本书主要从复杂动力学系统安全性仿真的角度，论述了与飞行安全相关的理论方法。其中就影响飞行安全的人为因素、装备故障、外部环境等进行了重点的叙述，并介绍了基于复杂系统仿真的人-机-环飞行安全量化评估的模型、理论和方法，为航空器系统安全性预计和理论验证提供参考。在本书的最后介绍了航空器飞行安全边界保护的理论与方法。
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前言
第一篇 人为因素对飞行安全的影响
第1章 航空系统中人为因素综述 3
1.1 人为因素的定义 5
1.2 人为因素的分类 5
1.2.1 人员分类 5
1.2.2 因素分类 6
1.3 飞行中人的因素的性质及相关学科 7
1.3.1 飞行中人的因素的学科组成 7
1.3.2 飞行中人的因素的性质 9
1.4 典型人因失误事故模型 9
1.4.1 瑟利模型 9
1.4.2 威格里斯沃斯模型 12
1.4.3 变化-失误模型 12
1.4.4 SHEL模型 14
1.5 人为因素造成飞行事故统计分析 16
1.5.1 基于人为因素的民航飞行事故原因统计 16
1.5.2 基于人为因素的事故征候分析 21
第2章 飞行机组人员差错对飞行安全的影响及预防措施 24
2.1 典型飞行机组人员差错 24
2.2 驾驶员对飞行安全的影响 25
2.2.1 驾驶员的生理状况对飞行安全的影响 25
2.2.2 驾驶员的其他状况对飞行安全的影响 32
2.2.3 驾驶员团队合作意识对飞行安全的影响 33
2.3 驾驶员模型 35
2.3.1 驾驶员的操纵行为 36
2.3.2 ANN驾驶员模型 40
2.3.3 航线飞行的驾驶员操纵模型 44
2.3.4 着陆下滑阶段的驾驶员操纵模型 44
2.3.5 不利因素出现后特殊情况驾驶员操纵模型 46
2.3.6 驾驶员滞后失误时间模型 48
2.3.7 驾驶员反操纵失误模型 49
2.3.8 驾驶员目测高/低模型 49
2.4 飞行机组人员在预防飞行事故方面的主要措施 49
2.4.1 提高空勤组安全性的工作重点 50
2.4.2 在学习飞行中应模拟的内容 50
第3章 地面维护保障人员差错对飞行安全影响及预防措施 51
3.1 地面维护保障人员及其典型差错分析 51
3.2 机务人员维修差错的原因 52
3.2.1 维修人员意识水平的影响 52
3.2.2 自然环境对人的影响 53
3.2.3 航空人员自身素质的影响 54
3.3 维修人员失误结构模型 54
3.4 地面维护人员维修差错对飞行安全的影响 56
3.5 维修人员培训大纲 56
3.6 地面维护保障人员在预防飞行事故方面的主要措施 57
第4章 管理人员差错影响飞行安全及预防措施 59
4.1 管理人员及其典型差错分析 59
4.1.1 空中交通管制人员 59
4.1.2 飞行工作组织人员 61
4.1.3 飞行工作管理人员 61
4.2 空管人员失误模型 61
4.3 管理人员失误对飞行安全的影响 62
4.4 管理人员在预防飞行事故方面的主要措施 63
4.4.1 机场技术保障 63
4.4.2 通信和无线电技术保障 64
4.4.3 气象保障和防鸟保障 64
4.4.4 医务保障 65
第二篇 装备故障对飞行安全的影响
第5章 航空装备故障对飞行安全影响综述 69
5.1 研究意义 69
5.2 飞机系统的组成 70
5.2.1 民航飞机系统组成 70
5.2.2 军用飞机系统组成 71
第6章 操纵系统与飞行安全 73
6.1 飞机操纵系统的发展历程与飞行安全 73
6.1.1 机械操纵系统 73
6.1.2 增稳系统与控制增稳系统 75
6.1.3 电传操纵系统 77
6.2 电传操纵系统及其典型故障建模分析 79
6.3 案例：某型飞机横向操纵系统故障对飞行安全的影响 82
6.3.1 横向操纵系统故障模型建立 82
6.3.2 横向操纵系统故障后的飞行风险评估 84
6.4 案例：某型飞机横向电传操纵系统安全性设计 89
6.4.1 飞机级功能危险分析 90
6.4.2 横向电传操纵系统安全性评估 93
6.4.3 共模故障分析 102
第7章 航空发动机故障对飞行安全的影响 104
7.1 航空发动机类型及其发展历程 104
7.2 航空发动机建模方法 104
7.2.1 推力等级预设法 105
7.2.2 燃油流量数学模型 109
7.2.3 高压转子转速N2数学模型 110
7.2.4 推力数学模型 111
7.3 航空发动机典型故障模型 112
7.3.1 航空发动机故障种类 112
7.3.2 航空发动机故障建模 112
7.4 航空发动机故障对飞行安全影响的建模 116
第8章 机载软件系统故障对飞行安全的影响 118
8.1 机载软件系统安全性的研究背景及意义 118
8.2 机载软件系统需求分析与分类 119
8.2.1 需求信息组织结构 119
8.2.2 非功能性需求分析 123
8.2.3 需求分类 124
8.3 机载软件系统安全性需求变更影响分析 125
