小型艦載固定翼無人機安全性分析方法

劉學業(yè)，賈 靖

(中國人民解放軍92419部隊,遼寧興城 125106)

小型艦載固定翼無人機具有固定翼無人機技術(shù)成熟、續(xù)航時間長、抗風能力高等優(yōu)點,結(jié)合精確回收技術(shù),可裝備在航空母艦，驅(qū)逐艦等軍艦。其在海域上執(zhí)行偵查、監(jiān)視、情報搜集等任務,近年來,受到了各國海軍的重視,如美國的“掃描鷹”，“綜合者”無人機,實現(xiàn)艦上撞繩無損回收,通過加裝高性能發(fā)動機,實現(xiàn)了續(xù)航時間大于12小時[1]。本文針對小型艦載固定翼無人機艦上執(zhí)行任務特點進行了安全性分析,重點關注新型艦船首次加裝后的安全性研究。安全性分析通常采用功能危險性分析、故障模式及影響分析(FMEA)、故障樹分析、區(qū)域安全性分析等方法[2],每一種方法都適應不同的時機和場合,對于較成熟產(chǎn)品可采用FMEA 方法。

1 危險源分析

小型艦載固定翼無人機主要由無人機平臺、彈射裝置、攔阻回收裝置、測控設備、任務設備和保障設備組成,執(zhí)行任務全過程主要包括起飛準備階段、彈射起飛階段、巡航任務階段和回收階段,各階段可能導致艦體損傷、人員受傷和設備損壞,危險源如表1所示。

表1 任務過程危險源分析

2 故障模式影響及危害性分析

2.1 危險因素嚴酷度定義及發(fā)生概率等級

根據(jù)表1中所列危險源,進一步開展故障模式影響及危害性分析,并進行嚴酷度分類,以便采取措施,提高其安全性水平。小型艦載固定翼無人機系統(tǒng)的嚴酷度定義和故障模式發(fā)生概率等級定義如表2和表3所示。

表3 故障模式發(fā)生概率的等級劃分[3]

2.2 故障模式影響分析

小型艦載固定翼無人機執(zhí)行任務危險事件發(fā)生故障類別可以分為四類:設計缺陷、成品故障、人為錯誤和環(huán)境影響。每一類別中包括不同故障模式,根據(jù)艦載無人機飛行任務特點,對故障發(fā)生原因及危害結(jié)果進行詳細分析,便于量化開展風險評價,具體如表4所示。

表4 故障模式詳細分析

2.3 危害性分析

對于已判定的危險,為了確定合適的解決措施,必須制定風險評價準則,采用風險評價指數(shù)矩陣來確定其風險水平,如表5所示。矩陣中的加權(quán)指數(shù)范圍為1到20,是根據(jù)危險可能性和嚴重性綜合而確定。通常最高風險指數(shù)定為1,最低風險指數(shù)為20。對應于風險評價指數(shù)的風險決策如下:

a) 評價指數(shù)1～5:不可接受;

b) 評價指數(shù)6～9:不希望有,需使用方?jīng)Q策;

c) 評價指數(shù)10～17:使用方評審后可接受;

d) 評價指數(shù)18～20:不評審即可接受。

表5 任務風險評價指數(shù)矩陣

不同事件帶來不同危害性,針對主要危險事件,表6列出小型艦載固定翼無人機執(zhí)行任務危害性分析結(jié)果。

表6 危害性分析結(jié)果

3 安全性改進措施

綜合上述分析,小型艦載固定翼無人機執(zhí)行任務主要有14項危險因素,除水平/垂直突風危險因素需使用方?jīng)Q策外,其余危險因素均在經(jīng)評審后可接受范圍。小型艦載固定翼無人機執(zhí)行任務除加強本身可靠性設計、減少設計缺陷和成品故障外,還可采取以下措施進一步降低安全風險[5]。

1)針對水平/垂直突風、航路降雨、電磁干擾等飛行風險,提前做好任務現(xiàn)場的氣候和電磁環(huán)境監(jiān)測工作,確保滿足海況、氣溫、風力、電磁等環(huán)境要求[4]。

2)針對飛機撞擊艦體飛行風險,采取規(guī)劃安全航跡、人工應急干預、設置安全防護網(wǎng)、無關人員撤離危險區(qū)等措施。

3)針對測控鏈路失效等造成飛機墜海風險,采取增加備份測控站、設置自主回收策略等手段及安排搜救組執(zhí)行任務期間隨時待命等保障措施。

4)針對飛行過程中撞鳥風險。采取飛行海域遠離鳥群,執(zhí)行任務前進行驅(qū)鳥工作等措施。

5)針對設備運輸裝卸、準備、撤除等大型設備跌落人員受傷風險。采取制定任務現(xiàn)場管理制度,對任務流程進行規(guī)劃,定崗定責定人,制定操作檢查單,重要步驟進行雙崗交叉確認等措施。

無人機艦載起降執(zhí)行任務是一項高風險活動,不同任務場景安全性關注重點也不同,對其安全性評估貫穿于系統(tǒng)設計與使用的全過程[5],通過分析評估發(fā)現(xiàn)缺陷和不足,制定和采取必要的措施,提高系統(tǒng)安全性。