舰船科学技术  2021, Vol. 43 Issue (9): 182-185    DOI: 10.3404/j.issn.1672-7649.2021.09.037   PDF    
美军航母飞行甲板噪声水平及防护措施分析
丁猛, 杨阳, 黄建松     
海军特色医学中心,上海 200433
摘要: 航母飞行甲板是舰载机的主要作业场所。舰载机起降时,高速喷气流产生的强噪声严重影响飞行甲板人员的身心健康和作业工效。美国海军在长期使用航母的过程中积累了较为成熟的噪声防护经验,拥有严格的听力保护规章制度,研发了一系列噪声防护装备。本文阐述美军航母飞行甲板噪声的分布特征及其对人员健康和作业的影响,分析美军飞行甲板人员噪声防护措施,在此基础上对我海军航母飞行甲板人员噪声防护工作提出了对策建议。
关键词: 飞行甲板     听力保护     噪声防护    
Analysis of noise level and protective measures on the U.S. Navy aircraft carrier flight deck
DING Meng, YANG Yang, HUANG Jian-song     
Navy Medical Center, Shanghai 200433, China
Abstract: The aircraft carrier flight deck is a major workplace for the carrier-based aircraft operations. When the carrier-based aircrafts catapult launch and recovery, intense noise produced by the high speed airflow seriously affects the physical health and working efficiency of flight deck personnel. The U.S. Navy has accumulated rich experience in noise protection, established stringent regulations and rules, developed a series of noise protective equipment during the long-term use of aircraft carriers. This paper expounds the distribution characteristics of the noise environment on the U.S. Navy aircraft carrier flight deck and its impact on health and working efficiency of flight deck personnel, analyses the noise protection measures for the personnel on the U.S. Navy aircraft carrier flight deck, and serves as a reference to the noise protection of the personnel on the China Navy aircraft carrier flight deck.
Key words: flight deck     hearing conservation     noise protection    
0 引 言

航母飞行甲板是航母舰面上供舰载机起降、调运、保障和布列作业的主要场所。航母飞行甲板上人员众多、设备密集、面积十分有限,执行任务期间数十架舰载机需要在这个狭窄的空间迅速、有序地完成多种作业任务,人员作业强度大,节奏快,被美国海军称为“世界上最危险的地方”。航母飞行甲板噪声强度高,噪声频率范围宽,这种特点给飞行甲板人员噪声防护带来了许多困难[1]。美海军在长期使用航母的过程中积累了丰富的经验,学习借鉴其在噪声防护方面的相关规定和措施,有助于提高我海军飞行甲板人员的噪声防护水平,维护其身心健康和作业工效。

1 航母飞行甲板噪声分布特征

美海军航母舰载机的起飞方式主要采用蒸汽弹射起飞。在采用蒸汽弹射器的航母上,飞行甲板存在着多种噪声源:舰载机喷气发动机噪声、蒸汽弹射器作业时所产生的噪声、喷气偏流板作业噪声、阻拦索作业时所产生的噪声、各种辅助设备所产生的噪声,其中舰载机起降产生的噪声是飞行甲板上最主要的噪声源。航母开展飞行作业时,可形成一种飞机噪声、机械噪声和冲击噪声混杂在一起的强噪声环境。当舰载机起降时,飞行甲板上的噪声甚至高达130~150 dB左右[23]

舰载机作为航母飞行甲板主要噪声源,其噪声特征对飞行甲板噪声分布起着决定作用。现代高性能喷气式飞机通常可产生大约150 dB的噪声。图1为美海军航母主要舰载机在军用推力和加力推力时的噪声峰值声压级,测量点位于在机首与中线夹角135°,离机50英尺(15.2 m)处[4]

图 1 美军舰载机峰值声压级 Fig. 1 Peak jet noise levels of U.S. Navy carrier-based aircraft

参与舰载机起飞作业人员主要有飞行检查员、最终检查员、尾部最终检查员与其他辅助人员,通常需要在舰载机附近岗位工作。位置示意图如图2所示。其中100英尺半径(30.5 m)范围是舰载机噪声危险区,该区域内噪声峰值可达125 dB以上;30英尺半径(9.1 m)范围则为噪声极度危险区,该区域中噪声峰值可达150 dB以上;42英尺安全线(12.8 m)为舰载机弹射起飞时,航母飞行甲板上划定的安全线。

