公务机乘客视觉操纵与微环境舒适性工效设计研究

何奕德，孙有朝，刘永兵，郭媛媛，刘宇婕，郭菲

(1.南京航空航天大学 民航学院，南京 211106；2.航空工业成都飞机工业(集团)有限责任公司 试飞站，成都 610092；3.航空工业成都飞机工业(集团)有限责任公司 技术中心，成都 610092)

1 引言

在行政事务和商务活动中用作交通工具的飞机被称为公务机。与民用飞机不同的是，公务机具有省时、高效、安全、隐私性强、彰显尊贵等特点。公务机客舱设计更需要充分考虑公务需求，在保证公务机客舱安全的前提下，舒适的视觉、操纵(可达性措施)、微环境有助于提升乘客的飞行体验和机组的工作效率。

公务机乘客舒适性可被定义为乘客在客舱环境中效率高、感到满意的状态。这种状态由多种影响因素组成的动态平衡，这些因素包括空间尺寸、热环境、座椅结构、对光的敏感程度，对失重状态的承受程度等。

关于公务机客舱环境工效设计，较多学者在总体布置、显示装置、控制器件、视觉舒适等方面进行了大量研究。郭菲等建立了公务机客舱空间尺寸的人机工效设计准则[1]；马智[2]提出了一种快速的飞机驾驶舱人机工效(视觉、操纵)综合设计方法；王洪瑶[3]针对飞机驾驶舱人机界面做人因工程学的分析。潘玲玲等[4]研究了视觉舒适性对光照环境的关系；卫旭骏等[5]基于眼动分析研究了不同光环境对司机专注度的影响；陆星羽等[6]分析了民机客舱环境下照明灯照射角度、光源物理量对于不同行为的光环境舒适度；陆瀚等[7]建立了公务机客舱座椅舒适性、坐姿可达性综合评价模型；林家泉等[8]研究了飞机客舱内人体热舒适性，建立了具有温度调节能力的简化人体模型；许松林等[9]分析了影响民用支线飞机客舱空间舒适性的主要因素；孔云志[10]从生物力学角度评价了飞机驾驶舱坐姿舒适性；王黎静等[11]分析了飞机电子化驾驶舱中的部分控制器的可达性。

基于我国公务机市场需求和研制定位，尽管公务机座位设置<19座，但其起飞重量>8620kg，适用于欧洲、美国和我国适航规章25部中原则性和定性的人机工效学相关要求[12-14]。本文在充分遵守相关适航条款指令的基础上，进一步从设计和符合性方法角度，结合当前主流典型民用飞机和公务机的客舱内饰等关于视觉、可达性、舒适性工效的相关成果，给出提高公务机乘客舒适度的视觉(光环境、大小、色彩、材质、造型)、操纵(站立、坐姿、控制面板)和微环境(通风、增压)方面的工效设计，为公务机客舱工效设计提供技术支持。

2 客舱工效制定过程分析依据

欧洲航空安全局、美国联邦航空管理局、中国民航局在25部适航规章中分别提出了相关的功能要求。

2.1 应急照明相关规章差异分析

CS/FAR/CCAR 25.812[12-14]对独立于主照明系统的应急照明系统作出规定，包括应急出口标示和位置标示、客舱一般照明光源、机内应急出口区域的光源、地板附近应急撤离通道标记、机外应急照明等。

在现行标准下，主过道、横向走道、客舱走道和应急出口的应急照明能够满足应急撤离需求，但是未考虑热烟气飘浮充满客舱、遮蔽灯光、影响乘客安全的情况。

当客舱走道1.2米以上的光源完全被遮蔽时，应急撤离标记应使乘客在黑夜下能够目视识别客舱走道的应急撤离通道、仅参照标记便能迅速识别应急撤离通道出口。

2.2 可达性措施相关规章差异分析

CS/FAR/CCAR 25.611[12-14]对可达性措施提出了4项要求：(1)进行必需的元件/系统检查、更换、调整和润滑，保证持续适航；(2)检查方法对于检查间隔切实可行；(3)如果无损检查有效并在维护手册中有检查程序，则对无法目视检查的结构元件进行无损检查；(4)电气线路互联系统应位置相近，方便进行持续适航所需的检查更换。

2.3 通风与增压相关规章差异分析

CS/FAR/CCAR 25.831对通风系统舒适性提出了要求：

为保证飞机具有对人体无害的舱内环境条件(温度和湿度)，旅客能够呼吸到足够的新鲜空气，而不会受到一氧化碳和二氧化碳等气体的污染，在驾驶舱发生烟雾的情况下，防止飞行员窒息或失去判断舱外情况的能力而制定本条款。通风系统应该能提供足量的未污染空气，通常情况下至少向每乘员提供250g/min新鲜空气；一氧化碳在空气中浓度不超过1/20000；二氧化碳浓度不超过0.5%体积含量(海平面当量)[12-14]。

