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基于改进STPA-DEMATEL的智能航电系统致因要素分析

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系统工程与电子技术 2024年第6期46卷 2023-2033页

作者：刘嘉琛董磊陈曦梁博尧王鹏中国民航大学民航航空器适航审定技术重点实验室天津300300 中国民航大学安全科学与工程学院天津300300 中国民航大学科技创新研究院天津300300

针对智能航电系统在非线性耦合运行场景下产生的预期功能安全(safety of the intended functionality,SOTIF)问题,提出一种将系统理论过程分析(systematic theory process analysis,STPA)与决策试验与评价实验法(decision-making trial and evaluation laboratory,DEMATEL)相结合的致因分析框架。首先,在定义系统级危险的基础上构建安全控制结构,识别其不安全控制行为并提取与智能化缺陷相关的STPA致因要素。接下来,引入毕达哥拉斯模糊加权平均算子和闵可夫斯基距离对传统DEMATEL方法进行优化,专家根据控制反馈回路对致因要素进行评价并计算其中心度与原因度。最后,分析STPA致因要素与SOTIF致因属性之间的映射关系,给出关键致因要素的风险减缓措施。以单一飞行员驾驶(single-pilot operation,SPO)模式下的虚拟驾驶员助理系统为例说明了所提方法的可行性与有效性。研究结果表明,改进的STPA-DEMATEL方法可以有效识别关键致因要素,且能够克服专家评价的模糊性与不确定性,为智能航电系统的安全性设计提供了参考依据。

关键词：智能航电系统单一飞行员驾驶系统理论过程分析决策试验与评价实验法毕达哥拉斯模糊理论致因分析

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基于证据理论和区间分析的eVTOL热失控安全性分析

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西北工业大学学报 2024年第3期42卷 558-566页

作者：王鹏王晓聪肖女娥李勃阳中国民航大学民航航空器适航审定技术重点实验室天津300300 中国民航大学科技创新研究院天津300300 中国民航大学中欧航空工程师学院天津300300

为保证eVTOL的安全性,需要对锂电池的热失控问题进行安全性分析。针对锂电池热失控失效数据不足这一问题,提出一种基于证据理论和区间分析的安全性评估方法:对系统进行故障树建模;针对故障树分析中存在的底事件失效率不精确的问题,使用... 详细信息

为保证eVTOL的安全性,需要对锂电池的热失控问题进行安全性分析。针对锂电池热失控失效数据不足这一问题,提出一种基于证据理论和区间分析的安全性评估方法:对系统进行故障树建模;针对故障树分析中存在的底事件失效率不精确的问题,使用证据理论计算底事件失效概率区间,并结合区间理论对故障树顶事件进行计算;通过重要度分析,找出对顶事件影响最大的底事件。利用所提方法,对eVTOL电池热失控进行安全性分析并计算各底事件的重要度,从而为降低系统失效概率、提升系统安全性水平提供依据。

关键词：安全性证据理论区间分析热失控

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北斗三号仅用作追踪的机载设备适航要求分析

北京航空航天大学学报 2024年第4期50卷 1162-1175页

作者：马振洋周中华张帆王鹏柯炳清中国民航大学安全科学与工程学院天津300300 中国民航大学民航航空器适航审定技术重点实验室天津300300 航天恒星科技有限公司北京100094

随着北斗三号卫星导航系统服务正式开通,北斗二号相关适航标准已无法满足当前机载设备应用场景需求,严重制约了北斗在民航领域的应用进程,急需开展北斗三号相应标准的研究与制定。针对北斗在民用航空器中应用第1阶段“仅用作航空器追踪... 详细信息

随着北斗三号卫星导航系统服务正式开通,北斗二号相关适航标准已无法满足当前机载设备应用场景需求,严重制约了北斗在民航领域的应用进程,急需开展北斗三号相应标准的研究与制定。针对北斗在民用航空器中应用第1阶段“仅用作航空器追踪”,对北斗二号与北斗三号开展差异性分析,提出标准修订总体方案,综合考虑适航安全性、机载设备应用场景,结合工业实践,根据设备构型提出指标修订方案,形成审定要素及符合性方法建议,为设备研发与适航取证提供标准支持。仿真分析了设备天线增益、卫星可见性等关键参数,验证了所修订技术指标的正确性。

