民機(jī)液壓系統(tǒng)區(qū)域安全性分析研究

周亮

【摘 要】區(qū)域安全性分析（ZSA）是民用飛機(jī)系統(tǒng)安全性分析的一項(xiàng)重要內(nèi)容，美國(guó)聯(lián)邦航空局（FAA）和歐洲航空安全局（EASA）均將其明確列為民航安全分析工作要求。本文通過分析ARP 4761標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)域安全性分析，提出操作性強(qiáng)的改進(jìn)的區(qū)域安全性分析流程，給出了可供型號(hào)研制借鑒和參考的分析實(shí)例。

【關(guān)鍵詞】民用飛機(jī)；液壓系統(tǒng)；區(qū)域安全性分析

0 前言

安全性分析是對(duì)民用飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)（FAR 25、JAR 25和CCAR25等）第1309條“設(shè)備、系統(tǒng)與安裝”條款進(jìn)行適航符合性驗(yàn)證的主要手段[1]，區(qū)域安全性分析（ZSA）作為共因失效分析（CCA）的一種[2]，主要用于評(píng)價(jià)各分系統(tǒng)和設(shè)備之間的相容性、確定系統(tǒng)各區(qū)域及整個(gè)系統(tǒng)存在的危險(xiǎn)并評(píng)價(jià)其嚴(yán)重程度。

液壓系統(tǒng)作為現(xiàn)代民用飛機(jī)的關(guān)鍵系統(tǒng)之一，通常為主飛行控制系統(tǒng)、高升力系統(tǒng)、起落架系統(tǒng)以及機(jī)輪剎車等重要系統(tǒng)提供液壓能源。由于液壓用戶布局范圍廣、且布置分散，必然導(dǎo)致液壓管路系統(tǒng)的布置涉及全機(jī)大部分區(qū)域（例如，翼身整流罩區(qū)域、機(jī)翼區(qū)域、垂平尾區(qū)域、前起落架艙以及主起落架艙等區(qū)域）。因而民用飛機(jī)液壓系統(tǒng)的ZSA工作復(fù)雜程度非常高，本文通過對(duì)常規(guī)ZSA方法進(jìn)行改進(jìn)，通過以故障樹中具有獨(dú)立性要求的設(shè)備作為外部失效模式的影響對(duì)象，建立改進(jìn)的外部失效模式影響分析方法，優(yōu)化分析過程，具有很強(qiáng)的工程實(shí)用性和可操作性。

1 區(qū)域安全性分析的常用方法

ZSA的目標(biāo)是確保系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安裝滿足下列安全性要求：設(shè)計(jì)和安裝準(zhǔn)則、失效對(duì)飛機(jī)的影響、維修差錯(cuò)的影響和驗(yàn)證設(shè)計(jì)滿足故障樹分析（FTA）事件獨(dú)立性要求。ARP 4761的ZSA流程如圖1所示。ZSA主要采用定性分析，為了滿足上述要求，進(jìn)行以下三個(gè)方面的工作。

1.1 設(shè)計(jì)和安裝準(zhǔn)則制定

設(shè)計(jì)和安裝準(zhǔn)則考慮飛機(jī)級(jí)需求和來自初步系統(tǒng)安全性評(píng)估（PSSA）的衍生要求以及可能的維修差錯(cuò)的影響。準(zhǔn)則分為通用準(zhǔn)則和專用準(zhǔn)則，準(zhǔn)則由負(fù)責(zé)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)專業(yè)制定，須經(jīng)相關(guān)專業(yè)的批準(zhǔn)。

1.2 區(qū)域安裝符合性檢查

按照一定原則進(jìn)行區(qū)域劃分，依據(jù)上述設(shè)計(jì)和安裝準(zhǔn)則，檢查飛機(jī)各區(qū)域與準(zhǔn)則的符合性情況，并記錄檢查結(jié)果。

1.3 檢查系統(tǒng)/組件的相互影響

針對(duì)各區(qū)域系統(tǒng)/組件清單，確定其對(duì)附近系統(tǒng)/組件有影響的失效模式清單?？紤]系統(tǒng)/組件的失效模式，外部失效的影響以及對(duì)飛機(jī)造成的影響。這些失效模式對(duì)區(qū)域內(nèi)系統(tǒng)的影響通過系統(tǒng)描述、PSSA或等效方法進(jìn)行判定。

上述過程是ZSA的一般要求，要結(jié)合具體的液壓系統(tǒng)或相關(guān)區(qū)域進(jìn)行分析，需要針對(duì)各系統(tǒng)/部件失效模式、不同失效模式對(duì)所在區(qū)域的液壓系統(tǒng)管路和設(shè)備的影響分析等給出要求。本文重點(diǎn)關(guān)注ZSA中各區(qū)域的系統(tǒng)/部件失效模式對(duì)區(qū)域內(nèi)液壓系統(tǒng)/組件的影響。

2 改進(jìn)的區(qū)域安全性分析流程

作為CCA的一種方法，ZSA的主要目的也是驗(yàn)證設(shè)計(jì)滿足FTA分析事件中的獨(dú)立性要求。以此目的為出發(fā)點(diǎn)，改進(jìn)流程如圖2所示。

2.1 列出區(qū)域內(nèi)設(shè)備清單

對(duì)所劃分的每一個(gè)區(qū)域，給出其內(nèi)部所有系統(tǒng)的名稱及系統(tǒng)在該區(qū)域內(nèi)所有設(shè)備名稱。列出系統(tǒng)設(shè)備清單的目的是為了便于后續(xù)安全分析檢查時(shí)具有針對(duì)性，為確認(rèn)設(shè)備在所劃定的區(qū)域內(nèi)是否存在外部失效模式提供方便。

