自由飞行下考虑误差分布3维相关性的随机微分方程风险评估

为了保障自由飞行下的飞行安全,需要在CNS性能飞行环境下评估自由飞行下的碰撞风险。考虑飞行的随机因素,在飞机运动的确定性微分方程基础上引入随机输入项,关注CNS因素误差分布的3维相关性,建立了自由飞行下飞机运动的随机微分方程碰撞风险模型,并利用Milstein法与有限差分法结合的方法来求解该模型。算例分析验证了该模型的可行性。     

机载防撞系统水平防撞模型的建模与仿真

针对下一代机载防撞系统水平防撞的功能要求,采用相对距离水平投影的方法,根据空间碰撞威胁度和时间碰撞威胁度的理论依据,建立了水平方向的冲突探测和防撞模型,并利用伽利略相对性原理导出了本机与入侵飞机之间的投影水平相遇距离和到最接近点的预留时间的计算公式.阐明了水平防撞模型的建模方法,制定出机载防撞系统水平防撞功能的仿真测试方案,并进行了基于时间流的计算机仿真和测试.仿真结果表明:该模型不仅能够预测出飞机在各个时间的相对方位、相对距离和相对高度,而且可以给出合理的水平机动措施,为飞行员提供左转或右转的角度指示以避免空中相撞.     

基于概率计算的车辆碰撞风险模型研究

 为研究面向车辆防撞系统的碰撞风险模型,分析了车辆碰撞风险的概率内涵,根据运动学理论并考虑车辆运行特征,建立了基于概率计算的侧向碰撞风险模型,运用Vissim微观交通仿真等方法模拟常见的车辆运行场景,利用输出数据离线计算风险值,并对仿真结果进行评价。将追尾碰撞发生的过程分为前车减速与前车减速条件下的碰撞两起事件,运用条件概率的思想求出追尾事故发生的概率来表征跟车风险。从安全的本质出发提出了跟车风险的表述方法,建立密度函数模型。在分析前车减速条件下追尾碰撞条件时,从汽车地面力学理论的角度补充考虑了制动系统作用时间、附着系数等影响因素,使模型更接近实际状况,并且将判断的标准由停车距离扩展到了制动全过程的位移。通过与其他风险模型产生的计算结果进行比较分析,发现基于概率计算的碰撞风险模型,能够更好地反映实际交通安全状态,更适用于车辆防碰撞系统。     

飞机离地姿态与飞行操作“因果-时序”耦合动态Bayes网络模型

在民航飞机起飞离地过程中,飞行员的操作失误容易导致擦机尾等安全事故。飞机离地姿态与飞行操作紧密耦合。针对飞机离地姿态与飞行操作解耦问题,该文以“安全II”模式为指导,关注飞机离地风险应对的全过程表现,对飞机离地姿态与飞行操作之间的耦合机理进行研究。根据安全韧性理论,构建了飞机离地姿态与飞行操作“因果-时序”耦合模型;基于国内某航空公司A319机队1 359个航段快速存取记录器(QAR)数据,利用动态Bayes网络进行正常操作与超限操作的特征量化与验证。结果表明：该模型可对飞机离地姿态的动态形成机理进行有效分析;选择“重载”“轻载”“顺风”“逆风”等单一情景及其组合情景,通过调节关键飞行操作节点的概率分布得到最佳飞行操作模式。该研究得到了不同情景变量影响下飞机离地姿态与飞行操作之间的耦合机理,有助于提高飞行员的风险预测与应对能力。     

空中交通警戒防撞系统的作用及维护

伴随着空中交通量的日益增大,空中交通警戒防撞系统（TCAS）在保障飞行安全方面的作用越发的重要。它能够通过对附近的飞机进行冲突检测,预测未来可能发生的危险,提示飞行员避免危险。该文主要介绍了空中交通警戒防撞系统的重要性、使用原因及基本原理,并对其组成和作用进行分析,再结合一些常见的故障现象及其特点,讨论排除故障的基本思路和方法。     

美国：飞机有了人造视觉

美国宇航局（NASA）最近为民航飞机研制出了一种新的计算机系统，它能够保证飞机在各种恶劣的天气条件下安全飞行：这套被称为“人造视觉系统”通过使用卫星和机载导航仪器提供的数据资料由计算机系统判定飞机飞行的准确位置，然后再将当前飞机所处的空间坐标与提前储存在计算机系统中的三维地形图进行对照，再将经过处理的彩色地形图输入飞行员座舱内的多个显示器。这样一来，飞行员就能够及时准确地观察到整个飞行过程中的每个细节。     

基于超限事件的飞行训练品质评估模型

摘 要：为有效评估飞行训练品质,及时优化训练组织模式,提出一种改进组合赋权－TOPSIS法的飞行训练品质综合评估模型。该模型利用超限事件作为评估指标,运用归一化约束条件的方差最大化原理对CRITIC-G1法确定的主客观权重进行优化组合,确定最优权重;应用TOPSIS法分析评估不同样本数据的相对贴近程度,并引入RSR法对相对贴近度进行分档,达到对飞行训练品质等级进行划分的目的。通过选取C-172R、C-172S、SR20飞机机载G1000航电系统14个月SD卡超限事件进行实例分析与验证,该模型能够应用于飞行训练品质评估中,具有合理性与适用性,可以为优化训练组织模式提供数据与信息支持。     

