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民機(jī)試飛風(fēng)險評估方法研究

Research on Flight Test Risk Assessment Method of Civil Aircraft

劉超強(qiáng) / Liu Chaoqiang

(中國商飛民用飛機(jī)試飛中心，上海 200232)

(COMAC Flight Test Center，Shanghai 200232，China)

0引言

飛行試驗是一項技術(shù)性強(qiáng)、風(fēng)險大、周期長、投資大的綜合性系統(tǒng)工程[1]。試飛風(fēng)險評估是對試飛執(zhí)行過程中可能遇到的各種風(fēng)險進(jìn)行識別、分析和制定應(yīng)對措施的過程。試飛風(fēng)險評估是試飛實施和安全保障工作的基本前提，是降低試飛風(fēng)險，控制飛行安全的基礎(chǔ)。尤其對于飛機(jī)首飛、包線拓展、極限條件下性能操穩(wěn)特性試飛等試飛任務(wù)，試飛風(fēng)險很高，在試飛實施前必須進(jìn)行充分的安全風(fēng)險評估，識別潛在危險源，并制定相應(yīng)的風(fēng)險降低措施，規(guī)劃應(yīng)急處理措施等。當(dāng)前國內(nèi)對民用飛機(jī)的試飛，是在軍用飛機(jī)的風(fēng)險管控體系下開展風(fēng)險評估的，因而國內(nèi)尚缺乏民用飛機(jī)試飛科目風(fēng)險評估和控制管理的實踐經(jīng)驗，需要研究建立符合適航要求的民機(jī)風(fēng)險評估方法，與國際主流民機(jī)試飛機(jī)構(gòu)一致，彌補(bǔ)國內(nèi)試飛機(jī)構(gòu)在民機(jī)試飛風(fēng)險評估方面經(jīng)驗的不足。

1評估方法

1.1　試飛風(fēng)險概述

危險是一種能夠?qū)е路怯媱澔蚍瞧谕录?也就是人員傷害、設(shè)備或財產(chǎn)受損、資料損失或功能喪失等)的條件、事件或環(huán)境。風(fēng)險以事件的嚴(yán)重程度和發(fā)生概率對不期望事件的影響來表示。

試飛風(fēng)險一般分為以下四個等級[2]：(1)避免——飛行試驗或者飛行活動對于人員、設(shè)備或財產(chǎn)的風(fēng)險不可接受；(2)高——飛行試驗或者飛行活動對于人員、設(shè)備或財產(chǎn)具有顯著的風(fēng)險。這必須在各級進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)管；(3)中——飛行試驗或者飛行活動對于人員、設(shè)備或財產(chǎn)的風(fēng)險比正常運行要高，因此需要比常規(guī)監(jiān)管更嚴(yán)格的監(jiān)管；(4)低——飛行試驗或者飛行活動對于人員、設(shè)備或財產(chǎn)的風(fēng)險不比正常運行高。

1.2　風(fēng)險評估步驟

開展試飛風(fēng)險評估時，應(yīng)按照試飛內(nèi)容和方法進(jìn)行風(fēng)險評估。其主要步驟包括：識別試飛所有危險，對每項危險進(jìn)行風(fēng)險分析，確定危險發(fā)生的原因、危險產(chǎn)生的后果、風(fēng)險等級、風(fēng)險降低措施、應(yīng)急處理措施等內(nèi)容。主要步驟如圖1所示。

圖1　試飛風(fēng)險評估步驟

1.3　危險識別

試飛危險識別可按發(fā)生后果從以下方面開展：

(1)飛機(jī)或系統(tǒng)級功能失效或降級，如俯仰控制失效、雙發(fā)熄火等；

(2)飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)與外界物體的碰撞，如飛機(jī)尾部結(jié)構(gòu)擦地、鳥撞等；

