某型飛機升降舵系統(tǒng)故障樹分析

劉瑞

【摘 要】 本文通過繪制某型飛機升降舵系統(tǒng)故障樹，尋找導致此故障樹頂事件發(fā)生的故障和故障組合，并進行此故障樹的定性分析和定量分析，找出其關(guān)鍵底事件和計算此系統(tǒng)設(shè)計是否滿足頂事件的安全性要求。

【關(guān)鍵詞】 故障樹分析安全性分析

1 引言

某型飛機升降舵系統(tǒng)是采用液壓助力系統(tǒng)的雙余度系統(tǒng)，主要用于實現(xiàn)飛機俯仰控制機動性能，該系統(tǒng)的主要組成及原理可參見圖1，在駕駛艙中，正副駕駛各有駕駛盤及立柱，通過上拉和下推駕駛盤及立柱對傳動線系產(chǎn)生力和位移，再通過液壓助力器放大操縱力，實現(xiàn)對升降舵的操縱。

故障樹分析分為定性分析和定量分析。故障樹定性分析的目的在于尋找頂事件發(fā)生的原因和原因組合，即識別導致頂事件發(fā)生的所有故障模式。故障樹定量分析的一個重要用途是利用底事件的發(fā)生概率計算出頂事件的發(fā)生概率，以確定和調(diào)整系統(tǒng)的可靠性水平或安全性水平。

各組成部分可能發(fā)生以下故障：

1）駕駛盤及立柱可能發(fā)生卡滯、機械脫開等故障；

2）傳感器可能發(fā)生元件故障、輸入輸出電路故障、機械損壞、接觸不良、導線脫落、線圈老化損壞、感應線圈損壞等故障；

3）拉桿可能產(chǎn)生緊澀卡住、端頭螺栓脫落或斷裂、連接搖臂故障、拉桿斷裂、安裝期間造成損壞等故障；

4）搖臂可能產(chǎn)生搖臂緊澀卡住、旋轉(zhuǎn)螺栓脫落或斷裂、搖臂斷裂、安裝期間造成損壞等故障；

5）液壓助力器可能產(chǎn)生液壓源失效、進回油連通閥密封故障、助力器泄漏嚴重、滑閥卡住、活塞卡住、回中鎖故障、安裝期間造成助力器損壞等故障；

6）舵面可能產(chǎn)生卡阻、脫落等故障；

7）離合器可能產(chǎn)生動作失效等故障；

8）開關(guān)可能產(chǎn)生開關(guān)接觸不良、開關(guān)內(nèi)部電路斷開等故障。

2 建樹

“一側(cè)助力操縱與機械操縱卡滯，同時升降舵離合器故障”是升降舵功能喪失的一個直接事件，會導致災難性的后果，因此對此事件的失效概率要求為小于10-9，本文對此事件作為故障樹的頂事件，故障樹分析過程如圖2。

此故障樹中的各事件用相應符號代替，以便于分析，如表1。

3 確定割集及最小割集

割集是故障樹的若干底事件的集合，如果這些底事件都發(fā)生則將導致頂事件發(fā)生。最小割集是底事件的數(shù)目不能再減少的割集，即在最小割集中任意去掉一個底事件之后剩下的底事件集合就不是割集。

在傳統(tǒng)故障樹中有一種比較常用的求最小割集的方法——下行法，即布爾表法，表2為下行法在升降舵故障樹分析的一個應用。

通過下行法分析可以得出升降舵系統(tǒng)故障樹的割集為7個：{x1，x2}，{x1，x3}，{x1，x4}，{x1，x5}，{x1，x6}，{x1，x7}，{x1，x8，x9}可以看出，此7個割集之間無需簡化、吸收，因此，升降舵系統(tǒng)故障樹分析有7個最小割集：{x1，x2}，{x1，x3}，{x1，x4}，{x1，x5}，{x1，x6}，{x1，x7}，{x1，x8，x9}。