基于Copula模型的机翼结冰飞行风险定量评估方法研究

结冰条件下飞行风险定量评估可以为飞机结冰适航验证提供参考指标。提出了极值理论与Copular模型相结合的机翼结冰条件下风险定量评估方法。基于人 机 环复杂动力学模型进行蒙特卡罗仿真实验,提取了关键飞行参数（空速、滚转角和迎角）极值。利用辨识得到的参数进行拟合优度检验,验证了Joe Copula模型能够较为准确描述三维极值参数联合分布形式。通过建立的风险概率判据计算了飞行风险概率,分析表明结冰风险事件往往伴随着飞行安全关键参数不同程度的超限和耦合影响。所提方法可为结冰条件下的飞行风险定量评估和预测管控提供理论参考依据。     

两类耗能式桥墩防船撞护舷性能研究

设置耗能式防撞护舷已成为目前减少桥墩受船撞损失的有效方法.文章从碰撞力规范公式以及材料力学特性分析了低碳钢防撞护舷和FRP防撞护舷的工作原理,通过ANSYS-LS/DYNA软件建立船舶、低碳钢防撞护舷以及FRP防撞护舷模型,分析了低碳钢防撞护舷与FRP防撞护舷防撞性能的异同.结果表明,在相同板厚设置下,低碳钢防撞护舷同FRP防撞护舷相比,低碳钢防撞护舷最大碰撞力更高、耗能比例更高.在不同板厚设置下,即不同护舷刚度设置下,两类耗能式防撞护舷性能都受船艏与防撞护舷的刚度比影响.在船艏刚度不变时,随着船艏与防撞护舷的刚度比减小,船与防撞护舷碰撞力增大,防撞护舷的耗能比例减小.     

一种改进的基于ADS-B信息的空域冲突检测算法

本文研究了机载防撞系统中基于ADS-B信息的空域冲突检测算法,该算法的目的在于为飞行员对可能存在的空域冲突提出告警,使其有在冲突发生前有充足的时间做出反应。定义了CAZ和PAZ两个冲突告警区域后,在匀转弯速率航迹外推方法下,根据空域遭遇模型中两遭遇飞机的相对角度的概率统计数据,对预测PAZ冲突的告警区域门限添加了一个压缩系数,使其成为一个椭圆,并分析了不同压缩系数对最后PAZ冲突预警的性能的影响。仿真分析表明,由于CAZ预警存在11.69%的漏警率,使用PAZ预警作为CAZ预警的补充是十分有益和必要的,添加压缩系数实际上通过牺牲一定的告警时间来换取更高的正确预警概率并降低错误预警概率,根据需要使用不同的压缩系数可以达到更好的效果。     

极值理论在飞机操纵系统安全性评估中的应用

飞机操纵系统是影响飞行安全的关键系统。针对飞机电传操纵系统安全性评估问题,提出了一种基于极值理论的操纵系统故障后的飞行风险小概率事件评估方法。总结了用极值理论评估飞行风险小概率事件的步骤,对比了不同坐标变化下的拟合优度,验证了双负指数法是逼近Ⅰ型极值分布的最佳方法。以某型飞机滚转角速度传感器故障后的飞行安全评估为例,得到了此时驾驶员不能排除该故障的风险概率和综合飞行风险。通过与军标中规定的安全性标准相对比,表明此时飞机能够满足安全性要求,从而为评估飞机操纵系统安全性提供了一种有效方法。     

基于多标度层次分析法的无人机避让策略构建

针对未来同一片空域内由于多种航空器共同执行任务而可能出现的飞行安全问题,通过研究各种可能出现碰撞的情景,构建了大型无人机在混合空域中最优避让方案评价指标体系,通过分析不同标度法的优缺点,提出一种多标度层次分析法的混合空域策略。首先,以大型无人机为研究对象建立混合空域模型,将混合空域中出现与本机发生冲突可能性的各种飞鸟或航空器进行分类,并考虑碰撞风险等级及目标执行任务等级因素。其次,采用多标度层次分析法求得不同情况下各类避让目标的权值,经过一致性判定;进一步引入隶属度函数,通过分析已获得的权值,对最终结果进行进一步的权重修正。最后,对大型无人机在空域中飞行可能遇到的空域环境进行分析,以验证无人机避让决策方案是否行之有效。结果表明,确定的基于多标度层次分析法可以满足无人机在面对复杂空域环境时避让策略方案的确立,并且具有动态效果,满足无人机实时构建和调整避让策略需要。研究结果可为实现大型无人机在混合空域中的安全飞行提供新的思路。     

