CN114493055B - 一种基于fta的飞机恶劣气候环境故障测试分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于FTA的飞机恶劣气候环境故障测试分析方法,属于飞机测试技术领域。包括以下步骤:S1、确定因恶劣气候环境引发的飞行事故为故障树顶事件;S2、对与气候因素相关事故及事故症候进行统计分析;S3、分析诱发飞机事故的恶劣气候因素集合及构建故障树;S4、构建飞机恶劣气候环境故障危险度模型;S5、预测恶劣气候因素对飞行安全性影响风险的重要度。本发明解决了现有技术缺乏对于飞机恶劣气候环境导致的故障分析方法,不利于整机气候环境实验室内飞机气候试验设计的问题,具有简单易操作、适用性强的优点。
Description
技术领域
本发明涉及飞机测试技术领域,具体是涉及一种基于FTA的飞机恶劣气候环境故障测试分析方法。
背景技术
飞机及其地面保障设备在服役过程中不可避免地要遭遇高温、高寒、湿热、降雨、降雪、降雾、冻雨、吹风、太阳辐射等恶劣气候条件,这些复杂的恶劣气候条件一方面会对飞机及其地面保障设备组成材料的物理或化学特性造成不利影响,致使其性能退化,功能受限,甚至威胁作战使能,另一方面这些恶劣气候会直接引起飞机使用功能失效,引起重大飞行事故。比如飞机在降雪、降雾、降雨等恶劣天气情况下起飞时,飞行员因能见度低操作失误造成飞机坠毁,军用运输机因遭遇冻雨而形成结冰,需要进行大面积融冰后才能起飞执行任务。
美国对沿海空军基地的一次故障调查表明,气候环境引起的故障占73%,其它因素引起的故障占27%。美国C-5“银河”军用运输机在高寒条件下存在副翼轴冻结、辅助动力装置(APU)和发动机无法启动、起落架移动缓慢且不同步、液压系统油液泄漏、环控系统能力不足等问题,而美国空军的其他机型也在使用过程中发现了不同程度的环境适应性问题。这些环境适应性问题威胁飞机正常使用。
我国由于此前没有可供飞机整机进行综合环境试验的实验室和试验模拟设备,因此飞机试飞前的综合环境适应性试验只能在外场等待适合的气象条件进行,使得试验周期长,费用大;本发明就是配合飞机强度研究所2019年建成的整机气候环境实验室,用于飞机实验室综合环境适应性试验设计,提出了一种基于恶劣气候环境的飞机故障分析方法。
目前关于飞机恶劣气候环境导致的故障分析方法的研究,未见到相关报道。本发明创建了飞机气候环境故障数学分析模型及故障树模型,研究了基于飞机气候因素相关事故/事故症候统计分析的飞机故障预测方法,可为实验室飞机气候环境适应性试验设计及试验验证的开展提供支撑。
发明内容
本发明解决的技术问题是:现有技术缺乏对于飞机恶劣气候环境导致的故障进行分析的方法,不利于整机气候环境实验室内飞机气候试验的设计,进而提供了一种基于FTA的飞机恶劣气候环境故障测试分析方法,从恶劣气候环境造成飞机损害程度对风险重要度进行分析。
为解决上述问题,本发明的技术方案如下:
一种基于FTA的飞机恶劣气候环境故障测试分析方法,包括以下步骤:
S1、确定因恶劣气候环境引发的飞行事故为故障树顶事件;
S2、对与气候因素相关事故及事故症候进行统计分析;
S3、分析诱发飞机事故的恶劣气候因素集合及构建故障树,具体包括以下步骤:
S3-1、进行布尔代数运算,求出造成故障树顶事件的最小割集作为基事件,
S3-2、将发生的故障原因分为受到恶劣气候环境直接影响的直接原因和受到恶劣气候环境间接影响的间接诱因,并将所述直接原因和间接诱因作为中间事件与故障树顶事件连接,所述中间事件连接有与其相关的基事件,得到完整的故障树;
S4、构建飞机恶劣气候环境故障危险度模型
S5、预测恶劣气候因素对飞行安全性影响风险的重要度。
进一步地,步骤S2具体包括:统计与国内外气候因素相关事故/事故数据并存入数据库,事故数据的来源为国内外飞行事故数据库。
进一步地,国内外飞行事故数据库包括:美国国家运输安全委员会(NTSB)、航空事故和事件数据系统(Aviation Accident and Incident Data System,AAIDS)、美国联邦航空局事故数据系统(Accident/Incident Data Systems,AIDS)。