(3)飛越飛機(jī)包線或限制條件，如失速、結(jié)構(gòu)載荷超限等；

(4)機(jī)組遭遇不利條件，如，缺氧、遭受煙霧等；

(5)飛機(jī)遭遇不利的外界環(huán)境，如遭遇冰雹、閃電、結(jié)冰等；

(6)飛機(jī)測試或改裝失效對飛機(jī)的影響，如失速改出傘無法正常打開。

1.4　風(fēng)險分析

試飛風(fēng)險分析包括：確定危險發(fā)生原因、可能產(chǎn)生的后果以及發(fā)生概率，并確定風(fēng)險等級。

1)危險發(fā)生的原因

從以下方面分析危險發(fā)生的原因：(1)飛機(jī)設(shè)計或構(gòu)型；(2)試驗方法原因，如特殊機(jī)動操作；(3)特殊環(huán)境(氣象、空域、機(jī)場條件等外界環(huán)境)；(4)測試改裝影響。

2)后果分析

后果包括4個方面：(1)對飛機(jī)的影響，指危險發(fā)生后對飛機(jī)的破壞程度；(2)對飛機(jī)功能、安全裕度的降低程度；(3)對機(jī)組的影響，指對機(jī)上人員的傷害程度；(4)對機(jī)組工作負(fù)擔(dān)的影響情況(如增加機(jī)組工作負(fù)擔(dān)的程度，減弱機(jī)組執(zhí)行預(yù)定任務(wù)能力的程度)。

為了確定危險后果的嚴(yán)重程度，應(yīng)使用定性分析與定量評估相結(jié)合的方式，確定危險的嚴(yán)重程度等級。嚴(yán)重程度由高到低分為如下五個等級[2-3]：(1)災(zāi)難性的——人員死亡和/或飛機(jī)損毀；(2)危險性的——會大幅降低安全裕度，給機(jī)組成員帶來嚴(yán)重傷害或者給飛機(jī)帶來顯著損壞；(3)重大的——會顯著降低安全裕度，給機(jī)組成員帶來輕微傷害或者給飛機(jī)帶來較小損壞；(4)較小的——對于機(jī)組人員或者飛機(jī)的安全沒有顯著影響，但會輕微地增加機(jī)組人員的工作負(fù)荷和/或降低安全；(5)對安全無影響的——指對安全方面沒有影響，不會比正常運行的安全性更低。

3)發(fā)生概率

危險發(fā)生概率評定應(yīng)使用定性分析或定量評估相結(jié)合的方式，結(jié)合實際的工程經(jīng)驗來估計該危險的發(fā)生概率等級。發(fā)生概率由高到低分為以下5個等級[2][3]：(1)經(jīng)常——經(jīng)常會發(fā)生；(2)可能——可能會發(fā)生；(3)偶然——不會頻繁發(fā)生；(4)不太可能——不太可能發(fā)生；(5)極不可能——極不可能發(fā)生。

1.5　風(fēng)險措施

通過風(fēng)險評估工作，給出降低風(fēng)險的適當(dāng)措施，措施應(yīng)考慮降低危險的發(fā)生概率和降低危險發(fā)生后果的嚴(yán)重程度兩方面。

1)風(fēng)險降低的方法

風(fēng)險降低方法應(yīng)從降低風(fēng)險發(fā)生概率及降低后果嚴(yán)重程度兩方面考慮?？蓞⒖家韵路矫嬷贫L(fēng)險降低措施：

(1)試驗方法輔助，因試驗內(nèi)容要求進(jìn)入危險狀態(tài)而設(shè)置的風(fēng)險降低措施。如使用防尾旋傘。

(2)設(shè)置限制條件，為防止試驗內(nèi)容、已知設(shè)計問題或飛機(jī)構(gòu)型狀態(tài)缺陷帶來安全風(fēng)險，而設(shè)置相應(yīng)的飛行限制條件。如設(shè)置安全高度。

