美軍航母飛行甲板噪聲水平及防護措施分析

丁 猛，楊 陽，黃建松

(海軍特色醫(yī)學(xué)中心，上海 200433)

0 引 言

航母飛行甲板是航母艦面上供艦載機起降、調(diào)運、保障和布列作業(yè)的主要場所。航母飛行甲板上人員眾多、設(shè)備密集、面積十分有限，執(zhí)行任務(wù)期間數(shù)十架艦載機需要在這個狹窄的空間迅速、有序地完成多種作業(yè)任務(wù)，人員作業(yè)強度大，節(jié)奏快，被美國海軍稱為“世界上最危險的地方”。航母飛行甲板噪聲強度高，噪聲頻率范圍寬，這種特點給飛行甲板人員噪聲防護帶來了許多困難[1]。美海軍在長期使用航母的過程中積累了豐富的經(jīng)驗，學(xué)習(xí)借鑒其在噪聲防護方面的相關(guān)規(guī)定和措施，有助于提高我海軍飛行甲板人員的噪聲防護水平，維護其身心健康和作業(yè)工效。

1 航母飛行甲板噪聲分布特征

美海軍航母艦載機的起飛方式主要采用蒸汽彈射起飛。在采用蒸汽彈射器的航母上，飛行甲板存在著多種噪聲源：艦載機噴氣發(fā)動機噪聲、蒸汽彈射器作業(yè)時所產(chǎn)生的噪聲、噴氣偏流板作業(yè)噪聲、阻攔索作業(yè)時所產(chǎn)生的噪聲、各種輔助設(shè)備所產(chǎn)生的噪聲，其中艦載機起降產(chǎn)生的噪聲是飛行甲板上最主要的噪聲源。航母開展飛行作業(yè)時，可形成一種飛機噪聲、機械噪聲和沖擊噪聲混雜在一起的強噪聲環(huán)境。當(dāng)艦載機起降時，飛行甲板上的噪聲甚至高達130～150 dB左右[2－3]。

艦載機作為航母飛行甲板主要噪聲源，其噪聲特征對飛行甲板噪聲分布起著決定作用?，F(xiàn)代高性能噴氣式飛機通?？僧a(chǎn)生大約150 dB的噪聲。圖1為美海軍航母主要艦載機在軍用推力和加力推力時的噪聲峰值聲壓級，測量點位于在機首與中線夾角135°，離機50英尺（15.2 m）處[4]。

圖1 美軍艦載機峰值聲壓級Fig. 1 Peak jet noise levels of U.S. Navy carrier-based aircraft

參與艦載機起飛作業(yè)人員主要有飛行檢查員、最終檢查員、尾部最終檢查員與其他輔助人員，通常需要在艦載機附近崗位工作。位置示意圖如圖2所示。其中100英尺半徑（30.5 m）范圍是艦載機噪聲危險區(qū)，該區(qū)域內(nèi)噪聲峰值可達125 dB以上；30英尺半徑（9.1 m）范圍則為噪聲極度危險區(qū)，該區(qū)域中噪聲峰值可達150 dB以上；42英尺安全線（12.8 m）為艦載機彈射起飛時，航母飛行甲板上劃定的安全線。

圖2 美海軍艦載機起飛時飛行甲板人員位置Fig. 2 Location of U.S. Navy flight deck personnel during aircraft catapult launch

圖3 顯示的是美軍F-18C噪聲等強度分布圖，其中噪聲危險區(qū)域內(nèi)噪聲強度超過125 dB，已經(jīng)超過護聽器防護極限。在艦載機即將彈射起飛前，飛行檢查員和最終檢查員會移至安全線之外，而尾部最終檢查員仍然保持在位，強噪聲暴露時間相對較長[5]。

圖3 美軍F-18C噪聲等強度分布圖Fig. 3 U.S. Navy F-18C noise contours

每次彈射起飛時，艦載機等待彈射觸發(fā)前會保持約30 s軍用推力，圖4為美軍F18戰(zhàn)斗機起飛過程噪聲強度的時間歷程圖。彈射持續(xù)時間定義為從發(fā)動機第一次超過額定最大功率25%的時間到飛機離開飛行甲板的時間。在阻攔降落時，艦載機需要保持最大功率以避免降落失敗。降落時間定義為飛機第一次通過飛行甲板末端到發(fā)動機功率降為額定最大功率25%的時間，通常為5～10 s。圖5為F-18C/D軍用推力起飛時飛行甲板部分位置的最大噪聲值。

圖4 艦載機起飛時噪聲強度的時間歷程Fig. 4 Noise level time history during aircraft catapult launch

圖5 F-18C/D軍用推力起飛時飛行甲板部分位置的最大噪聲值Fig. 5 A weighted max noise during F/A-18C/D launches, military power