CS/FAR/CCAR 25.841对增压客舱舒适性提出了要求：

为确保在最大审定高度发生导致减压的故障后，机组会保持警惕并使飞机安全飞行和着陆，保护舱内旅客不受缺氧影响。即使一些旅客没有得到补氧，仍然不会受到永久生理(大脑)伤害而制定本条款。

正常运行条件下，在最大使用高度上保持客舱压力高度不能超过2438米；超过18 m(60SLft)的变化，变化速率应该限制在152SLm/min(500SLft/min)减压(增加高度)，91SLm/min(300SLft/min)增压(降低高度)[12-14]。

3 舒适性工效设计方法

基于上述适航规章要求，在综合考虑其他军标、国标的基础上，形成公务机客舱显示器、舷窗、照明、站姿/坐姿/控制面板、微环境舒适性等设计效果。

3.1 视觉舒适性工效设计

公务机视觉设计应相互协调，使客舱整体风格统一，并可以根据客户需求进行定制。例如医疗急救适宜用白色，因为白色在视觉心理上的暗示是沉静，有利于病人的休养；休闲娱乐区域一般不宜以显亮的颜色为主，一般应以中性色为主，给人以和谐、温情的感觉。商务、会议用途一般以奢华、简单大方为基调，应以冷色调，简单线条为主，并用少量明亮暖色加以调和。综合乘客一般视觉特性，建立公务机乘客视觉设计时需考虑的要素如表1所示。

表1 公务舱视觉设计要素

3.2 操纵舒适性工效设计

考虑MIL-STD-1472G和GJB/Z 131-2002[15-16]，对站姿、坐姿、工作台面、设施设备形成可达性措施要求：

(1)站姿、坐姿

侧面工作区应当≥76 cm宽，40 cm深；桌面和写字板应当离地面74～79 cm；在工作面下提供膝和脚的空间，尺寸≥64 cm高，51 cm宽，46 cm深。如果有固定的或可操纵的搁脚板，相应增加高度；对于在顶端需要水平视野的操纵台，关键的可视报警显示器应安装在座面上方≥57 cm处。

应为身体部分提供足够的支撑框架。桌椅的空间尺寸，需既满足乘客的正常通行，又保证桌面处于乘客的可达范围。座椅应不降低使用者在警觉、认知、强度或灵巧方面的能力，不造成损伤或疼痛。各类装置安装高度如表2所示。

表2 装置安装高度

(2)工作台面

如安装操纵杆等控制器，工作台面应高于地面1020～1070 mm；如不安装，应高于地面915±15 mm。水平工作台面和控制仪表板组装时，应保证有足够工作空间(最小深度250 mm)，并可以接触控制仪表板(最大深度400 mm)，如图1所示，其中，C、J：身体通过深度；D：站立用空间；E：容足空间；F：天花板高度；G、H：上肢可及最大深度；I：行走空间宽度。

图1 站姿工作空间尺寸

(3)设备设施

1)与显示器最佳距离为635 mm；短期观察显示器的距离应≥400 mm。

2)控制器经常使用的，安装在离正常位置半径≤400 mm内；偶尔使用的，安装在凹槽内，离正常位置半径≤500 mm内，减少扰动及防止误操作；不常使用的，安装在侧面，离正常位置半径≤700 mm内，防止意外触动；操作者应在任何角度均能观察到控制器，以便检查其状态。

3)盥洗室应装有嵌入式挂衣钩，高度应在乘客处于站姿位置时手臂可达到范围内，一般为1600～1800 mm；盥洗室门打开时，不应阻挡乘客在过道中通行；梳妆台面高度按照男子立位肘高，设为820 mm～920 mm，尽可能选取中间范围；梳妆台台面宽度在400～500 mm，向内深度为300～400 mm；马桶座盖表面离地面高度为430～480 mm；盥洗室扶手的有效长度一般为200 mm，扶手内缘距板面40～50 mm。

4)厨房废物箱安装最小尺寸应能使直径110 mm，长305 mm的香槟瓶自由通过导向板进入废物箱；厨房框架结构应该由部件和各装配件构成，并能通过飞机登机门。

3.3 微环境舒适性工效设计

考虑MIL-STD-1472G和GJB/Z 131-2002[15-17]，对温湿度、空气质量、振动/噪声、压力、心理形成了舒适性要求：

(1)温湿度

客舱温度以16-18℃为宜。不同工作状态、场所的舒适温度如表3所示。

表3 舒适温度(℃)标准

气湿以空气的相对湿度表示，以45%-60%为宜。相对湿度<30%时人感到口干，>80%时人皮肤感到不适。哮喘病人对于湿度的感觉比常人灵敏，他们在相对湿度<30%或>60%时有强烈的不适。夏/冬季舒适气流及温湿度如表4所示。

