民用飛機(jī)特定風(fēng)險(xiǎn)分析概述

呂軍

【摘 要】特定風(fēng)險(xiǎn)分析是在新飛機(jī)研制時(shí)，針對(duì)飛機(jī)外部環(huán)境（如鳥(niǎo)撞、閃電、冰雹）或來(lái)源于飛機(jī)內(nèi)部其它系統(tǒng)的事件或危險(xiǎn)（如轉(zhuǎn)子爆破，機(jī)輪和輪胎失效）開(kāi)展的全面評(píng)估。這一分析評(píng)估工作的實(shí)施保證了所采取的設(shè)計(jì)在面臨這些風(fēng)險(xiǎn)時(shí)具有足夠的魯棒性。

【關(guān)鍵詞】特定風(fēng)險(xiǎn)；PRA；安全性評(píng)估；民用飛機(jī)

0 前言

特定風(fēng)險(xiǎn)（Particular Risk）是在飛機(jī)或系統(tǒng)外部發(fā)生的事件或危險(xiǎn)所引起的風(fēng)險(xiǎn)。這些事件或危險(xiǎn)來(lái)源于飛機(jī)外部環(huán)境（如鳥(niǎo)撞、閃電、冰雹）或飛機(jī)內(nèi)部的其它系統(tǒng)（如轉(zhuǎn)子爆破，機(jī)輪和輪胎失效），往往影響飛機(jī)多個(gè)區(qū)域或造成多個(gè)系統(tǒng)同時(shí)失效，破壞系統(tǒng)、功能或組件之間的獨(dú)立性，是造成系統(tǒng)關(guān)聯(lián)故障與共因故障產(chǎn)生的重要原因。

特定風(fēng)險(xiǎn)分析（PRA）、區(qū)域安全性分析（ZSA）和共模分析（CMA）共同構(gòu)成了民機(jī)的共因分析。這些分析評(píng)估工作的實(shí)施保證了所采取的設(shè)計(jì)在面臨這些風(fēng)險(xiǎn)時(shí)具有足夠的魯棒性。對(duì)于所確定的風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目，需要建立專門的團(tuán)隊(duì)來(lái)開(kāi)展評(píng)估工作，并且應(yīng)將所有相關(guān)研究結(jié)果整理成專門文檔來(lái)指導(dǎo)新飛機(jī)的研制。在之前型號(hào)項(xiàng)目上所開(kāi)展過(guò)的特定風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目可以作為著手點(diǎn)，同樣在新型號(hào)上予以考慮。

1 介紹

特定風(fēng)險(xiǎn)可能同時(shí)影響多個(gè)區(qū)域，但ZSA僅限于任一具體的區(qū)域。其中某些特定風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目有具體的適航規(guī)章要求（例如，非包容性轉(zhuǎn)子爆破，輪胎爆破，等等）。某些特定風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目可能僅涉及公司內(nèi)部的要求，如具體的隔離要求。參考SAE ARP 4761[1]和ARP 4754A[2]，典型的特定風(fēng)險(xiǎn)事件或危險(xiǎn)包括但不限于：火災(zāi)，高能裝置（發(fā)動(dòng)機(jī)、輔助動(dòng)力裝置APU、風(fēng)扇），高壓瓶，高壓管路破裂，高溫氣體管路泄漏，液體泄漏（液壓油、燃油、電池酸性物質(zhì)、水），惡劣天氣（冰雹、冰和雪），鳥(niǎo)撞，機(jī)輪和輪胎失效，雷擊、高強(qiáng)度輻射場(chǎng)，擺動(dòng)軸失效，后壓力框破裂等。

PRA不是一次性的分析工作。為使評(píng)估結(jié)果有意義，它應(yīng)當(dāng)貫穿于飛機(jī)的整個(gè)研制過(guò)程持續(xù)開(kāi)展。同時(shí)在研制階段，應(yīng)對(duì)飛機(jī)的任何重大更改進(jìn)行評(píng)估。PRA可以提供證據(jù)來(lái)表明所識(shí)別的危險(xiǎn)已經(jīng)被辨別和評(píng)估。通常由飛機(jī)制造商成立專門的團(tuán)隊(duì)來(lái)評(píng)估飛機(jī)及其系統(tǒng)，在風(fēng)險(xiǎn)影響下是否仍具有持續(xù)安全飛行和著陸的能力。在初期，評(píng)估可基于圖紙或者模型，隨著項(xiàng)目的推進(jìn)，應(yīng)使用數(shù)字樣機(jī)和真實(shí)飛機(jī)開(kāi)展評(píng)估。當(dāng)飛機(jī)構(gòu)型完全確定后，應(yīng)針對(duì)系統(tǒng)實(shí)際的布置開(kāi)展最終評(píng)估，以保證危險(xiǎn)在最終設(shè)計(jì)中予以消除。