2 飛行甲板噪聲對人員健康和作業(yè)的影響

2.1 對聽覺器官的影響

研究表明，噪聲不僅會引起聽覺系統(tǒng)的損傷，還可對神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、前庭功能、視覺功能、內(nèi)分泌、代謝和免疫功能等產(chǎn)生非特異性影響。其中聽覺系統(tǒng)是噪聲損傷的敏感部位，在其他系統(tǒng)尚未出現(xiàn)病變以前，聽覺系統(tǒng)就已出現(xiàn)形態(tài)和功能的變化。噪聲對聽覺功能的影響主要表現(xiàn)在聽覺敏感度下降、聽閾值升高、語言接受和信號辨別力變差，嚴重時可造成噪聲性耳聾。

美海軍2004年調(diào)查顯示，航母飛行甲板人員作業(yè)環(huán)境噪聲8 h時間加權(quán)平均值96.1～119.5 dBA，平均109 dBA，而航母機電崗位作業(yè)環(huán)境噪聲8 h時間加權(quán)平均值79.1～97.7 dBA，平均92 dBA。飛行甲板人員永久性聽閾偏移發(fā)生率為38%，遠高于航母機電崗位23%的發(fā)生率[6]。

2014年美國健康科學(xué)統(tǒng)一服務(wù)大學(xué)（Uniformed Services University of the Health Sciences）對“里根”號核動力航母人員噪聲暴露情況進行了調(diào)查。該航母搭載了以下型號艦載機：FA-18E/F“超級大黃蜂”戰(zhàn)斗機，EA-18G“咆哮者”電子偵察機，C-2A“灰狗”運輸機和MH-60“海鷹”直升機。在太平洋執(zhí)行常規(guī)訓(xùn)練和演習(xí)任務(wù)期間，飛行作業(yè)通常持續(xù)12 h。部分崗位噪聲暴露情況如表1所示?？梢园l(fā)現(xiàn)飛行甲板人員（飛行管制、觀察員、起降人員）8 h時間加權(quán)噪聲暴露量遠高于其他崗位，并且遠超過美國國防部頒布的噪聲防護指令（DoD Instruction 6055.12）所規(guī)定的8 h時間加權(quán)平均值85 dBA的安全限值[7]。

表1 美軍航母部分崗位8 h時間加權(quán)噪聲暴露強度Tab. 1 8-hour time weighted averages (TWA) for personal noise exposures

2.2 對作業(yè)工效的影響

美軍航母在訓(xùn)練期間，飛行甲板人員每天作業(yè)時間近12 h，完成約60架次起降作業(yè)。長時間、持續(xù)地在這種強噪聲環(huán)境中工作，會對飛行甲板人員作業(yè)工效造成不利影響。噪聲對工作的危害，最主要是影響作業(yè)人員對周圍環(huán)境的態(tài)勢感知能力，使作業(yè)人員無法感知告警信號，從而做出正確的反應(yīng)。有研究表明12.2%的事故是由于工作場所的噪聲環(huán)境導(dǎo)致的[8]。此外，噪聲環(huán)境還能導(dǎo)致作業(yè)人員的注意力不容易集中，思維反應(yīng)遲鈍，易產(chǎn)生疲勞感。研究顯示，噪聲達到74 dBA時，人員疲勞程度會隨著噪聲級的增加而不斷增加，最終導(dǎo)致工作能力和工作效力下降[9]。

3 美軍飛行甲板人員噪聲防護措施

3.1 制定噪聲暴露標(biāo)準

美海軍噪聲防護主要依據(jù)美國防部頒布的聽力保護計劃（DoD Instruction 6 055.12）。該法令內(nèi)容涉及聽力保護工作相關(guān)人員職責(zé)、噪聲測量分析評估、噪聲危害標(biāo)志的設(shè)置、護聽器的使用、聽力保護教育和訓(xùn)練以及聽力檔案的建立和管理等多項內(nèi)容。該法令將人員噪聲安全暴露限值規(guī)定為8 h時間加權(quán)噪聲暴露強度85 dBA，每增加3 dB，安全暴露時間減半[10]。

此外，美海軍“海軍艦艇職業(yè)安全和健康指令”（OPNAVINST 5100.19）還明確要求，當(dāng)穩(wěn)態(tài)噪聲≥96 dBA或脈沖噪聲峰值≥165 dBA時，應(yīng)采取雙重聽力防護措施[11]。

3.2 不斷研發(fā)新型護聽器

美海軍航母飛行甲板人員使用的護聽器主要有兩類。一是耳塞，常用的耳塞有3種：均碼的泡沫型耳塞和多種尺碼的單凸緣硅膠耳塞、三凸緣硅膠耳塞。二是帶耳罩的頭盔，可防止頭部損傷和防護高強度噪聲[11]。通常飛行甲板人員需要同時佩戴這兩類護聽器組成雙重聽力保護，雙重聽力保護是美海軍航母飛行甲板人員常用的聽力保護措施。

