民用飛機(jī)安全性分析與評(píng)估

龍?jiān)雌诳W(wǎng)民用飛機(jī)安全性分析與評(píng)估

作者：何申奧

來源：《電子技術(shù)與軟件工程》2018年第19期

摘要

隨著經(jīng)濟(jì)和飛機(jī)制造技術(shù)的飛速發(fā)展，民用飛機(jī)正以其安全、經(jīng)濟(jì)、舒適、快捷的特點(diǎn)被越來越多的乘客所認(rèn)可。盡管民用飛機(jī)被公認(rèn)為最安全的交通運(yùn)輸手段，但自飛機(jī)誕生至今，一些致命的飛行事故仍頻頻發(fā)生。因此在民用飛機(jī)的設(shè)計(jì)過程中，飛機(jī)設(shè)計(jì)師必須考慮飛機(jī)安全性的要求，使安全性成為民用飛機(jī)的一種基本特性。本文將聚焦民用飛機(jī)的安全性問題，概述了民用飛機(jī)安全性的四個(gè)發(fā)展歷程，然后在此基礎(chǔ)上論述了當(dāng)前主要的民用飛機(jī)安全性標(biāo)準(zhǔn)之間的相互關(guān)系，并對(duì)民用飛機(jī)的安全性評(píng)估流程和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了論述。

【關(guān)鍵詞】民用飛機(jī)安全性安全性標(biāo)準(zhǔn)安全性評(píng)估

1引言

以波音787為代表的現(xiàn)代民機(jī)真正實(shí)現(xiàn)了不間斷跨洋和跨洲飛行，人們從此可以乘坐飛機(jī)到達(dá)地球上的任何地方。從上世紀(jì)50年代開始的噴氣飛機(jī)時(shí)代，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，民用飛機(jī)始終秉承著更快、更高、更遠(yuǎn)的設(shè)計(jì)理念，使得民用飛機(jī)正以其安全、經(jīng)濟(jì)、舒適、快捷的特點(diǎn)而得到越來越多乘客的認(rèn)可。安全性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性和環(huán)保性等性質(zhì)是在設(shè)計(jì)之初便賦予民用飛機(jī)的基本特征，并且正在越來越受到民用飛機(jī)制造商和運(yùn)營(yíng)單位的重視。特別是安全性，作為民用飛機(jī)的首要要求，是飛機(jī)制造商賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。安全性是民用飛機(jī)不發(fā)生事故的能力，是民用飛機(jī)最為重要的一個(gè)特性。

伴隨著飛機(jī)制造商對(duì)飛機(jī)設(shè)計(jì)理念的改進(jìn)，各國(guó)的適航部分都頒布了相應(yīng)的適航條例來確保民用飛機(jī)的運(yùn)營(yíng)安全，如美國(guó)聯(lián)邦航空管理局（FAA）頒布的《聯(lián)邦航空條例》、歐洲航空安全局（EASA）頒布的《聯(lián)合航空規(guī)章》以及我國(guó)民用航空局頒布的《中國(guó)民用航空規(guī)章》等，都是用來保證民用飛機(jī)運(yùn)行的最低安全性標(biāo)準(zhǔn)能夠得到滿足。

為了提高民用飛機(jī)的安全性，在飛機(jī)的研制階段，必須通過系統(tǒng)化、規(guī)范化的安全性分析、設(shè)計(jì)和驗(yàn)證等工作，以避免災(zāi)難性事故的發(fā)生和減少事故損失，從而降低飛機(jī)運(yùn)營(yíng)時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)，提高飛機(jī)的安全性和使用效能。其中，安全性分析時(shí)安全性工作的核心內(nèi)容，也是安全性設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，主要包括風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別與機(jī)理分析、風(fēng)險(xiǎn)分析和評(píng)價(jià)等。安全性設(shè)計(jì)則是通過各種設(shè)計(jì)活動(dòng)來消除和控制各種風(fēng)險(xiǎn)，提高民用飛機(jī)的安全性。安全性驗(yàn)證則是指飛機(jī)在研制和試用階段，對(duì)飛機(jī)的安全性是否達(dá)到研制要求以及合同規(guī)定的要求給出結(jié)論性意見。

本文圍繞民用飛機(jī)安全性問題，首先針對(duì)民用飛機(jī)安全性的發(fā)展歷程進(jìn)行了概述，然后在此基礎(chǔ)，對(duì)當(dāng)前普遍使用的民機(jī)安全性標(biāo)準(zhǔn)以及安全性評(píng)估流程進(jìn)行了簡(jiǎn)單論述與分析，最后，歸納總結(jié)了當(dāng)前民用飛機(jī)安全性的發(fā)展趨勢(shì)。

