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基于QAR数据与关联规则的着陆超限风险评估

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北京航空航天大学学报 2024年

作者：汪磊张楠高杉中国民航大学安全科学与工程学院

飞行品质监控中对超限事件进行监测是识别飞行潜在风险的重要手段之一，但该方法对各超限事件之间的关联性研究不足，无法量化存在相互影响关系的超限风险。因此，本研究提出一种基于快速存取记录器(QAR)数据与关联规则挖掘的着陆阶段... 详细信息

飞行品质监控中对超限事件进行监测是识别飞行潜在风险的重要手段之一，但该方法对各超限事件之间的关联性研究不足，无法量化存在相互影响关系的超限风险。因此，本研究提出一种基于快速存取记录器(QAR)数据与关联规则挖掘的着陆阶段超限风险评估方法。首先，对9799个航段样本在进近着陆阶段发生各超限事件的频次进行统计，结合专家意见筛选出1500-50ft下降率大、着陆坡度大、着陆速度大、着陆俯仰角小、50ft至接地距离远、着陆垂直载荷大等6个着陆阶段风险评估指标。其次，基于超限项目间关联性计算风险指标发生的可能性权重，依据风险指标的参数分布计算航班指标偏移量以评价超限风险的严重性。最后，构建基于云模型的着陆超限风险评估模型。提取QAR数据应用该模型进行验证，结果显示风险评估结果具有区分度。该模型为着陆阶段的超限风险评估提供了一种有效的方法，有利于飞行安全监管和飞行运行优化。

关键词： QAR数据关联规则着陆超限 PageRank算法风险评估

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飞行员应急处置能力评价模型

中国安全科学学报 2024年第4期34卷 199-206页

作者：王永刚马文婷中国民航大学安全科学与工程学院天津300300

为提高飞行员在紧急情境下的应急处置能力,减少民航安全事故,基于决策模型和应激理论模型,分析飞行员任务过程,从飞行员运行安全能力和飞行员储备安全能力2个方面建立飞行员应急处置能力指标体系;运用模糊层次分析法(FAHP)建立包含安全... 详细信息

为提高飞行员在紧急情境下的应急处置能力,减少民航安全事故,基于决策模型和应激理论模型,分析飞行员任务过程,从飞行员运行安全能力和飞行员储备安全能力2个方面建立飞行员应急处置能力指标体系;运用模糊层次分析法(FAHP)建立包含安全运行能力B1和储备安全能力B2指标体系,结合专家意见确定二级指标的隶属度,得到飞行员应急处置能力的核心指标;通过证据推理(ER)算法合成民航安全领域相关专家综合评价飞行员应急处置能力的流程,并选取某航空公司2个机组飞行员进行实证分析。研究结果表明:评价飞行员应急处置能力模型很好地降低不确定性对评价结果的影响,从而显著提高评价结果的可靠性。

关键词：飞行员应急处置能力运行安全能力储备安全能力模糊层次分析法(FAHP) 证据推理(ER)算法

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民航失控类事故致因分析

安全与环境学报 2024年第7期24卷 2759-2767页

作者：刘俊杰张晴中国民航大学安全科学与工程学院天津300300

为预防失控类事故引发的灾难性后果,选取航空安全网(Aviation Safety Network,ASN)2015—2022年102起失控类事故为样本,以2018年“10·29”印尼客机坠毁事故为例,采用基于系统理论的因果分析(Causal Analysis based on System Theory,CA... 详细信息

为预防失控类事故引发的灾难性后果,选取航空安全网(Aviation Safety Network,ASN)2015—2022年102起失控类事故为样本,以2018年“10·29”印尼客机坠毁事故为例,采用基于系统理论的因果分析(Causal Analysis based on System Theory,CAST)方法从系统角度梳理并识别失控类事故发生过程中涉及的安全控制缺陷。在此基础上,采用故障树分析(Fault Tree Analysis,FTA)法绘制失控类事故故障树模型,并对其进行定性、定量分析,得出失控类事故的主要致因。结果表明:基于CAST模型分析识别出25个系统缺陷;通过故障树定性分析得出16个最小割集;通过定量分析计算出失控类事故在所有事故中发生的概率为0.40086;确定机组操作不当、机组沟通不足、飞机系统缺陷及飞机制造商假设不全、制造商未提供相关文件为失控类事故的主要影响因素。

