计算机辅助功能危险评估方法研究

功能和安全一直是高风险复杂系统的关键问题。传统的功能危险评估由安全工程师手工进行分析，面对高度复杂系统时，就会变得难以完成且容易出错。解决这种问题的一个途径就是利用计算机进行辅助。为此提出一种计算机辅助的功能危险评估方法，采用状态图语言搭建系统状态模型，将功能失效影响直观地从系统状态转移图上表达出来。并且在系统状态模型的基础上，采用计算机编程快速计算出导致系统故障的失效组合以及最小割集。最后以飞机为对象证明了方法的可行性。     

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。     

人为因素在飞机级功能危险性评估中的考虑

在飞机设计过程中考虑人为因素是非常重要的。提出了将人为因素作为一种飞机级安全性需求引入到飞机级系统安全性评估中的方法。首先,通过研究飞行机组的监控失误,形成相应的失效概率,放入公共数据文件中进行考虑;其次,将人为因素的影响在飞机级功能危险性分析中进行考虑,明确人为因素对功能失效所产生的影响;最后形成引入人为因素影响后的功能危险性评估表。     

转子非包容失效安全性的计算机辅助分析方法

 转子非包容失效是威胁飞机飞行安全的典型特殊风险之一,为了分析其对飞机安全性的影响,开发了转子非包容失效安全性分析系统(URFSAS)。将飞机功能危险分析(FHA)中的灾难性功能危险与故障树分析(FTA)中的底事件及飞机数字样机中的设备模型形成映射关系,建立了需求信息关系模型。在CATIA环境下基于Monte Carlo法以随机飞散角和平动角对转子碎片及其扫掠路径作空间几何变换,基于区域划分和层次包围盒法检测失效的飞机设备,通过故障树最小割集与仿真结果数据的对比分析,实现了对转子非包容失效所触发最小割集的识别和安全性的定量分析。最后,以某型飞机的应用实例分析,表明了该系统的有效性和实用性。     

审定类民用无人机飞机级功能危险性分析

基于无人机"人机分离"的特有设计特点和运行限制条件,以国内某大型民用无人机为例,对我国审定类民用无人机的安全性评估方法进行了研究。通过定义无人机系统的飞机级功能,并对无人机功能失效状态概率基准的分析,建立了适合于无人机的安全性指标;开展了无人机的飞机级功能危险性评估过程,分析失效状态对无人机、机组人员、地面人员和空中其他飞行器的危害影响并划分了失效状态的危险严重等级。     

军用教练机功能构建及其应用

针对军用教练机飞机级功能危险评估工作中功能架构层级定义不清、功能组成不全面、功能失效状态不完整等问题,结合军机安全性评估工作实践,对飞机级功能架构进行研究,建立军用教练机各层次典型功能架构,并分析其在飞机级功能危险评估中的应用.     

基于功能危险分析的涡轴发动机适航安全性评估

针对涡轴发动机安全性需求,确定了其适航安全性分析的方法及程序。运用整机级功能危险分析法(FHA)对涡轴发动机进行安全性分析,并针对其系统结构的复杂性等问题,提出了整机级FHA功能定义的层级解决方案;利用可靠性模型识别多重失效组合问题;针对功能失效状态影响分析主观性强、难于确定的特点,提出了Delphi法进行专家评估。结果表明:安全性验证程序能够为涡轴发动机安全性验证提供支持,FHA可以较快速识别涡轴发动机整机级危险失效状态,较为客观地确定功能危险影响等级,并有效减少工作量。     

基于功能危险分析的涡扇发动机数字控制系统危险识别方法研究

将功能危险分析(FHA)方法应用到涡扇发动机全权限数字电子控制(FADEC)系统危险分析,对准确识别系统危险和提高多重失效分析效率的重点问题展开研究.针对由于结构复杂和功能层级较多导致的FADEC失效状态和影响的分析难度问题,提出了FHA功能定义及失效分析层级解决方案;针对多重失效状态数量的组合爆炸问题,提出组合劣化分...     