(3)試驗環(huán)境條件，為防止特殊的環(huán)境條件影響飛行安全而進(jìn)行的輔助措施。

(4)測試改裝，為防止因測試改裝問題而造成的不安全，而進(jìn)行的措施。

(5)機(jī)組工作能力，防止因試飛機(jī)組工作量的增加而造成不安全的措施，如足夠的機(jī)組培訓(xùn)。

(6)在模擬器或試驗室等地進(jìn)行試驗，將各種危險情況進(jìn)行模擬，對風(fēng)險降低措施進(jìn)行演練。

(7)配置機(jī)組人員安全輔助設(shè)備。典型的機(jī)組人員安全輔助設(shè)備有：隨身設(shè)備(降落傘、頭盔、手套、氧氣)；駕駛艙安全帶、防松開設(shè)備；設(shè)置清晰的應(yīng)急出口標(biāo)志，確保通道無阻礙；消除危險突出物或尖銳的試驗支架邊緣等。

2)應(yīng)急處置程序

應(yīng)急處置程序是在危險發(fā)生時的最優(yōu)處理程序。制定應(yīng)急處置程序的基本原則如下：程序應(yīng)能使飛機(jī)恢復(fù)到正常狀態(tài)或脫離危險；操作步驟應(yīng)盡可能簡單、方便，語言描述應(yīng)清晰明了；所有危險均應(yīng)建立相應(yīng)的應(yīng)急處置程序；試驗前應(yīng)盡可能對應(yīng)急處置程序進(jìn)行驗證；應(yīng)對所有上機(jī)人員都應(yīng)進(jìn)行應(yīng)急處置程序培訓(xùn)；建立試驗放棄標(biāo)準(zhǔn)，并充分培訓(xùn)機(jī)組人員。

1.6　試飛風(fēng)險管理

為對試飛科目的風(fēng)險進(jìn)行有效控制，試飛機(jī)構(gòu)可通過以下方法開展試飛風(fēng)險管理，從試飛文件編制到實施過程進(jìn)行風(fēng)險全程管理。

在試飛風(fēng)險評估單編寫過程中，組織召開試飛科目風(fēng)險評估頭腦風(fēng)暴會，對試飛內(nèi)容進(jìn)行風(fēng)險詳細(xì)評估，并按照評估結(jié)果編寫試飛風(fēng)險評估單。

在試飛風(fēng)險評估單編寫完成后，應(yīng)由有經(jīng)驗的專家對試飛風(fēng)險評估單進(jìn)行評審，最終確定試飛科目風(fēng)險等級和風(fēng)險措施等。

在科目試飛實施前，應(yīng)根據(jù)飛機(jī)狀態(tài)評估科目實施的安全風(fēng)險是否已識別并可控，所有參試人員評估是否對試飛科目風(fēng)險存在異議；若評估認(rèn)為風(fēng)險不可控，不允許飛行實施。

科目飛行實施過程中，若試飛參與人員對試飛風(fēng)險評估的準(zhǔn)確性有異議，應(yīng)及時提出修改意見。

2試飛風(fēng)險評估案例

根據(jù)本文所提的試飛風(fēng)險評估方法，以下對民用飛機(jī)首飛的風(fēng)險進(jìn)行評估。評估發(fā)現(xiàn)一些多項必須注意的潛在危險。

2.1　飛機(jī)偏出/沖出跑道①

1)風(fēng)險發(fā)生概率為：偶然。

2)后果嚴(yán)重程度：飛機(jī)結(jié)構(gòu)重大損壞(災(zāi)難性的)。

3)發(fā)生原因：(1)飛機(jī)離地速度遠(yuǎn)高于預(yù)期，使飛機(jī)抬前輪后長時間未能離地；(2)失去航向控制，或滑行速度下航向操縱控制效率過低；(3)中斷起飛時剎車系統(tǒng)故障，或輪胎爆破。

4)風(fēng)險降低措施：(1)試驗前檢查起落架試驗數(shù)據(jù)，確保剎車和前輪轉(zhuǎn)彎控制功能正常；(2)盡量選擇可用的最長跑道；(3)通過多次高速滑行試驗檢查航向操縱控制效率；(4)試驗在硬質(zhì)干跑道上執(zhí)行；(5)選擇在陽光非直射飛行員眼睛的跑道方向滑行起飛。

