吳 旻，陳 然

（南京電子技術(shù)研究所，江蘇南京 210039）

引 言

電子設(shè)備方艙作為雷達(dá)電子設(shè)備和操作人員的主要載體，是雷達(dá)裝備中典型的復(fù)雜人機(jī)系統(tǒng)。通過對方艙人機(jī)工程的設(shè)計(jì)，能最大限度地發(fā)揮人的潛能，保障人員的安全健康和舒適性，從而提高方艙的整體作戰(zhàn)效能[1-4]。在設(shè)備量較大的情況下，電子設(shè)備方艙的熱耗高，噪聲大，在人機(jī)工程設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮熱控設(shè)計(jì)和降噪設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)方艙的熱控設(shè)計(jì)是在人機(jī)混合的大環(huán)境下進(jìn)行的，人員用空調(diào)與設(shè)備用空調(diào)的風(fēng)道是互通式的，無法對人員區(qū)和設(shè)備區(qū)的溫度環(huán)境進(jìn)行較為準(zhǔn)確的控制。由于設(shè)備正常工作時(shí)的回風(fēng)一直處于高溫狀態(tài)，為了保證設(shè)備正常散熱工作，2臺(tái)空調(diào)會(huì)長時(shí)間處于強(qiáng)行制冷狀態(tài)，艙內(nèi)人員區(qū)的環(huán)境溫度也跟著長期處于較低的狀態(tài)。當(dāng)戶外溫度較為適宜或寒冷無需開空調(diào)制冷時(shí)，整個(gè)艙內(nèi)的環(huán)境溫度依然很低，工作人員必須穿著厚棉襖進(jìn)行調(diào)試，人機(jī)交互不友好。同時(shí)，當(dāng)方艙設(shè)備較多時(shí)，整艙噪聲環(huán)境較差，靠近機(jī)柜的位置連講話聲都很難聽清。

綜上所述，對方艙進(jìn)行熱控設(shè)計(jì)和降噪設(shè)計(jì)是提高方艙人機(jī)舒適性的重要手段。本文以8 m標(biāo)準(zhǔn)軍用方艙為研究對象，對方艙的熱控和降噪進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析，對提高方艙人機(jī)舒適性的有效措施進(jìn)行研究。

1 研究對象介紹

本文的研究對象為8 m標(biāo)準(zhǔn)軍用大板方艙。該方艙分為2個(gè)功能區(qū)：操控區(qū)和電子設(shè)備區(qū)。操控區(qū)設(shè)在主艙內(nèi)，為工作狀態(tài)下操作人員所在位置，區(qū)內(nèi)安裝有6個(gè)顯控臺(tái)、1個(gè)大屏和1個(gè)大屏控制柜；電子設(shè)備區(qū)安裝在隔音間內(nèi)，區(qū)內(nèi)安裝有3個(gè)電子設(shè)備機(jī)柜。方艙外部安裝有2臺(tái)整體式空調(diào)。方艙設(shè)備布局見圖1。

圖1 方艙設(shè)備布局

2 方艙熱控設(shè)計(jì)

方艙熱控設(shè)計(jì)的核心原則為確保設(shè)備和人員都能在較舒適的溫度范圍內(nèi)工作，同時(shí)要確保設(shè)備高可靠工作。本文使設(shè)備用與人員用空調(diào)相互獨(dú)立，并在應(yīng)急情況下2臺(tái)空調(diào)互為備份使用。

艙內(nèi)設(shè)置2套獨(dú)立的供風(fēng)風(fēng)管，人員用空調(diào)通過一路風(fēng)管向顯控臺(tái)操作人員送風(fēng)，設(shè)備用空調(diào)通過另一路風(fēng)管向設(shè)備隔間送風(fēng)。2臺(tái)空調(diào)獨(dú)立工作，工作模式選擇及送風(fēng)溫度設(shè)置均互不影響。方艙風(fēng)管布置如圖2所示。

圖2 方艙風(fēng)管布置俯視圖

艙內(nèi)溫度場仿真（圖3）表明，人員區(qū)環(huán)境溫度約為26°C，電子設(shè)備區(qū)的進(jìn)風(fēng)溫度約為25°C，能滿足電子設(shè)備的散熱要求，同時(shí)也滿足主艙溫控的要求。

圖3 艙內(nèi)溫度跡線圖

當(dāng)設(shè)備用空調(diào)出現(xiàn)故障時(shí)，打開應(yīng)急風(fēng)閥，人員空調(diào)轉(zhuǎn)換至設(shè)備風(fēng)道供風(fēng)，同時(shí)打開操作員上方的應(yīng)急供風(fēng)口兼顧主艙內(nèi)供風(fēng)。當(dāng)人員用空調(diào)出現(xiàn)故障時(shí)，打開操作員上方的應(yīng)急供風(fēng)口，設(shè)備空調(diào)兼顧主艙內(nèi)供風(fēng)。送風(fēng)模式如圖4所示。

圖4 應(yīng)急狀態(tài)下風(fēng)管布置俯視圖

在應(yīng)急模式下，均為一臺(tái)空調(diào)向設(shè)備風(fēng)管供風(fēng)，同時(shí)對主艙內(nèi)進(jìn)行環(huán)控。仿真結(jié)果（圖5）表明，主艙內(nèi)環(huán)境溫度為33°C～45°C，電子設(shè)備區(qū)的進(jìn)風(fēng)溫度約為25°C～35°C，可以保證電子設(shè)備的正常工作。

圖5 應(yīng)急狀態(tài)下艙內(nèi)溫度跡線圖

從圖5可以看出，方艙內(nèi)的風(fēng)道設(shè)計(jì)合理，人員區(qū)溫度適宜，設(shè)備區(qū)溫度恒定，在保證設(shè)備正常工作的情況下，人員舒適度高。

