航空发动机非包容转子失效危险识别

为分析多重非包容转子碎片对飞机造成的危害,提出一种基于飞机整机功能危险分析(FHA)结果、应用故障树分析(FTA)的非包容转子碎片失效危险识别方法。该方法能够识别多个系统同时失效导致的组合危险,进而为非包容转子失效飞机设计改进提供更详实、可信的依据。最后通过实例分析表明了方法的有效性。     

基于蒙特卡洛的非包容转子爆破安全性评估

根据蒙特卡洛仿真原理模拟非包容转子碎片的生成与释放过程,基于飞机功能危险分析与故障树分析提出危险触发判别方法,构建飞机灾难性危险的定量评估模型。该方法可仿真模拟非包容转子爆破事件,并计算出转子爆破导致飞机发生灾难性事故的概率,用以判断是否达到飞机安全性设计要求。     

航空发动机高能碎片非包容事件故障树分析

为了使航空发动机高能碎片非包容事件满足适航安全性要求,运用故障树法对航空发动机该事件进行安全性分析并提出了分析方法的步骤和流程。引入最小割集和概率重要的度的概念,利用Isograph Reliability软件画出故障树并计算出高能碎片不包容事件的发生概率、最小割集以及概率重要度,通过对比最小割集和概率重要度,确定导致发动机高能碎片不包容主要的失效形式,并提出了有针对性的措施。     

基于失效模式框图的机载设备安全性评估研究

为了解决故障树方法割集遗漏问题和FMEA方法信息遗漏问题,提出一种新型的基于FMEA的安全性分析建模与数值解算方法——失效模式框图法(FMBD).通过FMEA分析得出相应设备的失效模式,根据设备工作机理及其各部分的相互关系,建立失效模式框图,推导失效率解算表达式.与通过FTA方法进行失效率计算相比,不但简化了安全性分析过程,而且克服了FTA方法可能导致的割集遗漏问题;提高了失效率估算精度.将该方法应用于飞机发电机过压保护器(OPU)的安全性分析,通过对OPU主要功能的安全性指标研究,提出了硬件设计修改意见,改进后OPU主要功能的安全性得到了很大提高,使得该设备满足预分配的研制等级要求;验证了该方法的可行性和准确性.该方法可用于飞机系统各级别的失效率分析解算,为飞机安全性分析提供了新途径.     

民机系统发动机转子爆破特定风险分析方法

基于美国联邦航空局咨询通告给出的发动机非包容转子爆破特定风险安全性评估指南,提出了一种简单易用的发动机非包容转子爆破安全性分析方法。建立了简化的转子碎片碰撞角度计算模型,以确定受转子碎片影响的系统部件;改进了失效部件组合检查单,提高分析工作效率,并确定转子碎片对系统的安全性影响。相比于传统分析方法,简化了转子爆破风险安全性分析过程,减少了分析工作量,适用于飞机系统研制初期对转子爆破风险的危害性进行保守性评估,以指导系统架构优化设计。     

无人机故障树分析(FTA)技术研究及工程应用

通过基于故障树的FMECA分析,归纳无人机危险事件,形成故障树顶事件;建立全机故障树模型,分析无人机全机1阶最小割集及其危害程度,确定薄弱环节并采取技术措施;对全机危险事件的安全性进行定量估算。     

商用飞机发动机非包容转子碎片对燃油系统影响的风险分析

飞机燃油系统作为飞机重要的系统之一,其安全性至关重要。存在与发动机有关的非包容转子爆破的潜在灾难性失效模式,必须在飞机设计阶段尽早地对其进行解决。基于功能危害树分析方法,通过研究适航管理文件,得出行之有效的风险分析流程。对某型商用飞机进行了非包容转子爆破风险算例分析,确定受影响的系统及对应的失效影响等级,给出可接受的保护措施。结果表明本风险分析流程符合适航规章要求,为其他型号飞机的相关设计工作提供借鉴。     

