基于飞行剖面的航空器试飞活动空管风险研究

doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2022.01.020

摘要/Abstract

摘要：

为明确空中交通管理风险对航空器适航试飞活动不安全事件的影响,首先,依据航空器试飞科目绘制相应飞行剖面;其次,基于试飞活动飞行剖面,分析管制单位试飞保障流程,提取管制运行风险对试飞活动的影响因素;采用事故树分析法(FTA)分析事故发展过程,将事件和逻辑关系映射至贝叶斯网络(BN),依据国内外民航空管不安全事件分类统计结果和航空器制造商对试飞活动风险评估结论确定条件概率表,并基于变量消元法计算后验概率,推演事故主要诱因。结果表明:航空器试飞活动出现不安全事件或事故征候时,管理因素是导致试飞活动空管保障环节不安全事件的关键致因;试飞任务、空域环境及管制员工作差错也是导致试飞活动不安全事故的较大风险源。

关键词: 飞行剖面, 航空器适航, 试飞活动, 风险评估, 空中交通管理, 贝叶斯网络(BN)

Abstract:

In order to analyze impacts of air traffic control risks on aircraft airworthiness flight test accidents, firstly, corresponding flight profile was drawn according to aircraft flight test subjects. Secondly, based on the flight profile of test activities, support process of the control unit was analyzed, and risk factors on test activities were extracted. Then, evolution process of accidents were analyzed by utilizing fault tree analysis(FTA), and events and logical relationship were mapped to BN. Finally, conditional probability tables were determined on the basis of unsafe event classification results of civil aviation and risk assessment conclusion of flight activities by aircraft manufacturers, and posterior probability was calculated based on variable elimination method to derive main causes of accidents. The results show that when unsafe events or potential accidents occur in flight test activities, management factors are the key causes in ATC support progress. Flight test mission, airspace environment and controllers' work error are also the major risk sources.

Key words: flight profile, aircraft airworthiness, flight test activities, risk assessment, air traffic management, Bayesian network(BN)

韩鹏, 王军, 王启, 赵嶷飞. 基于飞行剖面的航空器试飞活动空管风险研究[J]. 中国安全科学学报, 2022, 32(1): 149-156.

HAN Peng, WANG Jun, WANG Qi, ZHAO Yifei. Study on air traffic control risks of aircraft flight test activities based on flight profile[J]. China Safety Science Journal, 2022, 32(1): 149-156.

图/表 6

表1

航空器验证性试飞活动代表试飞科目及保障需求

编号	试验科目		测试目的		时间/地点		保障需求
1	起飞和爬升时发动机额定推力测试		检查发动机参数		起飞时的时速为80 kn;上升过程中在高度层FL70或FL80的速度为250 kn		连续爬升至气压高度6 900 ft(2 100 m)或7 900 ft(2 400 m)
编号	试验科目	测试目的		时间/地点		保障需求
2	飞行控制和重力检查	检查飞机的正常动作(俯仰和翻滚),以及加速后的完备性		在高度层FL98(3 000 m)和高度层FL197(6 000 m)之间根据目视气象条件爬升		隔离空域内运行。快速高度和航向改变。管制员可以施加一转弯方向(左或右)。预计持续时间:2~5 min
3	导航系统	检查所有导航系统边界,质量和功能		在高度层FL311(9 500 m)以300 kn速度巡航。		识别呼号并观察
4	横向配平	检查飞机是否配平		在高度层FL311(9 500 m)以300 kn速度巡航。在高度层FL391(11 900 m)以M0.78速度巡航。低速测试在高度3 000—4 200 m区间运行		在到达指定高度之前,空中交通管制需要提供风向和风速信息,允许驾驶员进行最长航段的测试。预计持续时间:2~10 min
5	机舱减压	检查客舱泄漏率、客舱高度警报和氧气面罩		在高度层FL311(9 500 kn)以速度300 kn巡航		机组人员在通信时戴氧气面罩。如果出现增压问题,可能紧急下降到安全高度。预计持续时间:5 min
6	发动机参数	检查发动机参数是否一致和对称		在高度层FL311(9 500 m)以速度300 kn巡航。在高度层FL391(11 900 m)以M0.78速度巡航		无航向或高度变化。预计持续时间:3 min
7	测定风速风向	检查空中数据系统之间的一致性和RVSM能力		在高度层FL311(9 500 m)以速度300 kn巡航		使用RVSM(缩小最低垂直间隔)间隔。预计持续时间:2 min
8	巡航性能	检查飞机巡航时的燃油消耗情况		在特定航向上以给定马赫数和飞行高度层飞行		没有航向或高度变化。需要长飞行边。预计持续时间:5~10 min每个点
9	低速测试	检查低速保护是否充分		在高度层FL98(3 000 m)和FL138(4 200 m)之间飞行		飞机以低速飞行。有限的可操作性。测试中不得改变航向或高度。预计持续时间:每个测试构型持续2 min
10	低速模拟绕行	检查自动驾驶模式和自动刹车		在高度层FL98(3 000 m)和FL138(4 200 m)之间飞行		无特殊保障需求
11	低速高负载回缩	设置负载率为1.2 g (g为重力加速度)		在高度层FL98(3 000 m)和FL138(4 200 m)之间飞行		飞行员将请求改变航向(大约30 s)。管制员可发布转向指令(左转或右转)。预计持续时间:<1 min
12	进场交接	低速飞行时预留2 min测试时间		管制员准备进场交接。空中交通管制通知飞行意图(首选降落高度≥3 000 m,持续上升至1 500 m或更低)		无特殊保障需求。预计持续时间:2 min
13	负舱连续下降	检查客舱压力警报、溢流和安全阀		进场交接后,从9 800 ft(3 000 m)下降到4 900 ft(1 500 m)		持续高速下降。预计持续时间:持续下降时间小于2 min
14	应急情况液压系统测试	检查液压供应,应急发电机工作		在五边飞行中		无特殊保障需求。预计持续时间:1 min
15	自动着陆系统	在进近和着陆过程中检查自动着陆系统功能		进近和着陆过程		信号保护区域无障碍物/飞机

