An integrated graphic–taxonomic–associative approach to analyze human factors in aviation accidents

Human factors are critical causes of modern aviation accidents. However, existing accident analysis methods encounter limitations in addressing aviation human factors, especially in complex accident scenarios. The existing graphic approaches are effective for describing accident mechanisms within various categories of human factors, but cannot simultaneously describe inadequate human–aircraft–environment interactions and organizational deficiencies effectively, and highly depend on analysts' skills and experiences. Moreover, the existing methods do not emphasize latent unsafe factors outside accidents. This paper focuses on the above three limitations and proposes an integrated graphic–taxonomic–associative approach. A new graphic model named accident tree(AcciTree), with a two-mode structure and a reaction-based concept, is developed for accident modeling and safety defense identification. The AcciTree model is then integrated with the well-established human factors analysis and classification system(HFACS) to enhance both reliability of the graphic part and logicality of the taxonomic part for improving completeness of analysis. An associative hazard analysis technique is further put forward to extend analysis to factors outside accidents, to form extended safety requirements for proactive accident prevention. Two crash examples, a research flight demonstrator by our team and an industrial unmanned aircraft, illustrate that the integrated approach is effective for identifying more unsafe factors and safety requirements.     

无人机系统安全目标水平预估方法

考虑无人机系统（UAS）与有人机运行安全特性的不同,通过事件树分析识别出对地撞击是无人机系统运行的首要风险方式。基于等效安全水平的概念,建立确定无人机系统安全目标水平的对地撞击模型,将无人机撞击动能、构型参数以及飞行环境因素综合考虑到模型中,并计算了不同无人机系统在不同运行场景下的安全目标水平以及基于我国地域人口的安全目标水平,结果表明: 在考虑运行环境的情况下,对无人机系统安全目标水平的定量要求可能跨越4～5个数量级。在此基础上,结合风险矩阵的概念,给出基于对地撞击情况的无人机系统运行风险评价矩阵,为无人机系统运行风险评价提供了一种可行思路。      

一种地理围栏内无人机航迹跟踪方法

针对UTM体制中无人机在地理围栏内的飞行监视问题,提出一种约束状态相关模态转换混合估计算法(CSDTHE)。采用随机线性混杂系统模型对无人机运动状态进行建模,利用CV、CT和CA三种模态描述无人机的飞行状态,以构建地理围栏内无人机运行的通用模态转换模型框架。利用飞行模态改变点(FMCP)定义相关模态转换参数,设计模态转换条件,生成模态转换概率矩阵,从而建立与状态相关的模态转换模型。运用约束卡尔曼滤波(CKF)方法对直线阶段和转弯阶段的无人机运动速度分别施加等式约束,并通过仿真实验验证了CSDTHE算法对无人机跟踪的有效性。     

民航客机火灾风险浅析

新型客机在航程、载客量、舒适度上都有显著的提高。空中交通作为世界上最安全的运输方式之一,有着很高的安全保障,以及较低的事故风险率,但由于客机失事时幸存者极少,所以造成的社会影响极端恶劣,而火灾作为民用客机的主要事故因素之一受到人们极大的关注,本文主要分析可能导致客机火灾的风险和因素,并对飞机在受到撞击后能导致的火灾风险和后果进行分析。     

某型无人直升机前飞段仿真建模与试飞验证

针对某型无人直升机无铰式旋翼技术验证和飞行试验需求,建立了能够用于实时仿真的非线性飞行动力学模型,并基于经典PID控制算法完成了飞行控制律设计。为验证理论模型准确性和控制参数合理性,相继开展了盘旋飞行和大速度飞行的半物理仿真和飞行试验,并基于飞行试验控制效果评估完成了部分控制参数的优化设计。数据分析表明:半物理仿真和飞行试验的时域响应和配平特性均吻合较好,验证了非线性飞行动力学模型的准确性;飞行试验中无人直升机姿态和速度响应均能够较好地跟踪其设定值,所设计的飞行控制参数能够满足某型无人直升机稳态飞行控制要求。     