更进一步地,步骤S3-1的布尔代数运算公式为:
优选地,步骤S4还包括:
其中,布尔逻辑函数中的与门函数为:
布尔逻辑函数中的或门函数为:
优选地,步骤S4还包括:
S4-2、恶劣气候因素引发事故严重程度分析
根据国内外飞行事故数据库内飞行事故数据分析各种恶劣气候因素引发的飞机损伤事件占全部飞机损伤事件的百分比,再将恶劣气候因素引发的飞行事故造成的损害程度分为大量损害、少量损害和破坏性损害三类并进行统计,统计公式如下:
优选地,步骤S4还包括:
S4-3、恶劣气候环境对飞机最大损害程度评估
优选地,步骤S5具体包括:通过研究基事件发生概率及基事件对飞机破坏程度占比,使用预测公式预测恶劣气候因素对飞行安全性影响风险的重要度。
进一步优选地,预测公式为:
本发明的有益效果是:
(1)本发明针对飞机环境适应性试验设计需求,统计分析恶劣气候环境引起的飞机事故/事故症候,建立了飞机恶劣气候环境故障FTA模型图,进行恶劣气候因素引起的飞机事故概率分析,及引起事故破坏程度分析,创造性地从恶劣气候环境造成飞机损害程度对风险重要度进行分析,提出了预测恶劣气候因素对飞行安全性影响风险的重要度分析方法,具有简单易懂的优点,为保障飞机恶劣气候环境下安全服役提供参考,为实验室飞机气候环境适应性试验设计及试验验证的开展奠定基础;
(2)本发明以国内外飞行事故数据库内飞行事故数据为基础,使得飞机恶劣气候环境故障与环境因素映射关系真实可信,首次以恶劣气候环境因素作为基事件研究飞机飞行事故/事故症候,根据恶劣气候造成飞机的最大损害程度进行风险重要度分析,更大程度地预防飞机恶劣气候环境事故发生,分析方法简单易操作、适用性强。
附图说明
图1是实施例1、实施例2的方法流程图;
图2是实施例2中步骤S4的流程图;
图3是实施例1、实施例2、实施例3中故障树结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义,“多种”一般包含至少两种。
应当理解,尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述……,但这些……不应限于这些术语。这些术语仅用来将……区分开。例如,在不脱离本发明实施例范围的情况下,第一……也可以被称为第二……,类似地,第二……也可以被称为第一……。
实施例1
本实施例为一种基于FTA的飞机恶劣气候环境故障测试分析方法,如图1所示,包括以下步骤:
S1、确定因恶劣气候环境引发的飞行事故为故障树顶事件;
S2、对与气候因素相关事故及事故症候进行统计分析,统计与国内外气候因素相关事故、事故数据并存入数据库,事故数据的来源为国内外飞行事故数据库,国内外飞行事故数据库包括:美国国家运输安全委员会(NTSB)、航空事故和事件数据系统(AviationAccident and Incident Data System,AAIDS)、美国联邦航空局事故数据系统(Accident/Incident Data Systems,AIDS);
S3、分析诱发飞机事故的恶劣气候因素集合及构建故障树,具体包括以下步骤:
S3-1、进行布尔代数运算,求出造成故障树顶事件的最小割集作为基事件,布尔代数运算公式为:
表1 飞机恶劣气候条件下独立基事件对应表
S3-2、将发生的故障原因分为受到恶劣气候环境直接影响的直接原因和受到恶劣气候环境间接影响的间接诱因,并将所述直接原因和间接诱因作为中间事件与故障树顶事件连接,所述中间事件连接有与其相关的基事件,得到完整的故障树,故障树结构如图3所示;
S4、构建飞机恶劣气候环境故障危险度模型
S5、预测恶劣气候因素对飞行安全性影响风险的重要度。
实施例2
本实施例为一种基于FTA的飞机恶劣气候环境故障测试分析方法,如图1所示,包括以下步骤:
S1、确定因恶劣气候环境引发的飞行事故为故障树顶事件;
S2、对与气候因素相关事故及事故症候进行统计分析,统计与国内外气候因素相关事故、事故数据并存入数据库,事故数据的来源为国内外飞行事故数据库,国内外飞行事故数据库包括:美国国家运输安全委员会(NTSB)、航空事故和事件数据系统(AviationAccident and Incident Data System,AAIDS)、美国联邦航空局事故数据系统(Accident/Incident Data Systems,AIDS);