2.2 區(qū)域內(nèi)部件的外部失效模式清單

在確定系統(tǒng)部件外部失效模式時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮如下系統(tǒng)或部件的失效情況：

（1）含高能轉(zhuǎn)子的裝置， 如發(fā)動(dòng)機(jī)、空氣循環(huán)機(jī)、輔助動(dòng)力裝置、風(fēng)扇、發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電機(jī)、液壓泵等；

（2）所有具有高能量釋放潛能的元部件，如壓力瓶、蓄壓器、氧氣瓶、滅火器、冷氣瓶、輪胎、處于張力狀態(tài)的鋼纜、處于張力狀態(tài)的鏈條、壓縮物體等；

（3）任何承載具有腐蝕性物質(zhì)且故障時(shí)易造成周圍環(huán)境惡化的裝置，如廢水管路、燃油箱及導(dǎo)管、蓄電池、液壓系統(tǒng)設(shè)備等；

（4）故障或過熱后產(chǎn)生煙霧和起火的電氣設(shè)備及導(dǎo)線；

（5）任何可能產(chǎn)生高溫、高壓氣體泄露的導(dǎo)管及管路，如發(fā)動(dòng)機(jī)排氣導(dǎo)管、空調(diào)系統(tǒng)高溫管路、防冰導(dǎo)管等；

（6）正常工作時(shí)運(yùn)動(dòng)的設(shè)備及部件，如飛行操縱裝置、起落架操縱裝置等。

2.3 確定各區(qū)域獨(dú)立性要求設(shè)備清單

對(duì)于單個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部或者不同系統(tǒng)之間的設(shè)備/ 部件，它們的同時(shí)失效可能會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性或危險(xiǎn)性的狀態(tài)，對(duì)這些設(shè)備/部件之間即有獨(dú)立性要求。若在飛機(jī)的同一區(qū)域內(nèi)，一個(gè)外部失效導(dǎo)致具有獨(dú)立性要求的設(shè)備/ 部件同時(shí)失效，是設(shè)計(jì)不允許的。

2.4 外部失效模式影響分析

ZSA 外部失效模式影響分析主要是檢查部件的外部失效對(duì)區(qū)域內(nèi)鄰近部件的影響及對(duì)飛機(jī)的影響。在實(shí)際工作中，評(píng)估影響時(shí)，需依據(jù)相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝準(zhǔn)則，還需考慮區(qū)域內(nèi)系統(tǒng)的實(shí)際設(shè)計(jì)。

3 液壓系統(tǒng)區(qū)域安全性分析實(shí)例

以某型民用飛機(jī)在機(jī)翼后緣區(qū)域的ZSA為例，分析液壓系統(tǒng)的區(qū)域安全性，在該區(qū)域內(nèi)液壓系統(tǒng)設(shè)備僅有綠色、藍(lán)色和黃色系統(tǒng)管路。表1為該區(qū)域液壓系統(tǒng)獨(dú)立性設(shè)備要求設(shè)備清單。

按照改進(jìn)的區(qū)域安全性分析方法，相關(guān)系統(tǒng)確定在機(jī)翼后緣區(qū)域內(nèi)的系統(tǒng)/部件外部失效模式清單如下表2所示。

依次分析表2中各種系統(tǒng)/部件外部失效模式對(duì)上述表1中各獨(dú)立性要求設(shè)備的影響，分析結(jié)果見下表3。

從表3的分析結(jié)果可以得出結(jié)論如下：該區(qū)域的襟翼扭力管會(huì)斷開后擺動(dòng)的失效模式會(huì)產(chǎn)生III級(jí)失效狀態(tài)。受影響系統(tǒng)或設(shè)備的失效導(dǎo)致失效狀態(tài)影響等級(jí)為III級(jí)的情況，若能表明外部失效而導(dǎo)致受影響設(shè)備的安全性水平未受到較大影響，則可不做設(shè)計(jì)更改，但需與適航部門溝通并獲得認(rèn)可；否則，需做設(shè)計(jì)更改。

對(duì)于需做相應(yīng)設(shè)計(jì)更改的情況，所做設(shè)計(jì)更改內(nèi)容包含：a） 更改系統(tǒng)構(gòu)型；b） 更改布置方式；c） 采取系統(tǒng)間防護(hù)措施。

4 結(jié)論

采用改進(jìn)后的ZSA分析流程，針對(duì)某型民用飛機(jī)液壓系統(tǒng)在機(jī)翼后緣區(qū)域的布置進(jìn)行實(shí)例分析，證明該流程具有操作性強(qiáng)和效率高的優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)不同研制階段飛機(jī)系統(tǒng)的迭代分析。研究結(jié)果為民用飛機(jī)機(jī)械系統(tǒng)開展區(qū)域安全性分析工作提供工程應(yīng)用依據(jù)。對(duì)該分析外部失效影響范圍的深入研究仍在進(jìn)一步探索中。

【參考文獻(xiàn)】

[1]GUIDELINES AND METHODS FOR CONDUCTING THE SAFETY ASSESSMENT PROCESS ON CIVIL AIRBORNE SYSTEMS AND EQUIPMENT[S]. ARP4761. SAE International. 1996，12.

[2]馮福來.飛機(jī)區(qū)域安全性分析[J].China Academic Journal Electronic Publishing House. 2010：39-42.

[責(zé)任編輯：曹明明]