Читать книгу Физиология и гигиена летчика в экстремальных условиях - Сергей Михайлович Разинкин - Страница 18

Программа экспериментальных исследований функционального состояния и работоспособности человека-оператора при различной степени гипертермии включала ряд серий экспериментальных исследований, в которых моделировались возможные сочетания структуры и интенсивности операторской деятельности и экзотермической нагрузки, характерные для предполетной и летной деятельности применительно к ЛА 4-го и перспективных поколений.

В зависимости от решаемых в различных сериях задач на операторе были одеты плавки, х/б белье, носки, демисезонные ботинки, кислородная маска КМ-34, защитный шлем ЗШ-5 или ЗШ-7. Использовался также вентилирующий костюм ВК-3М, ВК-3М(Д) с регулируемым распределением воздушного потока.

После одевания комплекта измерительных датчиков и летного снаряжения испытатель располагался в кабине стенда с температурой окружающей среды 17–25°С. Здесь проводилась регистрация фоновых показателей теплового состояния человека и оценивалась его работоспособность в комфортных условиях. По времени цикл занимал 20 мин.

Затем оператор переходил в кабину с высокой температурой окружающей среды в диапазоне 28–70°С. Принципиальная схема и общий вид стенда тренажера представлен на рис. 3.1 и 3.2.

Рис. 3.1 – Принципиальная схема стенда-тренажера моделирования факторов среды обитания и системы оценки функционального состояния человека-оператора

Рис. 3.2 – Стенд-тренажер моделирования факторов среды обитания и системы оценки функционального состояния человека-оператора

Следует подчеркнуть, что сложность явлений тепломассообмена в гермокабине самолета и в защитном снаряжении летчика потребовала от нас создания специального стенда тренажера. Последний был оборудован СКВ, аппаратурой, моделирующей летную деятельность, и контрольно-измерительными приборами. Стенд-тренажер был создан в 1984 г. в инициативном порядке С. М. Разинкиным (старший научный сотрудник), В. А. Мельниковым (инженер отдела), В. М. Духович (адъюнкт отдела) по расчетам подготовленными специалистами МАИ (Московский авиационный институт). Стенд был назван по первым буквам фамилий создателей РДМ-2, первый стенд РДМ-1 был создан для животных.

Серийная промышленная термобарокамера (например, ТБК-08 производства НПО «Звезда») (рис. 3.3) не могла обеспечить необходимых габаритов для симуляции явлений тепломассообмена в гермокабине самолета.

Рис. 3.3 – Промышленный образец термобарокамеры ТБК-8

Конструкция кабины стенда обеспечивала возможность пребывания в ней оператора при различных температурах воздуха с имитацией аэродинамического нагрева поверхности фонаря кабины. Система кондиционирования обеспечивала подачу воздуха в кабину, защитное снаряжение и на дыхание в подмасочное пространство.

Стенд представляет собой две расположенные рядом кабины объемом 2,2 м каждая, геометрические размеры которых приближены к кабинам самолетов-истребителей. Наличие двух кабин позволяло при проведении исследований поддерживать в одной из них комфортную температуру на уровне 15–25°С, а во второй – повышенную, а также при необходимости повышенную в обеих кабинах.

Нагревание камеры осуществлялось с помощью подачи в нее воздуха, нагретого до температуры 130–200°С в объеме до 300 л/мин посредством пропускания его по системе трубопроводов через электротуннель печи СУОЛ-1. Забор воздуха для нагревания производился из магистрали высокого давления, либо с помощью центробежных регуляторов из кабины, изменяя расход подаваемого воздуха и его температуру. Температура, задаваемая в камере во время эксперимента, поддерживалась с точностью 2°С. За счет постепенного притока горячего воздуха в кабину осуществлялось его перемешивание путем конвекции или с использованием средств принудительной вентиляции. Это позволяло поддерживать градиент температур голова–ноги, равный 8–12°С, отражающий реальный перепад температуры воздуха по вертикали в кабине самолета. В полете, а также при необходимости поддерживать практически равномерный нагрев, имитирующий нагрев ЛА в ожидании вылета, относительная влажность воздуха составляла 40–60% при температуре в камере 20–35°С и 6–10% при температуре 40,0–70,0°С.

При проведении исследований по оценке эффективности перспективных средств защиты летчика температура 60°С представляла собой среднюю температуру кабины. При этом температура воздуха в районе головы оператора находилась в диапазоне 66 ± 2°С, стен – 58 ± 2°С.