关键词：安全工程失控类事故基于系统理论的因果分析(CAST) 故障树分析(FTA) 致因分析

无失效威布尔情形下基于双修正多层Bayes的可靠性评估

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工程设计学报 2024年第1期31卷 59-66页

作者：龙足腾郑波甯洋罗金超中国民用航空飞行学院航空电子电气学院四川广汉618307 核工业西南物理研究院四川成都610225

利用配分布曲线法构建无失效数据的可靠性评估模型时,往往采用E-Bayes或多层Bayes来估计失效概率,但因其估计能力有限,整体可靠度点估计精度不高。针对威布尔分布数据提出了一种新的双修正多层Bayes方法,用于改善失效概率估计,并完成可... 详细信息

利用配分布曲线法构建无失效数据的可靠性评估模型时,往往采用E-Bayes或多层Bayes来估计失效概率,但因其估计能力有限,整体可靠度点估计精度不高。针对威布尔分布数据提出了一种新的双修正多层Bayes方法,用于改善失效概率估计,并完成可靠度点估计。在多层Bayes的基础上,通过修正失效概率上下限值来减小失效概率估计误差,然后结合加权最小二乘法和威布尔分布可靠度函数确定参数估计值和可靠度曲线,从而得到可靠度点估计。利用Monte-Carlo仿真试验,发现新方法能将参数估计相对误差控制在10%以下,并且得到的可靠度值更加趋近真值。通过实例分析发现,在超参数c取不同值的情况下,采用新方法得到的可靠度都更加接近工程实际。新方法适用性分析表明,形状参数β是影响估计精度的关键因素,且在β>2.2时新方法具有明显的优势及良好的稳健性。研究结果可为其他寿命分布无失效数据的可靠性评估提供参考。

关键词：无失效威布尔失效概率估计双修正多层Bayes 可靠度估计适用性分析

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航班延误传播模型研究

安全与环境学报 2024年第10期24卷 3839-3846页

作者：梁文娟连蓉蓉中国民航大学安全科学与工程学院天津300300

为研究航班延误传播规律,利用真实航班运行数据构建机场航班网络。基于易感-感染-免疫(Susceptible-Infected-Recovered,SIR)模型建立航班延误传播模型,选用梯度下降法求解模型参数;以最大连通子图比例(S)作为网络抗毁性指标,使用选择... 详细信息

为研究航班延误传播规律,利用真实航班运行数据构建机场航班网络。基于易感-感染-免疫(Susceptible-Infected-Recovered,SIR)模型建立航班延误传播模型,选用梯度下降法求解模型参数;以最大连通子图比例(S)作为网络抗毁性指标,使用选择性攻击和随机攻击策略分析抗毁性;将航班延误传播模型与长短期记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)网络预测模型、马尔科夫模型进行延误预测比较,引用历史数据进行实例分析。结果表明:机场航班网络平均路径长度为2.387,聚类系数为0.58,度分布呈双幂率分布,具有小世界和无标度特性;随机攻击删除节点累计300个,S>0.5,网络抗毁性强,选择性攻击删除节点比例15%~20%,S=0,网络抗毁性差;航班延误传播模型平均绝对百分比误差(Mean Absolute Percentage Error,MAPE)分别与LSTM预测模型、马尔科夫模型相差4.41百分点、50.98百分点,具有更高精度。所提出的模型为航班延误提供了预测工具,为航空公司、机场等单位制定有效延误缓解措施提供参考。

关键词：安全工程复杂网络抗毁性易感-感染-免疫(SIR)模型马尔科夫模型

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航空发动机滑油消耗率计算与预测方法

南京航空航天大学学报 2024年第4期56卷 668-676页

作者：张振生蔡景张瑞张航源南京航空航天大学民航学院南京211106

针对航空发动机滑油箱油量测量值易受多个参数影响导致滑油消耗率难以计算和预测的问题,提出了一种改进的滑油量数据提取规则和滑油消耗率预测方法。基于密度聚类算法(Density-based spatial clustering of applications with noise,DBS... 详细信息

针对航空发动机滑油箱油量测量值易受多个参数影响导致滑油消耗率难以计算和预测的问题,提出了一种改进的滑油量数据提取规则和滑油消耗率预测方法。基于密度聚类算法(Density-based spatial clustering of applications with noise,DBSCAN)等方法对发动机数据进行了清洗,获取平稳飞行状态下滑油量数据。使用最小二乘法对滑油量进行拟合,得到了滑油消耗率,平均拟合优度达到了0.86。在此基础上,利用多层感知器(Multi-layer perception,MLP)建立了滑油消耗率与飞行状态参数之间的关系,预测结果与实际值的平均绝对百分比误差为1.15%。本文提出的方法能够满足实际工程需求,为评估航空发动机滑油系统的健康状况提供了可靠参考。