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。     

机载电子设备共模分析方法研究

对于飞机安全关键功能而言,丧失其完整性或可用性都可能导致灾难性情况,因此需要在飞机及系统层面开展完整的安全性评估过程。对于采用冗余架构的设备,尽早通过共模分析的方法识别可能引起共模失效的原因,从而在设计阶段消除或减缓共模带来的风险具有重要意义。重点讨论了机载电子设备安全性评估过程中共模分析开展的目的,介绍了机载电子设备共模分析开展的方法,提出了分析过程中需要注意的关注项。     

一种战斗机人机功能分配方法

人机功能分配的合理性影响飞行员与飞机的高效率协作,对战斗机实现人机优势互补、加速OODA (观察、调整、决策、行动)作战闭环有重要意义。基于运行场景分析,通过研究人与机的能力特征和人机交互信息流模型,提出了一种定性分析与定量评估相结合的人机功能权衡分配方法。分析飞机运行场景下,人的操作使用行为,识别关键任务,综合匹配人与机的认知-感知能力特征,对比关键任务中同一活动人机分别执行的利弊实现功能分配的优化。给出的人机功能分配的方法和模型,为解决战斗机复杂作战环境下提高人机适配问题提供了一种新的参考。     

电传飞行控制系统稳定裕度的一种评估方法

通过分析电传飞控系统在实现不同功能下的控制回路稳定裕度评估方法,给出了在姿态保持功能下进行稳定裕度评估时所需观测点的选取思路。通过简化真实飞机纵向控制律及飞机方程,建立测试模型,经过仿真分析和验证,提出了带有姿态保持功能的飞控系统稳定裕度的评估方法。该方法已应用于某型号飞机地面试验。     

商用涡扇发动机推力控制故障处置功能解析

针对运输类飞机对动力装置必须确认任何单一失效或故障及可能的失效组合都不会危及飞机安全飞行的适航要求,经工程研究和飞机运营经验证明,原有的通过安全性分析以及申请豁免来表明设计符合性的验证方法存在不足,为了保障飞机飞行的安全性,可增加推力控制故障处置（TCMA）系统。以B787飞机配装的GEnx发动机TCMA系统为研究对象,采用系统工程的方法研究和分析了该系统的安全性需求来源、符合性验证方法及其演进、TCM事件危害、TCMA系统架构和系统功能,其中包括事件侦测、处置逻辑、激活功能监控与内部自检BIT等功能。分析结果表明：TCMA系统是1个集成的智能控制系统,在TCM事件发生后无需飞机机组人员干预,能够自动处置并保障飞机的飞行安全。     

电子飞控飞机的飞行品质适航验证

FAA AC25-7A中的飞行品质评定方法 (HQRM)能够对使用电子飞控系统的民用运输机进行飞行品质评估。分析了HQRM评估程序以及相关适航要求,根据某民用飞机飞控系统功能危险分析,针对单侧升降舵卡阻这一典型故障,提出了在该失效状态下的模拟器飞行品质评估试验程序,分别给出了HQRM和相应军用标准评估方法,对军民评估方法的差异性和一致性进行了分析。研究结果对采用电子飞控系统的现代飞机的飞行品质适航验证具有工程参考意义。     

基于FMEA的飞机燃油箱防火安全性分析

自1959年起已发生了17起飞机燃油箱点燃事故,统计表明飞机燃油箱点燃事故是对飞机运行安全性影响最大的灾难性事件之一,始终受到航空安全领域高度关注.针对此类风险,FAA通过不断修正规章来满足飞机运行安全,但往往咨询通告形式的修订缺少系统化的分析.依据事故调查,主要影响燃油箱防火安全的原因有:电火花和电弧、电器加热效应、摩擦火花、平面热辐射.对飞机燃油箱防火安全功能设备进行风险量化,首先使用FMEA对各功能元件进行风险分析,找到与“风险状态”相关的失效模式;其次运用三元素法“风险状态”评估标准量化故障模式的风险优先数;最后根据元件的失效模式采用树图分析方法对影响燃油箱内、外点火源的功能元件进行管理.本文还对复合材料燃油箱的特殊失效模式进行初步分析,为飞机燃油箱防火安全的系统化分析提供方法.     

