در فضاپيماي سرنشنين‏دار براي قرارگيري سرنشين، صندلي تعبيه شده است. در طراحي اين صندلي عواملي چون بارهاي ضربه‏اي، شتاب‎‏هاي طولاني‏مدت و بارهاي ارتعاشي نقشي بسيار اساسي در تهديد سلامت فضانورد ايفا مي‏نمايند. مطالعات ارائه شده، از مفهوم آسيب تنها به عنوان ابزاري به‌منظور بررسي صحت طراحي استفاده نموده‏اند. اين مطالعات به‌صورت شبيه‏سازي اجزاي محدود با حجم بالاي محاسباتي و يا مطالعاتي آزمايشگاهي با حجمي محدود از بررسي پارامترها بوده است. در اين مطالعه سعي بر آن شده است تا از مهوم بيومكانيك آسيب به عنوان ابزاري براي طراحي صندلي استفاده شود. بدين معنا كه روند بيومكانيك آسيب در طراحي براي كاهش آسيب در حين مأموريت فضاپيماي سرنشين‏دار مورد استفاده قرار گيرد. در اين راستا مدلي با توان محاسباتي بالا توسعه داده مي‏شود و به كمك مفهوم بيومكانيك آسيب، طراحي صندلي فضاپيما صورت مي‏گيرد. بيومكانيك آسيب به كمك ديناميك حركت بدن انسان، آسيب وارده به يك عضو را ارزيابي مي‏كند. به‌منظور پيش‏بيني ديناميك حركت بدن انسان، مدلي چندجسمي توسعه داده شده است. مدل صندلي-سرنشين ارائه‌شده شامل يك انسان است كه بر روي تشك قرار گرفته است و به كمك كمربند به قاب اصلي صندلي متصل مي‏شود. در ادامه به كمك روش اجزاي محدود و مطالعات گذشته و همچنين به كمك مطالعات تجربي با كمك يك صندلي ساخته شده، آدمك، تشك و كمربند، به كمك شيكر، نتايج مطالعات آزمايشگاهي با نتايج مدل مقايسه شده است. مدل توسعه داده‌شده به‌منظور ارزيابي پارامترهاي مختلف صندلي بر روي آسيب با استفاده از آناليز حساسيت، به كار رفته است. پارامترهايي چون هندسه قاب صندلي، تشك صندلي، كمربند، بار ورودي و انتروپومتري سرنشين بر روي آسيب، مورد ارزيابي قرار گرفته‏اند. همچنين به‌منظور كمينه كردن آسيب به سر، آسيب به گردن و آسيب به ستون فقرات در حين مأموريت فضايي پارامترهاي بهينه صندلي به‌دست‌آمده است. نتايج بدست آمده بيانگر روند طراحي صندلي به كمك بيومكانيك آسيب را مشخص ميكند. بدين گونه كه در ابتدا ايزولاتور صندلي طراحي مي‏شود. پس از آن، به بهينه‏سازي همزمان آسيب به سر و آسيب گردن پرداخته مي‏شود تا جبهه پرتو به دست آيد و در ادامه از بين نقاط به دست آمده، معيار آسيب به ستون فقرات كمينه مي‏شود تا روند طراحي به كمك بيومكانيك آسيب كامل شود. نتايج مطالعه در پايان به عنوان يك مطالعه موردي براي صندلي فضاپيماي سرنشين‏دار ايراني به كار رفته است.

1395/11/08

1/1/1900 12:00:00 AM

Manned spacecraft mission for sending human to space, is a complex procedure depends on many design parameters. Since involving human body, the importance of the mission is too much. The main goal is to preserve health of the astronaut to avoid mission disruption. To place the occupant, a seat is embedded in manned spacecraft. In designing the seat, factors such as shock loads, sustained accelerations an​d vibration loads play key roles. This study tries to present the procedure of spacecraft seat in a way that maintain safety an​d health of astronaut. To this aim, injury biomechanics has been employed. Injury biomechanics implement injury index to eva​luate injuries to human body organs. These indices take body dynamics as inputs an​d eva​luate the injury to that organ. To predict the dynamics of human body during space missions, multibody dynamics approach is implemented. The goal of these model is to predict the dynamic response of body due to shocks an​d vibrations during mission. One of the presented models is a human body with solid spine an​d the other one is with flexible spine. The developed seat-occupant model is placed on a polyurethane foam as seat cushion an​d harnessed with seatbelt. The main frame forms the geometry of seat an​d the cushion is located on this frame. This model has been verified using finite element model an​d previous studies. Also, experimental studies has been practiced using a fabricated seat, dummy, cushion an​d seatbelt an​d shock is exposed to the system by shaker an​d the motion is recorded using sensors for comparison sakes. The presented model has been used for minimizing injuries to head, neck an​d spine during space mission an​d the optimum geometry of seat frame is obtained in each case. The Pareto front from multi-objective optimization has been also captured. Sensitivity analysis is also employed to assess the effects of different seat parameters on injury eva​luation. Parameters such as seat frame geometry, seat cushion, seatbelt, input load an​d astronaut’s anthropometry is investigated. Presented studies are finally applied for designing Iranian spacecraft seat design. First, seat isolators has been designed based on exposed shocks an​d vibrations. Then, to minimize the occupant injury, the optimum seat frame geometry is assessed an​d the seat frame material is investigated using finite elements. Finally, the reliability of the system is eva​luated.