复合材料层压板的安全系数与可靠度

1.引言 在飞机结构设计中考虑到载荷的特性、材料的特性、设计和制造中的不确定性等因素,通常用一个笼统的安全系数来概括。安全系数可有不同的定义,在飞机结构静强度设计中常用的安全系数f的定义是设计载荷(极限载荷)与使用载荷(限制载荷)之比。安全系数是一个设计系数,它提供了一种保证,使得飞机结构在使用载荷作用下不会产生永     

复合材料结构设计的使用安全系数

 飞机结构设计使用安全系数的研究已有50多年的历史。虽然美国在1934年以后定安全系数为1.5,各发达国家也都先后统一为1.5,但由于航空科技的发展,使用材料的变化,这个问题一直争论到现在。 本文从飞机结构设计安全系数的发展历史及其变化根据出发,阐述其选用的原则,并结合当前碳纤维增强树脂基复合材料在航空结构上的应用情况,提出安全系数选用的一些分析和看法。     

运输类飞机结构设计安全系数的探讨

中国民用航空规章运输类飞机适航标准25.303要求采用1.5的安全系数,该要求同其他相关适航条款,例如25.307"结构符合性的证明"、25.603"材料"、25.605"制造方法"、25.613"材料的强度性能和材料的设计值"等,共同保证了飞机结构的高可靠性。理论上,当材料、载荷、分析等方面的不确定性降低,采用低于1.5的安全系数可以保证结构具有同等的高可靠性;另一方面,当材料、载荷、分析等方面的不确定性大于目前适航规章所允许的水平,通过采用大于1.5的安全系数也可以保证结构具有等同的高可靠性。为了在民用运输类飞机的适航取证/审定过程中,在保证结构可靠性的前提下,能够根据具体情况适当调整结构安全系数,在综合研究中国民用航空规章第25部《运输类飞机适航标准》相关条款内在联系的基础上,探讨了载荷、材料性能、分析方法等不确定性对飞机结构安全系数的贡献。研究结果表明,目前1.5的飞机结构安全系数,用于考虑载荷、材料性能、分析方法等不确定性的系数分量分别为1.2、1.12、1.116.     

系统安全性评估中飞行机组人为因素的分析方法

随着飞机系统日益高度综合复杂和自动化水平逐渐提高,飞行员在应对失效或应急情况时往往准备不足,纠正动作可能是不正确、不及时或不完整的,因此系统安全性评估中迫切需要考虑飞行机组人为因素问题。通过分析CCAR25.1309（b）和（c）条款的要求和飞行机组对失效的处理过程,基于功能危险性评估中的失效状态,提出人为因素需求的捕获方法和人为因素分析方法;通过在型号中应用这些方法,从失效状态向告警和程序的角度实现安全性正向设计,建立安全性评估中飞行机组人为因素的完整适航符合性证据链。结果表明：本文提出的方法可有效表明对CCAR25.1309（b）和（c）条款中人为因素相关的适航符合性。     

飞机复合材料结构安全系数确定方法研究

安全系数的确定需要考虑载荷和强度的分散性、材料属性、制造工艺的缺陷和误差等,载荷和强度是两个主要方面,因为它们是最基本的设计数据。目前普遍采用的安全系数值为1.5,是个常数。介绍了安全系数的概念,阐述了安全系数评估流程,并采用基于失效概率的方法来评估飞机复合材料结构安全系数的取值,对影响安全系数取值的因素,包括外载荷、冲击能量、剩余强度等变量,进行了统计分析,介绍了损伤漏检概率计算方法,给出了失效概率计算流程及安全系数评估流程。     

手册对航空安全影响的初探

航空安全受到国际民航组织、各国政府及广大乘客的高度重视。随着科技的进步、航空技术的发展以及新技术新材料的应用,飞机自身和运行环境、软硬件的安全性、可靠性和经济性都日趋提高,但在解决由人为因素导致的事故方面进展缓慢,使得近20年来由于人为因素导致的飞行事故率仍居高不下。国内外对人为因素进行了大量的研究和分析,但是基于飞机手册原因造成飞行事故的研究和分析较少。拟从人为因素角度,通过对大量与手册有关的航空事故分类及对事故调查进行总结和分析,讨论手册对航空安全的影响,对手册在编制阶段的工作提出了相应的启示,旨在进一步提高手册的实用性以确保航空运营的安全。     

