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民用飞机应急场景分析与建模方法

江雨航 郭泰 宫綦 任文明 宋涛 钱馨

江雨航,郭泰,宫綦,等. 民用飞机应急场景分析与建模方法[J]. 北京航空航天大学学报,2024,50(3):839-849 doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0339
引用本文: 江雨航,郭泰,宫綦,等. 民用飞机应急场景分析与建模方法[J]. 北京航空航天大学学报,2024,50(3):839-849 doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0339
JIANG Y H,GUO T,GONG Q,et al. Analysis and modeling method of civil aircraft emergency scenario[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2024,50(3):839-849 (in Chinese) doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0339
Citation: JIANG Y H,GUO T,GONG Q,et al. Analysis and modeling method of civil aircraft emergency scenario[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2024,50(3):839-849 (in Chinese) doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0339

民用飞机应急场景分析与建模方法

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0339
详细信息
    通讯作者:

    E-mail:guotai101@126.com

  • 中图分类号: V221+.3;TB553

Analysis and modeling method of civil aircraft emergency scenario

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  • 摘要:

    按照基于场景的民用飞机系统工程正向研制过程,为确保在飞机研制早期需求捕获与功能分析的完整性,针对应急场景开展识别、分析与建模方法研究。分析在飞机研制早期考虑应急场景的必要性,给出应急场景的定义和范围;针对民用飞机不同运行阶段,开展基于外部风险事件的应急场景识别,给出不同阶段的外部风险事件,并按照外部风险事件在不同阶段的演化结果给出相应的应急场景清单;研究形成一种基于DoDAF的应急场景建模方法,选取典型应急场景,形成应急场景建模的典型案例。通过对民用飞机应急场景分析与建模方法研究,形成可参考的外部风险清单和应急场景清单,同时形成面向应急场景的建模技术途径,为面向安全保证、基于应急场景的需求捕获与初步机组应急操作程序定义奠定基础。

     

  • 图 1  技术总体思路

    Figure 1.  General technical process

    图 2  场景构建技术路径

    Figure 2.  Scenario building technology path

    图 3  利益相关方定义示例

    Figure 3.  Definition example stakeholder

    图 4  顶层应急场景架构示例(巡航阶段)

    Figure 4.  Top-level emergency scenario architecture (cruising phase)

    图 5  详细场景架构定义示例

    Figure 5.  Definition example of detailed scenario architecture definition

    图 6  详细活动逻辑定义示例

    Figure 6.  Definition example of detailed activity logic

    图 7  状态转移描述示例

    Figure 7.  Description example of state transfer

    图 8  详细行为描述示例

    Figure 8.  Description example of detailed behavior

    图 9  接口资源定义示例

    Figure 9.  Definition example of interface resource

    表  1  中国民航近年来事故征候占比

    Table  1.   Proportion of accident symptoms from Civil Aviation Administration of China in recent years %

    原因 2019年 2020年 2021年(1~6月)
    天气意外 77.7 82.6 81.5
    飞机机组 4.8 4.9 2.2
    机械 4.9 4.9 4
    地面保障 5.7 4.1 9
    机务 0.5 0.8 0.4
    管理 0.2 0.2
    空管 0.4 0.2
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    表  2  事故类型统计

    Table  2.   Statistical classification of flight accidents

    事故类别 类型
    可控飞行 可控飞行撞地、起飞着陆期间与障碍物相撞
    飞机失控 失控、失速
    跑道安全 偏离跑道、跑道侵入、非正常跑道接地、跑道外接地、野生动物撞击
    地面安全 地面碰撞、地面保障、航空器地面失控
    运行失效 系统/部件失效、发动机相关、TCAS相关
    航空器失火 非事故撞击起火、事故撞击起火
    其他事故 鸟撞、客舱安全、急救、涡湍流、空中地面通信、空中交通管理、导航错误、结冰、风切变、雷击、机场、非计划天气飞行、侵犯领空、撤离、油料相关、货物配载、迫降/备降
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    表  3  基于历史数据和典型机型考虑的风险事件清单

    Table  3.   List of risk events based on historical data and typical aircraft type

    事件类型事件清单
    气象环境风险跑道污染、雷击/电击(雷暴)、风/风切变/突风、火山活动、高温、低温、强降水/降雪、结冰/冰击、涡湍流、起火/烟雾、
    平流雾、沙/尘暴
    地理环境风险野生动物/鸟类、机场地形障碍(TAWS相关)
    设施环境风险外来物撞击、跑道侵入/占用、地面障碍物碰撞(含跑道、滑行道、停机坪)
    其他航空器风险尾流、航线障碍(TCAS相关)
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    表  4  运行阶段与外部风险事件的关联映射