表1

图1

图2

图3

图4

图5

参考文献 15

[1]	陈栋栋. 国产大飞机将带动工业提质增效转型升级[N]. 中国民航报,2017-05-12(002).
[2]	International Civil Aviation Organization(ICAO).Annex 8: airworthiness of aircraft 11th edition[Z]. 2010.
[3]	International Civil Aviation Organization(ICAO). Doc 9760: airworthiness technical manual[Z]. 2013.
[4]	Federal Aviation Administration(FAA). FAA order 4040.26: aircraft certification service flight test risk management program[R], 2001.
[5]	ZHANG Junduo, ZUO Qinghai, LIN Mengda, et al. Evolution of vortices in the wake of an ARJ21 airplane: application of the lift-drag model[J]. Theoretical & Applied Mechanics Letters, 2020, 10(6):419-428.
[6]	刘超强. 民机试飞风险评估方法研究[J]. 民用飞机设计与研究, 2015(4):19-22,82.
	LIU Chaoqiang. Research on flight test risk assessment method of civil aircraft[J]. Civil Aircraft Design & Research, 2015(4):19-22,82.
[7]	张霆霆, 孙瑞山, 刘俊杰, 等. 民用航空器试飞安全管理体系建设研究[J]. 中国安全科学学报, 2013, 23(10):152-157.
	ZHANG Tingting, SUN Ruishan, LIU Junjie, et al. Study on building test flight safety management system of civil aircraft[J]. China Safety Science Journal, 2013, 23(10):152-157.
[8]	张鑫, 孙有朝. 基于贝叶斯网络的试飞风险评估方法研究[J]. 兵器装备工程学报, 2019, 40(5):70-74.
	ZHANG Xin, SUN Youchao. Researchon risk assessment method of flight test based on bayesian network[J]. Journal of Ordnance Equipment Engineering, 2019, 40(5):70-74.
[9]	殷铭. 民用飞机飞行试验测试项目中的风险管理研究[D]. 上海: 上海交通大学, 2017.
	YIN Ming. Study on risk management for civil aircraft flight test instrumentation project[D]. Shanghai: Shanghai Jiaotong University, 2017.
[10]	郭媛媛, 孙有朝, 李龙彪, 等. 民用飞机试飞风险分析方法与数据管理[J]. 航空计算技术, 2018, 48(4): 121-124,129.
	GUO Yuanyuan, SUN Youchao, LI Longbiao, et al. Flight test risk analysis and data management of civil aircraft[J]. Aeronautical Computing Technique, 2018, 48(4):121-124,129.
[11]	陈沅江, 成霜怡, 冯伟, 等. 安全信息反馈及其失效机制研究[J]. 中国安全科学学报, 2020, 30(12):30-36. doi: 10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2020.12.005
	CHEN Yuanjiang, CHENG Shuangyi, FENG Wei, et al. Research on safety information feedback and its failure mechanism[J]. China Safety Science Joumal, 2020, 30(12):30-36.
[12]	李丽. 空管人员对飞行安全影响的事故树分析[J]. 民航管理, 2016, 30(5):57-59.
	LI Li. The accident tree analysis of the impact of controller on flight safety[J]. Civil Aviation Management, 2016, 30(5):57-59.
[13]	张艳. 民用飞机交付试飞剖面设计与优化[J]. 科技视界, 2020, 9(24):47-48.
	ZHANG Yan. Design and optimization of civil aircraft delivery test flight profile[J]. Science & Technology Vision, 2020, 9 (24):47-48.
[14]	韩鹏, 张冰玉. 航迹误差对无人机坠地伤人风险评估的影响[J]. 中国安全科学学报, 2021, 31(2):106-111. doi: 10.16265/j.cnki.issn 1003-3033.2021.02.015
	HAN Peng, ZHANG Bingyu. Effect of track error on safety risk assessment of UAV ground impact[J]. China Safety Science Joumal, 2021, 31(2):106-111.
[15]	张连文, 郭海鹏. 贝叶斯网引论[M]. 北京: 科学出版社, 2006:31-39.