飞机乘员应急撤离可视化仿真方法研究

本文提出一种大型飞机应急撤离的三维可视化仿真方法。通过元胞自动机模型进行二维仿真,得到撤离路径,再结合数字化平台Delmia上建立的大型飞机客舱三维可视化仿真环境,进行飞机应急撤离的三维可视化仿真。通过仿真可以对飞机应急撤离的时间、撤离行为进行评估与分析。结果表明:该方法对于大型飞机总体初期方案设计中的应急撤离过程的评估和结构布局优化工作以及适航符合性研究具有周期短、费用低的优势,具有良好的工程应用价值。     

基于模糊灰色聚类和组合赋权法的飞机健康状态综合评估方法

针对目前飞机健康状态不易准确评估的难题,以飞机液压系统为具体研究对象,提出一种基于模糊灰色聚类和组合赋权相结合的健康状态综合评估新方法。首先,利用熵权法和层次分析法（AHP）分别计算并确定飞机液压系统各关键部件相关参数的权重,再通过组合赋权法将上述两种权重进行组合,得到具有主客观意义的组合权重。第二,采用灰色聚类法评估飞机液压系统各关键部件的健康状态。针对评估结果,由飞机液压系统各关键部件聚类系数创建飞机液压系统的健康评估模糊评判矩阵。然后依据该矩阵,采用熵权法和AHP分别求出各关键部件权重,并用组合赋权法进行组合。最终,采用模糊综合评判法评估飞机液压系统的健康状态。以某型飞机真实液压系统为例进行了试验验证,结果表明,所提出的基于模糊灰色聚类和组合赋权相结合的健康状态综合评估方法能够有效实现飞机液压系统健康评估的效能,具有很好的工程应用价值。     

DIMA架构下飞机全电刹车系统故障传播行为分析与评估

在DIMA平台开放性体系架构的背景下,飞机航电与机电等系统功能逐渐渗透融合,面向DIMA架构的全电刹车系统是未来飞机刹车系统的主流设计趋势,但目前尚未形成针对DIMA架构下全电刹车系统的故障传播行为分析与评估方法。针对上述问题,首先结合DIMA架构特征和全电刹车相关标准,分析面向DIMA架构下的全电刹车系统分层架构,在此基础上构建全电刹车系统任务-功能-资源层次模型。其次,考虑到DIMA平台资源共享的特点,结合系统层次模型开展系统耦合关联分析,引入Floyd算法计算间接耦合矩阵以及路由矩阵,通过构造失效严重程度矩阵量化系统关联耦合度,建立系统故障传播结构模型,综合考虑故障路径传播概率和系统边缘介数,构建DIMA架构下全电刹车系统故障传播强度模型,以识别系统故障传播关键路径,完成故障传播行为分析与评估。最后通过实例分析,以验证所提方法的正确性与合理性。     

复合材料机身壁板的纵向连接设计与失效分析

按照连接设计准则及机身压差载荷水平,开展了复合材料机身壁板的纵向连接设计研究。为提高壁板多钉连接结构分析精度及设计效率,发展了一种基于Fastener单元的钉群载荷计算方法,在此基础上结合单钉失效分析模型,提出了一种壁板多钉连接区的失效评估方法。首先,通过与试验数据对比,验证了采用Fastener单元求解钉群载荷的可行性;然后运用Fastener单元分析壁板连接结构的钉载分配;最后基于钉载分析结果,对局部危险区域采用单钉模型进行失效载荷计算并进而评估壁板连接区的失效载荷。本方法特别适用于快速、有效地校核多钉连接区的连接强度。     

基于故障树的飞机结冰探测系统安全性分析

飞机结冰探测系统对保障飞机安全飞行具有重要意义,而如何评估结冰探测系统满足安全性设计要求是飞机防护领域出现的新问题和新挑战。根据结冰探测系统设计方案,采用故障树分析方法,对结冰探测系统中主要功能进行了详细分析,重点详述了建树过程和简化方法。利用建立的故障树,对设计的方案进行定性分析和定量分析,通过定性分析得出飞机顶层设计需求,通过定量分析表明系统的设计可以满足失效概率的要求。