一种失重飞机测试系统技术方案

本发明专利技术公开了一种失重飞机测试系统，该系统包括人体操作运动特性测试支架及设备平台、跑台、视觉感知特性测试系统和生物节律影响测试平台；本发明专利技术可获取失重飞行状态下人进行推、拉、双臂旋转操作时的绩效数据，支撑失重环境下生物力学模型验证；测量获取跑台受试者肩腰部的力分配数据，为跑台束缚系统的改进和完善提供依据，通过对比地面和失重飞机上的跑步运动姿态的差异，进一步分析太空跑台在设计上存在的问题；验证视觉感知特性测试系统在变重力环境下获取绩效数据的有效性；探讨失重飞机模拟的短暂、多次失重对于模式生物重力应激基因表达以及生物节律的影响，揭示重力变化影响生物钟的分子机制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及航天航空
，特别是涉及一种失重飞机测试系统。
技术介绍
失重飞机是利用普通飞机改装后的、具有特殊用途的飞机，它是航天计划中的一个重要的大型实验室。失重是航天飞行过程中始终存在的一种特殊的环境因素，国内外许多研究资料表明，太空失重环境下人体的一些生理学功能发生了改变，长期飞行会使航天员产生心血管失调、骨丢失、下肢肌肉萎缩等失重生理效应，随着航天航空技术的不断发展，对于这方面的研究也变得更加迫切。跑台锻炼是航天员训练和航天飞行中主要的对抗防护措施，目前我国已将跑台锻炼列入未来长期航天飞行对抗措施计划中。但由于相关人体试验中受试者的因素难于控制，目前国外对多大强度的跑台锻炼效果最佳仍无定论。因此测试获取失重状态下人体操作运动特性、视觉感知特性、跑台束缚特性，以进一步分析太空跑台在设计上存在的问题并完善跑台设计；研究失重状态下模式生物重力应激基因表达以及生物节律的影响，揭示重力变化影响生物钟的分子机制；将对我国航空航天技术发展起到重要作用。
技术实现思路
本专利技术提供了一种失重飞机测试系统，该系统可获取失重飞行状态下人进行推、拉、双臂旋转操作时的绩效数据，支撑失重环境下生物力学模型验证；测量获取跑台受试者肩腰部的力分配数据，为跑台束缚系统的改进和完善提供依据；通过对比地面和失重飞机上的跑步运动姿态的差异，进一步分析太空跑台在设计上存在的问题；验证微重力条件下、跑步过程中束缚装置的适体性、舒适性，人体对纵向负荷的适应性；验证视觉感知特性测试系统在变重力环境下获取绩效数据的有效性；探讨失重飞机模拟的短暂、多次失重对于模式生物重力应激基因表达以及生物节律的影响，揭示重力变化影响生物钟的分子机制。该系统包括人体操作运动特性测试支架及设备平台、跑台、视觉感知特性测试系统和生物节律影响测试平台。所述人体操作运动特性测试支架及设备平台包括操作力测试系统、体力负荷测评系统和人体运动采集记录系统；所述操作力测试系统由笔记本电脑、测试支架、操作力采集器、2个推拉力测量扶手、2个旋转力测量扶手和4个脚限制器组成，其中测试支架固定在飞机舱体壁上，2个推拉力测量扶手和2个旋转力测量扶手分别安装在测试支架上，4个脚限制器分别固定飞机舱体地板上，2个推拉力测量扶手、2个旋转力测量扶手和4个脚限制器分别连接到操作力采集器上，操作力电压信号通过操作力采集器分析并转换为数据信号，操作力采集器用数据线和笔记本电脑连接，将操作力数据实时显示并存贮以备后续分析；所述体力负荷测评系统包括肌电采集装置和心率检测装置，其中肌电采集装置为(NoraxonTelemyo)，采集16个表面肌电信号，采集部位如下：上肢肌群包括：肱三头肌、肱二头肌、肱桡肌、桡侧腕伸肌、尺侧腕伸肌、三角肌、胸大肌、斜方肌等8块肌肉；下肢肌群包括：股四头肌(股外侧肌、股直肌、股内侧肌)、腓肠肌(内侧、外侧头)、胫骨前肌、股二头肌、半腱肌等8块肌肉；心率检测装置为Actiheart心率自动检测仪及背带，Actiheart心率检测仪包括可充电电源和记忆卡装置在内总重量小于10g，可连续记录心率数据达21天，无需电源，内置记忆卡，因此不须数据线，不会干扰机内电子通信；所述人体运动采集记录系统包括照相机、4个固定摄像机、XsensMVN运动捕获装置和MVN运动测量系统和MVN分析软件，获取实验过程中人体在失重飞机的运动图像、运动学数据，通过MVN分析软件解析运动学参数。所述跑台包括跑台主体、跑台安装支架、力测量装置、力传感器6个、力测量装置安装支架、束缚装置、照相机和2个摄像机，其中跑台安装支架固定在飞机地板上，跑台主体安装在跑台安装支架上，力测量装置安装支架固定在跑台安装支架侧面，力测量装置安装在力测量装置安装支架上；受试者穿着束缚装置，在束缚装置的腰部两侧、胸前两侧、背部两侧各连接一个力传感器，测量计算束缚装置在受试者肩部和腰部的力分配；束缚装置连接纵向负荷，在平飞段、超重段手扶扶手下蹲，在失重段站立进行跑步验证；在跑台前方、侧面各固定安装一台摄像机，拍摄受试者在失重期间的跑步姿态影像，同时还安装一部照相机，根据需要拍摄跑步姿态图片。设备操作者可根据情况调整纵向负荷、照相、操作力测量装置、保护受试者。