為減少航母飛行甲板人員的噪聲暴露，保護人員聽力，美國海軍航空系統(tǒng)司令部(NAVAIR)不斷開發(fā)新的聽力保護設(shè)備，推行新的聽力保護措施，主要內(nèi)容是：

1）促進（而不只是強制命令）個人深插定制耳塞的使用。

2）確保耳塞佩戴的正確性。

3）提供多種方便好用的護聽器（效果好、易購買、易使用和易維護）。

4）提供備用護聽器。

5）為沒有配備無線電通訊設(shè)備的飛行甲板人員提供改進型護聽器，使其具有通話和態(tài)勢感知能力。

通過小企業(yè)創(chuàng)新研究計劃，美國海軍航空系統(tǒng)司令部正不斷開發(fā)聽力保護與通信技術(shù)與裝備以實現(xiàn)上述目標(biāo)。2009年2月，“艾森豪威爾”號航母上700多名艦員已經(jīng)配備了定制深插耳塞，與泡沫耳塞相比，這種更加貼合人的耳道，使用戶感到更加舒適，能夠達到良好的、穩(wěn)定的聽力保護效果，單獨使用可降低29 dB噪聲，在與頭盔組成雙重聽力保護的情況下，可降低42 dB噪聲。在這種深插定制耳塞基礎(chǔ)上，可以利用主動降噪技術(shù)在耳塞內(nèi)和鼓膜間的狹小空間里消除噪聲。將這種深插定制耳塞與耳罩聯(lián)合組成雙重聽力保護，可以在耳罩和定制耳塞已經(jīng)聯(lián)合衰減大部分噪聲后，再使用主動降噪技術(shù)進一步降噪，達到更為良好的噪聲防護效果，這種技術(shù)正逐步在現(xiàn)有的和新的飛行甲板頭盔中得到應(yīng)用（見圖6）。

圖6 美軍飛行甲板人員使用的深插定制護聽器Fig. 6 Deep insert custom hearing protectors

4 對我軍航母飛行甲板人員噪聲防護工作的啟示

隨著我國航母艦載機上艦數(shù)量和起降作業(yè)頻次的大幅提升，根據(jù)全天侯訓(xùn)練的任務(wù)需求，必須對艦載機起降過程中飛行甲板人員進行適當(dāng)噪聲防護，維護其身心健康，提高作業(yè)工效。

1）要完善聽力保護相關(guān)標(biāo)準和制度。為了有效地保護航母甲板人員的聽力，保持航母甲板人員作業(yè)能力與工作效率，制定和完善航母甲板人員聽力保護相關(guān)標(biāo)準和制度十分必要和緊迫。標(biāo)準和制度的建立將使航母甲板人員的噪聲暴露量得到的有效控制，預(yù)先保護其聽力。這不僅可以保護艦員的聽力和健康，改善艦員的生活質(zhì)量，同時也能夠保障航母甲板人員的作業(yè)能力。

2）要開展飛行甲板復(fù)雜環(huán)境對健康影響的基礎(chǔ)研究。航母艦載機發(fā)動機產(chǎn)生的高溫高速噴流不僅會引起強噪聲，還會產(chǎn)生高熱輻射和強氣流沖擊。航母飛行甲板人員在這種強噪聲、高熱輻射及強沖擊環(huán)境下長期工作，必然會對生理和心理造成復(fù)合影響。開展航母特殊環(huán)境因素對機體的損傷機理研究，可以為機體損傷狀態(tài)進行科學(xué)評估，制定科學(xué)的防護措施和防護標(biāo)準提供相應(yīng)的理論指導(dǎo)。

3）要加強噪聲防護裝備技術(shù)研究。根據(jù)航母飛行甲板環(huán)境使用條件，應(yīng)用主動降噪、3D打印等先進技術(shù)，研制兼顧聽力保護與態(tài)勢感知的護聽器，滿足飛行甲板人員作業(yè)需要。采用新材料和新工藝，在提高護聽器隔聲效果的同時，應(yīng)不斷提高佩戴的舒適性，提高飛行甲板人員使用的積極性。

4）要注重噪聲防護宣傳教育。為提高飛行甲板人員自我保護意識，應(yīng)不斷加強噪聲防護宣傳教育，讓官兵了解噪聲的危害，自覺主動做好聽力保護工作，保護聽力健康。培訓(xùn)內(nèi)容應(yīng)包括噪聲對健康的危害、航母飛行甲板噪聲情況、護聽器使用方法等。