該設(shè)備方艙在某試驗(yàn)場的最高氣溫為39.2°C，最低氣溫為?31.6°C，在另一試驗(yàn)場的最低氣溫為?44°C。試驗(yàn)期間熱控系統(tǒng)工作穩(wěn)定，設(shè)備未發(fā)生故障，同時(shí)在極端環(huán)境下操作人員舒適性良好。

3 方艙降噪設(shè)計(jì)

根據(jù)GJB 74A—98《軍用地面雷達(dá)通用規(guī)范》[5]要求，設(shè)備方艙內(nèi)噪聲應(yīng)低于65 dB(A)。下面將對設(shè)備方艙的噪聲源進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，采取控制噪聲源頭、合理布置消聲通道、張貼吸音材料等措施進(jìn)行降噪，并通過理論計(jì)算和試驗(yàn)分析，驗(yàn)證降噪措施的效果。

3.1 噪聲源統(tǒng)計(jì)

設(shè)備方艙內(nèi)的噪音來源有信號處理機(jī)柜、綜合機(jī)柜、配電柜、顯控臺(tái)以及方艙空調(diào)。顯控臺(tái)1—6 的噪聲均為50.9 dB(A)，信息處理機(jī)柜、綜合機(jī)柜、配電柜、機(jī)柜隔艙和空調(diào)的噪聲分別為64.0 dB(A)，54.8 dB(A)，51.7 dB(A)，50.8 dB(A)和68.0 dB(A)，因此設(shè)備方艙內(nèi)總的綜合噪聲L1=10×lg(105.09+105.09+105.09+105.09+105.09+105.09+106.4+105.48+105.17+105.08+106.8)=70.1 dB(A)。

設(shè)備方艙內(nèi)噪聲遠(yuǎn)超65 dB(A)國軍標(biāo)要求，需對方艙內(nèi)的噪聲源進(jìn)行降噪、隔噪處理?？照{(diào)和信號處理機(jī)柜的噪聲值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其他設(shè)備，為降噪工作的重點(diǎn)。

3.2 降噪措施

噪聲控制采用降低噪聲源噪聲、合理布置消聲通道和張貼吸音材料等措施，具體見表1。方艙降噪設(shè)施如圖6所示，空調(diào)回風(fēng)及消音通道布置如圖7所示。采取相應(yīng)的降噪措施后，設(shè)備噪聲統(tǒng)計(jì)見表2。

表1 操控艙降噪措施

圖6 方艙降噪設(shè)施

圖7 空調(diào)回風(fēng)及消音通道布置

表2 采取降噪措施后艙內(nèi)噪聲分析 dB(A)

從表2可得采取降噪措施后設(shè)備艙內(nèi)總的綜合噪聲L2=10×lg(104.92+104.92+104.92+104.92+104.92+104.92+105.25+104.28+103.97+106.2)=63.6 dB(A)。

3.3 噪聲測試

方艙噪聲測試參照GJB 50A—2011《軍事作業(yè)噪聲容許限值及測量》的規(guī)定，測點(diǎn)布置包含每個(gè)作業(yè)人員所在位置以及作業(yè)人員偶爾所在位置。測量位置應(yīng)選擇在作業(yè)人員頭部位置的中心，立姿操作時(shí)的測點(diǎn)位置距地面1.6 m，坐姿操作時(shí)的測點(diǎn)位置離地面1.2 m。圖8為該方艙的噪聲測點(diǎn)布置圖。在每個(gè)顯控臺(tái)座椅上方布置2個(gè)測點(diǎn)，分別為作業(yè)人員坐姿和站姿時(shí)的頭部位置。機(jī)柜隔間內(nèi)有3個(gè)機(jī)柜，在隔間外距中間機(jī)柜正前方0.5 m處布置1個(gè)測點(diǎn)，測點(diǎn)距地面1.6 m。

圖8 噪聲測點(diǎn)布置示意圖

測試工況為6個(gè)顯控臺(tái)和3個(gè)機(jī)柜均處于正常工作狀態(tài)，2臺(tái)空調(diào)均被調(diào)到制冷模式，壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)均處于工作狀態(tài)，風(fēng)機(jī)均為中速。測試時(shí)關(guān)閉艙門。測試結(jié)果見表3。

表3 采用降噪措施后艙內(nèi)噪聲結(jié)果 dB(A)

從表3可以看出，在對方艙采取降噪措施之后，人員常在區(qū)域的噪聲為58.2 dB(A)～61.5 dB(A)，隔間外的噪聲為63.5 dB(A)，整艙噪聲滿足低于65 dB(A)的國軍標(biāo)要求。

4 結(jié)束語

本文對設(shè)備方艙的人機(jī)舒適性提升技術(shù)進(jìn)行了研究。通過優(yōu)化熱控設(shè)計(jì)，使設(shè)備用與人員用空調(diào)相互獨(dú)立、分離，并充分考慮在應(yīng)急情況下，2臺(tái)空調(diào)可互為備份使用，較好地實(shí)現(xiàn)了人機(jī)環(huán)境分離，擺脫了穿著大棉襖調(diào)機(jī)的不友好環(huán)境。采取控制噪聲源頭、合理布置消聲通道等有效措施后，整艙噪聲滿足低于65 dB(A)的國軍標(biāo)要求。提高設(shè)備方艙的人機(jī)舒適性，除了進(jìn)行熱控和降噪設(shè)計(jì)外，還需要在操作性、舒適度等方面進(jìn)行進(jìn)一步研究，需要在方艙設(shè)計(jì)之初進(jìn)行統(tǒng)籌考慮。