针对公务飞机应急坠撞中后向VIP座椅防撞垫对乘员头部损伤防护效果缺乏定量分析的情况，根据动态试验结果建立并标定仿真模型，分别评估防撞垫的安装距离、防撞垫尺寸以及泡沫刚性对头部碰撞的效果。结果表明：无防撞垫的模型乘员头部损伤指标(head injury criterion，HIC)值为354.88，较有防撞垫的模型乘员HIC值增加约20%；头部碰撞加速度随着防撞垫安装距离的增大而先增大后减小，在安装距离231 mm时头部碰撞加速度达到最大；防撞垫泡沫刚性的轻微改变对乘员头部的损伤影响轻微。
飞机座椅防撞垫在乘员头部损伤防护中具有重要作用，其设计与应用旨在降低飞机在紧急着陆或撞击事故中头部受伤的风险，尤其针对头部损伤准则（Head Injury Criterion, HIC）。以下是对其作用、设计原则及相关研究的分析：
1. 防撞垫的作用
飞机座椅防撞垫通过吸收冲击能量、减少头部与硬表面（如前排座椅靠背、舱壁或内饰）的直接接触，从而降低头部加速和受伤风险。HIC是评估头部损伤风险的关键指标，计算公式为：
HIC = \left[ \frac{1}{t_2 - t_1} \int_{t_1}^{t_2} a(t) , dt \right]^{2.5} (t_2 - t_1)
其中，( a(t) ) 为头部加速度，( t_2 - t_1 ) 为冲击持续时间。HIC值越低，头部损伤风险越小。防撞垫通过延长冲击时间和降低峰值加速度，有效降低HIC值。
- 能量吸收：防撞垫通常采用泡沫、蜂窝材料或其他吸能材料，能够在撞击时压缩，分散冲击力。研究表明，蜂窝材料在HIC衰减方面表现优异，可显著减少头部冲击力。
- 减少二次碰撞：在飞机事故中，乘员头部可能因惯性撞击前排座椅或舱壁。防撞垫通过提供缓冲层，减少二次碰撞的严重性。
- 改善乘员姿势：防撞垫与座椅设计结合，可引导乘员采用更安全的brace姿势（如前倾靠在座椅靠背上），减少头部摆动和颈部损伤。
2. 设计原则与技术
根据美国联邦航空管理局（FAA）规定（如FAR 25.562），飞机座椅需通过动态测试，满足HIC等损伤标准。防撞垫设计需考虑以下因素：
- 材料选择：常用材料包括高性能泡沫（如聚氨酯泡沫）、蜂窝结构或复合材料。这些材料需具备高吸能效率，同时保持轻量化，以符合航空器重量限制。例如，铝合金与泡沫组合的弹性-塑性模型常用于座椅设计。
- 位置优化：防撞垫通常集成在前排座椅靠背、舱壁或头枕区域，针对首排座椅（靠近舱壁）尤为关键，因其HIC值常超标。通过有限元（FE）和多体动力学（MB）模型，可优化防撞垫位置和厚度。
- 实验验证：座椅和防撞垫需通过sled测试（模拟紧急着陆动态条件），使用人体模型（ATD）测量HIC值、颈部载荷等。研究表明，优化后的座椅设计可使HIC值符合FAA标准（如HIC<1000）。
- 设计变量：通过实验设计（DoE）方法，可调整防撞垫的厚度、硬度、角度等参数，以最小化头部冲击。例如，Geven公司通过DoE优化首排座椅设计，避免头部与舱壁接触。