設備方艙的人機舒適性提升技術(shù)研究*

吳 旻，陳 然

（南京電子技術(shù)研究所，江蘇南京 210039）

引 言

電子設備方艙作為雷達電子設備和操作人員的主要載體，是雷達裝備中典型的復雜人機系統(tǒng)。通過對方艙人機工程的設計，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]。在設備量較大的情況下，電子設備方艙的熱耗高，噪聲大，在人機工程設計時需要考慮熱控設計和降噪設計。傳統(tǒng)方艙的熱控設計是在人機混合的大環(huán)境下進行的，人員用空調(diào)與設備用空調(diào)的風道是互通式的，無法對人員區(qū)和設備區(qū)的溫度環(huán)境進行較為準確的控制。由于設備正常工作時的回風一直處于高溫狀態(tài)，為了保證設備正常散熱工作，2臺空調(diào)會長時間處于強行制冷狀態(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)。當戶外溫度較為適宜或寒冷無需開空調(diào)制冷時，整個艙內(nèi)的環(huán)境溫度依然很低，工作人員必須穿著厚棉襖進行調(diào)試，人機交互不友好。同時，當方艙設備較多時，整艙噪聲環(huán)境較差，靠近機柜的位置連講話聲都很難聽清。

綜上所述，對方艙進行熱控設計和降噪設計是提高方艙人機舒適性的重要手段。本文以8 m標準軍用方艙為研究對象，對方艙的熱控和降噪進行設計和分析，對提高方艙人機舒適性的有效措施進行研究。

1 研究對象介紹

本文的研究對象為8 m標準軍用大板方艙。該方艙分為2個功能區(qū)：操控區(qū)和電子設備區(qū)。操控區(qū)設在主艙內(nèi)，為工作狀態(tài)下操作人員所在位置，區(qū)內(nèi)安裝有6個顯控臺、1個大屏和1個大屏控制柜；電子設備區(qū)安裝在隔音間內(nèi)，區(qū)內(nèi)安裝有3個電子設備機柜。方艙外部安裝有2臺整體式空調(diào)。方艙設備布局見圖1。

圖1 方艙設備布局

2 方艙熱控設計

方艙熱控設計的核心原則為確保設備和人員都能在較舒適的溫度范圍內(nèi)工作，同時要確保設備高可靠工作。本文使設備用與人員用空調(diào)相互獨立，并在應急情況下2臺空調(diào)互為備份使用。

艙內(nèi)設置2套獨立的供風風管，人員用空調(diào)通過一路風管向顯控臺操作人員送風，設備用空調(diào)通過另一路風管向設備隔間送風。2臺空調(diào)獨立工作，工作模式選擇及送風溫度設置均互不影響。方艙風管布置如圖2所示。

圖2 方艙風管布置俯視圖

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，電子設備區(qū)的進風溫度約為25°C，能滿足電子設備的散熱要求，同時也滿足主艙溫控的要求。

圖3 艙內(nèi)溫度跡線圖

當設備用空調(diào)出現(xiàn)故障時，打開應急風閥，人員空調(diào)轉(zhuǎn)換至設備風道供風，同時打開操作員上方的應急供風口兼顧主艙內(nèi)供風。當人員用空調(diào)出現(xiàn)故障時，打開操作員上方的應急供風口，設備空調(diào)兼顧主艙內(nèi)供風。送風模式如圖4所示。

圖4 應急狀態(tài)下風管布置俯視圖

在應急模式下，均為一臺空調(diào)向設備風管供風，同時對主艙內(nèi)進行環(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，電子設備區(qū)的進風溫度約為25°C～35°C，可以保證電子設備的正常工作。

圖5 應急狀態(tài)下艙內(nèi)溫度跡線圖

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

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

3 方艙降噪設計

根據(jù)GJB 74A—98《軍用地面雷達通用規(guī)范》[5]要求，設備方艙內(nèi)噪聲應低于65 dB(A)。下面將對設備方艙的噪聲源進行統(tǒng)計，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行降噪，并通過理論計算和試驗分析，驗證降噪措施的效果。

3.1 噪聲源統(tǒng)計

設備方艙內(nèi)的噪音來源有信號處理機柜、綜合機柜、配電柜、顯控臺以及方艙空調(diào)。顯控臺1—6 的噪聲均為50.9 dB(A)，信息處理機柜、綜合機柜、配電柜、機柜隔艙和空調(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)。

設備方艙內(nèi)噪聲遠超65 dB(A)國軍標要求，需對方艙內(nèi)的噪聲源進行降噪、隔噪處理?？照{(diào)和信號處理機柜的噪聲值遠遠超過了其他設備，為降噪工作的重點。

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。方艙降噪設施如圖6所示，空調(diào)回風及消音通道布置如圖7所示。采取相應的降噪措施后，設備噪聲統(tǒng)計見表2。

表1 操控艙降噪措施

圖6 方艙降噪設施

圖7 空調(diào)回風及消音通道布置

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，測點布置包含每個作業(yè)人員所在位置以及作業(yè)人員偶爾所在位置。測量位置應選擇在作業(yè)人員頭部位置的中心，立姿操作時的測點位置距地面1.6 m，坐姿操作時的測點位置離地面1.2 m。圖8為該方艙的噪聲測點布置圖。在每個顯控臺座椅上方布置2個測點，分別為作業(yè)人員坐姿和站姿時的頭部位置。機柜隔間內(nèi)有3個機柜，在隔間外距中間機柜正前方0.5 m處布置1個測點，測點距地面1.6 m。

圖8 噪聲測點布置示意圖

測試工況為6個顯控臺和3個機柜均處于正常工作狀態(tài)，2臺空調(diào)均被調(diào)到制冷模式，壓縮機和風機均處于工作狀態(tài)，風機均為中速。測試時關(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)的國軍標要求。

4 結(jié)束語

本文對設備方艙的人機舒適性提升技術(shù)進行了研究。通過優(yōu)化熱控設計，使設備用與人員用空調(diào)相互獨立、分離，并充分考慮在應急情況下，2臺空調(diào)可互為備份使用，較好地實現(xiàn)了人機環(huán)境分離，擺脫了穿著大棉襖調(diào)機的不友好環(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)的國軍標要求。提高設備方艙的人機舒適性，除了進行熱控和降噪設計外，還需要在操作性、舒適度等方面進行進一步研究，需要在方艙設計之初進行統(tǒng)籌考慮。