2 分析流程

參照ARP4761，PRA 可按照以下流程圖（圖1）來(lái)進(jìn)行。具體每一步驟的說(shuō)明見(jiàn)下文。

圖1 PRA分析的流程圖

2.1 定義被分析的特定風(fēng)險(xiǎn)的細(xì)節(jié)（如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子爆破）

確定對(duì)何種特定風(fēng)險(xiǎn)展開(kāi)研究，并對(duì)該特定風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行描述，說(shuō)明該特定風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的原因、場(chǎng)景和規(guī)律等。

2.2 定義分析中使用的失效模型（如轉(zhuǎn)子爆破模型）

確定各類特定風(fēng)險(xiǎn)可能出現(xiàn)的失效模式，如轉(zhuǎn)子爆破中渦輪盤爆破模式包括小碎片、中等碎片、三分之一輪盤碎片。

2.3 列出需滿足的適航條款或AC要求（如FAR[3]/ CCAR[4] 903）

在所有特定風(fēng)險(xiǎn)類型中，一部分有明確適航條款或AC（咨詢通告）要求的項(xiàng)目，應(yīng)以表明對(duì)這些具體適航條款或AC的符合性為工作目標(biāo)；另一些無(wú)直接條款要求的特定風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目，需通過(guò)分析確定對(duì)飛機(jī)或系統(tǒng)的影響是否可接受，來(lái)表明對(duì)CCAR 25.1309條款的符合性。

2.4 定義受影響的區(qū)域（如起落架艙）

確定特定風(fēng)險(xiǎn)影響范圍，并確定特定風(fēng)險(xiǎn)作用區(qū)域。

2.5 定義受影響的系統(tǒng)/組件（借助ZSA進(jìn)行交叉檢查）

確定風(fēng)險(xiǎn)作用區(qū)域內(nèi)受影響的系統(tǒng)或部件。

2.6 定義所采取的設(shè)計(jì)和安裝預(yù)防措施

應(yīng)當(dāng)借助在ZSA中使用的設(shè)計(jì)和安裝指南進(jìn)行交叉檢查，根據(jù)上述特定風(fēng)險(xiǎn)分析實(shí)施過(guò)程所得出的結(jié)論，應(yīng)對(duì)如何規(guī)避特定風(fēng)險(xiǎn)、降低風(fēng)險(xiǎn)影響后果、提高抵御風(fēng)險(xiǎn)能力等多方面進(jìn)行綜合考慮。

2.7 評(píng)估特定風(fēng)險(xiǎn)對(duì)受影響系統(tǒng)/組件的安全性影響

分析特定風(fēng)險(xiǎn)對(duì)作用區(qū)域內(nèi)系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)的單個(gè)部件單元所產(chǎn)生的影響，確定系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)失效模式，給出影響后果大??；此項(xiàng)工作可結(jié)合FMEA（故障模式及影響分析）、PSSA（初步系統(tǒng)安全性評(píng)估）進(jìn)行交叉檢查完成。

2.8 評(píng)估該特定風(fēng)險(xiǎn)對(duì)飛機(jī)產(chǎn)生的安全性影響

分析特定風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)致的單元失效模式及其組合對(duì)飛機(jī)的影響，可借助SSA（系統(tǒng)安全性評(píng)估）、PASA（初步飛機(jī)級(jí)安全性評(píng)估）進(jìn)行交叉檢查。

2.9 確定該影響是否可以接受

如果可接受，則制定合格審定的判據(jù)并用于SSA/ASA或其他具體的合格審定文件中；如果不可接受，則開(kāi)始進(jìn)行設(shè)計(jì)更改。

2.10和2.11 確定設(shè)計(jì)更改方案是否采納

由相關(guān)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)確定可能的更改方案，如系統(tǒng)重新布置，增加冗余備份等，如果項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)最終決策進(jìn)行設(shè)計(jì)更改，則采納的更改方案必須被重新評(píng)估。如果項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)決策不進(jìn)行設(shè)計(jì)更改，則需要按照工程偏離程序給出原有設(shè)計(jì)可被接受的理由。當(dāng)一個(gè)項(xiàng)目的內(nèi)部要求超出規(guī)章要求時(shí)，通常會(huì)使用工程偏離程序。

2.12 偏離是否接受

需要對(duì)工程偏離進(jìn)行評(píng)審來(lái)確定是否項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)接受超出規(guī)章要求但不滿足內(nèi)部項(xiàng)目要求的風(fēng)險(xiǎn)。如果項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)決策不接受此可能的風(fēng)險(xiǎn)，則應(yīng)轉(zhuǎn)移到設(shè)計(jì)更改程序。如果項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)接受此風(fēng)險(xiǎn)，則此偏離應(yīng)當(dāng)被記錄并得到工程批準(zhǔn)以支持最終報(bào)告的問(wèn)題關(guān)閉。