8.4 安全性需求一致性分析 129
8.5 飞控软件虚拟试飞验证与安全性评估方法 137
8.5.1 飞控软件致灾机理分析 138
8.5.2 基于虚拟试飞的安全性测试与验证流程 140
第三篇 外部环境对飞行安全的影响
第9章 外部环境对航空装备飞行安全影响综述 145
9.1 大气紊流 145
9.2 风切变与微下击暴流 145
9.3 结冰 146
9.4 尾流 147
9.5 其他环境 148
9.5.1 雷电 148
9.5.2 鸟撞 150
第10章 大气紊流对飞行安全的影响 153
10.1 大气紊流基本概念和假设 153
10.2 大气紊流速度的相关函数和频谱函数 153
10.2.1 大气紊流速度的相关函数 153
10.2.2 大气紊流速度的频谱函数 155
10.2.3 大气紊流速度的尺度和强度 156
10.3 大气紊流速度梯度的频谱函数 158
10.4 飞机对大气紊流的响应分析 160
10.4.1 大气紊流速度场的线化 160
10.4.2 大气紊流速度的气动等价作用 161
10.4.3 飞机的运动方程和传递函数 164
10.4.4 飞机对大气紊流的响应特性计算 168
10.5 大气紊流的模拟 174
10.5.1 白噪声的滤波结果 174
10.5.2 大气紊流速度的模拟 175
第11章 风切变与微下击暴流对飞行安全的影响 177
11.1 风切变与微下击暴流基本概念 177
11.2 风切变与微下击暴流建模分析 177
11.2.1 工程化模型 177
11.2.2 单个风场模型 178
11.2.3 中心轴处的诱导速度计算 180
11.2.4 涡核内部的诱导速度计算 180
11.2.5 微下击暴流风场的不规则变换与风速叠加 180
11.3 风切变与微下击暴流对飞行安全的仿真分析 181
11.4 风切变保护措施 183
11.4.1 风切变判断依据 183
11.4.2 风切变的应对措施 184
第12章 结冰对飞行安全的影响 186
12.1 飞机结冰形成概况 186
12.1.1 结冰的形成机理 186
12.1.2 大气结冰条件 187
12.1.3 翼面结冰冰形分类 188
12.1.4 结冰的强度与程度 190
12.2 结冰的建模分析 191
12.2.1 均匀结冰模型 191
12.2.2 不对称结冰模型 192
12.3 机翼结冰对飞行安全的影响 193
12.3.1 机翼结冰的危害 193
12.3.2 机翼结冰对飞机动力学响应的影响 195
12.4 平尾结冰对飞行安全的影响 201
12.4.1 平尾结冰的危害 201
12.4.2 平尾结冰对飞机动力学响应的影响 202
12.5 发动机进气道结冰对飞行安全的影响 206
12.6 空速管结冰对飞行安全的影响 208
12.7 结冰预防及保护措施 208
12.7.1 传统研究方法 208
12.7.2 容冰控制方法 209
12.7.3 不同险情下的飞行操纵建议 209
第13章 尾流对飞行安全的影响 213
13.1 尾流基本概念 213
13.2 尾流的建模分析 213
13.2.1 近距尾流数学模型 213
13.2.2 长波不稳定阶段模型 215
13.2.3 涡环阶段模型 217
13.3 尾流对飞行安全影响的仿真计算 218
第四篇 基于复杂系统仿真的飞行风险量化分析
第14章 基于虚拟飞行仿真飞行事故再现方法 225
14.1 飞行事故虚拟再现系统设计思路 226
14.2 基于决定性参数超限的事故起因 227
14.2.1 决定性参数概念 227
14.2.2 决定性参数超限类型 227
14.2.3 决定性参数综合限制函数 228
14.3 基于HLA的虚拟飞行仿真飞行事故再现 229
14.4 案例分析 230
14.4.1 飞机运动方程 230
14.4.2 人-机系统模型 230
14.4.3 3D模型的构建 231
14.4.4 事故原因的解算 232
14.4.5 事故过程的虚拟再现 233
14.5 讨论 235
第15章 飞行安全分析与仿真模型 236
15.1 改进的多因素耦合情形马尔可夫状态转移模型 236
15.1.1 不利因素不可修复的马尔可夫综合评估模型 236
15.1.2 不利因素可修复时对马尔可夫模型的修正 238
15.1.3 不利因素可能修复时对马尔可夫模型的修正 239
15.1.4 训练科目综合应用案例研究 240
15.2 多因素风险情形树评估模型 244
15.2.1 传统理论方法的局限性 244
15.2.2 多因素风险情形树模型的基本概念 246
15.2.3 多因素风险情形树的建模方法和计算方法 247
15.2.4 多因素风险情形树的数学推导 248
15.3 多因素复杂任务科目综合风险评估流程 253
15.4 试飞风险科目综合应用案例研究 254
15.4.1 国军标规范中关于试飞风险科目的要求 254
15.4.2 试飞风险科目潜在危险分析 255