2民用飛機(jī)安全性歷史

自1903年萊特兄弟成功設(shè)計(jì)制造出人類歷史上的第一架飛機(jī)以來，飛機(jī)已經(jīng)有了一百多年的發(fā)展歷史。在民用飛機(jī)發(fā)展之初，由于缺乏安全性認(rèn)識(shí)，航空事故不斷發(fā)生，為此，人類一直在為提高飛機(jī)的安全性而不斷努力?？傮w而言，民機(jī)系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)理念大致經(jīng)歷了從最初的追求完整性到現(xiàn)在的故障安全設(shè)計(jì)四個(gè)階段的演變：

（1）1900年到1930年：這是飛機(jī)系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)的起始階段。在這一階段，對(duì)飛機(jī)安全性設(shè)計(jì)認(rèn)識(shí)主要是追求完整性，其設(shè)計(jì)原則是盡可能地設(shè)計(jì)出高可靠性零件和完整的系統(tǒng)功能。該時(shí)期的代表性飛機(jī)主要包括：1903年的萊特飛機(jī)、1927年的圣.路易斯“幽靈”飛機(jī)和1930年的福特三發(fā)飛機(jī)。這一時(shí)期，隨著暴露時(shí)間的增加，導(dǎo)致許多設(shè)計(jì)之初未曾預(yù)計(jì)到的故障發(fā)生，進(jìn)而引發(fā)了很多安全性事故，因此，這一階段的飛機(jī)并不能廣泛地用于商業(yè)運(yùn)行。

（2）1930年到1940年：基于上一階段只追求完整性的教訓(xùn)，使得飛機(jī)設(shè)計(jì)人員意識(shí)到僅僅追求完整性是不能保障飛機(jī)安全性的。因此，在這一階段，對(duì)飛機(jī)安全性設(shè)計(jì)除了考慮完整性之外，還為部分設(shè)計(jì)特征增加了冗余設(shè)計(jì)，如：發(fā)動(dòng)機(jī)、無線電臺(tái)、空速表等。同時(shí)還增加了計(jì)算單故障的故障率。盡管這些措施在一定程度上改善了民用飛機(jī)的安全性現(xiàn)狀，但這一段的飛機(jī)在飛行操縱、螺旋槳、發(fā)動(dòng)機(jī)失火、有害的環(huán)境條件等方面仍存在不足，安全性問題依然突出，因此，這個(gè)時(shí)期的飛機(jī)同樣難以贏得公眾的信任。這一階段的代表性飛機(jī)主要包括第二次世界大戰(zhàn)前的比奇18型飛機(jī)和道格拉斯DC-3、DC-4等運(yùn)輸類飛機(jī)。

（3）1945年到1955年：隨著技術(shù)的發(fā)展和經(jīng)驗(yàn)的積累，這一階段，飛機(jī)的安全性有了很大的發(fā)展。1945年，美國(guó)政府部門聯(lián)合工業(yè)界一起制定了“單故障概念”，并將其引入到了飛機(jī)的設(shè)計(jì)中。所謂的單故障概念是指假設(shè)飛機(jī)每次飛行期間至少發(fā)生一個(gè)故障，而不關(guān)注其概率大小。這一概念對(duì)減少單故障性事故產(chǎn)生了重要影響，從而對(duì)提升飛機(jī)安全性具有重要意義。正因?yàn)轱w機(jī)安全性有了很大的提高，使得空中旅行人次有了巨大的增長(zhǎng)。該時(shí)期的代表性飛機(jī)主要包括：道格拉斯D-6和洛克希德的“星座”。雖然這個(gè)時(shí)期飛機(jī)的安全性有了顯著改進(jìn)，公眾信心有了明顯增加，但事故仍然時(shí)有發(fā)生，其發(fā)生原因往往是多個(gè)故障組合的結(jié)果。

（4）1955年到現(xiàn)在：基于多故障組合導(dǎo)致的安全性問題，政府部門提出了使用“故障一安全”概念來代替單故障概念。如1955年在新的運(yùn)輸類飛機(jī)合格審定規(guī)則中，為渦輪動(dòng)力的飛機(jī)引入了下列理念：必須考慮任一單故障加上任一可預(yù)知故障的組合。這時(shí)，“故障一安全”設(shè)計(jì)的基本原理是：任何一次飛行期間，單故障或可預(yù)知的組合故障不會(huì)阻止飛機(jī)的繼續(xù)安全飛行和著陸。這一理念在經(jīng)歷了三代商用噴氣式飛機(jī)設(shè)計(jì)論證與不斷完善的之后，一系列的安全性分析與驗(yàn)證方法的提出，形成了使用功能危害性評(píng)估（FunctionalHazardAssessment，F(xiàn)HA）故障樹分析（FaultTreeAna