4 底事件概率統(tǒng)計

通過統(tǒng)計故障樹底事件發(fā)生概率并計算，可以對故障樹進行定量分析，計算該系統(tǒng)是否滿足可靠性或安全性要求。

升降舵系統(tǒng)故障樹底事件故障概率統(tǒng)計表見表3。

5 故障樹分析

故障樹定性分析是最小割集的定性分析，通過故障樹定性分析可以看出，兩階割集有6個，三階割集有1個，在兩階割集中出現(xiàn)的事件相比更重要一些；在6個兩階割集和1個三階割集中，X1事件都出現(xiàn)了，因此可以得出，“離合器故障”事件在頂事件“一側(cè)助力操縱與機械操縱卡滯，同時升降舵離合器故障”下是最重要的底事件，需要加強離合器的設(shè)計。

故障樹定量分析是指已知底事件發(fā)生概率通過計算得出頂事件的發(fā)生概率，通過故障樹定量分析可以得知：頂事件概率為最小割集概率的和，即

P（T）=P（{X1，X2}，{X1，X3}，{X1，X4}，{X1，X5}，{X1，X6}，{X1，X7}，{X1，X8，X9}）

=P（X1X2+X1X3+X1X4+X1X5+X1X6+X1X7+X1X8X9）

=P（X1）×P（X2+X3+X4+X5+X6+X7+X8X9）

=（1.85×10-6）×[（1.00×10-5）+（1.00×10-5）+（9.09×10-6）+（7.43×10-6）+（9.09×10-6）+（7.43×10-6）+（1.05×10-5×1.05×10-5）]=0.981×10-10

經(jīng)計算，此頂事件失效率滿足小于10-9的安全性要求。endprint

【摘 要】 本文通過繪制某型飛機升降舵系統(tǒng)故障樹，尋找導致此故障樹頂事件發(fā)生的故障和故障組合，并進行此故障樹的定性分析和定量分析，找出其關(guān)鍵底事件和計算此系統(tǒng)設(shè)計是否滿足頂事件的安全性要求。

【關(guān)鍵詞】 故障樹分析安全性分析

1 引言

某型飛機升降舵系統(tǒng)是采用液壓助力系統(tǒng)的雙余度系統(tǒng)，主要用于實現(xiàn)飛機俯仰控制機動性能，該系統(tǒng)的主要組成及原理可參見圖1，在駕駛艙中，正副駕駛各有駕駛盤及立柱，通過上拉和下推駕駛盤及立柱對傳動線系產(chǎn)生力和位移，再通過液壓助力器放大操縱力，實現(xiàn)對升降舵的操縱。

故障樹分析分為定性分析和定量分析。故障樹定性分析的目的在于尋找頂事件發(fā)生的原因和原因組合，即識別導致頂事件發(fā)生的所有故障模式。故障樹定量分析的一個重要用途是利用底事件的發(fā)生概率計算出頂事件的發(fā)生概率，以確定和調(diào)整系統(tǒng)的可靠性水平或安全性水平。

各組成部分可能發(fā)生以下故障：

1）駕駛盤及立柱可能發(fā)生卡滯、機械脫開等故障；

2）傳感器可能發(fā)生元件故障、輸入輸出電路故障、機械損壞、接觸不良、導線脫落、線圈老化損壞、感應線圈損壞等故障；

3）拉桿可能產(chǎn)生緊澀卡住、端頭螺栓脫落或斷裂、連接搖臂故障、拉桿斷裂、安裝期間造成損壞等故障；

4）搖臂可能產(chǎn)生搖臂緊澀卡住、旋轉(zhuǎn)螺栓脫落或斷裂、搖臂斷裂、安裝期間造成損壞等故障；

5）液壓助力器可能產(chǎn)生液壓源失效、進回油連通閥密封故障、助力器泄漏嚴重、滑閥卡住、活塞卡住、回中鎖故障、安裝期間造成助力器損壞等故障；

6）舵面可能產(chǎn)生卡阻、脫落等故障；

7）離合器可能產(chǎn)生動作失效等故障；

8）開關(guān)可能產(chǎn)生開關(guān)接觸不良、開關(guān)內(nèi)部電路斷開等故障。

2 建樹

“一側(cè)助力操縱與機械操縱卡滯，同時升降舵離合器故障”是升降舵功能喪失的一個直接事件，會導致災難性的后果，因此對此事件的失效概率要求為小于10-9，本文對此事件作為故障樹的頂事件，故障樹分析過程如圖2。