Внутренняя поверхность камер облицована листовым алюминием. Теплоизоляционный пакет из стекловаты, толщиной 5 см и фанеры (12 мм) обеспечивал температуру на внешней стороне обивки 20°С при температуре в камере +60°С.

Одновременно с началом эксперимента практически во всех исследованиях включалась шумовая фонограмма, транслируемая в кабину, где находился испытатель. Громкоговоритель располагался на уровне человека-оператора и позволял создать шум мощностью 85–90 дБ, аналогичный шуму в кабине летчика истребительной авиации.

Система кондиционирования воздуха, подаваемого на вентиляцию подкостюмного и подшлемного пространства, состояла из набора резиновых трубок 15 мм, соединенных с ротаметрами и регулировочными вентилями с помощью разъемных муфт. Горячая вентиляционная магистраль представляла собой трубку длиной 10 м, намотанную на барабан 0,2 м и помещенную в кабину стенда. Варьируя длину трубки, сматываемой с барабана и выводимой за пределы камеры, можно было изменять температуру подаваемого воздуха в пределах от комнатной до 10°С ниже температуры воздуха в камере.

Холодная вентиляционная магистраль представляла собой трубку длиной 7 м, смотанную в спираль, помещенную в металлический бак 0,3 м и объемом 10 л, наполненный смесью холодной воды и льда. Изменяя длину трубки, находящейся в баке, можно было добиться понижения температуры подаваемого воздуха до 15°С непосредственно у входа в вентиляционное снаряжение и подшлемник при наиболее теплонапряженных режимах.

Система вентиляции головы представляла собой полихлорвиниловую трубку 8 мм, спрофилированную в виде кольца 17 см и с подводящими магистралями, расположенными в затылочной части головы. На кольцевой части трубки имелись отверстия 1–1,5 мм для выхода вентилирующего воздуха. Стыковка трубок с подводящими магистралями производилась с помощью легкоразъемных переходников. Вес кольца – 20 г.

Качество операторской деятельности, выполняемой на стенде-тренажере, оценивалась методом двухмерного компенсаторного слежения за сигналами синусоидальной формы с частотой 0,15×0,15 Гц. Разработка и сопровождение модели слежения проводилось по авторской методике инженера, научного сотрудника Д. А. Арбузова. На первом этапе сигнал задавался прибором МН7, который позже был заменен на более современную модель МН10 (рис. 3.4). Основной проблемой приборов серии МН являлось то, что все они были ламповыми и в течение непродолжительной работы из-за нагрева в них сбивалось положение «нуля». Учитывая эту проблему и развитие научно-технического прогресса, прибор МН 10 был в последствии заменен на аналого-вычислительный комплекс АВК 2/3 (рис. 3.5), в сочетании с выполнением задачи выбора из 2 альтернатив, задаваемой аппаратурой «Физиолог-М». Прибор индикатора НКП-4 находился на расстоянии 60 см от глаз испытателя. Удержание стрелок прибора НКП-4 в заданной зоне диаметром 10 мм производилось посредством подачи электрических сигналов на стрелки прибора при помощи ручки, соединенной с потенциометрами по «крену» и «тангажу». Индикатор блока «Резервы» аппаратуры «Физиолог-М» находился вне поля зрения оператора на том же расстоянии, что и НКП-4. Ответная часть кнопки находилась на уровне левого подлокотника кресла оператора. Перед началом слежения операторы инструктировались о необходимости выполнения в первую очередь слежения, а во вторую – задача «Резервы».

Рис. 3.4 – Внешний вид прибора «МН-10»

Рис. 3.5 – Внешний вид Аналого-вычислительного комплекса АВК2/3

Оценка качества операторской деятельности производилась ежеминутно циклами по 3–5 минут через каждые 5 минут и осуществлялась путем оценки следующих показателей: времени пребывания вне допустимой зоны (Т), количеством выходов за допустимую зону (Σ – интеграл ошибки рассогласования по «крену» и «тангажу»), скоростью переработки информации по дополнительной задаче и определению коэффициента надежности выполнения совмещенной деятельности. Скорость переработки дополнительной информации (V) определялась по задаче выбора из 2 альтернатив – сложение двух цифр (четный и нечетный результат) с последующим учетом количества правильных и неправильных ответов в течение 1 минуты. Коэффициент надежности (Кнад.) рассчитывался по формуле:

К_над = ((1 – Т / 8) + V / 0,882) / 2,

где 8 и 0,882 – эмпирические коэффициенты.