S3、分析诱发飞机事故的恶劣气候因素集合及构建故障树,具体包括以下步骤:
S3-1、进行布尔代数运算,求出造成故障树顶事件的最小割集作为基事件,布尔代数运算公式为:
S3-2、将发生的故障原因分为受到恶劣气候环境直接影响的直接原因和受到恶劣气候环境间接影响的间接诱因,并将所述直接原因和间接诱因作为中间事件与故障树顶事件连接,所述中间事件连接有与其相关的基事件,得到完整的故障树,故障树结构如图3所示;
S4、构建飞机恶劣气候环境故障危险度模型
如图2所示,步骤S4具体包括以下步骤:
S4-1、气候因素引起飞行事故数量占比分析
其中,布尔逻辑函数中的与门函数为:
布尔逻辑函数中的或门函数为:
基于数据库,在1988年至2018年30年间发生的7329起因恶劣天气类型引发的飞行事故/事件分天气类型的飞机损坏程度数量统计,在全部的受恶劣天气因素影响导致的飞行事故中,恶劣天气作为直接因素和间接因素的占比如表2所示:
表2 恶劣天气作为直接因素和间接因素的占比
由表2可知,对于降雪、降雨、低温、侧风、结冰来说,受这几类恶劣天气因素影响造成的飞行事故中,绝大部分都是受到这几类恶劣天气的直接影响,影响的方式是通过对飞机系统破坏从而导致飞行事故的发生。
而对于降雾来说,受这类恶劣天气因素影响而导致的飞行事故中,降雾天气充当间接诱因,方式是能见度低从而致使飞行环境恶化进而导致飞行事故,
S4-2、恶劣气候因素引发事故严重程度分析
根据国内外飞行事故数据库内飞行事故数据分析各种恶劣气候因素引发的飞机损伤事件占全部飞机损伤事件的百分比,再将恶劣气候因素引发的飞行事故造成的损害程度分为大量损害、少量损害和破坏性损害三类并进行统计,统计公式如下:
统计结果表明飞行事故在受恶劣天气影响而发生的飞机飞行事故中绝大部分飞机都受到了不同程度的损害,其占比为98%,在这些事故/事件,最为常见的受损程度为飞机受到大量损害(substantial),其占比为52%,其次为飞机受到少量损害(minor)和飞机受到破坏性的损害(destroyed),飞机受到少量损害(minor)和飞机受到破坏性的损害(destroyed)的占比分别为35%和11%。这说明恶劣天气如果对飞机飞行造成事故,对于飞机的危害程度还是非常严重的。
统计计算得到对飞机造成破坏性损坏事故中不同恶劣天气类型占比见表3。
表3 对飞机造成破坏性损坏事故中不同恶劣天气类型占比
S4-3、恶劣气候环境对飞机最大损害程度评估
表4 恶劣气候对飞机飞行最大危险度数值表
S5、预测恶劣气候因素对飞行安全性影响风险的重要度。
实施例3
本实施例为一种基于FTA的飞机恶劣气候环境故障测试分析方法,包括以下步骤:
S1、确定因恶劣气候环境引发的飞行事故为故障树顶事件;
S2、对与气候因素相关事故及事故症候进行统计分析,统计与国内外气候因素相关事故、事故数据并存入数据库,事故数据的来源为国内外飞行事故数据库,国内外飞行事故数据库包括:美国国家运输安全委员会(NTSB)、航空事故和事件数据系统(AviationAccident and Incident Data System,AAIDS)、美国联邦航空局事故数据系统(Accident/Incident Data Systems,AIDS);
S3、分析诱发飞机事故的恶劣气候因素集合及构建故障树,具体包括以下步骤:
S3-1、进行布尔代数运算,求出造成故障树顶事件的最小割集作为基事件,布尔代数运算公式为:
S3-2、将发生的故障原因分为受到恶劣气候环境直接影响的直接原因和受到恶劣气候环境间接影响的间接诱因,并将所述直接原因和间接诱因作为中间事件与故障树顶事件连接,所述中间事件连接有与其相关的基事件,得到完整的故障树,故障树结构如图3所示;
S4、构建飞机恶劣气候环境故障危险度模型
如图2所示,步骤S4具体包括以下步骤:
S4-1、气候因素引起飞行事故数量占比分析
其中,布尔逻辑函数中的与门函数为:
布尔逻辑函数中的或门函数为:
