与可测的参数，可是其不能提供系统中各参数分布的细节。而后者是运用在分析研究对象的内部各参数分布情况的工作当中，而且也可以满足系统定量分析，可以说其研究内容有效地涵盖了那些集中参数法中的研究内容，可是该形式地控制方程与数值模拟方法都较为复杂、计算的时间长，在大系统分析中是不适合运用的，一般也不会被系统中控制系统所运用。

三、湍流流动和传热数值模拟方法概述分析

在实际的人机与环境工程中，研究地大多数的问题都和流动与传热有一定关联，而且约束复杂地湍流流动以及换热问题。在针对流动和传热问题开展数值模拟中，因对其计算的区域空间开展网格划分工作，其生成的计算用的网格方法被叫做网格生成的技术。其不过分为结构化网格的生成技术、非结构化的网格生成技术。在上个世纪七十年代就有一些研究者提出了生成贴体坐标形式，而针对结构化网格生成技术来说，是运用在对工程复杂区域的网格划分进行解决，这一技术得到较为良好的发展。对于非结构化网格的生成技术来说，是自二十世纪九十年代发展至今的有着可以处理复杂区域网格划分的形式。而计算网格质量能够对流动和传热问题数值模拟带来一定影响，甚至会起到了决定性作用。当前的网格生成技术已经在计算流体力学以及计算传热学当中得到有效地发展和重视，而网格生成技术也促进成为计算流体力学中关键的部分。

四、在人机与环境工作中有效运用数值模拟形式的有效策略

（一）人机与环境工程中湍流流动和传热数值模拟方法

对于人机和环境工程中流动和传热问题的形成，多会在复杂区域内形成，流态一般是湍流，属于复杂地流动和传热问题。对于计算传热学发展前，对该问题进行解决时，会运用经典分析法以及实验法为主，可是针对复杂的问题，其分析法将难以得到解析，而且运用实验法也会受到多种因素的影响，不利于相应工作有效开展。而在计算机技术快速发展的环境下，流动和传热问题的数值模拟方法得到有效发展，而且也促进成为传热学中重要学科。其对怪问题的解决中，数值模拟方法不受实验条件限制，有较强通用性和广泛适用性，成本偏低、效果较好。

对流动与传热问题控制进行描述的方程就是组偏微分方程，而计算传热学任务是结合实际问题提出的定解条件，运用数值模拟形式来求解这一方程组。在求解控制方程中，其数值方法包括有限差分的形式、有限容积的形式以及有限元法和有限分析法等。而针对定常不可压的湍流流动和传热问题进行数值模拟方法分析，能够得到合理的人机与环境工程数值模拟的网格生成技术、对流扩散项离散格式和湍流模型以及非线性代数的方程组求解形式。关键的工作内容包括具体推导曲线坐标系之下，活动同位网格压力修正以及速度修正的形式；可以建立曲线坐标下，其高阶精度以及有界的对流项离散格式；开展以超限插值为基础的边界正交微分方程的网格生成形式，也明确多重网格形式，而且能够将其有效地运用在本文数值模拟当中。

（二）加压供氧面罩的呼气活门特性数值模拟

在当前飞机的飞行高度在不断提升，飞机的外大气压力在进一步下降。因军用飞机会运用低压差制度地气密座舱，这使得其座舱的高度会针飞机飞行的高度而产生改变，其飞行的高度如果越高，那么飞机座舱的高度也会提升，也就是说座舱内压力会越小。通过探究航空生理学知识，氧能够在人体内和红细胞内血红蛋白形成化学结合状态后被运输，血红蛋白所结合的氧气数量多少是取决于其肺泡内氧分压所决定的。针对道尔顿定律，其大气压力降低将会引发大气中的氧气压力降低。所以在较高地座舱高度之上，而血红蛋白在结合与氧气后其能力将会下降，因此会带来“高空缺氧”的现象，对于这样现象将会使得飞行员发生严重生命危险，只有对高空缺氧问题进行解决，才能且航空航天事业的稳定发展奠定坚实基础。因此要注重加压供氧面罩的设计，进而为解决高空缺氧问题进行有效解决。所以要注重加强加压供氧系统的要求，其属于人机与环境工程中重要的生命保障技术的组成环节。对于试验研中，通过运用数值模拟形式对加压供氧面罩的呼气活门特性进行探究，由此能够为生命保障技术中的系统研究提供有利保障。而且也应通过建立加压供氧面罩的呼气活门特性方程，制定加压供氧面罩的呼气活门静态数值模拟，通过将计算结果和实验结果进行有效地对比，去能够有效试验该模拟方法具有一定正确性优势。

结束语：

针对人机与环境工程进行有效探究，对人机与环境工程中数值模拟方法进行有效地分析，并有效地运用数值模拟方法来对当前我国没有试验研究条件的问题进行探究和解决。由此确保人机和环境工程领域实现稳定长远发展，也为发挥数值模拟方法在人机和环境工程中的优势提供保障，真正为我国航空航天事业稳定发展提供保障。

参考文献：

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[2]徐海鹰,李晓星,周贤宾.板料成形数值模拟中的人机交互[J].锻压技术,2001,26(4):8-10.

[3]王浚,余建祖,庄达民,etal.新兴的人机与环境工程技术科学[J].北京航空航天大学学报,2002,28(5):503-511.