莱格赛 450/500 中型双发涡扇公务机

航空安全受到国际民航组织、各国政府及广大乘客的高度重视。随着科技的进步、航空技术的发展以及新技术新材料的应用,飞机自身和运行环境、软硬件的安全性、可靠性和经济性都日趋提高,但在解决由人为因素导致的事故方面进展缓慢,使得近20年来由于人为因素导致的飞行事故率仍居高不下。国内外对人为因素进行了大量的研究和分析,但是基于飞机手册原因造成飞行事故的研究和分析较少。拟从人为因素角度,通过对大量与手册有关的航空事故分类及对事故调查进行总结和分析,讨论手册对航空安全的影响,对手册在编制阶段的工作提出了相应的启示,旨在进一步提高手册的实用性以确保航空运营的安全。     

无人战斗机结构安全系数的确定

综述了飞机结构安全系数的概念形成和演化过程以及影响因索，探讨了无人战斗机的结构低安全系数静强度设计可行性；提出了无人战斗机的不同结构材料和不同结构部位对应低安全系数的取值原则。     

可靠性分析在航空复合材料结构上的应用及展望

基于概率统计的可靠性分析研究对于航空复合材料结构有着重要的意义,一是航空结构尤其是民航结构的安全性要求极高,需要尽可能地预测或判断发生故障的可能性;二是复合材料的变异因素较多,采用传统设计导致折减系数较高。目前复合材料结构设计仍以安全系数的方法来保证结构的可靠性,在此过程中并不进行正式的风险评估,而基于概率的可靠性分析则设定一个可靠性目标来代替安全系数,但它需更成熟的概率统计方法以及大量的样本数据,所以只能作为传统结构设计的补充,在安全裕度不足时进行风险预测。论述了航空复合材料可靠性概率分析的历史演变、意义、主要理论方法以及一般步骤等内容,同时对复合材料结构的可靠性分析的未来进行了展望,为复合材料可靠性分析的发展和研究提供一定的参考。     

航空零部件的拆换规律与可靠性规律的关系

由于航空安全的需要，飞机排故时产生的误换件必须经过测试验证才可重新安装到飞机上使用，这样就增加了航空公司的维修成本和航材需求。通过对航空零部件拆换规律与可靠性规律的关系进行分析，可以发现它们之间的异同点并作进一步分析，找出原因。根据这些分析对航空维修和维修管理的决策提供支持，减少误换件，以达到降低维修成本、减少航材资金占用、提高公司经济效益的目的。     

基于DDA的强度折减法求土坡安全系数

介绍了非连续变形分析(DDA)方法和强度折减法的基本理论,提出了基于DDA的强度折减法求土坡安全系数的方法。分析了在计算连续介质时块体的划分方法,提出应预先根据费伦纽斯经验方法假定土坡潜在滑动面的位置和形状,依据强度折减法,分别求出各条滑动面在失稳破坏时的折减系数,即为此条滑动面的安全系数。然后绘曲线找出最小值,即为土坡的稳定安全系数。提出了DDA法判定土坡失稳破坏的标准,通过算例证明了此法在计算土坡稳定安全系数时的可行性,所得到的安全系数较其他几种方法偏小。     

考虑材料性能分散性的航空发动机结构安全系数确定方法

针对材料性能分散性与航空发动机关重件可靠性之间关系的定量表征问题,结合正态分布和威布尔分布参数特点,研究了不同变异系数和形状参数条件下累积失效概率与安全系数确定方法,获取了材料性能分散性对结构可靠性的影响,给出了不同分散性条件下的安全系数。数值计算结果表明:结构设计选材应充分考虑材料性能分散性的影响;对于分散性较大的材料,单纯增大安全系数并不能保证结构具有足够的可靠性裕度,应采取措施有效降低材料性能分散性,才能从根本上控制结构失效概率水平。     

IMA平台重构中的人素和安全性研究

综合模块化航空电子(IMA)是一种建立在分布式计算环境之下的可以实现软硬件分离的架构,它可实现硬件模块应用的动态软件分配。即,IMA系统可以根据功能性和资源可用性来选择不同的配置。本文主要关注了IMA重构中涉及到的安全性及人素问题。解析了重构的过程以及人素与自动化方面的技术。事实证明,某些情况下安全有效的配置需要具备故障识别、安全要求、任务调度及资源分配限制以外的知识。并且平台的安全性设计还取决于人机系统是否实现了最佳结合。     

飞航导弹飞行包络影响因素分析

飞航导弹飞行包络确定是保障导弹飞行安全的重要基础。本文根据飞航导弹飞行过程,分析了飞行过程中的主要误差,并分别建立了飞航导弹航向和纵向飞行包络的误差模型,确立了各飞行阶段飞行包络半径大小计算方法,为飞航导弹的飞行安全研究提供了基础。     

Sensitivity Analysis for Safety Design Verification of General Aviation Reciprocating Aircraft Engine

This paper presents an application of global sensitivity analysis for system safety analysis of reciprocating aircraft engine. Compared with local sensitivity analysis results, global sensitivity analysis could provide more information on parameter interactions, which are significant in complex system safety analysis. First, a deterministic aviation reciprocating engine thermodynamics model is developed and parameters of interest are defined as random variables. Then, samples are generated by Monte Carlo method for the parameters used in engine model on the basis of definition of factor distribution. Eventually, results from engine model are generated and importance indices are calculated. Based on the analysis results, design is improved to satisfy the airworthiness requirements. The results reveal that by using global sensitivity analysis, the parameters could be ranked with respect to their importance, including first order indices and total sensitivity indices. By reducing the uncertainty of parameters and adjusting the range of inputs, safety criteria would be satisfied.     