基于蒙特卡洛模拟的导弹级间分离干扰仿真

级间分离的稳定性、可靠性关系到主级导弹的稳定飞行,采用蒙特卡洛方法对干扰作用下的导弹级间分离进行模拟仿真。首先分析影响级间分离过程的各种随机干扰因素,在此基础上建立了包含随机干扰因素的分离动力学数学模型,然后利用蒙特卡洛方法和随机干扰参数对分离过程进行仿真。仿真结果表明,各种干扰作用下助推级和主级可安全分离。蒙特卡洛方法可快速对级间分离潜在风险以及失败概率进行预测,同时也能定量评估各项干扰因素对分离的影响程度。     

多因素耦合飞行情形的复杂系统建模与仿真方法

针对多因素耦合飞行情形动态复杂性强、易诱发"不可逆"灾难性事故等特点,首先分析了不利因素对飞行安全的影响,并对不利因素耦合类型进行归类,然后建立了以飞机六自由度全量仿真模型和驾驶员操纵模型为基础的人-机系统模型;重点研究了特殊情况下驾驶员的失误模型,建立了驾驶员滞后失误时间和反操纵失误的定量模型、自动驾驶仪可靠性模型、传感器故障通用模型和过载传感器故障模型。最后,以GJB 626A-2006中的"自动驾驶仪低限高度自动拉起"风险科目为例,对人-机不利因素双耦合和机-机不利因素双耦合2种情形进行了仿真分析,结果验证了该方法的可行性和有效性。     

基于飞行计划集中处理的多航空器无冲突航迹规划

为增大空域容量,提高飞行安全,降低管制员的工作负荷,4D航迹预测与规划是国内新一代空管自动化系统中最为重要地一项核心技术。首先在预战术流量管理阶段,通过飞行计划集中处理得到的航空器飞行计划信息,将航线划分成若干航段。然后利用航空器在不同航段间的离散型模型和单个航段中运动的连续型模型建立混杂模型,通过全飞行剖面混杂模型进行航迹预测;在相对运动法中采用调整速度来规避航路交叉点冲突以实现冲突解脱。最后提出航迹规划方法并对航空器进行无冲突航迹规划。仿真算例表明：在飞行计划集中处理与混杂模型下预测的水平航迹与垂直航迹能够准确地反映航空器飞行状态变化;调速法或调整时刻能有效地规避飞行冲突,所以提出的无冲突4D航迹规划方法是切实可行的。     

基于贝叶斯网络的飞行安全人因可靠性评估模型

基于广义人-机-环境复杂系统,对飞行人员可靠性、空中交通管制人员可靠性和航空器维修人员可靠性进行了分析,综合考虑常用可靠性评估方法的优缺点,采用贝叶斯网络建立了飞行安全人因可靠性的评估模型.该模型综合运用诊断推理和支持推理形式,分析直观,计算简便,适用于广义的人-机-环境复杂系统建模;同时该模型可以根据后验概率来调整先验概率,从而有效地提高了评估的精度.     

一种基于概率方法的中期冲突探测算法

中期冲突探测不仅可以提高飞行安全,还可以直接地增加空域利用效率。由于在实际的航路飞行中存在各种误差,导致航迹预测的不确定性,中期冲突探测结果也存在不确定性。根据两架飞机的相遇几何,并结合航迹预测的误差模型,定义了一种求解冲突概率的快速算法。通过仿真分析验证表明,该算法能有效地用于中期冲突探测。     

深水钻井防喷器系统失效定量风险分析

为了准确客观的评价深水防喷器系统的失效风险,建立基于改进屏障和可操作性分析方法的风险评价模型。首先应用安全屏障框图识别深水防喷器系统的安全屏障,从人员、设备和技术三个角度建立了包含15个因素的评价指标体系和深水防喷器系统失效分析模型;然后根据文献公开数据,分别计算了深水钻井井涌和防喷器系统失效的平均概率;同时利用齐次泊松过程参数模型代替屏障和可操作性分析方法中确定事件发生概率的专家赋值法,提高了结果的客观性;最后对Block47-1井的防喷器系统可靠性进行了评价,并对影响因素进行了敏感性分析。结果表明:Block47-1井的深水防喷器系统失效风险符合事故调查报告中的风险状况;安全密度窗口[1]对深水防喷器系统可靠性影响最大,在实际工作中应该特别防范窄密度窗口带来的影响;验证了所建模型的科学性,可为深水钻井作业风险评价提供参考。     

基于ADS-B监视技术的飞行器纵向最小间隔研究

为解决航路飞行安全问题,提高碰撞风险检测的精确度,主要研究飞行器在平行航路飞行过程中纵向安全间隔的问题。对传统的EVENT碰撞模型进行改进,建立以椭圆柱体为碰撞模板的EVENT模型。介绍了广播式自动相关监视(ADS-B)技术的性能及应用背景,并在改进EVENT模型基础上提出基于ADS-B监视技术下各个参数的计算方法。以中航工业石家庄飞机工业有限责任公司小鹰500机型为模型算例,计算出其最小安全间隔。研究结果符合国际民航组织的飞行安全指标,可为研究基于ADS-B监视技术的风险分级提供一种有效方法。