Human Factors Engineering Analysis for Underwater Carries
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摘要: 目前针对水下运载器与水下推进器的研究主要集中在运载器流体外形结构、动力能源、水声通信以及声呐导航等方向, 从人因工程学角度对水下运载器航行稳定性展开的研究较为少见。因此, 文中基于人因工程学理论, 针对潜水员操控水下运载器时重心分布、使用潜水装具的不同以及疲劳度等3个人因工程因素, 以某水下运载器为试验载体, 开展理论研究与试验分析。最后总结水下运载器人因工程优化方向, 为未来水下运载器的发展与设计提供新的研究思路。Abstract: Currently, the study of diver-operated underwater vehicles (DPV) and underwater propulsion systems were mostly focus on the vehicle's structure, power sources, acoustic communication, and sonar navigation, with little consideration given to optimizing the stability of underwater vehicle navigation from a human factors engineering perspective. This paper, grounded in human factors engineering theory, examines three key human factors—center of gravity distribution, the use of different diving equipment, and fatigue levels—when divers operate these vehicles. Using a specific type of underwater vehicle as a test case, the study conducts theoretical research and experimental analysis. Finally, it summarizes the directions for optimizing human factors engineering in underwater vehicles, offering new research insights for the future development and design of these systems.
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图 2 潜水员不同重心水下运载器流体阻力仿真图
Figure 2. Simulated hydrodynamic resistance for underwater carriers with different diver's center of gravity positions
图 3 潜水员不同重心水下运载器流体阻力仿真数据
Figure 3. Simulation data on hydrodynamic resistance for underwater carriers with different diver's center of gravity positions
图 4 潜水员使用不同潜水装具水下运载器流体阻力仿真
Figure 4. Simulated hydrodynamic resistance of underwater carriers for different diving suits
图 5 潜水员使用不同潜水装具水下运载器流体阻力仿真
Figure 5. Simulation data on hydrodynamic resistance of different diving suits for underwater carriers
图 9 不同潜水装具操控水下运载器试验流程图
Figure 9. Flow chart of operation tests for underwater carriers with different diving equipment
图 10 潜水员操控水下运载器疲劳度人因工程试验流程
Figure 10. Flow chart of human factors engineering test for fatigue degree of underwater carrier operated by divers
图 11 潜水员相对重心位置变化航速、航向试验数据对比
Figure 11. Speed and heading test data comparison with diver's relative center of gravity position variation
图 12 潜水装具航速、航向数据对比图
Figure 12. Comparison of speed and heading data for diving equipment
图 13 潜水员操控水下运载器疲劳度航速、航向试验数据对比
Figure 13. Speed and heading test data comparison under divers’ fatigue operating underwater carries
表 1 水下运载器及整体重心浮心位置表
Table 1. Position of Submersibler and overall center of gravity and center of buoyancy
项目 运载器 潜水员 整机 重心 浮心 重心 浮心 重心 浮心 前 (0.42$ {L_X} $, 0.15$ {L_Y} $) (0.42$ {L_X} $, 0.27$ {L_Y} $) (0.38$ {L_X} $, 0.6$ {L_Y} $) (0.38$ {L_X} $, 0.6$ {L_Y} $) (0.398$ {L_X} $, 0.395$ {L_Y} $) (0.398$ {L_X} $, 0.453$ {L_Y} $) 中 (0.42$ {L_X} $, 0.15$ {L_Y} $) (0.42$ {L_X} $, 0.27$ {L_Y} $) (0.42$ {L_X} $, 0.6$ {L_Y} $) (0.42$ {L_X} $, 0.6$ {L_Y} $) (0.42$ {L_X} $, 0.395$ {L_Y} $) (0.42$ {L_X} $, 0.453$ {L_Y} $) 中 (0.42$ {L_X} $, 0.15$ {L_Y} $) (0.42$ {L_X} $, 0.27$ {L_Y} $) (0.45$ {L_X} $, 0.6$ {L_Y} $) (0.45$ {L_X} $, 0.6$ {L_Y} $) (0.436$ {L_X} $, 0.395$ {L_Y} $) (0.436$ {L_X} $, 0.453$ {L_Y} $) 
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表 2 水下运载器重心分布流体阻力仿真平均值数据
Table 2. Average data of fluid resistance simulation of underwater vehicle center of gravity distribution
测试项目 重心相对靠前 重心相对居中 重心相对靠后 流体阻力平均值/N 198.58 191.08 204.02
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表 3 不同潜水装具流体阻力仿真数值列表
Table 3. Simulation values of fluid resistance of different diving equipments
测试项目 开式潜水装具 半闭式潜水装具 流体阻力/N 191.08 176.96
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表 4 潜水员操控水下运载器疲劳度等级统计表
Table 4. Statistics of fatigue degree of divers operating underwater vehicles
疲劳度等级 T1 T2 T3 T4 潜水员1 2 4 6 10 潜水员2 1 2 6 9 潜水员3 1 2 5 9 潜水员4 1 3 5 8 潜水员5 2 2 5 8 潜水员6 2 3 5 9 潜水员7 2 2 6 9 潜水员8 1 4 5 10
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表 5 潜水员相对重心位置试验数据
Table 5. Test data of diver's relative center of gravity position
测试项目 靠前 居中 靠后 平均航速/(m/s) 2.09 2.14 2.03 平均航向/(°) 118.24 89.90 114.45 标准值航向偏差/(°) +28.24 −0.1 +24.45
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表 6 不同潜水装具操控水下运载器试验数据表
Table 6. Test data of underwater carriers operated by different diving equipment
测试项目 开式潜水装具 半闭式潜水装具 平均航速/(m/s) 1.81 2.00 平均航向/(°) 88.29 90.03 标准值航向偏差/(°) −1.71 +0.03
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表 7 潜水员操控水下运载器疲劳度试验数据均值表
Table 7. Mean values of fatigue test data of divers operating underwater vehicles
测试项目 第1组疲劳度测试数据 第2组疲劳度测试数据 平均航速/(m/s) 1.99 1.77 平均航向/(°) 89.13 91.70 标准值航向偏差/(°) −0.87 +1.7
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