避免中国飞机发生事故的航空飞机安全控制系统设计

避免中国飞机发生事故的航空飞机安全控制系统设计? ??作者:我爱蓝天?15653437828摘要:本文从现实因素和历史因素两个方面,对飞行事故因素进行了分析,认真分析了人-机-环系统中制约航空发展的瓶颈,航空安全发展的主要方向,提出改善航空安全系统多重复杂性安全控制理论,进一步提出了航空飞机安全控制系统的设计实现方式。提出了解决飞机人为因素问题,创建和发展安全控制理论,加强理论研究成果的物化是实现航空飞机安全控制系统重要方法。航空飞机作为通用航空装备,以它自身的快速机动性,尤其是在世界相对和平时期促进各国经济发展、保卫国家领空主权等方面发挥着重要作用。自从1908年世界上第一次发生军机飞行事故,历年来频发的航空飞行事故严重影响了世界各国航空军事和民航业的发展。一、飞行事故致因分析(1)现实因素随着现代科学技术在飞机上不断得到应用,飞机的可靠性、稳定性不断得到加强,其自身故障导致的飞行事故在逐渐减少。但是,由于飞机的大量使用,总的飞行事故呈现逐年上升的趋势。导致飞行事故的因素是多方面的,但总的来说主要包括人、机、环三大因素。据近年来研究认为,人为因素(humanfactors,HF)是导致飞行事故和事故征候的主要原因之一,至少有70%~80%的事故与事故征候都能找出相关HF,而飞行人员因素导致的飞行事故是HF飞行事故的突出重要原因。装备和环境因素相关事故所占比例从早期的60%~70%逐步下降到30%以下。(2)历史因素任何理论的提出与各种发明,都与人所处环境及其在其环境中掌握的知识有关。一个科学理论的提出和一项科技发明的问世,都可能不是完美的,换句话说就是或多或少的存在一定的缺陷性。比如,飞行、机动车辆是人们日常出行跨越物理距离的一种手段,但各类事故又不得不思考我们最初的设计成果。历史的发展,就是在前人的研究成果的基础上不断完善而前进的。二、航空飞机发展的瓶颈从造成飞行事故的主要因素来讲,主要集中在人为因素上。出现人为操纵差错的原因具有多样性,比如长期驾驶使身体感觉疲劳,家庭因素、身体健康、自身生活习惯等都会对飞行驾驶造成一定的影响。具有关资料研究表明:在重复性任务的操纵过程中,人犯错误的频率大约为1/100~1/1000,这意味着在简单重复性操作任务中每100次至1000次操作中有一次错误都应算是正常的。即使这类操纵错误是人类的正常反应,不可能完全杜绝,但飞行过程中绝不允许出现。再加上装备机件自身故障和环境等因素,导致人为操纵差错的因素就显得非常复杂、偶然性较强,目前对人为因素的掌控缺乏有效的技术手段,人为因素已经成为制约航空安全水平提高的瓶颈。三、航空安全发展的主要方向国际前沿理论和研究成果,成为认识和完善“人-机-环”系统理论的基础。玻尔及哥本哈根学派一再强调结构和功能的不健全必然预示着整个体系的变异。在相对和平时期的年代,系统的崩溃,有时并非来自外部环境攻击,而是系统内部的“瓦解”。人-机-环系统,包括人自身表现一些操纵差错问题,是因为系统内外部物质、信息和能量交换效率严重偏低或中断,影响了系统整体功能的发挥,导致系统运行轨迹的严重偏离,甚至是整个系统的崩溃。改善当前飞行事故发生的现状,也正是需要从提高系统内外部物质、信息、能量的交换畅通效率,并且能够满足飞机整体系统的正常安全运行的需要,才能真正促进航空飞机系统整体功能正常的发挥。因此,加强航空飞机的安全设计理论,就是把航空安全的研究点放到最初的从飞机基础设计层面上,在前人研究的基础上,进一步完善和飞机的最初设计理论,以满足当今乃至将来一段时间航空领域发展的需要。