飞行安全理论与分析 9787030552655

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《飞行安全理论与分析》由科学出版社出版。

目录

前言
第一篇人为因素对飞行安全的影响
第1章航空系统中人为因素综述3
1.1人为因素的定义5
1.2人为因素的分类5
1.2.1人员分类5
1.2.2因素分类6
1.3飞行中人的因素的性质及相关学科7
1.3.1飞行中人的因素的学科组成7
1.3.2飞行中人的因素的性质9
1.4典型人因失误事故模型9
1.4.1瑟利模型9
1.4.2威格里斯沃斯模型12
1.4.3变化—失误模型12
1.4.4SHEL模型14
1.5人为因素造成飞行事故统计分析16
1.5.1基于人为因素的民航飞行事故原因统计16
1.5.2基于人为因素的事故征候分析21
第2章飞行机组人员差错对飞行安全的影响及预防措施24
2.1典型飞行机组人员差错24
2.2驾驶员对飞行安全的影响25
2.2.1驾驶员的生理状况对飞行安全的影响25
2.2.2驾驶员的其他状况对飞行安全的影响32
2.2.3驾驶员团队合作意识对飞行安全的影响33
2.3驾驶员模型35
2.3.1驾驶员的操纵行为36
2.3.2ANN驾驶员模型40
2.3.3航线飞行的驾驶员操纵模型44
2.3.4着陆下滑阶段的驾驶员操纵模型44
2.3.5不利因素出现后特殊情况驾驶员操纵模型46
2.3.6驾驶员滞后失误时间模型48
2.3.7驾驶员反操纵失误模型49
2.3.8驾驶员目测高/低模型49
2.4飞行机组人员在预防飞行事故方面的主要措施49
2.4.1提高空勤组安全性的工作重点50
2.4.2在学习飞行中应模拟的内容50
第3章地面维护保障人员差错对飞行安全影响及预防措施51
3.1地面维护保障人员及其典型差错分析51
3.2机务人员维修差错的原因52
3.2.1维修人员意识水平的影响52
3.2.2自然环境对人的影响53
3.2.3航空人员自身素质的影响54
3.3维修人员失误结构模型54
3.4地面维护人员维修差错对飞行安全的影响56
3.5维修人员培训大纲56
3.6地面维护保障人员在预防飞行事故方面的主要措施57
第4章管理人员差错影响飞行安全及预防措施59
4.1管理人员及其典型差错分析59
4.1.1空中交通管制人员59
4.1.2飞行工作组织人员61
4.1.3飞行工作管理人员61
4.2空管人员失误模型61
4.3管理人员失误对飞行安全的影响62
4.4管理人员在预防飞行事故方面的主要措施63
4.4.1机场技术保障63
4.4.2通信和无线电技术保障64
4.4.3气象保障和防鸟保障64
4.4.4医务保障65
第二篇装备故障对飞行安全的影响
第5章航空装备故障对飞行安全影响综述69
5.1研究意义69
5.2飞机系统的组成70
5.2.1民航飞机系统组成70
5.2.2……
第6章操纵系统与飞行安全73
6.1飞机操纵系统的发展历程与飞行安全73
6.1.1机械操纵系统73
6.1.2增稳系统与控制增稳系统75
6.1.3电传操纵系统77
6.2电传操纵系统及其典型故障建模分析79
6.3案例:某型飞机横向操纵系统故障对飞行安全的影响82
6.3.1横向操纵系统故障模型建立82
6.3.2横向操纵系统故障后的飞行风险评估84
6.4案例:某型飞机横向电传操纵系统安全性设计89
6.4.1飞机级功能危险分析90
