Неблагоприятные условия микроклимата в кабине самолетов возникают в результате внешней тепловой нагрузки окружающей среды, повышения температуры кондиционируемого воздуха, аэродинамического нагрева поверхностей ЛА, солнечной радиации, тепла, выделяемого бортовым оборудованием, и метаболического тепла членов экипажа.
При полетах самолетов с большими числами М (М ~2,53) на высотах 1215 км аэродинамический нагрев отдельных частей обшивки достигает температур, превышающих 250°С (Nunneley S. A., Flick C. F., Allan J. R., 1980).
Наиболее высокие температуры воздуха в кабине ЛА отмечаются в летний период года перед взлетом, при полетах на малых высотах и сразу после посадки на ВПП. При закрытом фонаре и интенсивной солнечной инсоляции создается парниковый эффект, что вызывает нагрев воздуха в кабине на 820°С выше наружной температуры. Так, в кабине самолета на этапе «руление взлет» при закрытом фонаре температура воздуха к 11.00 часам дня достигала 4245°С (на 1012°С выше наружной). К периоду наивысшего подъема солнца эти значения возрастают на 20°С. Такой же температурный режим сохраняется в кабине самолете и в течение первых 1015 минут полета на высоте 5 км. В дальнейшем температура воздуха постепенно снижается, составляя 2630°С в течение 15 минут при выполнении 50-минутного полета. При снижении и заходе на посадку температура в кабине снова начинает возрастать.
Исследования условий труда летного состава, выполняющего полеты в умеренном климате, подтверждают, что несмотря на существенное улучшение работы системы кондиционирования воздуха, приблизительно 55% летчиков считают, что при выполнении полетов при температуре в тени более 2225°С (температура в кабине 2732°С) создаются неблагоприятные микроклиматические условия, что сопровождается ухудшением самочувствия, работоспособности и переносимости пилотажных перегрузок. Объясняется это не только существенным увеличением остекления фонаря, приводящего к повышению интенсивности солнечной радиации, но и отягощающим действием защитного снаряжения.
Измерения температуры в кабине самолета в наземных условиях и в полете, при базировании в умеренном климате, свидетельствуют, что при выполнении полетов на 6001000 м над уровнем моря и наружной температуре у земли 2527°С, температура воздуха в кабине ЛА доходит до 3335°С. Выполнение деятельности в подобных условиях ограничено и не превышает 4070 минут в зависимости от сложности полетного задания (табл. 1.1).
Таблица 1.1 Субъективная оценка летного состава возможной продолжительности (мин) воздействия высоких температур в полете, не оказывающих влияния на выполнение полетного задания в хлопчатобумажном комбинезоне и ППК (М ± m)
Ожидание вылета при закрытом фонаре и при температурах в тени, не превышающих 3032°С, в течение 515 минут приводят к увеличению оральной температуры тела летчика на 0,20,3°С, частоты сердечных сокращений на 1020 ударов в минуту. Теплоощущения характеризуются как «жарко очень жарко» (табл. 1.2). Особенно неблагоприятные условия создаются при использовании защитного снаряжения в случае отсутствия его вентиляции (табл. 1.3).
Таблица 1.2 Микроклиматические условия и тепловое состояние летчика при ожидании вылета с закрытым фонарем в кабине самолета
Таблица 1.3 Субъективная оценка летного состава возможной продолжительности ожидания вылета в кабине самолета в солнечный день без вентиляции пододежного пространства в зависимости от сложности выполнения полетного задания, мин (X ± m)
Приведенные данные свидетельствуют о том, что в течение первых 1015 минут после закрытия фонаря кабины, то есть в течение времени от момента закрытия фонаря кабины и до взлета, когда начинает эффективно функционировать система кондиционирования воздуха, у летчика, выполняющего полеты в жаркое время суток, с высокой степенью вероятности появляются признаки перегревания, сопровождающиеся потоотделением и неблагоприятными теплоощущениями.
Учитывая особенности действия неблагоприятных условий на летчика, особый интерес, на наш взгляд, представляют данные о теплоощущениях летчиков, выполняющих полеты в разных климатических условиях на разных летательных аппаратах (табл. 1.4). Общим практически для всех типов ЛА, имеющих фонарь кабины, является тот факт, что, как на этапе «руление взлет», так и при выполнении полетов на малых высотах, наиболее выраженный перегрев отмечается в области спины, головы и груди. При этом теплоощущения в области головы, при выполнении полетов в умеренном климате, характеризуются как «жарко очень жарко» у 3080% летчиков, в зависимости от этапа полета. Кисть, бедро, стопа перегреваются существенно меньше, и при выполнении полетов в умеренном климате характеризуются как «комфорт тепло». В условиях жаркого климата теплоощущения области головы, области груди и спины, на этапе «руление взлет», характеризуются преимущественно как «очень жарко непереносимо жарко», в полете на малых высотах «жарко очень жарко» у 60100%, в зависимости от этапа полета. Тепло ощущения областей кисти, бедра и стопы характеризуются в полете на малых высотах как «тепло жарко».