2.13 PRA分析報(bào)告

當(dāng)PRA分析發(fā)現(xiàn)的所有問(wèn)題都被關(guān)閉，并且得到項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的書面接受，將形成最終的PRA分析報(bào)告，提交給局方審查并獲得適航批準(zhǔn)。

3 PRA輸出

在開(kāi)展不同設(shè)計(jì)階段的PRA活動(dòng)，需形成相應(yīng)的輸出物：

1.在型號(hào)項(xiàng)目初始階段需制定PRA工作計(jì)劃，在特定風(fēng)險(xiǎn)工作初步階段須制定詳細(xì)的PRA工作計(jì)劃，該計(jì)劃應(yīng)包括：

（1）列出所開(kāi)展特定風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目的任務(wù)內(nèi)容和相關(guān)交付物；

（2）以項(xiàng)目為導(dǎo)向明確組織構(gòu)架；（3）依據(jù)型號(hào)研制節(jié)點(diǎn)定義各個(gè)PRA節(jié)點(diǎn)的角色和責(zé)任分工，如整個(gè)PRA工作階段內(nèi)，針對(duì)具體風(fēng)險(xiǎn)源項(xiàng)目，何時(shí)給出明確的風(fēng)險(xiǎn)源定義；何時(shí)提供分析模型；何時(shí)確定需滿足的規(guī)章、要求；何時(shí)提供受影響的系統(tǒng)或設(shè)備，以及確定受影響的區(qū)域；何時(shí)確定設(shè)計(jì)和防護(hù)措施。

2.制定PRA的總體策略文件，明確PRA要求和目標(biāo)應(yīng)明確如何開(kāi)展PRA來(lái)滿足相關(guān)適航條款和要求，并提出相關(guān)技術(shù)假設(shè)和分析模型。

3.形成特定風(fēng)險(xiǎn)需求的確認(rèn)和傳遞文件

以飛機(jī)級(jí)FHA，系統(tǒng)級(jí)FHA及歷史經(jīng)驗(yàn)為輸入，借助于DOORS等需求管理工具將所有PRA需求和其它活動(dòng)傳遞給系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員，并且對(duì)需求進(jìn)行確認(rèn)和驗(yàn)證?？蓪⑺刑囟L(fēng)險(xiǎn)需求形成一份文檔，最終的驗(yàn)證過(guò)程將依據(jù)評(píng)估滿足這一文檔需求的符合性這一流程來(lái)執(zhí)行。

4.形成分析/驗(yàn)證符合性報(bào)告

對(duì)于每項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)源，需通過(guò)具體的試驗(yàn)、計(jì)算或分析方法，確認(rèn)/驗(yàn)證特定風(fēng)險(xiǎn)源的影響已經(jīng)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝中進(jìn)行相應(yīng)隔離或防護(hù)。

5.PRA相關(guān)支撐文件或活動(dòng)，如驗(yàn)證試驗(yàn)及報(bào)告，損傷容限評(píng)估報(bào)告等

重要PRA項(xiàng)目須提交給局方審查，在審查中根據(jù)局方意見(jiàn)完善符合性報(bào)告，補(bǔ)充相應(yīng)符合性活動(dòng)，最終獲得適航認(rèn)可和批準(zhǔn)。另一些非重要PRA項(xiàng)目起改進(jìn)設(shè)計(jì)的作用。最終完成包括整個(gè)特定風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目分析結(jié)果的綜合報(bào)告。

4 結(jié)論

本文對(duì)民用飛機(jī)開(kāi)展特定風(fēng)險(xiǎn)分析的思路和流程作出了探討和研究，給出了開(kāi)展特定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的一般工作流程，并對(duì)各個(gè)流程的相關(guān)活動(dòng)及輸出予以介紹，按照此流程在新型飛機(jī)的研制周期里盡早開(kāi)展PRA活動(dòng)，并隨研制進(jìn)度不斷迭代，可以以最小的成本和進(jìn)度影響支持民用飛機(jī)的適航取證。

【參考文獻(xiàn)】

[1]SAE Aerospace Recommended Practice， ARP4761 Guidelines and Methods for Conducting the Safety Assessment Process on Civil Airborne Systems and Equipment[S]. Issued Dec， 1996.

[2]SAE Aerospace Recommended Practice， ARP4754A， Guidelines for Development of Civil Aircraft and Systems[S]. Rev. Dec， 2010.

[3]FAA. FAR 25. Airworthiness standards： transport category airplanes[S]. 2007.

[4]CCAR-25-R4 運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)[S].

[責(zé)任編輯：楊玉潔]