民用飞机区域安全性分析方法

民用飞机区域安全性分析方法

庄一欣

中航通飞华南飞机工业有限公司，广东珠海 519000

摘要：本文以某大型飞机设计的实践为指导，介绍了飞机研发过程中区域安全性分析（以下简称ZSA）的方法。ZSA是共因分析（以下简称CCA）的一部分，主要关注邻近系统的相互作用以及环境因素对系统安全的影响。由于系统安全性评估是在独立性假设的基础上开展的，因此难以从整体上充分考虑系统硬件物理安装之间的相互作用。复杂系统中邻近系统存在关系，邻近系统的失效会影响到其它系统或产生共因失效。另外，影响系统部件的环境因素也可能会影响到系统安全。因此，在ZSA中要充分考虑区域内相互作用对系统安全的影响。此外，ZSA还应关注各区域内物理安装是否满足设计和安装要求，其中包括维修失误的考虑。

关键词：民用飞机、系统安全性、失效状态、区域安全性、独立性

1. ZSA背景及概述

ZSA是对飞机各系统之间的相容性进行评估的基本方法之一。它是对在飞机上（实样图或样机上）人为划定的区域内，考虑系统或设备安装、维修失误、外部环境变化、系统运行等情况而进行的安全性分析。目的是通过对飞机各区域进行的相容性检查，判定各系统或设备的安装是否符合安全性设计要求，判定位于同一区域内各系统之间相互影响的程度，分析产生维修失误的可能性，尽早发现可能发生的不安全因素，提出改进意见，使新设计能防止或限制不正常事件的发生，保证飞机各系统之间的相容性和完整性。

2. ZSA过程概述

ZSA过程共包括五部分，分别是：区域划分、制定设计和安装准则、制定区域部件清单、设计与安装准则的符合性分析与检查、系统和部件外部失效模式对临近系统和飞机的影响。其中，前三部分内容是开展ZSA工作之前的准备工作；后二部分内容是ZSA的具体活动。

3. 区域划分

进行ZSA，首先是将飞机划分为若干分析区域，划分的途径可以基于图纸、模型、全尺寸模型，也可基于飞机实物，其目的是将飞机上各种失效模式、失效影响、维修与安装方式等相近或类似的情况分类考虑，以利于进行区域安全性的检查与分析。

飞机区域的划分一般以飞机的梁、隔框、地板等为边界，并综合考虑系统和设备的故障、维修、安装、物理隔离、环境因素、特殊风险、人员作业等各方面因素的影响。

4. 制定设计和安装准则

制定系统设计与安装准则是进行区域安全性分析的主要任务之一。设计与安装准则的制定来源于以下各方面的资料和文件：飞机总体设计目标与要求、适航规章的要求、初步系统安全性评估报告、系统设计指南或设计规范、系统安装要求、飞机可靠性、安全性、维修性设计准则等。

1. 1. 通用设计和安装指南

在飞机设计早期，将适用于多个系统的设计和安装要求（包括维修性考虑），纳入“通用设计和安装指南”中。包括系统安装要求、设计规范、布线要求等。

1. 2. 系统专用设计和安装指南

每个系统的专用设计和安装指南是从系统规范、使用中的经验、运营数据、相关PSSA、飞机级需求和目标衍生出来的。系统的专用设计和安装指南的来源应尽量是可追溯的。

1. 3. 区域特定设计的考虑

飞机某些区域的环境可能存在特殊要求，同这些环境相关的区域也就需要一些特殊的设计考虑。这些环境通常包括热表面、电缆设备、着火、通风、排放等。

以主起落架舱区域为例，该区域对“着火”这一环境事件有特定设计要求，需要考虑将火灾风险减到最小的设计预防措施。

1. 4. 制定设计和安装准则

“通用设计和安装指南”、“系统专用设计和安装指南”、“区域特定设计的考虑”分别是出于不同的需求而制定的。这些内容包含了飞机所有系统的设计和安装要求，然而，对于某一具体的分析区域，还需在此基础上，考虑到设计部门和维修部门的经验，以及飞机所采用的新颖或特别的设计等因素，进行筛选、修订和完善，最终制定出分别适用于飞机各区域的设计与安装准则清单。

5. 制定区域系统与部件清单

   1. 列出区域部件

区域安全性分析是对每个具体区域逐个开展的，主要分析对象是区域内的系统、组件和设备。必须详细列出各区域内系统和部件清单，清单形式可以视具体情况制定。在飞机研制的不同阶段，可以根据飞机的安装图纸、CATIA数模、全尺寸模型或飞机实物等情况来制定系统与部件清单。

在系统和部件清单中应详细描述所有系统和部件的相关信息，系统和部件包括设备、组件、导管、软管、导线、钢索、电缆等。

1. 2. 获取部件信息

ZSA需要区域内所有安装部件的详细信息。应在开始制定系统与部件清单之前获得所有的必需信息。

部件的工作模式、能源供应和保护措施等详细信息可在系统与部件清单的基础上，根据区域内所有部件的名称给出，见表1。

表1 区域内部件详细信息表

6. 设计与安装准则的符合性分析与检查

   1. 制定设计与安装准则符合性检查单

设计与安装准则给出了飞机系统和设备的设计与安装需满足的安全性要求，具体到每个区域，应将这些要求转换成可执行和便于操作的检查单的形式。

1. 2. 实施设计与安装准则的符合性检查

设计与安装准则符合性检查应依据已确认的设计与安装准则符合性检查单逐条开展区域安全性的设计与安装准则的符合性检查工作。

在型号研制的早期，可以基于飞机图纸、物理模型或数字样机开展检查工作；在型号研制后期，如试飞阶段，可以基于飞机实物开展机上检查工作。

进行设计与安装准则的符合性检查，是一个“检查-发现问题-纠正措施-复查-…-问题关闭”的反复迭代的过程，直至所有不符合项问题都完全关闭后，飞机的区域安全性符合性得到验证。参加表2。

表2 设计与安装准则符合性检查表

7. 小结

历史经验表明，在飞机设计过程中内引入区域安全性分析是提升型号系统安全性水平的必经之路。然而这个过程并不轻松，更不能一蹴而就。其中关键是将各项工作落实，并逐步地深入而不是搞表面工程。相信通过坚持不懈的努力和不断的积累，其效果必然能够突显出来。

参考文献

SAE International，SAE ARP 4761，Guidelines and Methods for conduct the Safety Asssessment Process on Civil Airborne Systems and Equipment

SAE International，SAE ARP 4754A，Guidelines for Development of Civil Aircraft and Systems

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