Латентный период скорости простой сенсомоторной реакции на красный свет определялся с помощью прибора КТД-1 (Венгрия). В исходном состоянии и каждые 10 минут эксперимента определяли тепловое состояние операторов путем измерения ректальной температуры (Т_р), температуры поверхности кожи в 6 точках (спина, грудь, плечо, бедро, голень, лоб), температуры в заушной ямке (Т_у), температуры темени (Т_т), частоты сердечных сокращений, минутного объема дыхания, частоты дыхания.

До и после эксперимента определялась оральная температура (Т_ор), артериальное давление, вес испытателя в плавках и в снаряжении.

Измерение физиологических показателей проводилось с использованием переносной полевой термостанции ППТ-1 (Т_у, Т_т, Т_лба), двухканальной термостанции СИТКОЛ-3 (температура кожи, Т_р), электротермометра ТЭТ-2 (Т_ш), Hydrotest 6200 (Т_ор), «Физиолог-М» (кардиореспираторные показатели), медицинских весов, сфигмоманометра (рис. 3.6).

Рис. 3.6 – Операционный пульт управления исследователя

Субъективное состояние испытуемых оценивалось по методике САН-15 (Доскин, 1975), анкете реактивно-ситуационной тревожности – 20 (Ханин Ю. Л., 1976). Проводилась субъективная оценка отягощающих факторов среды обитания по 5-балльной шкале и теплоощущений участков тела по 15-балльной шкале (Разработка средств и методов подготовки летного состава для выполнения длительных полетов на самолетах-истребителях при базировании в южных регионах страны, 1992).

В ходе эксперимента за испытателем осуществлялся непрерывный врачебный контроль визуально, с помощью радиообмена и по физиологическим показателям. На любой стадии была предусмотрена возможность прекращения эксперимента и экстренной эвакуации испытателя.

Одновременно с измерением физиологических показателей регистрировались теплофизические параметры:

• температура воздуха в кабине стенда в трех точках: на уровне головы, груди и ног (Hydrotest-6200);

• температура поверхности стен кабины в пяти точках (электротермометр ТЭТ-2);

• радиационная температура (шар Вернона);

• температура воздуха, подаваемого на вентиляцию снаряжения и подшлемного пространства (Therm 2253–2);

• расход воздуха, подаваемого на вентиляцию снаряжения и подшлемного пространства (ротаметры РС-7, РС-6Г);

• давление воздуха в вентиляционных магистралях (манометр МТ);

• температура воздуха, поступающего на дыхание в подмасочное пространство (Hydrotest-6200);

• относительная влажность в кабине (Therm 2246–2).

Расчетные показатели определялись по нижеприведенным соотношениям. Теплосодержание организма Q:

Q = 3,47 · СТТ · P (кДж) и Q = 3,47 · СТТ (кДж/кг),

где P – вес испытателя, кг; СТТ – средняя температура тела, °С.

Средняя температура тела рассчитывалась по Бартону в условиях теплового комфорта (СТТ):

СТТ = 0,7 · Т_р + 0,3 · Т_к°С,

СТТ = 0,9 · Т_р + 0,1 · Т_к°С (по Столвину, Харди в условиях перегрева),

где Т_к – средневзвешенная температура кожи, °С.

Средневзвешенная температура кожи (Т_к):

Т_к = 0,222 · Т_спины + 0,257 · Т_груди + 0,179 · Т_плеча + 0,153 · Т_бедра + 0,189 · Т _голени °С.

Площадь поверхности тела (S):

S = Р0,425 · Н0,725 · 0,007184 (м²),

где Н – рост испытателя, см.

Общие влагопотери (Р):

Р = (Р_о – Р_к) / t / S,

где Р_о – вес испытателя в плавках до эксперимента, кГ; уж – вес испытателя в плавках после эксперимента, кГ; t – время эксперимента, ч.

Влагопотери испарением (Р_и):

Р_и = (Р_ос – Р_кс) / t / S,

где Р_ос – вес испытателя в снаряжении до эксперимента, кГ; Р_кс – вес испытателя в снаряжении после эксперимента, кГ. Эффективность испарения (h):

h = Р_и / Р_ос · 100%.

Уровень акустического шума в кабине и подшлемном пространстве при использовании вентилирующего подшлемника измерялся с помощью статистического анализатора шума – тип 4426, интегрирующего шумомера – тип 2230.

На стенде-тренажере за период 1984–2009 гг. выполнены многочисленные исследования, результаты которых представлены в данной монографии, опубликованы в статьях и сборниках (Разинкин С. М. и др., 1987–2017).