所述视觉感知特性测试系统包括测试台、固定座椅和笔记本电脑，其中测试台和固定座椅安装在飞机地板上，笔记本电脑固定在测试台上，测试均为计算机软件测试，测试人员在任务中需要关注电脑屏幕上视觉刺激(部分测试中视觉刺激将在屏幕上运动)，并按照要求进行按键反应，计算机系统会自动记录受试者反应的准确率、时间误差等绩效指标。所述生物节律影响测试平台包括失重对于模式生物基因表达应答变化的影响测试装置和重力多次短暂变化对于模式生物昼夜节律的影响测试装置；所述失重对于模式生物基因表达应答变化的影响测试装置包括培养皿盒、3个培养皿、试管盒、试管支架、3个塑料试管，其中培养皿盒和试管盒固定在飞机机舱内，3个培养皿可以重叠放置在培养皿盒内，试管支架放置在试管盒内，试管支架上有四个试管放置孔，3个塑料试管容积为15毫升，可以放置并固定在试管放置孔内，三个塑料试管分别为1#、2#和3#；在失重飞机起飞前两天，将粗糙链孢霉接种于液体培养基中，静置培养2天后，在液体表面长出一层菌膜，在失重飞机起飞前3小时，将菌膜用灭菌后的打孔器切成圆片后，将圆片接入到底部盛有一层固体培养基的培养皿的培养基表面，每个培养皿接种6片，共接种3个培养皿，编号为#1、#2和#3；测试时在第1个抛物线开始前，开始第一次收样，将组织片用镊子从#1号培养皿的固体培养基上夹出6片菌膜，放入盛有5mlRNAlater溶液的1#塑料试管里，旋紧盖子，并放入塑料容器内，以确保液体保存于两层容器内。在第20个抛物线下降飞行完成后，在平飞阶段，立即用镊子从#2号培养皿的固体培养基上夹出6片菌膜，放入盛有5mlRNAlater溶液的2#塑料试管里，旋紧盖子，并放入塑料容器内，以确保液体保存于两层容器内。在最后的抛物线飞行结束后，在平飞阶段，立即用镊子从#3号培养皿的固体培养基上夹出6片菌膜，放入盛有5mlRNAlater溶液的3#塑料试管里，旋紧盖子，并放入塑料容器内，以确保液体保存于两层容器内。组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种失重飞机测试系统，其特征在于：包括人体操作运动特性测试支架及设备平台、跑台、视觉感知特性测试系统和生物节律影响测试平台；所述人体操作运动特性测试支架及设备平台包括操作力测试系统、体力负荷测评系统和人体运动采集记录系统；所述操作力测试系统由笔记本电脑、测试支架、操作力采集器、2个推拉力测量扶手、2个旋转力测量扶手和4个脚限制器组成，其中测试支架固定在飞机舱体壁上，2个推拉力测量扶手和2个旋转力测量扶手分别安装在测试支架上，4个脚限制器分别固定飞机舱体地板上，2个推拉力测量扶手、2个旋转力测量扶手和4个脚限制器分别连接到操作力采集器上，操作力采集器用数据线和笔记本电脑连接；所述体力负荷测评系统包括肌电采集装置和心率检测装置，其中肌电采集装置为(Noraxon Telemyo)，采集16个表面肌电信号，心率检测装置为Actiheart心率自动检测仪及背带，Actiheart心率检测仪包括可充电电源和记忆卡；所述人体运动采集记录系统包括照相机、4个固定摄像机、Xsens MVN运动捕获装置和MVN运动测量系统和MVN分析软件，获取实验过程中人体在失重飞机的运动图像、运动学数据，通过MVN分析软件解析运动学参数。...

【技术特征摘要】
1.一种失重飞机测试系统，其特征在于：包括人体操作运动特性测试支架及设备平台、跑台、视觉感知特性测试系统和生物节律影响测试平台；
所述人体操作运动特性测试支架及设备平台包括操作力测试系统、体力负荷测评系统和人体运动采集记录系统；
所述操作力测试系统由笔记本电脑、测试支架、操作力采集器、2个推拉力测量扶手、2个旋转力测量扶手和4个脚限制器组成，其中测试支架固定在飞机舱体壁上，2个推拉力测量扶手和2个旋转力测量扶手分别安装在测试支架上，4个脚限制器分别固定飞机舱体地板上，2个推拉力测量扶手、2个旋转力测量扶手和4个脚限制器分别连接到操作力采集器上，操作力采集器用数据线和笔记本电脑连接；
所述体力负荷测评系统包括肌电采集装置和心率检测装置，其中肌电采集装置为(NoraxonTelemyo)，采集16个表面肌电信号，心率检测装置为Actiheart心率自动检测仪及背带，Actiheart心率检测仪包括可充电电源和记忆卡；
所述人体运动采集记录系统包括照相机、4个固定摄像机、XsensMVN运动捕获装置和MVN运动测量系统和MVN分析软件，获取实验过程中人体在失重飞机的运动图像、运动学数据，通过MVN分析软件解析运动学参数。
2.根据权利要求1所述的失重飞机测试系统，其特征在于：所述跑台包括跑台主体、跑台安装支架、力测量装置、力传感器6个、力测量装置安装支架、束缚装置、照相机和2个摄像机，其中跑台安装支架固定在飞机地板上，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王春慧，李凡，宋晋忠，王政，黄守鹏，
申请(专利权)人：中国航天员科研训练中心，
类型：发明
国别省市：北京;11