航空发动机转子非包容顶层事件安全性分析与思考

结合某型航空发动机的结构特点,创建了转子非包容顶层事件故障树。按故障树思路,对某型发动机进行了转子非包容故障树安全性综合分析;为避免转子非包容故障的发生,做了大量设计、计算分析、部件和整机试验工作;对可能出现的转子非包容故障采取了有针对性的措施。经试验和试车验证,某型发动机转子非包容顶层事件发生的概率极小,其安全性有保障。     

基于模型检验的飞机系统安全性分析方法研究

传统的安全性分析方法,受到分析人员自身技能和经验等因素的影响,容易疏漏系统的失效状态或误判失效的影响。模型检验利用遍历算法,既可以从数学上保证搜索出系统的所有状态,不会发生疏漏;又可以利用计算机检验工具,实现自动分析过程,减少对分析人员技能和经验的依赖。将模型检验引入飞机系统安全性领域,提出了一种基于模型检验的安全性分析方法,以SAE ARP 4761标准附录中的机轮刹车系统为例,利用模型检验工具NuSMV对其安全性进行了分析,自动识别出导致某系统顶事件发生的最小失效组合,完成了传统故障树分析的目的。     

飞机设计中发动机转子碎片非包容性设计

基于一种双发常规布局飞机进行飞机设计中发动机转子碎片非包容失效设计的研究,通过研究相关适航规章,以及相关咨询通告等文件,得出第3节到第7节所描述的对咨询通告AC20-128A适当裁剪的工程方法和步骤,并在实例机型设计中进行验证,缩短了飞机研制周期的同时,也表明在发动机转子碎片非包容失效事故发生后,飞机系统及机体结构等采取的设计措施、防范措施符合相关适航条例要求,也即结构剩余的强度、灾难性事件发生概率等满足AC20-128A第10条c中的定性和定量要求,表明该型实例飞机完全满足相关适航条例的要求,并获得中国民用航空局(CAAC)和美国联邦航空局(FAA)的认可。     

发动机非包容性转子失效布置与防护设计

民用飞机发动机服役经验表明:发动机非包容性转子失效仍会发生。为将这种非包容性转子失效可能带来的危害降至最低,基于一种发动机翼吊式安装的民用飞机,结合咨询通告AC20-128A的要求以及民用飞机设计的工程经验,开展了飞机内部系统布置和结构防护设计研究。首先介绍了减小发动机非包容性转子失效危害的设计流程和分析模型,其次从民航局审查关注的角度,重点阐述了不可控制的着火、推力损失、飞机操纵的损失、对乘客和机组人员的保护和结构完整性等五个方面的设计思路和方法。研究结果表明:飞机设计时,通过采取将关键部件和系统移出碎片影响区、冗余设计、提供可接受的防护等预防措施来减小发动机非包容性转子失效对飞机的危害,对发动机非包容性转子失效的设计和适航验证具有指导意义。     

Containment ability and groove depth design of U type protection ring

High-energy rotor uncontained failure can cause catastrophic damage effects to aircraft systems if not addressed in design. In this paper, numerical simulations of three high-energy rotor disk fragments impacting on U type protection rings are carried out using LS-DYNA. Protection rings with the same mass and different groove depths are designed to study the influence of the groove depth. Simulation results including kinetic energy and impact force variation of single fragment are presented. It shows that the groove depth infects both the axial containment ability of the protection ring and the transfer process of energy. The depth of groove ought to be controlled to an appropriate value to meet both the requirement of axial containment and higher safety factor. Verification test on high-speed spin tester has been conducted and shows that protection ring with appropriate U structure can resist the impact of the disk burst fragments. The ring is inflated from a circular to an oval-triangle shape. The corresponding simulation shows good agreement with the test.     

民用飞机适航符合性验证方法与程序研究

研究了功能危险分析、故障树分析、故障模式影响分析以及共因故障分析等安全性分析方法在民用飞机适航符合性验证中的应用,明确了各种方法的应用时机与输入输出信息.分析了民用飞机设计各阶段适航安全性工作内容,以各项安全性分析技术为基础,建立了民用飞机适航符合性验证流程,初步构建了民用飞机适航符合性验证的理论体系.     