基于任务的舰载机驾驶舱人为因素适航评估方法研究

军用飞机飞行安全的主要影响因素由技术因素向人为因素转变,特别针对舰载机的起降模式、飞行条件和视觉环境等特殊情景下,减少舰载机驾驶舱人为因素导致的飞行事故,对确保完成规定的飞行和作战任务,提高舰载机飞行安全水平具有重要意义。结合舰载机特点,通过对人为因素适航标准包括美军标、国标、国 军标、SAE等标准的分析,提出舰载机驾驶舱人为因素适航设计准则;根据飞机研制阶段的特点,提出基于任务的舰载机驾驶舱人为因素评估方法。该方法可为舰载机驾驶舱人为因素适航评估提供思路和方法。     

A Hazard Analysis-based Approach to Improve the Landing Safety of a BWB Remotely Piloted Vehicle

The BUAA-BWB remotely piloted vehicle (RPV) designed by our research team encountered an unexpected landing safety problem in flight tests. It has obviously affected further research project for blended-wing-body (BWB) aircraft configuration characteristics. Searching for a safety improvement is an urgent requirement in the development work of the RPV. In view of the vehicle characteristics, a new systemic method called system-theoretic process analysis (STPA) has been tentatively applied to the hazardous factor analysis of the RPV flight test. An uncontrolled system behavior "path sagging phenomenon" is identified by implementing a three degrees of freedom simulation based on wind tunnel test data and establishing landing safety system dynamics archetype. To obtain higher safety design effectiveness and considering safety design precedence, a longitudinal "belly-flap" control surface is innovatively introduced and designed to eliminate hazards in landing. Finally, flight tests show that the unsafe factor has been correctly identified and the landing safety has been efficiently improved.     

航空活塞发动机机体疲劳优化设计方法

机体可靠性差是航空活塞发动机适航取证过程中的技术难题。以某型发动机下机体为研究对象,通 过模型仿真得到机体的瞬态载荷曲线并进行拟合,按实际安装对其进行约束,采用 Goodman方法进行高周疲 劳分析,计算机体疲劳安全系数;提出一种分离式主轴盖的设计方法,优化下机体结构,在相同载荷的条件进行 对比分析;采用威布尔数学模型对机体可靠性指标进行计算验证,并对优化后的机体进行耐久测试。结果表 明:下机体疲劳安全系数、整机寿命、可靠性大幅提升,该设计方法对提高类似结构可靠性有一定的借鉴意义。     

Millimeter wave safety warning system for in-vehicle signing

Georgia Tech Research Institute (GTRI) has developed a millimeter wave safety warning system for in-vehicle signing for use in the nation's Intelligent Transportation System (ITS, formerly IVHS). The Safety Warning System TU (SWS) utilizes a homodyne radar that operates at 24.1 GHz as both a radar and a system to transmit highway safety messages. The warning message is received by a police radar detector or stand-alone safety warning receiver without radar detector capability. When the message is received, it is displayed to the driver via an alphanumeric light emitting diode (LED) display. The message can also be announced by a voice synthesizer internal to the receiver or by a flashing LED labeled “SWS.” The system is designed to inform the driver that he or she is being overtaken by a police car or emergency vehicle in motion. When the police car or emergency vehicle stops, the radar transmitter senses that the platform is no longer moving and the system automatically changes its message to warn approaching drivers of a stationary hazard ahead. A second safety warning transmitter deployment concept is to mount the unit near the highway at a fixed location. The fixed location SWS is designed to be programmable and transmit any one of 64 fixed text messages     

宾馆火灾风险评估初探

在分析宾馆火灾发生原因的基础上,建立了宾馆火灾危险性、火灾损失评估因素集,并运用模糊评价法对宾馆的火灾安全进行风险性和损失评价,通过评价得出建筑物所属的安全等级,从而为宾馆实施安全管理提供方向和依据。该方法的建立可用于保险公司对投保建筑的鉴别与筛选,同时也可使管理者根据该评估方法及时采取防火安全措施,以降低火灾危险性,减少火灾损失。