图 2 美海军舰载机起飞时飞行甲板人员位置 Fig. 2 Location of U.S. Navy flight deck personnel during aircraft catapult launch

图3显示的是美军F-18C噪声等强度分布图,其中噪声危险区域内噪声强度超过125 dB,已经超过护听器防护极限。在舰载机即将弹射起飞前,飞行检查员和最终检查员会移至安全线之外,而尾部最终检查员仍然保持在位,强噪声暴露时间相对较长[5]

图 3 美军F-18C噪声等强度分布图 Fig. 3 U.S. Navy F-18C noise contours

每次弹射起飞时,舰载机等待弹射触发前会保持约30 s军用推力,图4为美军F18战斗机起飞过程噪声强度的时间历程图。弹射持续时间定义为从发动机第一次超过额定最大功率25%的时间到飞机离开飞行甲板的时间。在阻拦降落时,舰载机需要保持最大功率以避免降落失败。降落时间定义为飞机第一次通过飞行甲板末端到发动机功率降为额定最大功率25%的时间,通常为5~10 s。图5为F-18C/D军用推力起飞时飞行甲板部分位置的最大噪声值。

图 4 舰载机起飞时噪声强度的时间历程 Fig. 4 Noise level time history during aircraft catapult launch

图 5 F-18C/D军用推力起飞时飞行甲板部分位置的最大噪声值 Fig. 5 A weighted max noise during F/A-18C/D launches, military power
2 飞行甲板噪声对人员健康和作业的影响 2.1 对听觉器官的影响

研究表明,噪声不仅会引起听觉系统的损伤,还可对神经系统、心血管系统、消化系统、前庭功能、视觉功能、内分泌、代谢和免疫功能等产生非特异性影响。其中听觉系统是噪声损伤的敏感部位,在其他系统尚未出现病变以前,听觉系统就已出现形态和功能的变化。噪声对听觉功能的影响主要表现在听觉敏感度下降、听阈值升高、语言接受和信号辨别力变差,严重时可造成噪声性耳聋。

美海军2004年调查显示,航母飞行甲板人员作业环境噪声8 h时间加权平均值96.1~119.5 dBA,平均109 dBA,而航母机电岗位作业环境噪声8 h时间加权平均值79.1~97.7 dBA,平均92 dBA。飞行甲板人员永久性听阈偏移发生率为38%,远高于航母机电岗位23%的发生率[6]

2014年美国健康科学统一服务大学(Uniformed Services University of the Health Sciences)对“里根”号核动力航母人员噪声暴露情况进行了调查。该航母搭载了以下型号舰载机:FA-18E/F“超级大黄蜂”战斗机,EA-18G“咆哮者”电子侦察机,C-2A“灰狗”运输机和MH-60“海鹰”直升机。在太平洋执行常规训练和演习任务期间,飞行作业通常持续12 h。部分岗位噪声暴露情况如表1所示。可以发现飞行甲板人员(飞行管制、观察员、起降人员)8 h时间加权噪声暴露量远高于其他岗位,并且远超过美国国防部颁布的噪声防护指令(DoD Instruction 6055.12)所规定的8 h时间加权平均值85 dBA的安全限值[7]

表 1 美军航母部分岗位8 h时间加权噪声暴露强度 Tab.1 8-hour time weighted averages (TWA) for personal noise exposures
2.2 对作业工效的影响

美军航母在训练期间,飞行甲板人员每天作业时间近12 h,完成约60架次起降作业。长时间、持续地在这种强噪声环境中工作,会对飞行甲板人员作业工效造成不利影响。噪声对工作的危害,最主要是影响作业人员对周围环境的态势感知能力,使作业人员无法感知告警信号,从而做出正确的反应。有研究表明12.2%的事故是由于工作场所的噪声环境导致的[8]。此外,噪声环境还能导致作业人员的注意力不容易集中,思维反应迟钝,易产生疲劳感。研究显示,噪声达到74 dBA时,人员疲劳程度会随着噪声级的增加而不断增加,最终导致工作能力和工作效力下降[9]

3 美军飞行甲板人员噪声防护措施 3.1 制定噪声暴露标准

美海军噪声防护主要依据美国防部颁布的听力保护计划(DoD Instruction 6055.12)。该法令内容涉及听力保护工作相关人员职责、噪声测量分析评估、噪声危害标志的设置、护听器的使用、听力保护教育和训练以及听力档案的建立和管理等多项内容。该法令将人员噪声安全暴露限值规定为8 h时间加权噪声暴露强度85 dBA,每增加3 dB,安全暴露时间减半[10]