一种基于参数辨识的微小型无人直升机建模方法

 针对具有高度非线性、复杂动力学特性的微小型无人直升机,提出了一种基于参数辨识的建模方法。该方法结合了机理建模和系统辨识的优点,通过严格的机理推导建立了微小型无人直升机横纵向通道通用的参数化模型,建模过程着重考虑了主旋翼、平衡杆和机身的耦合对飞行动态特性的影响。利用基于偏相干分析法的频域辨识获得某型无人直升机的关键参数,进而确定模型。模型预测数据和飞行试验数据的比较表明,所建模型很好地反映了该型无人直升机在悬停状态下的动态特性,可以在该状态下以此模型进行自主飞行控制器设计。     

高性能飞机发展对控制理论的挑战

根据笔者30余年来飞行试验研究的实践,从实际飞行的角度简要综述了影响飞行安全的大迎角过失速机动、超低空重载空投、飞行器突发故障和无人机控制方法研究。描述了操纵稳定性飞行试验获取飞机模型的手段和通常飞行控制器设计对模型的近似,给出了8个飞行鲁棒控制的研究问题;对超低空重载空投控制方法进行了描述,并给出了飞行器出现故障时突变模型和容错控制方法;同时,描述了测量对飞行控制特别是对保障无人机飞行安全的重要性,指出了飞行控制方法研究存在的部分问题,并建议有关高校研究单位从稳定性很好的四旋翼转向固定翼或单旋翼战术无人机等高层次研究。     

基于Vega的无人直升机飞行视景监测系统开发

针对某型无人直升机超视距飞行需求,提出基于Vega软件平台开发一套无人直升机视景监测系统,给出了系统的设计方案及构建流程,论述了视景模型建立、Vega场景模型配置以及Vega实时驱动等关键技术的实现,并完成了系统的开发。飞行试验表明系统满足无人直升机超视距飞行监测所需的实时性及真实感要求,有效地提高了地面监测效率。     

湾流G650飞机试飞事故研究

依据湾流G650试飞事故调查报告,以试飞工程师的角度从管理、技术两方面对事故进行细节解读和分析。首先梳理关键事件的主要原因和逻辑关系,分析事故链演化过程,将事故原因归纳为管理和技术两类。针对湾流项目管理层面的问题,从流程管理、计划管理和风险管理三方面进行剖析。基于地效模型和测试数据,深层分析了失速告警迎角值设置过高的原因,从起飞速度试飞程序出发,揭示目标起飞安全速度过小的原因。最后总结事故经验,对试飞安全提出建议。     

电动固旋翼无人机动力系统建模与优化设计

为解决电动固定翼四旋翼复合布局无人机(eHAV)动力系统设计选择缺乏相应理论方法的问题,提出了一套动力系统的建模和优化设计方法。通过推质比计算提出了动力系统需求,利用螺旋桨和旋翼理论建立了螺旋桨的设计和性能计算模型,通过统计分析和1阶电动机模型建立了无刷直流电动机的计算模型,通过电动机与电池电压、电流之间的关系建立了电池选择方法,在经过电压修正的放电特性经验公式基础上建立了无人机航时计算方法。根据动力系统匹配方法,建立了动力系统优化设计流程。对某电动固旋翼无人机动力系统进行了优化设计和选择,结果表明:所建螺旋桨和旋翼模型计算结果与CFD结果的误差在10%以内,电池放电模型与试验数据的拟合度在0.97以上,飞行测试结果表明所提方法选择的动力系统使得无人机航时测试值与设计值误差小于4%,证明了该方法有较高的准确性和可行性。      

先进无人机飞行控制技术研究

在“系统中的系统”的概念下,研究了先进无人员飞控系统的关键问题。对层阶,开放的无人机控制结构,多模型自适应控制技术等进行了较详细的论述和分析,最后对该领域的发展趋势进行了总结。研究结果对当前正在研制的多种无人机具有一定的参考价值。     

面向智能空战的它机协同试飞验证方法

为验证无人机自主协同算法在空战环境下的适用性,提出了一种高等效的它机协同试飞验证方法。根据算法功能实现的需求,以成熟的民用固定翼无人机平台为基础进行改装,搭建它机试飞平台,对真实空战环境开展模拟和等效设计。以四机协同编队算法为例,在试飞平台上移植算法程序,开展相关科目试飞验证。当需要验证不同控制算法时,无需针对它机试飞平台开发控制策略,只需修改控制算法即可。试验结果表明：编队综合误差较小,算法能够实现无人机编队的稳定控制;同时,它机协同试飞验证方法因其迭代速度快、安全稳定性高、成本低等特点,可用作中间阶段算法的前置试飞手段,为算法的开发迭代提供有效验证。     

