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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。
Abstract:According to the scenario-based civil aircraft system engineering forward development process, in order to ensure the integrity of requirement capture and function analysis in the early stage of aircraft development, the identification, analysis and modeling methods of emergency scenarios are studied. The description and extent of the emergency scenario are provided, together with an analysis of the necessity of taking it into account early in the aircraft development process. The identification of emergency scenarios based on external risk events is conducted for various stages of civil aircraft operation. The external risk events at each stage are provided, and the corresponding emergency scenario list is generated based on the evolution results of the external risk events at each stage. A technique for modeling emergency scenarios based on DoDAF is devised. A typical case of emergency scenario modeling is created when it is combined with a typical emergency scenario. Through the study of the analysis and modeling methods of civil aircraft emergency scenarios, a reference list of external risks and emergency scenarios is formed, and a technical approach for emergency scenario modeling is developed, laying the foundation for safety assurance-oriented, emergency scenario-based requirement capture and initial crew emergency operating procedures definition.
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Key words:
- civil aircraft /
- risk event /
- emergency scenario /
- DoDAF /
- modeling
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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
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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[1] SUTCLIFFE A. Scenario-based requirements analysis[J]. Requirements Engineering, 1998, 3(1): 48-65. doi: 10.1007/BF02802920 [2] STROHMAYER A, SCHMITT D. Scenario based aircraft design evaluation[C]//22nd Congress of International Council of the Aeronautical Sciences.Harrogate: Optimage Ltd, 2000: 1-10. [3] 谢陵, 方俊伟, 徐州, 等. 基于功能场景分析的飞机需求捕获和确认方法研究[J]. 科技资讯, 2015, 13(18): 83-84. doi: 10.3969/j.issn.1672-3791.2015.18.041XIE L, FANG J W, XU Z, et al. Research on aircraft requirements capture and confirmation method for aircraft requirements based on functional scenario analysis[J]. Science & Technology Information, 2015, 13(18): 83-84(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1672-3791.2015.18.041 [4] 杨铭, 钱馨, 王久元. 基于DoDAF建模的民用飞机运行需求捕获方法研究[J]. 兵器装备工程学报, 2018, 39(6): 81-85.YANG M, QIAN X, WANG J Y. Operational requirement capture method of civil aircraft based on DoDAF modeling[J]. Journal of Ordnance Equipment Engineering, 2018, 39(6): 81-85(in Chinese). [5] 郭泰, 钱馨, 宫綦, 等. 基于模型的民机验证需求捕获及应用技术研究[J]. 北京航空航天大学学报, 2022, 48(10): 1933-1942.GUO T, QIAN X, GONG Q, et al. Methodology for model based verification requirements capturing and application in civil aircraft development[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2022, 48(10): 1933-1942(in Chinese). [6] 曹海峰, 焦伟庆. 民航安全管理体系与安全质量标准化体系的比较[J]. 中国民用航空, 2008(9): 60-61.CAO H F, JIAO W Q. Comparative research on safety management system and standardization of safety and quality[J]. China Civil Aviation, 2008(9): 60-61(in Chinese). [7] 陈越华. 航空旅客安全事故应急处置研究-以伊春事件为例[D]. 昆明: 云南财经大学, 2020.CHEN Y H. Research on the emergency response of public emergencies[D]. Kunming: Yunnan University of Finance and Economics, 2020(in Chinese). [8] UK Civil Ariation Authority. Global fatal accident review 2002 to 2011, CAP 1036[R]. UK: Civil Aviation Authority, 2013. [9] 中国民用航空局. 中国民用航空安全信息统计分析报告, 2019年[R]. 北京: 中国民用航空局, 2020.Civil Aviation Administration of China. Report on statistical analysis of China's civil aviation safety information, 2019 edition[R]. Beijing: Civil Aviation Administration of China, 2020(in Chinese). [10] 中国民用航空局. 中国民用航空安全信息统计分析报告, 2020年[R]. 北京: 中国民用航空局, 2021.Civil Aviation Administration of China. Report on statistical analysis of China’s civil aviation safety information, 2020 edition[R]. Beijing: Civil Aviation Administration of China, 2021(in Chinese). [11] 中国民用航空局. 2021年1-6月中国民用航空安全信息统计分析报告[R]. 北京: 中国民用航空局, 2021.Civil Aviation Administration of China. January to June 2021 edition Report on statistical analysis of China’s civil aviation safety information[R]. Beijing: Civil Aviation Administration of China, 2021(in Chinese). [12] 吴倩, 谈伟, 盖文妹. 基于动态贝叶斯网络的民航突发事件情景分析研究[J]. 中国安全生产科学技术, 2016, 12(3): 169-174.WU Q, TAN W, GAI W M. Study on scenario analysis of civil aviation emergency based on dynamic Bayesian network[J]. Journal of Safety Science and Technology, 2016, 12(3): 169-174(in Chinese). [13] 徐胜平, 李华明. 81起民航等级飞行事故的机组资源管理分析[J]. 中华航空航天医学杂志, 2003, 14(3): 174-175.XU S P, LI H M. Crew resource management analysis of 81 CAAC class air accidents[J]. Chinese Journal of Aerospace Medicine, 2003, 14(3): 174-175(in Chinese). [14] Airbus. Statistical analysis of commercial aviation accidents, 1958-2018[R]. France: Airbus, 2019. [15] CAST/ICAO Common Taxonomy Team. Aviation occurrence categories definitions and usage notes, October 2013 (4.6)[R]. Montreal: International Civil Aviation Organization, 2013. [16] ICAO. State of global aviation safety[R]. Montreal: International Civil Aviation Organization, 2019. [17] KHARRAT M, PENAS O, PLATEAUX R, et al. Integration of electromagnetic constraints as of the conceptual design through an MBSE approach[J]. IEEE Systems Journal, 2021, 15(1): 747-758. doi: 10.1109/JSYST.2020.2980144 [18] FANG Z M, ZHOU X Z, SONG A N. Architectural models enabled dynamic optimization for system-of-systems evolution[J]. Complexity, 2020: 1-14. [19] HAUSE M. Integrating security into enterprise architecture with UAF and PLE[J]. INSIGHT, 2020, 23(3): 44-50. doi: 10.1002/inst.12310 [20] DOROFEEV A, ALTUKHOVA N, FILIPPOVA N, et al. Development of transportation management system with the use of ontological and architectural approaches to ensure trucking reliability[J]. Sustainability, 2020, 12(20): 8504. doi: 10.3390/su12208504 -
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