5)應(yīng)急處置程序：制定飛機(jī)沖出跑道應(yīng)急預(yù)案并按預(yù)案執(zhí)行。

2.2　低高度失速②

1)風(fēng)險發(fā)生概率為：可能。

2)后果嚴(yán)重程度：飛機(jī)墜毀(災(zāi)難性的)。

3)發(fā)生原因：(1)離地迎角過大；(2)離地后，橫向操縱能力不足，使飛機(jī)大角度橫滾；(3)起飛時過度抬前輪。

4)風(fēng)險降低措施：(1)校核起飛性能數(shù)據(jù)，限定起飛最大迎角；(2)離地后，盡量保持機(jī)翼水平；(3)通過多次滑行試驗檢查橫向操縱能力；(4)柔和抬前輪，限制拉桿速度；(5)飛行前講評駕駛艙資源管理。

5)應(yīng)急處置程序：推桿以減小引角，保持安全爬升率穩(wěn)定爬升。

2.3　發(fā)動機(jī)失效或異常③

1)風(fēng)險發(fā)生概率為：偶然。

2)后果嚴(yán)重程度：發(fā)動機(jī)損壞，機(jī)組工作量過大(災(zāi)難性的)。

3)發(fā)生原因：新研發(fā)動機(jī)第一次裝機(jī)飛行，可能出現(xiàn)未知系統(tǒng)故障。

4)風(fēng)險降低措施：(1)限制順風(fēng)和側(cè)風(fēng)最大風(fēng)速；(2)發(fā)動機(jī)點開關(guān)置于連續(xù)點火位；(3)掌握AFM發(fā)動機(jī)失效程序；(4)APU始終打開；(5)進(jìn)行發(fā)動機(jī)關(guān)鍵參數(shù)的實時監(jiān)控；(6)試飛前在模擬器進(jìn)行充分的相關(guān)故障演練。

5)應(yīng)急處置程序：按飛行手冊發(fā)動機(jī)失效程序執(zhí)行。

2.4　飛機(jī)失去控制④

1)風(fēng)險發(fā)生概率為：偶然。

2)后果嚴(yán)重程度：飛機(jī)墜毀(災(zāi)難性的)。

3)發(fā)生原因：理論與實際氣動特性差異大，導(dǎo)致飛機(jī)操縱響應(yīng)異常；操穩(wěn)特性未經(jīng)驗證，操穩(wěn)品質(zhì)顯著低于預(yù)期；飛機(jī)裝機(jī)后第一次飛行，飛控或液壓系統(tǒng)可能出現(xiàn)未知故障，喪失舵面控制。

4)風(fēng)險降低措施：通過地面試驗或模擬器試驗檢查首飛控制律；通過多次滑行試驗檢查操縱特性；地面監(jiān)控飛控、液壓系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)。

5)應(yīng)急處置程序：如果有失去控制的跡象，不改變?nèi)魏物w機(jī)形態(tài)。若飛機(jī)系統(tǒng)故障導(dǎo)致失去控制，按飛行手冊相應(yīng)程序執(zhí)行；若飛機(jī)操穩(wěn)特性或控制律問題導(dǎo)致失去控制，嘗試柔和調(diào)整操縱桿以恢復(fù)控制。

2.5　尾部擦地⑤

1)風(fēng)險發(fā)生概率為：可能。

2)嚴(yán)重程度：飛機(jī)尾部結(jié)構(gòu)損壞(危險性的)。

3)發(fā)生原因：(1)氣動特性差異大，或控制律不恰當(dāng)，導(dǎo)致拉桿后飛機(jī)抬頭響應(yīng)過大；(2)最小離地速度遠(yuǎn)大于抬輪速度，導(dǎo)致持續(xù)拉桿后飛機(jī)過度抬前輪；(3)拉桿過快，或飛機(jī)抬頭響應(yīng)滯后。