15.4.3 风险定量评估和结果分析 255
第16章 飞行风险评估方法 260
16.1 飞行安全评估判据与风险评估标准 260
16.1.1 飞行安全评估判据 260
16.1.2 风险评价等级 260
16.2 基于单参数极值理论的小概率事件风险评估模型 263
16.2.1 小概率事件尾部分布规律 264
16.2.2 极值分布理论模型及渐进分布模型 267
16.2.3 拟合分布函数参数优化及拟合优度检验 270
16.2.4 极值理论的基本步骤 272
16.3 基于多元极值Copula理论的飞行风险定量评估 274
16.3.1 Copula相关理论及性质 275
16.3.2 阿基米德Copula函数族 278
16.3.3 多元极值Copula的择优准则 279
16.3.4 基于Copula的参数相关性分析 282
第17章 特殊气象条件下多因素耦合风险飞行科目定量评估方法 289
17.1 翼面结冰情形下飞行风险评估 289
17.1.1 翼面结冰飞行风险的定义 289
17.1.2 翼面结冰下飞行极值参数的提取 290
17.1.3 飞行极值参数的统计特性分析 295
17.1.4 基于单参数极值理论的翼面结冰飞行风险概率分析 296
17.1.5 基于二元Copula理论的翼面结冰飞行风险概率分析 302
17.2 尾流遭遇情形下飞行风险评估 308
17.2.1 尾流遭遇飞行风险的定义 308
17.2.2 尾流遭遇情形下飞行极值参数的提取 308
17.2.3 基于二元Copula理论的尾流遭遇飞行风险概率分析 318
17.2.4 基于三维Copula理论的尾流遭遇飞行风险概率分析 325
17.2.5 尾流遭遇情形下飞行参数极值间的相关性分析 329
第18章 复杂飞行情形建模仿真在飞机系统安全性设计中的应用研究 334
18.1 建模仿真与系统安全性的综合安全性设计流程思路 334
18.2 基于虚拟试飞和改进的模糊综合评判的FHA 335
18.2.1 功能危险分析简介 335
18.2.2 对功能危险分析的研究思路 336
18.2.3 基于虚拟试飞的功能危险分析方法 336
18.2.4 基于改进的模糊综合评判方法的FHA 339
18.2.5 多因素综合评判应用案例计算 341
18.3 基于主客观最优组合赋权的PSSA安全性指标分配 342
18.3.1 基于粗糙集方法的客观赋权 343
18.3.2 基于主客观最优赋权的安全性指标分配 345
18.3.3 PSSA指标分配应用案例分析 346
18.4 基于复杂系统虚拟试飞的适航性符合性验证方法 349
18.4.1 适航验证科目想定库的建立 349
18.4.2 MIL-HDBK-516B条款符合性验证案例 350
第五篇 飞行安全边界保护方法
第19章 机载限制系统的现状与任务 359
19.1 航空器飞行事故分析 359
19.2 使用飞行状态与极限飞行状态 362
19.3 飞行器操纵限制的主要类型 362
19.4 飞行员在接近边界飞行时的心理特点 364
19.5 机载极限状态限制系统的分类及其功能的典型算法 366
19.6 现有边界保护系统方法综合分析及主要研究任务 370
第20章 动力学系统状态向量分量限制边界自适应保护方法 372
20.1 任务的提出 372
20.2 边界保护的一般情况 373
20.3 定常运动时动力学系统边界保护基本规律确定方法 376
20.4 针对动力学系统部分模型的自适应限制系统算法分析 378
20.4.1 定常限制面的几种描述方法 378
20.4.2 线化确定性连续动力学系统的限制模型 381
20.4.3 确定性连续高阶动力学系统的限制模型 382
第21章 飞行器操纵参数自适应限制算法 383
21.1 高机动飞机迎角自适应限制 383
21.2 高机动飞机运动参数保护的特点 387
21.3 直升机坡度的限制 390
21.4 二维状态向量空间的限制 393
第22章 飞行器运动参数限制自适应保护方法 396
22.1 边界保护的一般情况 396
22.1.1 问题的提出 396
22.1.2 目标及其限制面的模型 396
22.1.3 限制算法的解析解 398
22.2 飞机水平和垂直平面内运动轨迹限制任务 399
22.2.1 飞机在垂直平面内运动脱离限制 399
22.2.2 飞机在水平面内运动脱离限制 403
22.3 作为高度速度包线的限制保持的算法综合 406
22.4 非定常边界保持的特点 408
第23章 飞行器按轨迹程序脱离限制面的方法 410
23.1 问题的提出 410
23.2 地形回避时飞行器位置与方位角的计算 411
23.3 打开“脱离”的条件 413
23.4 控制规律 415
23.5 飞行器地形回避任务的求解 416
23.5.1 垂直面类型的障碍物 416
23.5.2 斜置面障碍物 418
23.5.3 “脱离”算法的对比分析 420
参考文献 423
京公网安备 11010102004214号