基于MB-STPA的飞机刹车系统安全性分析方法研究
发布时间：2022-02-13 16:15
飞机刹车系统是典型的复杂系统,系统中的风险因素间不是简单的线性因果关系,而是复杂的非线性交互关系,这对危险辨识方法提出了新的要求;同时运营阶段受到多种不确定因素及系统性能衰退的影响,设计时确定的控制操作可能无法保证飞机的持续安全运行,还需对运营阶段进行风险评估。针对新情况下出现的运营不安全事件,应采取更加科学有效的方法识别系统中的风险因素,进而评估和监测事件和系统的风险水平,保障飞机的持续安全。为解决这一问题,本文将融合系统理论过程分析方法（STPA）和基于模型的安全性仿真分析方法（MBSSA）,形成一种新的系统安全性分析方法——MBSTPA。针对STPA方法无法进行定量评估的问题,引入了基于模型的安全性仿真分析方法,深化STPA方法的分析结果。对于运营不安全事件,首先采用STPA方法构建系统的控制-反馈结构图,识别系统中的不安全因素,包括不安全控制行为及其致因因素;然后在基于模型的安全性仿真分析方法的指导下,建立系统模型和传感器故障模型,模拟控制行为操作及传感器不同故障模式,得到故障对控制行为以及控制行为对系统的安全性影响;最后为量化风险的不确定性,以模型仿真得到的运行参数作为数据样...
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
民机运营安全风险控制评价图[63]
中国民航大学硕士学位论文31飞机中心合力矩为0：22112211nNanNbnFhnFh=0（3-3）式中：0=vTT+KV；111F=N；222F=N；12=2xQJCSV；21=2yyFJCSV1n和2n——机轮数量；m——飞机质量；1F和2F——轮胎与跑道的结合力Q——飞机迎风阻力；G——飞机重力；yF——升力；a——前轮到飞机中心的水平距离；1N和2N——地面对飞机的反作用力；b——主轮到飞机中心的水平距离；vK——发动机推力速度系数；S——飞机的机翼面积；0T——发动机剩余推力；J——空气密度；h——飞机中心高度；xC——阻力系数；V——飞机的滑跑速度；yC——升力系数；T——发动机推力；12、——主轮/前轮与地面的结合系数。根据上述关系式在Simulink中建立三自由度机体运动模型，如图3-5所示。图3-5飞机刹车时滑跑运动模型（2）轮胎与跑道模型飞机机轮刹车系统是典型的非线性复杂系统，刹车效率受轮胎磨损、刹车盘性能及跑道状况的影响，其中跑道状况属于控制难度较大的不确定因素。机轮与跑道之间的结合力主要取决于结合系数，其中轮胎和跑道的状况、飞机速度以及滑移率等的影
中国民航大学硕士学位论文32响结合系数，其中飞机速度和滑移率是最关键的影响因素。在飞机速度一定的情况下，文献[68]根据Pacejka“魔术公式”构建了结合系数与滑移率关系的表达式，B、C、D的值如表3-3所示。=Dsin(Carctan(B))（3-4）表3-3不同道面情况下B、C、D的取值参数干跑道湿跑道冰跑道B14.03268.20987.201788C1.53442.01922.0875D0.80.40.2因此在Simulink中构建了轮胎与跑道间结合系数的模型，如图3-6所示。图3-6轮胎与跑道间结合系数模型（3）机轮运动模型飞机机轮在着陆滑跑过程中，机轮与跑道之间的滑移产生了结合力矩。根据其与刹车力矩的力矩差来控制机轮的转动。假设飞机轮胎状态理想，结合转动惯量定律，得到飞机机轮与地面的模型：m=+jsgMMVIR（3-5）根据结合系数、机轮径向载荷、轮胎滚动半径建立结合力矩的表达式：11111jMnNRgnNRkNn==（3-6）式中：n——轮胎数；mI——机轮转动惯量。sM——刹车力矩；jM——地面与轮胎间的结合力矩；gR——轮胎滚动半径；1N——轮胎径向载荷；
【参考文献】：
期刊论文
[1]数字孪生及其在航空航天中的应用[J]. 孟松鹤,叶雨玫,杨强,黄震,解维华. 航空学报. 2020(09)
[2]深水井控STAMP/STPA安全性分析[J]. 孟祥坤,陈国明,张肖锦,朱渊,赵倩琳. 中国石油大学学报(自然科学版). 2019(02)
[3]基于IDAC-STPA模型的战机飞行安全性分析与评价[J]. 王瑛,孙贇,李超. 系统工程与电子技术. 2019(05)
[4]STPA在进近着陆飞行安全分析中的研究及应用[J]. 王晴昊,胡剑波,姚登凯. 系统工程理论与实践. 2018(10)
[5]结冰条件下人机环复杂系统分布式仿真方法[J]. 李哲,徐浩军,薛源,裴彬彬,吕晗阳. 系统工程与电子技术. 2018(05)
[6]民机起落架安全性分析方法研究[J]. 冯蕴雯,朱铮铮,姚雄华,马万琪,薛小锋. 西北工业大学学报. 2016(06)
[7]结冰条件下人-机-环系统的飞行风险概率[J]. 薛源,徐浩军,胡孟权. 航空学报. 2016(11)
[8]基于极值理论的平尾结冰飞行风险评估[J]. 王健名,徐浩军,薛源,王小龙,李哲. 航空学报. 2016(10)
[9]STPA方法在数字化反应堆紧急停堆系统安全性分析中的研究与应用[J]. 刘朝晖,陈智,吴志强,刘华,阳小华. 核动力工程. 2015(S2)