Blade containment evaluation of civil aircraft engines

The potential hazard resulting from uncontained turbine engine rotor blade failure has always been the long-term concern of each aero engine manufacturer, and to fully contain the failed blades under critical operating conditions is also one of the most important considerations to meet the rotor integrity requirements. Usually, there are many factors involving the engine containment capability which need to be reviewed during the engine design phases, such as case thickness, rotor support structure, blade weight and shape, etc. However, the premier method to demonstrate the engine containment capability is the fan blade-off test and margin of safety (MS) analysis. Based on a concrete engine model, this paper aims to explain the key points of aero engine containment requirements in FAR Part 33, and introduces the implementation of MS analysis and fan blade-off test in the engine airworthiness certification. Through the introduction, it would be greatly helpful to the industrial community to evaluate the engine containment capability and prepare the final test demonstration in engine certification procedure.     

基于模糊推理的舰载机进舰过程安全性仿真分析

 舰载机进舰过程复杂,驾驶员对舰载机的控制是影响进舰安全的重要因素,驾驶员操作的偏差受到人员自身状态、环境状态以及设备(舰载机)状态的综合影响。以国外某型舰载机为例,提出了基于模糊推理的舰载机进舰过程安全性建模与仿真方法。考虑舰载机进舰过程中驾驶员控制的不确定性,分析了引起驾驶员不确定性的人-机-环因素,基于模糊推理建立不确定因素引起的驾驶员控制偏差模型,并在此基础上建立了舰载机进舰过程安全性仿真模型。通过仿真分析明确危险模式、危险程度以及危险发生的时刻点等关键因素的影响程度,为进一步保证舰载机进舰安全提供基础。     

Software intensive systems safety analysis

Two important elements in the avionics suite of modern aircraft are: the flight control system (FCS) and the flight management system (FMS). The FCS provides the capability to stabilize and control the aircraft, while the FMS is responsible for flight planning and navigation. A clear trend in the aerospace industry is to place greater reliance on software systems, and many FCS and FMS subsystems are implemented primarily in software. For example, within the FCS is the flight guidance system (FGS) that generates roll and pitch guidance commands. Similarly, within the FMS is the vertical navigation (VNAV) function that acts like a third crew member in the cockpit, ordering mode change requests and resetting target altitude values to enable the aircraft to track the vertical flight plan. We have developed formal, executable models of the requirements for the mode logic of a FGS and for portions of the VNAV functionality. We have also conducted a comprehensive software safety analysis on the FGS mode logic model, and are completing the analysis of the VNAV model. This analysis uses as its starting point several "traditional" safety analysis techniques such as a functional hazard assessment (FHA), a fault tree analysis (FTA), and a failure mode effects analysis (FMEA). However, we are also using formal methods techniques known as model checking and theorem proving to verify the presence of safety properties in the model. This paper summarizes the (now completed) safety analysis that was performed on the FGS model, and highlights the similarities and differences with the (still on-going) safety analysis of the FMS model. In particular, we summarize progress made to date in the use of formal methods to verify the presence of the required safety properties in the models themselves.     

民用航空发动机顶层故障事件的概率计算研究

为满足民用航空发动机的安全性目标,发动机顶层故障事件(顶事件)的风险应被控制至可接受状态。针对顶事件的风险控制要求,细化为顶事件的预期发生概率应被控制至可接受值以下。基于顶事件的预期发生概率要求,提出了从上到下分析导致顶事件发生的潜在原因并逐级建造故障树的方法,阐述了故障树分析的开展时机及作用。然后,对顶事件发生概率的计算进行了研究,通过考虑顶事件的飞行阶段影响因素、故障树最小割集及其概率、底事件失效率及其风险时间,提出了顶事件发生概率的计算模型。同时,结合示例对顶事件发生概率的计算模型进行了应用,以验证顶事件概率计算方法的可行性。提出顶事件概率计算模型,为发动机顶层故障事件风险控制要求提供有力的技术支撑。