表4 夏/冬季舒适气流及温湿度

(2)空气质量

空气质量最直接的评价标准是氧含量和有害气体浓度。成年人在安静条件下，每分钟由外界摄入的氧量约为0.25L(STPD)，同时排出的二氧化碳量约为0.201L(STPD)。供气进入客舱前加装臭氧变换器可使其转化为O2。为防止有害气体浓度持续升高，应有新风不断送入客舱。正常情况下，每人每小时需要0.7～0.9 kg，或3 m3左右的新风。

(3)振动/噪声

健康、合适、舒适、知觉的振动范围为0.5-80 Hz；在客舱空间中距声源1.5 m范围外，若需保持通话或者交流的声音强度应≤75 dB；在操作空间范围内，距声源1.5 m范围外，若需保持通话或者交流的声音强度应≤65 dB；在较小空间内，若需保持通话或者交流的声音强度应≤45 dB；在需要安静的环境中，声音强度应≤35 dB。

(4)压力

客舱压力过低将直接导致氧气浓度低，引发缺氧；同时由于人体含有气体的空腔，体内的气体压强和外界压强不平衡，引起身体不适，例如高空胃胀气，耳膜受压。人体的无症状客舱高度为0到1.5 km。从3 km开始，血氧浓度约90%属于不明显缺氧，呼吸系统和循环系统已开始出现代偿反应。飞行客舱高度不能过小，应保持一定的余压值。压力降低速度应≤21.3～42.7Pa/s；压力增加速度应≤18～21.3 Pa/s。

(5)座椅空间

当陌生人间的距离<450 mm时，人的私密性就会受到挑战，舒适性降低。确定座椅空间尺寸时应考虑人的心理可接受距离。

4 讨论

以某型公务机为对象，针对某型公务机客舱进行人机工效评估，分析客舱显示器、舷窗、盥洗室/厨房/客舱/衣帽间/行李舱照明、应急照明、厨房容足空间、储物箱高度、工作台面距壁板距离、对座座椅靠背距离、沙发长度、壁板厚度、座椅旁控制按钮间距。

盥洗室具备顶部照明、采用自然光优化照明，厨房具备顶部照明和光带照明，客舱光带照明布置合理，衣帽间、行李舱具备专用照明灯，应急出口具备标记、位置标示和区域照明。根据公务机客舱视觉、操纵、微环境舒适性工效要求，形成4项工效评估建议，包括：

(1)客舱显示器处于客舱座椅旁的壁板上，在视界范围内。但高度过矮，当对座座椅上坐满乘客时，影响显示器可视性；舷窗高度可适当调高，以便乘客使用舷窗观察外部。

(2)单个顶灯易形成光柱和局部暗区，应增加多个顶灯进行重点照明；应在乘客座位上方偏前位置安装阅读灯，避免人体遮挡产生的阴影，或位于其他乘客视野而产生眩光；衣帽间和行李舱专用照明灯产生的热量应不损坏储藏的物品和衣物；应在过道两侧均匀设置走道灯，指示乘客快速撤离。

(3)应适当增大博古架工作面与后方障碍物的距离、增加厨房吊柜高度、缩短对座座椅距离、增加壁板厚度、增大沙发长度；同时调整厨房工作台深度，方便机组操纵。

(4)座椅旁控制按钮距座面距离符合设计准则中的要求；座椅旁控制器处于5%女性及95%男性的可达性范围内，但不在自然伸展区，处于需活动上肢才可到达的区域，可适当进行微调，增加操纵舒适性。

针对案例中的4项评估结果，结合公务机客舱乘客舒适性需求，基于本文建立的公务机乘客视觉、操纵、微环境舒适性的设计准则，建议参照如下工效优化：

(1)应在满足强度、结构等的条件下调整舷窗高度，满足乘客观赏风景的需求；选择小尺寸显示器，避免显示器下方乘客有不适感或者存在显示器被遮挡等情况，满足乘客视觉舒适性要求；

(2)综合考虑照度、对比度等因素，应增加盥洗、梳妆台等功能区重点照明，避免造成视觉不适和功能不便。

(3)在整体符合设计范围内，应适当增大容足空间，提高站姿、坐姿、控制面板操纵舒适性。

(4)严格参照温湿度、空气质量、振动/噪声、压力、座椅空间的舒适性要求，保证公务机客舱微环境舒适性。

5 总结

本文提出的公务机客舱人眼视野、色彩搭配、照明亮度、材质选择、错视空间、站姿/坐姿/控制面板、控制按钮、微环境等舒适性相关要求，可为公务机客舱人机工效设计提供技术支持。针对客舱显示器位置、舷窗高度、盥洗室采光、厨房光带设计、客舱个性化照明、衣帽间行李舱功能性照明、应急出口导向照明、站立、坐姿、控制面板、控制按钮，提出了具体的工效设计评估建议，有效保证了公务机客舱视觉效果、操纵便捷、乘坐舒适和市场竞争力。