6.4.2横向电传操纵系统安全性评估93
6.4.3共模故障分析102
第7章航空发动机故障对飞行安全的影响104
7.1航空发动机类型及其发展历程104
7.2航空发动机建模方法104
7.2.1推力等级预设法105
7.2.2燃油流量数学模型109
7.2.3高压转子转速N2数学模型110
7.2.4推力数学模型111
7.3航空发动机典型故障模型112
7.3.1航空发动机故障种类112
7.3.2航空发动机故障建模112
7.4航空发动机故障对飞行安全影响的建模116
第8章机载软件系统故障对飞行安全的影响118
8.1机载软件系统安全性的研究背景及意义118
8.2机载软件系统需求分析与分类119
8.2.1需求信息组织结构119
8.2.2非功能性需求分析123
8.2.3需求分类124
8.3机载软件系统安全性需求变更影响分析125
8.4安全性需求一致性分析129
8.5飞控软件虚拟试飞验证与安全性评估方法137
8.5.1飞控软件致灾机理分析138
8.5.2基于虚拟试飞的安全性测试与验证流程140
第三篇外部环境对飞行安全的影响
第9章外部环境对航空装备飞行安全影响综述145
9.1大气紊流145
9.2风切变与微下击暴流145
9.3结冰146
9.4尾流147
9.5其他环境148
9.5.1雷电148
9.5.2鸟撞150
第10章大气紊流对飞行安全的影响153
10.1大气紊流基本概念和假设153
10.2大气紊流速度的相关函数和频谱函数153
10.2.1大气紊流速度的相关函数153
10.2.2大气紊流速度的频谱函数155
10.2.3大气紊流速度的尺度和强度156
10.3大气紊流速度梯度的频谱函数158
10.4飞机对大气紊流的响应分析160
10.4.1大气紊流速度场的线化160
10.4.2大气紊流速度的气动等价作用161
10.4.3飞机的运动方程和传递函数164
10.4.4飞机对大气紊流的响应特性计算168
10.5大气紊流的模拟174
10.5.1白噪声的滤波结果174
10.5.2大气紊流速度的模拟175
第11章风切变与微下击暴流对飞行安全的影响177
11.1风切变与微下击暴流基本概念177
11.2风切变与微下击暴流建模分析177
11.2.1工程化模型177
11.2.2单个风场模型178
11.2.3中心轴处的诱导速度计算180
11.2.4涡核内部的诱导速度计算180
11.2.5微下击暴流风场的不规则变换与风速叠加180
11.3风切变与微下击暴流对飞行安全的仿真分析181
11.4风切变保护措施183
11.4.1风切变判断依据183
11.4.2风切变的应对措施184
……
第12章结冰对飞行安全的影响186
第13章尾流对飞行安全的影响213
第四篇基于复杂系统仿真的飞行风险量化分析
第14章基于虚拟飞行仿真飞行事故再现方法225
第15章飞行安全分析与仿真模型236
第16章飞行风险评估方法260
第17章特殊气象条件下多因素耦合风险飞行科目定量评估方法289
第18章复杂飞行情形建模仿真在飞机系统安全性设计中的应用研究334
第五篇飞行安全边界保护方法
第19章机载限制系统的现状与任务359
第20章动力学系统状态向量分量限制边界自适应保护方法372
第21章飞行器操纵参数自适应限制算法383
第22章飞行器运动参数限制自适应保护方法396
第23章飞行器按轨迹程序脱离限制面的方法410
参考文献423