关键词：技术标准规定北斗三号航空器追踪定位短报文适航

航空发动机电子控制器的高强辐射场干扰及防护

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强激光与粒子束 2024年第4期36卷 46-55页

作者：肖国松刘家豪马振洋史春蕾中国民航大学安全科学与工程学院天津300300 中国民航大学民航航空器适航审定技术重点实验室天津300300

针对航空发动机电子控制器(EEC)易受高强辐射场(HIRF)干扰问题,以ZF-M600型EEC为研究对象,通过三维电磁仿真软件CST对EEC建模并进行平面波辐照仿真,模拟HIRF对EEC的干扰效应,仿真结果表明,HIRF可以通过孔缝耦合进入EEC内部并在腔体内部... 详细信息

针对航空发动机电子控制器(EEC)易受高强辐射场(HIRF)干扰问题,以ZF-M600型EEC为研究对象,通过三维电磁仿真软件CST对EEC建模并进行平面波辐照仿真,模拟HIRF对EEC的干扰效应,仿真结果表明,HIRF可以通过孔缝耦合进入EEC内部并在腔体内部产生谐振,谐振频率处电场强度显著增加。依据RTCA DO-160G在400 MHz~4 GHz开展EEC辐射敏感度试验,试验结果表明:EEC失效频点为2.40 GHz和3.48 GHz,敏感模块为模拟量输入输出模块,敏感现象为模拟量数据丢失。EEC失效频点与谐振频率接近,说明EEC失效与腔体谐振有关,在EEC内部贴装吸波材料并进行仿真,分析吸波材料的放置方式和厚度对EEC谐振电磁干扰强度的影响,仿真结果表明,贴装吸波材料可以有效抑制谐振电磁干扰。

关键词：发动机电子控制器高强辐射场辐射敏感度谐振频率电磁防护

机载时间敏感网络链路安全关键度均衡调度方法

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航空学报 2024年第6期45卷 309-322页

作者：赵长啸戴骏董方正李道俊中国民航大学安全科学与工程学院天津300300 民航航空器适航审定技术重点实验室天津300300

针对机载时间敏感网络中多数据混传可能导致的风险汇集问题,综合考虑机载网络中数据传输的的实时性与安全性需求,提出了一种链路安全关键度均衡的调度方法。基于专家评价与熵权法完成系统任务安全关键度量化,通过任务映射表征链路安全... 详细信息

针对机载时间敏感网络中多数据混传可能导致的风险汇集问题,综合考虑机载网络中数据传输的的实时性与安全性需求,提出了一种链路安全关键度均衡的调度方法。基于专家评价与熵权法完成系统任务安全关键度量化,通过任务映射表征链路安全关键度,构建机载TSN链路安全关键度均衡的调度模型;基于配合约束规划的方法构建了链路安全关键度均衡调度方法(LSCB),LSCB调度方法对链路安全关键度的均衡作用与LB方法和SP方法相比,在任务数为50的场景中分别提升了7.1%和25%,在任务数为100的场景中分别提升了17%和18%。研究结果表明LSCB在保证任务传输延迟上界的基础上,可有效缓解风险汇集。

关键词：航空电子机载网络时间敏感网络任务调度分布式综合化航电系统适航

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仿生人字形沟槽阵列控制翼型失速的数值研究

航空动力学报 2024年

作者：张鹏程日新李永宏孙毅刚中国民航大学民航航空器适航审定技术重点实验室中国民航大学航空工程学院

以NACA0012翼型为研究对象，通过数值模拟的方法探究了仿生人字形沟槽阵列对大攻角下翼型失速的控制规律及物理机制。人字形沟槽阵列布置在翼型上表面尾缘，并探究了沟槽深度以及沟槽偏转角对翼型失速控制效果的影响，结果显示：不同设... 详细信息

以NACA0012翼型为研究对象，通过数值模拟的方法探究了仿生人字形沟槽阵列对大攻角下翼型失速的控制规律及物理机制。人字形沟槽阵列布置在翼型上表面尾缘，并探究了沟槽深度以及沟槽偏转角对翼型失速控制效果的影响，结果显示：不同设计的人字形沟槽阵列均可以有效拓宽翼型的稳定工作范围，深度仅为0.00135倍弦长且偏转角为45度的沟槽阵列可以使翼型稳定工作范围拓宽28.57%。流场细节表明：在沟槽内小尺度涡流的积聚效应以及沟槽上方展向迁移流动的共同作用下，翼型汇聚线附近形成了一对强度相同方向相反的诱导涡，这加强了附面层与主流的掺混，使附面层获得足够的能量用于抵抗大攻角工况下的逆压力梯度，有效延缓了翼型失速。

关键词：翼型失速流动控制人字形沟槽阵列涡流发生器附加损失

复合材料层合板钝头体高能量低速冲击响应与损伤特性

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复合材料学报 2024年第6期41卷 3271-3278页