此外,美海军“海军舰艇职业安全和健康指令”(OPNAVINST 5100.19)还明确要求,当稳态噪声 $\geqslant $ 96 dBA或脉冲噪声峰值 $\geqslant $ 165 dBA时,应采取双重听力防护措施[11]

3.2 不断研发新型护听器

美海军航母飞行甲板人员使用的护听器主要有两类。一是耳塞,常用的耳塞有3种:均码的泡沫型耳塞和多种尺码的单凸缘硅胶耳塞、三凸缘硅胶耳塞。二是带耳罩的头盔,可防止头部损伤和防护高强度噪声[11]。通常飞行甲板人员需要同时佩戴这两类护听器组成双重听力保护,双重听力保护是美海军航母飞行甲板人员常用的听力保护措施。

为减少航母飞行甲板人员的噪声暴露,保护人员听力,美国海军航空系统司令部(NAVAIR)不断开发新的听力保护设备,推行新的听力保护措施,主要内容是:

1)促进(而不只是强制命令)个人深插定制耳塞的使用。

2)确保耳塞佩戴的正确性。

3)提供多种方便好用的护听器(效果好、易购买、易使用和易维护)。

4)提供备用护听器。

5)为没有配备无线电通讯设备的飞行甲板人员提供改进型护听器,使其具有通话和态势感知能力。

通过小企业创新研究计划,美国海军航空系统司令部正不断开发听力保护与通信技术与装备以实现上述目标。2009年2月,“艾森豪威尔”号航母上700多名舰员已经配备了定制深插耳塞,与泡沫耳塞相比,这种更加贴合人的耳道,使用户感到更加舒适,能够达到良好的、稳定的听力保护效果,单独使用可降低29 dB噪声,在与头盔组成双重听力保护的情况下,可降低42 dB噪声。在这种深插定制耳塞基础上,可以利用主动降噪技术在耳塞内和鼓膜间的狭小空间里消除噪声。将这种深插定制耳塞与耳罩联合组成双重听力保护,可以在耳罩和定制耳塞已经联合衰减大部分噪声后,再使用主动降噪技术进一步降噪,达到更为良好的噪声防护效果,这种技术正逐步在现有的和新的飞行甲板头盔中得到应用(见图6)。

图 6 美军飞行甲板人员使用的深插定制护听器 Fig. 6 Deep insert custom hearing protectors
4 对我军航母飞行甲板人员噪声防护工作的启示

随着我国航母舰载机上舰数量和起降作业频次的大幅提升,根据全天侯训练的任务需求,必须对舰载机起降过程中飞行甲板人员进行适当噪声防护,维护其身心健康,提高作业工效。

1)要完善听力保护相关标准和制度。为了有效地保护航母甲板人员的听力,保持航母甲板人员作业能力与工作效率,制定和完善航母甲板人员听力保护相关标准和制度十分必要和紧迫。标准和制度的建立将使航母甲板人员的噪声暴露量得到的有效控制,预先保护其听力。这不仅可以保护舰员的听力和健康,改善舰员的生活质量,同时也能够保障航母甲板人员的作业能力。

2)要开展飞行甲板复杂环境对健康影响的基础研究。航母舰载机发动机产生的高温高速喷流不仅会引起强噪声,还会产生高热辐射和强气流冲击。航母飞行甲板人员在这种强噪声、高热辐射及强冲击环境下长期工作,必然会对生理和心理造成复合影响。开展航母特殊环境因素对机体的损伤机理研究,可以为机体损伤状态进行科学评估,制定科学的防护措施和防护标准提供相应的理论指导。

3)要加强噪声防护装备技术研究。根据航母飞行甲板环境使用条件,应用主动降噪、3D打印等先进技术,研制兼顾听力保护与态势感知的护听器,满足飞行甲板人员作业需要。采用新材料和新工艺,在提高护听器隔声效果的同时,应不断提高佩戴的舒适性,提高飞行甲板人员使用的积极性。

4)要注重噪声防护宣传教育。为提高飞行甲板人员自我保护意识,应不断加强噪声防护宣传教育,让官兵了解噪声的危害,自觉主动做好听力保护工作,保护听力健康。培训内容应包括噪声对健康的危害、航母飞行甲板噪声情况、护听器使用方法等。

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