文摘

第一篇 人为因素对飞行安全的影响
第1章 航空系统中人为因素综述
现代航空系统是一个人-机(航空器)-环(环境)复杂系统,系统中飞行安全是永恒的主题。系统主要包括装备和人员两大部分,其中装备包括飞行器(飞机)、飞行保障需要的全套地面设备以及使用维护过程管理设备;人员包括从事飞行、维护和后勤保障工作的全体人员,通常将人员和装备称为人机组合系统。航空系统的总体质量是由装备质量和人员的能力水平,以及人机系统中各部分相互之间复杂的关系决定的。系统学观点认为,总系统的质量与其组成的各子系统的质量密切相关,它的质量可以通过分析各子系统以及它们之间的关系来确定。航空系统中各个子系统的各种性能与可靠性决定了该航空系统能否保证安全飞行。一般情况下航空系统又可分航空系统与民用航空系统两部分,民用航空系统的效能主要体现在“安全”与“经济”两个方面,而航空系统的效能主要体现在“安全”与“作战”两个方面。这两个分系统有共同之处:飞行安全。下面重点讨论航空系统。
航空系统的组成如图1.1所示。
图1.1 航空系统的组成
从飞行安全的保障角度来讲,航空系统具有如下特点:
(1) 有的宗旨——保证飞行的质量与安全;
(2) 系统拥有不同等级的组织机构,并且具有可管理性;
(3) 各子系统相互联系,这些子系统在各自的组织机构中需要和其他部门相互配合;
(4) 具有频繁的信息流;
(5) 具有自我组织的特点,即系统受到偶然因素作用时,具有靠自身状态的调节而使系统恢复稳定状态的能力。
从保障飞行安全的观点来看,航空系统可理解为在准备与完成飞行任务过程中相互配合的各子系统之总和(图1.2)。在这种情况下,系统中的每个子系统都具有复杂系统的特征,因此,分析时可以将每个子系统都视为包括航空装备、航空技术人员及标准化技术文件等的独立系统。
图1.2 航空系统的组织机构图
航空系统的中心环节是机组-飞机系统,该系统能够保证正确控制飞机飞行、完成预定的飞行任务。飞行员是航空系统的终端环节,在执行飞行任务时,飞行员能够感受到飞机结构、空中交通管制、规章制度、组织机构以及飞行保障等方面的缺点。研究航空系统组织机构中各子系统的相互关系,可以分析飞行事故的因果关系,因而能在各部门有效地开展飞行事故的预防性工作。
以往对飞行事故因果关系的分析得出以下结论:影响飞行安全的原因大致可以分为人的因素、机械因素和环境因素三类。统计资料表明,人为因素(human factors,HF)是导致飞行事故和事故征候的最主要原因。
从20世纪50年代到90年代,世界民航事故中人为因素由40%逐年增加到80%以上。尽管90年代初,航空运输业引进了更先进的驾驶舱,但人为因素造成的重大死亡事故仍占65%~80%。假设各类人员的操作错误和航空装备故障所造成的飞行事故总和为1,在飞机使用的1~2年里,60%~75%的飞行事故是由机械因素造成的;14年后只有15%~30%的飞行事故是由机械因素造成的,而70%~85%的飞行事故是由各类人员的操作错误造成的。根据中国民用航空局(简称民航总局)对我国民航1949~1999年二等以上的38起运输飞行事故的统计分析,这些事故的主要原因分布情况如表1.1所示。
表1.1 飞行事故产生原因
1.1 人为因素的定义
按照国际民航组织的建议(ICAO Circular 227-1986),飞行中人的因素(human factors in flight)可定义为:关于人的科学。其研究的范围涉及航空系统中人的一切表现,它常利用系统工程学框架,通过系统地运用人的科学知识,寻求人的好的表现。它的目的是相互关联的飞行安全和效益。
对于上述定义,可以从以下三个方面进行理解。
(1)飞行中人的因素是研究航空活动中人的表现的科学。在现代航空活动中,人、飞机、环境是构成航空系统的三个最主要的因素。无论航空器多么先进,自动化程度有多高,“人”始终都将是航空活动的主体。而飞行中人的因素的研究重心则正是侧重于航空活动中的人。
(2)系统工程学是人的因素分析问题、解决问题的常用工具和手段。系统工程学于20世纪40年代产生于美国,70年代初初步形成。它以系统为研究对象,用定量化的思想和方法来处理大型复杂系统的各种问题,最终目的是使系统的整体效益达到好的。由于飞行中人的因素的研究范围极其广泛,各种因素错综复杂地交织在一起,客观上构成了一个复杂的大型系统。要解决大型复杂系统的问题,必须借助于系统工程学的思想和方法。
(3)飞行中人的因素的最终目的是飞行安全和飞行效益。它通过研究与人构成界面的各个要素之间的相互关系、人自身的优势和局限,寻求各个要素(硬件、软件、环境以及其他人)与飞行员的好的匹配,使航空系统的整体效益达到好的。通过研究人的错误的性质、类型和来源,寻找预防与克服人的错误的措施,最终达到保障飞行安全、提高飞行效益的目的。
1.2 人为因素的分类
1.2.1 人员分类
依据相关人员部门职能对影响飞行安全的人员进行分类,可分为机组人员、维修人员、空中管制人员等。
1. 机组人员行为失误
根据国际民航飞行事故统计数据,1950~1990年,由于机组人员行为失误造成的飞机失事占事故总数的70%~77%。中国民用航空总局的统计数据表明,1995~2004年中国机组直接责任事故占事故总数的59.375%。可见,机组是导致民航事故和事故征候的主导因素。表1.2所示是比较典型的机组行为失误以及由此造成的后果。
表1.2 典型的机组行为失误以及由此造成的后果
2. 维修人员维修不当
1985年8月12日,日航波音747SR飞机的坠毁造成机上520人死亡,4人受伤。事故原因是,1978年6月对该机候补承压隔板发生的故障修理不当,引起候补承压隔板强度下降。1997年12月15日,塔吉克斯坦图-154包机,由于机型老化和维修不当,在空中爆炸,造成机上88人中87人死亡。
3. 空中管制人员失误
2006年,由巴西戈尔航空公司运行的一架国外注册的波音737飞机在飞越巴西亚马孙河丛林时与一架Embraer Legacy 600商用喷气机相撞,154人死亡。
1.2.2 因素分类
按因素分可分为三类,分别是技术因素、法规因素及资源管理。
1. 技术因素
技术因素主要指航空人员的技术,包括机组人员的操纵技术、维修人员的维修技术以及管理人员的职业技术水平。
ISBN9787030552655
出版社科学出版社
作者徐浩军
尺寸16