4)風(fēng)險降低措施：限制抬輪拉桿速度和最大俯仰角；飛機(jī)尾部加裝尾撬，或觸地檢測裝置；通過多次抬輪滑行演練抬輪操作。

5)應(yīng)急處置程序：一旦出現(xiàn)擦地提示，柔和減小俯仰角，保持安全角度起飛。

2.6　輪胎爆破或著火⑥

1)風(fēng)險發(fā)生概率為：偶然。

2)后果嚴(yán)重程度：起落架著火，飛機(jī)結(jié)構(gòu)損壞(重大的)。

3)發(fā)生原因：(1)中斷起飛時使用過量剎車；(2)輪胎碾壓跑道異物。

4)風(fēng)險降低措施：(1)飛行前，對防火和救援隊講評試驗飛機(jī)和所進(jìn)行的試驗情況；(2)試驗全程中輪胎降溫設(shè)施和滅火設(shè)施待命；(3)試驗前清理跑道，確保無異物；(4)密切監(jiān)控輪胎溫度變化趨勢。

5)應(yīng)急處置程序：(1)中止試驗，謹(jǐn)慎使用剎車剎停飛機(jī)；(2)如果起飛時懷疑輪胎爆胎且起飛沒有中止，不能收起落架并按一個輪胎爆胎的著陸檢查清單執(zhí)行(如果在同一跑道著陸，降落在爆胎輪胎相反方向的跑道一側(cè))。

2.7　鳥撞⑦

1)風(fēng)險發(fā)生概率為：不太可能。

2)后果嚴(yán)重程度：飛機(jī)墜毀(災(zāi)難性的)。

3)發(fā)生原因：飛機(jī)在鳥類飛行路線上低空運行，導(dǎo)致鳥撞擊飛機(jī)。

4)風(fēng)險降低措施：(1)檢查飛行通報中有無任何低高度交通管制或鳥擊警告；(2)在能看見周圍地形的目視氣象條件下執(zhí)行試驗；(3)在實施試驗前調(diào)查首飛空域的氣象條件(紊流)、鳥類活動情況；(4)試驗前申請機(jī)場的驅(qū)鳥服務(wù)；(5)優(yōu)先選擇一天中鳥類活動較少的時間進(jìn)行試驗；(6)試驗中開啟可用的外部照明。

5)應(yīng)急處置程序：在V1前鳥撞：中斷起飛；在V1后鳥撞：(1)若鳥撞導(dǎo)致發(fā)動機(jī)停車，按飛行手冊發(fā)動機(jī)失效程序執(zhí)行；(2)若鳥撞導(dǎo)致機(jī)翼/尾翼前緣或其他機(jī)身結(jié)構(gòu)損傷，繼續(xù)起飛，待爬升到安全高度以上后，進(jìn)行飛機(jī)操縱檢查，并盡快著陸。

2.8　起落架無法放下⑧

1)風(fēng)險發(fā)生概率為：偶然

2)后果嚴(yán)重程度：飛機(jī)墜毀(災(zāi)難性的)。

3)發(fā)生原因：(1)液壓系統(tǒng)故障；(2)起落架系統(tǒng)故障。

4)風(fēng)險降低措施：開展充分的起落架收放地面試驗。

5)應(yīng)急處置程序：按照飛行手冊進(jìn)行起落架應(yīng)急放，中止試驗。

2.9　重著陸⑨

1)風(fēng)險發(fā)生概率為：偶然。

2)后果嚴(yán)重程度：起落架和機(jī)體結(jié)構(gòu)損壞(危險性的)。

3)發(fā)生原因：飛機(jī)下滑角過大，導(dǎo)致來不及拉平；飛機(jī)顯示有偏差。

4)風(fēng)險降低措施：非把桿飛行員監(jiān)控下降率和飛機(jī)運動軌跡，并及時提醒把桿飛行員；地面遠(yuǎn)程監(jiān)控下降率和飛機(jī)運動軌跡，并及時提醒機(jī)組；進(jìn)近過程中飛行員綜合使用PAPI燈、飛機(jī)指示進(jìn)行目視著陸；飛行前講評駕駛艙資源管理。