四、航空飞机安全控制系统理论有学者认为下一代的安全系统,必定是具有“三重”防护的系统,而要实现“三重”防护,从技术方面考虑,首先需要研究的应是各类安全技术之间的协同技术以及系统的“破损一安全”技术或称“容忍”技术。导致飞行事故的原因是多方面的,安全系统的设计需要面对各种复杂因素,以备在危险因素出现时航空飞机能够得到及时恢复正常飞行状态,或航空飞机在因特殊原因无法恢复控制时能够及时保护航空飞机上的生命安全。因此,根据人-机-环系统飞行事故致因分析,航空飞机安全控制系统的设计甚至还要根据航空装备发展的特殊需要,增加“多重”防护,以备各种条件下的安全需要。多重复杂性安全控制理论就是实现多重复杂性安全控制,即飞行员、空中防撞规避系统、自动驾驶、返航控制系统、防撞地自动拉起系统、自动救生系统。航空飞行安全实现多重复杂性安全控制方式,即当飞行安全隐患突破该层级的安全控制级别时,航空飞机高级安全控制系统就会立即启动下一层级或进入下一个循环进行整体或部分安全控制。该安全控制系统辅助飞行员驾驶飞机,主要用来预防和控制飞行事故,保护飞机安全和飞行员生命安全,不干扰飞行员正常驾驶飞机,在飞机处于危险时才发挥安全控制作用,如图所示。避免中国飞机发生事故的航空飞机安全控制系统设计航空飞机安全控制图多重复杂性安全控制都在高级安全控制器的监控之下,实现对飞行器整体有机控制方式,如图所示。我们把飞行员的各种操纵失误尽可能控制在前四层,这样设计不仅可以使飞行员保持良好精神状态驾驶飞机、而且还可以减少日常训练由于飞机大过载导致飞机轨迹曲线的过于陡峭而发生飞行员失去知觉的危险,从而防止事故事态的进一步恶化。后面二级只是航空飞机特殊情况下的应急备用系统,比如由于天气等原因导致飞行员万一操纵错误或现实中各种不确定因素存在而引起飞机损坏,我们尽可能让作战飞机或民用航空飞机从危险边界拉起使飞机进入自动驾驶环节控制或进一步返回机场,如若不能做到这一点,就一定要做到让飞行员自动脱离无法挽救的飞机,保证飞行员安全。该理论采用多重安全控制方式,实现了安全控制航空飞机的作用,大大提高航空飞机的安全性。五、航空飞机安全控制系统的设计实现当前航空领域面临的主要难题。综观国内外研究,对人为因素造成的操作差错都十分重视,对飞行人员、装备机械、环境以及安全技术进行了研究,关注焦点集中在三个方面:一是人为因素;二是如何利用交叉检查避免飞行操纵差错;三是加强研究航空装备提高装备安全性。当前国内外都已经进入安全技术的研究阶段。(1)解决飞机机械故障问题,当然要从飞机的最初设计来研究。研究飞机安全性涉及多种因素、多门学科,是一个跨学科研究的复杂系统问题。从当前世界航空安全形式来看,解决制约航空安全的瓶颈问题,迫切需要创新研究新的安全控制理论来加以解决。因此,必须在借鉴学习当今世界各项科研成果的基础上,创新研究新的安全理论,创造性的解决在飞机设计和飞行实践中遇到的新的安全问题。(3)创建和发展安全控制理论。历史规律肇示我们,航空安全每发展到一个历史阶段,都呼唤新的安全科学作指导;每催生一个新的安全理论,航空安全管理就开辟一个新的境界,安全水平就会得到极大的提高。当前世界航空安全发展正进入一个新的历史转折点,迫切需要借鉴世界安全科学的一切发展成果,在新的起点上推进航空事业建设又好又快发展。(4)加强理论研究成果的物化。理论研究成果只是科研物化的基础,要在航空飞机上真正实现安全控制作用,还必须对最新研究理论成果进行科学物化。科学物化的目的就是对航空飞机安全控制理论转化为一种科学技术,在航空飞机上尽可能多的应对影响航空飞机的多种威胁因素,真正实现科学安全控制航空飞机的作用。

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