此故障樹中的各事件用相應符號代替，以便于分析，如表1。

3 確定割集及最小割集

割集是故障樹的若干底事件的集合，如果這些底事件都發(fā)生則將導致頂事件發(fā)生。最小割集是底事件的數(shù)目不能再減少的割集，即在最小割集中任意去掉一個底事件之后剩下的底事件集合就不是割集。

在傳統(tǒng)故障樹中有一種比較常用的求最小割集的方法——下行法，即布爾表法，表2為下行法在升降舵故障樹分析的一個應用。

通過下行法分析可以得出升降舵系統(tǒng)故障樹的割集為7個：{x1，x2}，{x1，x3}，{x1，x4}，{x1，x5}，{x1，x6}，{x1，x7}，{x1，x8，x9}可以看出，此7個割集之間無需簡化、吸收，因此，升降舵系統(tǒng)故障樹分析有7個最小割集：{x1，x2}，{x1，x3}，{x1，x4}，{x1，x5}，{x1，x6}，{x1，x7}，{x1，x8，x9}。

4 底事件概率統(tǒng)計

通過統(tǒng)計故障樹底事件發(fā)生概率并計算，可以對故障樹進行定量分析，計算該系統(tǒng)是否滿足可靠性或安全性要求。

升降舵系統(tǒng)故障樹底事件故障概率統(tǒng)計表見表3。

5 故障樹分析

故障樹定性分析是最小割集的定性分析，通過故障樹定性分析可以看出，兩階割集有6個，三階割集有1個，在兩階割集中出現(xiàn)的事件相比更重要一些；在6個兩階割集和1個三階割集中，X1事件都出現(xiàn)了，因此可以得出，“離合器故障”事件在頂事件“一側(cè)助力操縱與機械操縱卡滯，同時升降舵離合器故障”下是最重要的底事件，需要加強離合器的設(shè)計。

故障樹定量分析是指已知底事件發(fā)生概率通過計算得出頂事件的發(fā)生概率，通過故障樹定量分析可以得知：頂事件概率為最小割集概率的和，即

P（T）=P（{X1，X2}，{X1，X3}，{X1，X4}，{X1，X5}，{X1，X6}，{X1，X7}，{X1，X8，X9}）

=P（X1X2+X1X3+X1X4+X1X5+X1X6+X1X7+X1X8X9）

=P（X1）×P（X2+X3+X4+X5+X6+X7+X8X9）

=（1.85×10-6）×[（1.00×10-5）+（1.00×10-5）+（9.09×10-6）+（7.43×10-6）+（9.09×10-6）+（7.43×10-6）+（1.05×10-5×1.05×10-5）]=0.981×10-10

經(jīng)計算，此頂事件失效率滿足小于10-9的安全性要求。endprint

【摘 要】 本文通過繪制某型飛機升降舵系統(tǒng)故障樹，尋找導致此故障樹頂事件發(fā)生的故障和故障組合，并進行此故障樹的定性分析和定量分析，找出其關(guān)鍵底事件和計算此系統(tǒng)設(shè)計是否滿足頂事件的安全性要求。

【關(guān)鍵詞】 故障樹分析安全性分析

1 引言

某型飛機升降舵系統(tǒng)是采用液壓助力系統(tǒng)的雙余度系統(tǒng)，主要用于實現(xiàn)飛機俯仰控制機動性能，該系統(tǒng)的主要組成及原理可參見圖1，在駕駛艙中，正副駕駛各有駕駛盤及立柱，通過上拉和下推駕駛盤及立柱對傳動線系產(chǎn)生力和位移，再通過液壓助力器放大操縱力，實現(xiàn)對升降舵的操縱。

故障樹分析分為定性分析和定量分析。故障樹定性分析的目的在于尋找頂事件發(fā)生的原因和原因組合，即識別導致頂事件發(fā)生的所有故障模式。故障樹定量分析的一個重要用途是利用底事件的發(fā)生概率計算出頂事件的發(fā)生概率，以確定和調(diào)整系統(tǒng)的可靠性水平或安全性水平。