关键词：航空发动机滑油消耗率基于密度聚类算法多层感知器

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基于马尔可夫决策的四轴飞行器自动着陆方法

航空学报 2024年第15期45卷 294-310页

作者：顾兆军赵欢王家亮聂留阳中国民航大学信息安全测评中心天津300300 中国民航大学计算机科学与技术学院天津300300

针对仅使用民用GPS引导四轴飞行器自动着陆时偏差较大的问题,基于马尔可夫决策设计了一种能够有效提升自动着陆精度的引导方法。首先,设计一种基于改进人工势场算法的对准方法,使用AprilTag3识别算法快速识别着陆标签,对标签中心划定势... 详细信息

针对仅使用民用GPS引导四轴飞行器自动着陆时偏差较大的问题,基于马尔可夫决策设计了一种能够有效提升自动着陆精度的引导方法。首先,设计一种基于改进人工势场算法的对准方法,使用AprilTag3识别算法快速识别着陆标签,对标签中心划定势场,使飞行器可在力学牵引下进行偏航对准和云台俯仰对准;其次,将飞行器的着陆过程建立为马尔可夫决策模型,设置动作集、状态集与奖励集之间的状态转移关系,防止飞行器偏离预期状态;最后,结合飞行器自动着陆的问题环境,在传统马尔可夫决策模型的基础上增加信息集,利用飞行信息辅助转移关系的判定,提高状态与动作的决策准确性。通过安娜飞(ANAFI)四轴飞行器平台进行实际飞行验证,实验结果表明,基于马尔可夫决策模型的自动着陆引导方法能够有效抑制飞行器在着陆过程中的过度动作和误判断,着陆误差由米级缩小至约10 cm,满足四轴飞行器自动着陆的精度要求。

关键词：马尔可夫决策过程自动着陆数据融合人工势场四轴飞行器

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航空公司安全韧性评价模型

安全与环境学报 2024年第1期24卷 63-71页

作者：王永刚王海玥方琛亮中国民航大学安全科学与工程学院天津300300 杭州萧山国际机场航空物流有限公司杭州311241

为科学量化航空公司应对风险冲击与扰动,保持安全运行水平稳定的能力,将“安全韧性”概念引入航空公司安全管理,构建航空公司安全韧性评价模型。基于交通运输领域对韧性内涵的理解,提出航空公司安全韧性概念曲线,明确了航空公司安全韧... 详细信息

为科学量化航空公司应对风险冲击与扰动,保持安全运行水平稳定的能力,将“安全韧性”概念引入航空公司安全管理,构建航空公司安全韧性评价模型。基于交通运输领域对韧性内涵的理解,提出航空公司安全韧性概念曲线,明确了航空公司安全韧性包括风险应对能力和安全运行恢复能力两方面。运用文献计量法和专家访谈法建立了航空公司安全韧性评价指标体系。运用序关系分析法和物元可拓理论构建了航空公司安全韧性评价模型。运用该模型对A航空公司进行评价,结果表明,A航空公司安全韧性等级为五级,处于优秀水平,与公司现阶段实际情况基本相符。

关键词：安全工程韧性航空公司序关系分析法物元可拓理论

复合翼eVTOL电池需求及对动力总成安全性的影响

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推进技术 2024年第3期45卷 207-221页

作者：丁水汀丁硕孙爽但敏赵自庆中国民航大学航空工程学院天津300300

动力电池是电动化飞行得以实现的重要组成部分,其技术层次和安全水准对电动垂直起降飞行器(Electric Vertical Take off and Landing aircraft,eVTOL)的商业化推广尤为重要。本文在典型飞行任务下,研究电池性能对eVTOL飞行器的运营性能... 详细信息

动力电池是电动化飞行得以实现的重要组成部分,其技术层次和安全水准对电动垂直起降飞行器(Electric Vertical Take off and Landing aircraft,eVTOL)的商业化推广尤为重要。本文在典型飞行任务下,研究电池性能对eVTOL飞行器的运营性能、适航性能和安全性能的影响。利用开源软件SUAVE(Stanford University Aerospace Vehicle Environment,SUAVE)对复合翼eVTOL进行了整机与动力总成的建模,利用故障树分析(Fault Tree analysis,FTA)方法对动力总成进行了安全性分析。通过仿真,发现在现有电池技术水平下,电池的放电倍率约束是决定电池性能需求的关键限制条件,针对本文设计的eVTOL,372 Wh/kg是满足所有安全约束的最低能量密度,在使用过程中电池容量的衰退是设计者选择电池能量密度的重要参考指标。单独改善电池的可靠性对动力总成可靠性的提升是有限的,但电池性能的衰退将使电池成为动力总成失效的主要因素。通过FTA发现本文搭建的典型动力总成失效率为1.524×10^(-7),接近SC-VTOL-01中单座飞行器的基础级灾难性故障率要求。

关键词：复合翼eVTOL 电池全电动力总成故障树分析安全性