作者：邹君刘佳鑫王计真郭亚周李玲玲冯振宇中国民航大学安全科学与工程学院天津300300 民航航空器适航审定技术重点实验室天津300300 中国飞机强度研究所西安710065

高能量大面积钝物冲击(HEWABI)会导致复合材料飞机结构内部发生严重损伤,但在机身外部几乎目视不可见,从而会对飞机运营安全带来较大的威胁。采用不同形状的刚性冲头和橡胶冲头对层合板进行高能量准静态加载试验,随后建立了基于连续介... 详细信息

高能量大面积钝物冲击(HEWABI)会导致复合材料飞机结构内部发生严重损伤,但在机身外部几乎目视不可见,从而会对飞机运营安全带来较大的威胁。采用不同形状的刚性冲头和橡胶冲头对层合板进行高能量准静态加载试验,随后建立了基于连续介质损伤力学(CDM)的仿真分析模型。结果表明:建立的仿真分析模型可有效预测在刚性和橡胶冲头下的响应和损伤情况。当载荷达到40 kN时,刚性冲头下的层合板会发生严重的分层损伤;而橡胶冲头在加载过程中发生大变形,降低了层合板的局部应力,直至90 kN时仍未对层合板产生任何损伤。层合板损伤情况受刚性冲头形状影响较大,橡胶冲头形状则几乎无影响。

关键词：层合板高能量大面积钝物冲击橡胶冲击冲击响应损伤特性

基于深度强化学习的综合航电系统安全性优化方法

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中国安全科学学报 2024年第7期34卷 123-131页

作者：赵长啸李道俊孙亦轩景鹏田毅中国民航大学安全工程与科学学院天津300300 中国民航大学民航航空器适航审定技术重点实验室天津300300

为解决传统基于人工检查的安全性设计方法难以应对航电系统大规模集成带来的可选驻留方案爆炸问题,构建航电系统分区模型、任务模型以及安全关键等级量化模型,将考虑安全性的综合化设计优化问题模型化为马尔可夫决策过程(MDP)问题,并提... 详细信息

为解决传统基于人工检查的安全性设计方法难以应对航电系统大规模集成带来的可选驻留方案爆炸问题,构建航电系统分区模型、任务模型以及安全关键等级量化模型,将考虑安全性的综合化设计优化问题模型化为马尔可夫决策过程(MDP)问题,并提出一种基于Actor-Critic框架的柔性动作-评价(SAC)算法的优化方法;为得到SAC算法的参数选择和训练结果之间的相关性,针对算法参数灵敏度开展研究;同时,为验证基于SAC算法的优化方法在优化考虑安全性的综合化设计方面的优越性,以深度确定性策略梯度(DDPG)算法和传统分配算法为对象,开展优化对比试验。结果表明:在最佳的参数组合下,使用的SAC算法收敛后的最大奖励相较于其他参数组合提升近8%,同时,收敛时间缩短近16.6%;相较于DDPG算法和传统分配算法,基于SAC算法的优化方法在相同的参数设置下获得的最大奖励、约束累计违背率、分区均衡风险效果、分区资源利用以及求解时间方面最大提升分别为62%、7464%、8370%、2123%和775%。

关键词：深度强化学习综合航电系统安全性优化方法马尔可夫决策过程(MDP) 综合化设计

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运行时保证技术研究现状与发展综述

计算机应用 2024年

作者：董磊王琦陈曦刘嘉琛民航航空器适航审定技术重点实验室(中国民航大学) 中国民航大学科技创新研究院中国民航大学安全科学与工程学院

人工智能、大数据、云计算等先进技术发展突飞猛进的同时，它们自身具有的难解释、难认证等问题限制了在各行业的实际应用。而运行时保证技术（RTA）通过监控系统状态实现了功能之间的切换，化“复杂”为“简单”，初步解决了一些复杂... 详细信息

人工智能、大数据、云计算等先进技术发展突飞猛进的同时，它们自身具有的难解释、难认证等问题限制了在各行业的实际应用。而运行时保证技术（RTA）通过监控系统状态实现了功能之间的切换，化“复杂”为“简单”，初步解决了一些复杂系统行为难预测、难解释、不安全、非预期结果的问题，在未来有着广阔的发展前景。首先，回顾了运行时保证技术的发展历程；其次，在描述了运行时保证的基本原理架构以及切换逻辑的基础上，对当前运行时保证在智能航空、无人机、智能航天、自动驾驶汽车领域及信息物理系统和安全强化学习应用研究现状进行了系统梳理；最后，对运行时保证技术的发展前景进行了展望，为研究者了解最新的运行时保证技术研究动态、发展趋势提供参考。

关键词：运行时保证复杂功能切换逻辑替换认证智能航空