基于数据库,在1988年至2018年30年间发生的7329起因恶劣天气类型引发的飞行事故/事件分天气类型的飞机损坏程度数量统计,在全部的受恶劣天气因素影响导致的飞行事故中,恶劣天气作为直接因素和间接因素的占比如表2所示,
由表2可知,对于降雪、降雨、低温、侧风、结冰来说,受这几类恶劣天气因素影响造成的飞行事故中,绝大部分都是受到这几类恶劣天气的直接影响,影响的方式是通过对飞机系统破坏从而导致飞行事故的发生。
而对于降雾来说,受这类恶劣天气因素影响而导致的飞行事故中,降雾天气充当间接诱因,方式是能见度低从而致使飞行环境恶化进而导致飞行事故,
S4-2、恶劣气候因素引发事故严重程度分析
根据国内外飞行事故数据库内飞行事故数据分析各种恶劣气候因素引发的飞机损伤事件占全部飞机损伤事件的百分比,再将恶劣气候因素引发的飞行事故造成的损害程度分为大量损害、少量损害和破坏性损害三类并进行统计,统计公式如下:
统计结果表明飞行事故在受恶劣天气影响而发生的飞机飞行事故中绝大部分飞机都受到了不同程度的损害,其占比为98%,在这些事故/事件,最为常见的受损程度为飞机受到大量损害(substantial),其占比为52%,其次为飞机受到少量损害(minor)和飞机受到破坏性的损害(destroyed),飞机受到少量损害(minor)和飞机受到破坏性的损害(destroyed)的占比分别为35%和11%。这说明恶劣天气如果对飞机飞行造成事故,对于飞机的危害程度还是非常严重的,
统计计算得到对飞机造成破坏性损坏事故中不同恶劣天气类型占比见表3,
S4-3、恶劣气候环境对飞机最大损害程度评估
S5、预测恶劣气候因素对飞行安全性影响风险的重要度
通过研究基事件发生概率及基事件对飞机破坏程度占比,使用预测公式预测恶劣气候因素对飞行安全性影响风险的重要度,预测公式为:
根据上式计算得到恶劣气候因素对飞行安全性影响风险重要度见表5。
表5 恶劣气候因素对飞行安全性影响风险重要度
Claims (3)
1.一种基于FTA的飞机恶劣气候环境故障测试分析方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、确定因恶劣气候环境引发的飞行事故为故障树顶事件;
S2、对与气候因素相关事故及事故症候进行统计分析;
S3、分析诱发飞机事故的恶劣气候因素集合及构建故障树,具体包括以下步骤:
S3-1、进行布尔代数运算,求出造成故障树顶事件的最小割集作为基事件,布尔代数运算公式为:
S3-2、将发生的故障原因分为受到恶劣气候环境直接影响的直接原因和受到恶劣气候环境间接影响的间接诱因,并将所述直接原因和间接诱因作为中间事件与故障树顶事件连接,所述中间事件连接有与其相关的基事件,得到完整的故障树;
S4、构建飞机恶劣气候环境故障危险度模型
S4-1、气候因素引起飞行事故数量占比分析
其中,布尔逻辑函数中的与门函数为:
布尔逻辑函数中的或门函数为:
S4-2、恶劣气候因素引发事故严重程度分析
根据国内外飞行事故数据库内飞行事故数据分析各种恶劣气候因素引发的飞机损伤事件占全部飞机损伤事件的百分比,再将恶劣气候因素引发的飞行事故造成的损害程度分为大量损害、少量损害和破坏性损害三类并进行统计,统计公式如下:
S4-3、恶劣气候环境对飞机最大损害程度评估
S5、预测恶劣气候因素对飞行安全性影响风险的重要度
通过研究基事件发生概率及基事件对飞机破坏程度占比,使用预测公式预测恶劣气候因素对飞行安全性影响风险的重要度,预测公式为:
2.如权利要求1所述的一种基于FTA的飞机恶劣气候环境故障测试分析方法,其特征在于,所述步骤S2具体包括:统计与国内外气候因素相关事故的事故数据并存入数据库,所述事故数据的来源为国内外飞行事故数据库。
3.如权利要求2所述的一种基于FTA的飞机恶劣气候环境故障测试分析方法,其特征在于,所述国内外飞行事故数据库包括:美国国家运输安全委员会、航空事故和事件数据系统、美国联邦航空局事故数据系统。
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2022
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