    Table  4.   Mapping between operational phase and external risk events

    飞机运行阶段 外部风险事件
    静立阶段 结冰气象、可达的火、大风气象、冰雹
    推出阶段 地面障碍、可达的火
    滑出阶段 地面障碍、可达的火、烟雾、平流雾、跑道污染、鸟击
    起飞阶段 鸟击、跑道入侵、侧风气象、强降水/雪、冰雹、结冰气象、沙/尘暴、风切变、可达的火、不可达的火、烟雾、尾流、跑道污染
    爬升阶段 航线障碍、鸟击、强降水/雪、冰雹、结冰气象、风切变、地形障碍、尾流、雷击/电击、可达的火、不可达的火、烟雾
    巡航阶段 涡湍流、航线障碍、强降水/雪、火山灰、雷击/电击、可达的火、不可达的火、烟雾、结冰气象
    下降阶段 强降水/雪、冰雹、结冰气象、风切变、地形障碍、雷
    击/电击、涡湍流、航线障碍、可达的火、不可达的火、烟雾
    进近阶段 鸟击、结冰气象、航线障碍、风切变
    地形障碍、雷击/电击、涡湍流、强降水/雪、冰雹、低温、可达的火、不可达的火、烟雾
    着陆阶段 鸟击、跑道入侵、侧风气象、强降水/雪、冰雹、结冰气象、沙/尘暴、风切变、可达的火、不可达的火、烟雾、尾流、跑道污染
    滑入阶段 结冰气象、可达的火、地面障碍、平流雾
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    表  5  应急(处置)场景的识别

    Table  5.   Identification of emergency (disposal) scenarios

    外部风险事件 运行阶段 事件演化 应急处置场景
    结冰气象 静立、起飞、爬升、巡航、下降、进近、着陆、滑入 机翼结冰、发动机结冰 机翼防/除冰发动机防/除冰
    可达的火 静立 静止起火 灭火程序、应急撤离、地面消防
    推出、滑出、滑入 移动起火 刹车停机、灭火程序、应急撤离、地面消防
    起飞 起火 中断起飞、刹车停机、灭火程序、
    地面消防、应急撤离
    爬升、巡航、下降、进近 空中起火 灭火程序、烟雾处置、就近着陆、迫降
    着陆 起火 灭火程序、复飞、地面消防、应急撤离
    不可达的火 起飞 起火 灭火程序、中断起飞、应急撤离
    着陆 起火 灭火程序、复飞、应急撤离
    爬升、巡航、下降、进近 空中起火 灭火程序、烟雾处置、就近着陆
    烟雾 滑出、起飞、爬升、巡航、下降、进近、着陆 烟雾扩散、舱内空气、污染 快速离机、烟雾处置
    起火 见可达的火/不可达的火
    大风气象 静立 机体失稳 地面固定
    强降水/雪 爬升、巡航、下降、进近 机体结冰 开启除/防冰
    起飞 跑道污染、视野受阻 刹车停机、中断起飞
    着陆 跑道污染、视野受阻 复飞
    冰雹 起飞 翼面受损、风挡破裂 中断起飞
    爬升、下降、进近、着陆 翼面受损、风挡破裂 返航就近着陆
    单发失效 单发失效处置
    双发失效 双发失效处置
    地面障碍 推出、滑出、滑入 地面碰撞、机体受损 刹车停机
    平流雾 滑出、滑入 视野受阻 刹车停机
    鸟击 爬升、进近 机头碰撞、风挡破裂、翼面受损 返航、就近着陆、快速下降
    单发失效 单发失效处置
    双发失效 双发失效处置
    滑出 机头碰撞、风挡破裂、翼面受损、单发失效、双发失效 刹车停机
    起飞、着陆 机头碰撞、风挡破裂、翼面受损、单发失效、双发失效 中断起飞复飞
    跑道入侵 起飞 起飞入侵 中断起飞
    着陆 着陆入侵 复飞
    侧风气象 起飞 起飞侧风 中断起飞、侧风起飞
    着陆 着陆侧风 复飞、侧风着陆
    沙/尘暴 起飞 视野受阻 中断起飞
    大风/乱流 中断起飞、大风起飞
    着陆 视野受阻、大风/乱流 复飞
    风切变 起飞 飞机性能急剧损失 风切变改出、中断起飞
    着陆 飞机性能急剧损失 风切变改出、复飞
    尾流 起飞 起飞尾流 稳定姿态
    着陆 着陆尾流 稳定姿态、复飞
    跑道污染 滑出 湿滑道面 滑行速度控制、刹车停机
    起飞 湿滑道面、方向控制困难、
    性能损失
    污染道面起飞操作、中断起飞
    着陆 湿滑道面、方向控制困难、
    性能损失
    污染道面着陆操作、复飞
    航线障碍 爬升、巡航、下降、进近 TCAS告警 TCAS告警改出
    地形障碍 爬升、下降、进近 近地告警 近地告警改出
    雷击/电击 爬升、巡航、下降、进近 机体损伤、电磁干扰、
    电子设备损害
    就近着陆、绕飞、故障处置
    涡湍流 巡航、下降、进近 激烈颠簸 颠簸处置
    火山灰 巡航 视野受阻 绕飞、备降
    单发失效 单发失效处置
    双发失效 双发失效处置
    低温 进近 大气数据失准 低温修正
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-05-09
  • 录用日期:  2022-09-09
  • 网络出版日期:  2022-11-11
  • 整期出版日期:  2024-03-27

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