Таблица 1.4 Интенсивность неблагоприятных теплоощущений летчика в летний период года в баллах (X ± m) и вероятность появления теплоощущений «жарко очень жарко» (в скобках %)
Неблагоприятное влияние теплового стресса выявляется и при проведении сравнительной оценки ухудшения самочувствия, познавательных и психомоторных качеств в летний и зимний периоды года у летного состава (табл. 1.5). В летний период при выполнении полетов практически в 23 раза чаще (у 5056% летчиков) отмечается головная боль, сердцебиение, пульсация в висках и раздражительность. В 1,52 раза (у 3040%) по данным субъективной оценки летного состава увеличивается вероятность ухудшения внимания, возрастает время принятия решения и скорость реагирования на поступающую информацию.
Таблица 1.5 Вероятность периодического ухудшения самочувствия, познавательных процессов и психомоторных качеств летчика самолета при выполнении полетов в летний и зимний сезоны года в зоне умеренного климата (в %)
О необходимости защиты головы от солнечной инсоляции свидетельствуют данные обследования в 1986 г. летчиков Су-25, выполнявших полеты в Афганистане. При этом, одна из жалоб была на то, что защитный шлем ЗШ-5 «прожигает» кожу головы и вызывает не только перегревание головы, но и боль.
Результаты анкетного опроса летчиков, выполняющих полеты в умеренной зоне, также свидетельствуют о приоритетности разработок, направленных на защиту области головы от перегревания и совершенствование системы кондиционирования воздуха кабины летательного аппарата. По оценке летного состава по 10-балльной шкале целесообразно проведение следующих доработок:
вентиляция подшлемного пространства 8,3 балла;
совершенствование системы кондиционирования воздуха 8,0 баллов;
использование до посадки в кабину в вентилирующем снаряжении и при ожидании вылета наземного кондиционера 6,9 баллов;
защита фонаря от солнечной инсоляции 5,6 баллов;
регуляция температуры вдыхаемого кислорода 3,9 баллов.
При полетах на высотах 67 км в условиях средней климатической зоны (20°С) температура воздуха на уровне ног и головы достигала 2628°С. В наиболее жаркие дни, когда температура у земли равнялась 25°С, воздух на уровне головы в полете разогревался до 3032°С.
Несимметричность разводки относительно продольной оси летчика приводила к значительным температурным перепадам между левым и правым участками тела членов экипажа и достигали 58°С. Наибольшее повышение температуры воздуха наблюдалось в области голени и бедра, расположенных ближе к борту кабины, т. е. в местах выхода воздуха из коллекторов СКВ.
Вообще разводка коллекторов СКВ в кабине экипажа сталкивается с двумя противоположными требованиями: 1-е минимальный вес и объем и 2-е максимальная рассредоточенность, необходимая для уменьшения локальных тепловых воздействий в зоне выходных коллекторов.
Существующие схемы разводки в кабинах ЛА приводят к возникновению большого перепада температуры по вертикали от 35°С. Если пойти по пути уменьшения перепада температур, то для обеспечения того же теплосъема потребуется увеличить расход вентиляционного воздуха, что вызовет увеличение скорости его движения. В настоящее время этот показатель укладывается в величину 1,5 м/с, исключая локальные зоны выхода из коллекторов СКВ.
Выход СКВ на заданный температурный режим в зимний период года требует большого времени. Так, при работе СКВ на земле от ВСУ в автоматическом режиме, установке задатчика температуры на +40°С, закрытом люке кабины экипажа и температуре наружного воздуха 15°С (исходная температура в кабине 3°С), температура воздуха в кабине через 10 мин после включения СКВ составила +8°С. На отдельных типах самолетов время выхода на заданный температурный режим в кабине составляло 3040 мин.
Нарушение температурного режима в кабине может произойти в случае отказа агрегатов СКВ, к числу которых можно отнести нарушение работы турбохолодильника, теплообменника, распределителя воздуха.
При отказах системы кондиционирования воздуха летчик должен знать резервное время сохранения функционального состояния. Поэтому необходимо изучение изменения функционального состояния и работоспособности летчика во всем диапазоне температур, встречающихся реально в авиационной практике.
На наш взгляд, определенный интерес представляют данные сравнительной оценки значимости групп факторов по их влиянию на самочувствие и работоспособность летчика в полете по данным самооценки летного состава (табл. 1.6). Обращает на себя внимание тот факт, что в зависимости от авиагарнизона физические и химические условия среды обитания занимают 34 место и выше после проблем, обусловленных организацией труда, социально-бытовых условий группы психологических факторов. Только в гарнизоне Мары значимость условий среды обитания занимает 23 место. Однако мы склонны рассматривать представленные данные не как низкую значимость условий среды обитания, а как условную градацию проблем, требующих своего решения.