遥控驾驶无人机时间延迟与飞行品质分析

时间延迟是影响遥控驾驶无人机飞行品质的一个重要因素,在有人驾驶飞机飞行品质标准中,存在有效时间延迟和等效时间延迟两种概念以及相应的评估指标。对比有人驾驶飞机时间延迟的概念,分析了无人机时间延迟的组成,从飞行品质的角度出发给出了无人机时间延迟的定义和测量方法。利用飞行试验的手段,在遥控操纵模式下进行了典型试飞任务的试验,并基于试飞数据和试飞员评价,初步给出了时间延迟的试飞评估方法。     

一种通用型无人机飞行控制与导航系统

介绍一种通用型智能化无人机的飞行控制与导航系统的设计,阐述了系统组成、飞行控制功能、飞行管理功能和导航功能的实现,以及利用Tornado集成开发环境设计的软件系统。该飞行控制与管理系统,采用数字计算机作为核心控制部件,配以GPS导航系统、各种机载传感器、垂直陀螺和舵机等构成。具有手动遥控飞行、程控飞行和远距遥控加载数据三种飞行模式。手动飞行采用独创的开关指令式控制,可减轻操纵员的工作强度,提高飞行的可靠性、安全性。整个系统体积小、重量轻、可移植性高,适用于各种中小型无人机。该系统已用在某型无人机上,经过试飞验证,性能良好,可靠性强。     

无人直升机自主飞行控制技术

分析了国内外无人直升机自主飞行控制技术的现状及差距,提出了应重点解决的关键技术,为我国无人直升机自主飞行控制技术发展提供参考.     

Conceptual design and preliminary experiment of icing risk management and protection system

Icing is one of the main external environmental factors that causes aircraft to lose control. The flight safety assurance system under icing condition is particularly important. However,most of the systems do not consider the coupling characteristics of aerodynamics and flight dynamics of icing aircraft. This will affect the accuracy of the calculation results. Besides, the icing risk management system helps the pilot to realize the possible dangers in advance and perform correct maneuvers, base...     

X-33 redundancy management system

The X-33 is an unmanned advanced technology demonstrator with a mission to validate new technologies for the next generation of Reusable Launch Vehicles. Various system redundancies are designed in the X-33 to enhance the probability of successfully completing its mission in the event of faults and failures during flight. One such redundant system is the Vehicle and Mission Computer that controls the X-33 ea, and manages the avionics subsystems. Historically, redundancy management and applications such as flight control and vehicle management tended to be highly coupled. One of the technologies that the X-33 will demonstrate is the Redundancy Management System (RMS) that uncouples the applications from the redundancy management details, in the same way that real-time operating systems have uncoupled applications from task scheduling, communication and synchronization details     

无人机系统的安全性与危险源分析

无人机系统的战术性能及优势将使其在未来高技术战争和民用航空中发挥越来越重要的作用。然 而,由于有人机与无人机飞行事故的特点不同,使得有人机的安全性分析与管理措施不完全适用于无人机系 统。首先,对无人机系统的飞行事故进行统计分析,得出无人机系统事故的特点;然后,合理借鉴有人机的安全 性分析,定义无人机系统的安全性,提出无人机系统事故的严酷度等级划分及相应的危险可接受度;最后,从设 计、机组训练及使用操作三方面进行危险源分析。本文提出的无人机系统不安全事件发生可能性等级划分和 危险源定性分析,可为后续无人机安全管理框架的构建奠定基础。     

一种无人直升机飞行力学模型辨识方法研究

研究了一种无人直升机飞行力学模型辨识方法.将状态子空间辨识法和误差预报辨识法这两种不同机理的辨识方法相结合,用于无人直升机飞行力学模型的辨识.通过仿真计算,成功地辨识得到了悬停状态下算例无人直升机的高阶飞行力学模型.结果表明:提出的辨识方法具备状态子空间辨识法和误差预报辨识法各自的优点,不会出现经典辨识算法中寻优过程中出现的局部极小现象以及迭代带来的收敛性问题.