多因素耦合复杂飞行情形风险定量评估方法

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaMar252013V01．34No．3509．516ISSN1000．6893ON11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．eduCRhkxb@buaa．eduCR多因素耦合复杂飞行情形风险定量评估方法刘东亮，徐浩军。，张久星空军工程大学航空航天Z-程学院，陕西西安710038摘要：多不利因素耦合诱发飞行事故具有隐蔽性强、因素关联复杂及状态“不可逆”性等特点，对其进行定量建模及风险评估研究难度较大。为此建立了典型装备故障和恶劣环境两类

2、不利因素的定量数学模型。基于飞机六自由度全量运动方程、不利因素数学模型和人在环的操纵方式，应用MATLAB／Simulink、C语言和Flightgear软件开发了用于多因素耦合飞行情形研究的虚拟试飞安全性分析系统。建立了基于改进粒子群算法的极值分布风险评估模型，通过广义极值分布参数优化自动找到最为符合的极值分布模型。提出了随机自适应进化粒子群优化算法(RAE-PSO)对拟合过程进行优化，提高了评估精度和收敛速度。建立了多因素耦合复杂飞行情形的综合评估模型，以GJB626A一2006中的试飞风险科目为例进行风险评估与结果

3、分析，验证了方法的可行性和有效性。关键词：飞行安全；虚拟试飞；建模与仿真；多因素耦合；粒子群算法；风险评估中图分类号：V328文献标识码：A文章编号：1000—6893(2013)03—0509—08现代航空技术的发展使得飞机在结构层面和功能层面逐渐复杂化[1]，复杂系统的单一不利因素有可能触发与其他因素的耦合，进而导致系统层面的崩溃。国际上曾对全世界飞行事故进行统计[2一，表明92％的事故是由多个因子导致，平均每个事故有4．39个基元事件，多的可达20个。当前，这种多因素耦合诱发的飞行事故在事故总比重中呈上升趋势，且由

4、于其具有隐蔽性强、因素关联复杂以及“不可逆”性等特点，已逐渐得到国内外广泛重视，是飞机安全性研究的难点问题。欧美等科学家口。31经大量研究认为：事故的发生通常是由偶然的、耦合作用的不安全基元事件累积导致的。为此，他们开发了面向多因素耦合事故预防的安全性／适航性评估软件VATES，并成功应用于美国、俄罗斯等国的17个飞行器设计部门，23种飞行器的研制中。文献[4]对飞行安全关键系统在故障等多不利因素影响下的分析、仿真和实验方法进行了研究，所得结论具有重要参考价值。近年来，国内逐步重视对多因素耦合复杂飞行情形的研究，Li和Z

5、haoL50提出了一种基于Petri网的多因素耦合事件链模型，冯蕴雯等邙]以波音747飞机的重大空难为案例，提出了截断事故链中关键链的概念与方法。然而，现有文献中应用复杂系统建模与仿真方法研究多因素耦合飞行事故机理的文章仍不多见。本文基于人机环复杂系统仿真对多因素耦合复杂飞行情形的风险定量评估方法进行研究，以期为复杂飞行情形下的飞行安全保障提供理论支撑。1不利因素数学模型1．1装备故障模型重点对液压系统和飞行控制系统典型故障进行建模。基于AMESimE73软件对液压系统故障收稿日期：2012—06—18；退修日期：201

6、2—08—12；录用日期：2012—11—28；网络出版时间：2012—12·1214：39网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929V．201212121439．001．htmI基金项目：国家自然科学基金(60572172，61074007)*通讯作者．Tel：029—84787637E—mail：xuhaojun@xjtuedu．on礅角格武ILluDL．XuHJ．ZhangJX．Quantitativeriskevaluationmethodsformulti-factorcou

7、plingcomplexflightsituations．ActaAeronaufi—caetAstronauticaSinica，2012，34(3)：509．516．列幕老，徐措争，璇久星多目素藕合复杂飞行待形用膛定量坪秽方法航空学掇，2012，34(3)：509·516．航空学报建模凹3进行研究，参考典型升降舵系统建立基于AMESim的升降舵仿真模型如图1所示。模型中传感器和执行器均为4余度，液压泵源采用主、副系统形式。图中：K，和K：为反馈系数；z为传感器所测舵机位移；厂(z)为反馈函数；P为液压泵源。图1升降舵

8、系统AMESim仿真模型Fig．1SimulationmodelofelevatorsystembyAMESim建立液压泵源故障模型：fP。￡￡。+☆式中：户。为液压泵工作压力；P。为正常工作压力；t。为故障时间；t，为故障持续时间。通过泵源