[10]基于SDG和灰色聚类的系统故障风险评估方法[J]. 金灿灿,王海燕,左洪福,周虹. 系统工程理论与实践. 2015(04)
硕士论文
[1]飞控系统故障影响仿真分析方法研究[D]. 张璟.中国民航大学 2018
[2]基于延长寿命的飞机着陆刹车最佳磨损控制研究[D]. 吴治剑.中国民航大学 2018
[3]面向持续适航的民机系统安全性分析技术研究[D]. 王祥.南京航空航天大学 2017
[4]民用飞机运营事件风险评估方法研究[D]. 王冠茹.南京航空航天大学 2012
本文编号：3623508
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
民机运营安全风险控制评价图[63]
中国民航大学硕士学位论文31飞机中心合力矩为0：22112211nNanNbnFhnFh=0（3-3）式中：0=vTT+KV；111F=N；222F=N；12=2xQJCSV；21=2yyFJCSV1n和2n——机轮数量；m——飞机质量；1F和2F——轮胎与跑道的结合力Q——飞机迎风阻力；G——飞机重力；yF——升力；a——前轮到飞机中心的水平距离；1N和2N——地面对飞机的反作用力；b——主轮到飞机中心的水平距离；vK——发动机推力速度系数；S——飞机的机翼面积；0T——发动机剩余推力；J——空气密度；h——飞机中心高度；xC——阻力系数；V——飞机的滑跑速度；yC——升力系数；T——发动机推力；12、——主轮/前轮与地面的结合系数。根据上述关系式在Simulink中建立三自由度机体运动模型，如图3-5所示。图3-5飞机刹车时滑跑运动模型（2）轮胎与跑道模型飞机机轮刹车系统是典型的非线性复杂系统，刹车效率受轮胎磨损、刹车盘性能及跑道状况的影响，其中跑道状况属于控制难度较大的不确定因素。机轮与跑道之间的结合力主要取决于结合系数，其中轮胎和跑道的状况、飞机速度以及滑移率等的影
中国民航大学硕士学位论文32响结合系数，其中飞机速度和滑移率是最关键的影响因素。在飞机速度一定的情况下，文献[68]根据Pacejka“魔术公式”构建了结合系数与滑移率关系的表达式，B、C、D的值如表3-3所示。=Dsin(Carctan(B))（3-4）表3-3不同道面情况下B、C、D的取值参数干跑道湿跑道冰跑道B14.03268.20987.201788C1.53442.01922.0875D0.80.40.2因此在Simulink中构建了轮胎与跑道间结合系数的模型，如图3-6所示。图3-6轮胎与跑道间结合系数模型（3）机轮运动模型飞机机轮在着陆滑跑过程中，机轮与跑道之间的滑移产生了结合力矩。根据其与刹车力矩的力矩差来控制机轮的转动。假设飞机轮胎状态理想，结合转动惯量定律，得到飞机机轮与地面的模型：m=+jsgMMVIR（3-5）根据结合系数、机轮径向载荷、轮胎滚动半径建立结合力矩的表达式：11111jMnNRgnNRkNn==（3-6）式中：n——轮胎数；mI——机轮转动惯量。sM——刹车力矩；jM——地面与轮胎间的结合力矩；gR——轮胎滚动半径；1N——轮胎径向载荷；
【参考文献】：
期刊论文
[1]数字孪生及其在航空航天中的应用[J]. 孟松鹤,叶雨玫,杨强,黄震,解维华. 航空学报. 2020(09)
[2]深水井控STAMP/STPA安全性分析[J]. 孟祥坤,陈国明,张肖锦,朱渊,赵倩琳. 中国石油大学学报(自然科学版). 2019(02)
[3]基于IDAC-STPA模型的战机飞行安全性分析与评价[J]. 王瑛,孙贇,李超. 系统工程与电子技术. 2019(05)
[4]STPA在进近着陆飞行安全分析中的研究及应用[J]. 王晴昊,胡剑波,姚登凯. 系统工程理论与实践. 2018(10)
[5]结冰条件下人机环复杂系统分布式仿真方法[J]. 李哲,徐浩军,薛源,裴彬彬,吕晗阳. 系统工程与电子技术. 2018(05)
[6]民机起落架安全性分析方法研究[J]. 冯蕴雯,朱铮铮,姚雄华,马万琪,薛小锋. 西北工业大学学报. 2016(06)
[7]结冰条件下人-机-环系统的飞行风险概率[J]. 薛源,徐浩军,胡孟权. 航空学报. 2016(11)
[8]基于极值理论的平尾结冰飞行风险评估[J]. 王健名,徐浩军,薛源,王小龙,李哲. 航空学报. 2016(10)
[9]STPA方法在数字化反应堆紧急停堆系统安全性分析中的研究与应用[J]. 刘朝晖,陈智,吴志强,刘华,阳小华. 核动力工程. 2015(S2)
[10]基于SDG和灰色聚类的系统故障风险评估方法[J]. 金灿灿,王海燕,左洪福,周虹. 系统工程理论与实践. 2015(04)
硕士论文
[1]飞控系统故障影响仿真分析方法研究[D]. 张璟.中国民航大学 2018
[2]基于延长寿命的飞机着陆刹车最佳磨损控制研究[D]. 吴治剑.中国民航大学 2018
[3]面向持续适航的民机系统安全性分析技术研究[D]. 王祥.南京航空航天大学 2017
[4]民用飞机运营事件风险评估方法研究[D]. 王冠茹.南京航空航天大学 2012
本文编号：3623508
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