设备方舱的人机舒适性提升技术研究*

吴 旻，陈 然

（南京电子技术研究所，江苏南京 210039）

引 言

电子设备方舱作为雷达电子设备和操作人员的主要载体，是雷达装备中典型的复杂人机系统。通过对方舱人机工程的设计，能最大限度地发挥人的潜能，保障人员的安全健康和舒适性，从而提高方舱的整体作战效能[1-4]。在设备量较大的情况下，电子设备方舱的热耗高，噪声大，在人机工程设计时需要考虑热控设计和降噪设计。传统方舱的热控设计是在人机混合的大环境下进行的，人员用空调与设备用空调的风道是互通式的，无法对人员区和设备区的温度环境进行较为准确的控制。由于设备正常工作时的回风一直处于高温状态，为了保证设备正常散热工作，2台空调会长时间处于强行制冷状态，舱内人员区的环境温度也跟着长期处于较低的状态。当户外温度较为适宜或寒冷无需开空调制冷时，整个舱内的环境温度依然很低，工作人员必须穿着厚棉袄进行调试，人机交互不友好。同时，当方舱设备较多时，整舱噪声环境较差，靠近机柜的位置连讲话声都很难听清。

综上所述，对方舱进行热控设计和降噪设计是提高方舱人机舒适性的重要手段。本文以8 m标准军用方舱为研究对象，对方舱的热控和降噪进行设计和分析，对提高方舱人机舒适性的有效措施进行研究。

1 研究对象介绍

本文的研究对象为8 m标准军用大板方舱。该方舱分为2个功能区：操控区和电子设备区。操控区设在主舱内，为工作状态下操作人员所在位置，区内安装有6个显控台、1个大屏和1个大屏控制柜；电子设备区安装在隔音间内，区内安装有3个电子设备机柜。方舱外部安装有2台整体式空调。方舱设备布局见图1。

图1 方舱设备布局

2 方舱热控设计

方舱热控设计的核心原则为确保设备和人员都能在较舒适的温度范围内工作，同时要确保设备高可靠工作。本文使设备用与人员用空调相互独立，并在应急情况下2台空调互为备份使用。

舱内设置2套独立的供风风管，人员用空调通过一路风管向显控台操作人员送风，设备用空调通过另一路风管向设备隔间送风。2台空调独立工作，工作模式选择及送风温度设置均互不影响。方舱风管布置如图2所示。

图2 方舱风管布置俯视图

舱内温度场仿真（图3）表明，人员区环境温度约为26°C，电子设备区的进风温度约为25°C，能满足电子设备的散热要求，同时也满足主舱温控的要求。

图3 舱内温度迹线图

当设备用空调出现故障时，打开应急风阀，人员空调转换至设备风道供风，同时打开操作员上方的应急供风口兼顾主舱内供风。当人员用空调出现故障时，打开操作员上方的应急供风口，设备空调兼顾主舱内供风。送风模式如图4所示。

图4 应急状态下风管布置俯视图

在应急模式下，均为一台空调向设备风管供风，同时对主舱内进行环控。仿真结果（图5）表明，主舱内环境温度为33°C～45°C，电子设备区的进风温度约为25°C～35°C，可以保证电子设备的正常工作。

图5 应急状态下舱内温度迹线图

从图5可以看出，方舱内的风道设计合理，人员区温度适宜，设备区温度恒定，在保证设备正常工作的情况下，人员舒适度高。

该设备方舱在某试验场的最高气温为39.2°C，最低气温为−31.6°C，在另一试验场的最低气温为−44°C。试验期间热控系统工作稳定，设备未发生故障，同时在极端环境下操作人员舒适性良好。

3 方舱降噪设计

根据GJB 74A—98《军用地面雷达通用规范》[5]要求，设备方舱内噪声应低于65 dB(A)。下面将对设备方舱的噪声源进行统计，采取控制噪声源头、合理布置消声通道、张贴吸音材料等措施进行降噪，并通过理论计算和试验分析，验证降噪措施的效果。

3.1 噪声源统计

设备方舱内的噪音来源有信号处理机柜、综合机柜、配电柜、显控台以及方舱空调。显控台1—6 的噪声均为50.9 dB(A)，信息处理机柜、综合机柜、配电柜、机柜隔舱和空调的噪声分别为64.0 dB(A)，54.8 dB(A)，51.7 dB(A)，50.8 dB(A)和68.0 dB(A)，因此设备方舱内总的综合噪声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)。

设备方舱内噪声远超65 dB(A)国军标要求，需对方舱内的噪声源进行降噪、隔噪处理。空调和信号处理机柜的噪声值远远超过了其他设备，为降噪工作的重点。

3.2 降噪措施

噪声控制采用降低噪声源噪声、合理布置消声通道和张贴吸音材料等措施，具体见表1。方舱降噪设施如图6所示，空调回风及消音通道布置如图7所示。采取相应的降噪措施后，设备噪声统计见表2。

表1 操控舱降噪措施

图6 方舱降噪设施

图7 空调回风及消音通道布置

表2 采取降噪措施后舱内噪声分析 dB(A)

从表2可得采取降噪措施后设备舱内总的综合噪声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 噪声测试

方舱噪声测试参照GJB 50A—2011《军事作业噪声容许限值及测量》的规定，测点布置包含每个作业人员所在位置以及作业人员偶尔所在位置。测量位置应选择在作业人员头部位置的中心，立姿操作时的测点位置距地面1.6 m，坐姿操作时的测点位置离地面1.2 m。图8为该方舱的噪声测点布置图。在每个显控台座椅上方布置2个测点，分别为作业人员坐姿和站姿时的头部位置。机柜隔间内有3个机柜，在隔间外距中间机柜正前方0.5 m处布置1个测点，测点距地面1.6 m。

图8 噪声测点布置示意图

测试工况为6个显控台和3个机柜均处于正常工作状态，2台空调均被调到制冷模式，压缩机和风机均处于工作状态，风机均为中速。测试时关闭舱门。测试结果见表3。

表3 采用降噪措施后舱内噪声结果 dB(A)

从表3可以看出，在对方舱采取降噪措施之后，人员常在区域的噪声为58.2 dB(A)～61.5 dB(A)，隔间外的噪声为63.5 dB(A)，整舱噪声满足低于65 dB(A)的国军标要求。

4 结束语

本文对设备方舱的人机舒适性提升技术进行了研究。通过优化热控设计，使设备用与人员用空调相互独立、分离，并充分考虑在应急情况下，2台空调可互为备份使用，较好地实现了人机环境分离，摆脱了穿着大棉袄调机的不友好环境。采取控制噪声源头、合理布置消声通道等有效措施后，整舱噪声满足低于65 dB(A)的国军标要求。提高设备方舱的人机舒适性，除了进行热控和降噪设计外，还需要在操作性、舒适度等方面进行进一步研究，需要在方舱设计之初进行统筹考虑。