5)應(yīng)急處置程序：除非飛機(jī)跳起，不要嘗試復(fù)飛，接地后，柔和操縱飛機(jī)減速停穩(wěn)飛機(jī)。

2.10　評估結(jié)論

將上述9項潛在危險及風(fēng)險等級評估結(jié)果按發(fā)生概率和嚴(yán)重程度等進(jìn)行匯總，如圖2所示，因6項危險處于高風(fēng)險等級，則民機(jī)首飛風(fēng)險等級應(yīng)定為高。

圖2　首飛風(fēng)險評估結(jié)果

3結(jié)論

本文從飛行試驗危險識別、風(fēng)險分析、風(fēng)險控制措施和風(fēng)險管理等方面進(jìn)行了研究，建立了一套適用于民用飛機(jī)試飛的風(fēng)險評估方法和步驟。

為檢驗本文提出的風(fēng)險評估方法的合理性，本文以民用飛機(jī)首飛為例進(jìn)行了風(fēng)險評估，提出了飛機(jī)偏出或沖出跑道、飛機(jī)失去控制、低高度失速、發(fā)動機(jī)失效或異常、尾部擦地、輪胎爆破或著火、鳥撞、起落架無法放下、重著陸等多項潛在危險，對各項危險進(jìn)行了分析后給出了相應(yīng)風(fēng)險措施。

并根據(jù)各危險評估結(jié)果可知，民用飛機(jī)首飛為高風(fēng)險試飛，符合民機(jī)試飛實際情況，使用本文的方法進(jìn)行民機(jī)試飛風(fēng)險評估可以發(fā)現(xiàn)主要的潛在風(fēng)險、制定的相應(yīng)風(fēng)險降低措施和應(yīng)急處理措施可基本滿足試飛風(fēng)險管理需要，可用于保障首飛安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉東亮，劉鐳等.基于試飛員操縱特性的試飛科目風(fēng)險定量評估[J]. 飛行力學(xué)，2010，28(3)：82-88.

[2]中國民用航空局航空器適航審定司.AP-21-AA-2014-31R1航空器型號合格審定試飛安全計劃[Z].2014.

[3]FAA Order 4040.26B. Aircraft Certification Service Flight Test Risk Management Program[S].FAA National Policy， 2013.

摘要：

試飛風(fēng)險評估是飛行試驗活動中的重要一環(huán)，是試飛實施和安全保障工作的基本前提。為降低民機(jī)試飛風(fēng)險，研究建立了一套民機(jī)試飛風(fēng)險評估方法，對試飛危險識別方法、風(fēng)險分析方法和風(fēng)險降低措施、應(yīng)急處理措施的制定方法等進(jìn)行了闡述。以民機(jī)首飛為例進(jìn)行了風(fēng)險評估，識別了多項潛在危險，制定了相應(yīng)的風(fēng)險措施，根據(jù)本方法進(jìn)行評估的結(jié)果基本滿足試飛風(fēng)險管理需要。

關(guān)鍵詞：危險；發(fā)生概率；嚴(yán)重程度；風(fēng)險等級

[Abstract]The flight test risk assessment is a vital part of flight test activity, and is a basic safeguard for flight test execution. To reduce the test risk, a method of flight test risk assessment is researched and developed, including test hazard identification, risk analysis, and the method of establishing risk mitigation and emergency measures. A risk assessment case is conducted based on the first flight of civil aircraft. Many kinds of hazards are indentified and their corresponding risk mitigations and emergency procedures are designed. The risk assessment results based on this method satisfy the basic requirement of flight test risk management.

[Key words]hazard；probability；severity；risk level

中圖分類號：V217+.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A