各組成部分可能發(fā)生以下故障：

1）駕駛盤及立柱可能發(fā)生卡滯、機械脫開等故障；

2）傳感器可能發(fā)生元件故障、輸入輸出電路故障、機械損壞、接觸不良、導線脫落、線圈老化損壞、感應線圈損壞等故障；

3）拉桿可能產(chǎn)生緊澀卡住、端頭螺栓脫落或斷裂、連接搖臂故障、拉桿斷裂、安裝期間造成損壞等故障；

4）搖臂可能產(chǎn)生搖臂緊澀卡住、旋轉(zhuǎn)螺栓脫落或斷裂、搖臂斷裂、安裝期間造成損壞等故障；

5）液壓助力器可能產(chǎn)生液壓源失效、進回油連通閥密封故障、助力器泄漏嚴重、滑閥卡住、活塞卡住、回中鎖故障、安裝期間造成助力器損壞等故障；

6）舵面可能產(chǎn)生卡阻、脫落等故障；

7）離合器可能產(chǎn)生動作失效等故障；

8）開關(guān)可能產(chǎn)生開關(guān)接觸不良、開關(guān)內(nèi)部電路斷開等故障。

2 建樹

“一側(cè)助力操縱與機械操縱卡滯，同時升降舵離合器故障”是升降舵功能喪失的一個直接事件，會導致災難性的后果，因此對此事件的失效概率要求為小于10-9，本文對此事件作為故障樹的頂事件，故障樹分析過程如圖2。

此故障樹中的各事件用相應符號代替，以便于分析，如表1。

3 確定割集及最小割集

割集是故障樹的若干底事件的集合，如果這些底事件都發(fā)生則將導致頂事件發(fā)生。最小割集是底事件的數(shù)目不能再減少的割集，即在最小割集中任意去掉一個底事件之后剩下的底事件集合就不是割集。

在傳統(tǒng)故障樹中有一種比較常用的求最小割集的方法——下行法，即布爾表法，表2為下行法在升降舵故障樹分析的一個應用。

通過下行法分析可以得出升降舵系統(tǒng)故障樹的割集為7個：{x1，x2}，{x1，x3}，{x1，x4}，{x1，x5}，{x1，x6}，{x1，x7}，{x1，x8，x9}可以看出，此7個割集之間無需簡化、吸收，因此，升降舵系統(tǒng)故障樹分析有7個最小割集：{x1，x2}，{x1，x3}，{x1，x4}，{x1，x5}，{x1，x6}，{x1，x7}，{x1，x8，x9}。

4 底事件概率統(tǒng)計

通過統(tǒng)計故障樹底事件發(fā)生概率并計算，可以對故障樹進行定量分析，計算該系統(tǒng)是否滿足可靠性或安全性要求。

升降舵系統(tǒng)故障樹底事件故障概率統(tǒng)計表見表3。

5 故障樹分析

故障樹定性分析是最小割集的定性分析，通過故障樹定性分析可以看出，兩階割集有6個，三階割集有1個，在兩階割集中出現(xiàn)的事件相比更重要一些；在6個兩階割集和1個三階割集中，X1事件都出現(xiàn)了，因此可以得出，“離合器故障”事件在頂事件“一側(cè)助力操縱與機械操縱卡滯，同時升降舵離合器故障”下是最重要的底事件，需要加強離合器的設(shè)計。

故障樹定量分析是指已知底事件發(fā)生概率通過計算得出頂事件的發(fā)生概率，通過故障樹定量分析可以得知：頂事件概率為最小割集概率的和，即

P（T）=P（{X1，X2}，{X1，X3}，{X1，X4}，{X1，X5}，{X1，X6}，{X1，X7}，{X1，X8，X9}）

=P（X1X2+X1X3+X1X4+X1X5+X1X6+X1X7+X1X8X9）

=P（X1）×P（X2+X3+X4+X5+X6+X7+X8X9）

=（1.85×10-6）×[（1.00×10-5）+（1.00×10-5）+（9.09×10-6）+（7.43×10-6）+（9.09×10-6）+（7.43×10-6）+（1.05×10-5×1.05×10-5）]=0.981×10-10

經(jīng)計算，此頂事件失效率滿足小于10-9的安全性要求。endprint