民用飛機(jī)液壓系統(tǒng)可燃液體泄露風(fēng)險(xiǎn)分析

林家冠

【摘 要】本文在SAE ARP5150標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)了事件安全性評(píng)估的方法，詳細(xì)介紹了液壓系統(tǒng)可燃液體泄露問題的風(fēng)險(xiǎn)分析的過程，為進(jìn)一步制定飛機(jī)/機(jī)隊(duì)改正措施提供參考和依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】液壓系統(tǒng)；可燃液體；持續(xù)適航；風(fēng)險(xiǎn)

0 引言

液壓系統(tǒng)是飛機(jī)上的重要能源系統(tǒng)，其元件、管路分布在飛機(jī)各大區(qū)域，整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的液壓油是可燃液體的重要來源。民用飛機(jī)主流的液壓系統(tǒng)仍然采用液壓油傳動(dòng)，易出現(xiàn)油液泄露，如果還存在點(diǎn)火源，那么對(duì)于飛機(jī)安全是極大的威脅。為了減小該風(fēng)險(xiǎn)，一方面在設(shè)計(jì)之初就考慮了液壓油泄露的防火設(shè)計(jì)要求；另一方面在飛機(jī)交付后的運(yùn)營階段，對(duì)使用過程中出現(xiàn)的可能導(dǎo)致液壓系統(tǒng)出現(xiàn)泄露的故障、磨損、干涉、變形等問題進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，給出風(fēng)險(xiǎn)的大小，制定改正的措施，保證機(jī)隊(duì)運(yùn)行安全。本文通過在某型號(hào)民用飛機(jī)實(shí)際運(yùn)營中出現(xiàn)的可能影響液壓系統(tǒng)可燃液體泄露問題的事件進(jìn)行分析，總結(jié)了對(duì)于該類問題的風(fēng)險(xiǎn)分析方法，為制定飛機(jī)/機(jī)隊(duì)改正改進(jìn)措施提供參考。

1 風(fēng)險(xiǎn)分析方法簡(jiǎn)介

保證飛行安全是民用航空永恒的主題。飛機(jī)在投入運(yùn)行后，會(huì)不斷暴露出各種對(duì)安全有潛在影響的缺陷，從而降低飛機(jī)的適航性。例如實(shí)際運(yùn)行過程中遇到的可能導(dǎo)致液壓油泄露的事件，如液壓導(dǎo)管變形、磨損，導(dǎo)管連接頭滲漏，導(dǎo)管和周圍結(jié)構(gòu)干涉或間距過小等問題。通過調(diào)查分析，這些問題的原因可能是設(shè)計(jì)缺陷、質(zhì)量逃逸、制造偏離等。對(duì)于這類問題，如何保持它在設(shè)計(jì)制造時(shí)獲得的固有安全性，使其能始終處于安全運(yùn)行狀態(tài)，是保障飛機(jī)安全運(yùn)行的重要條件。

型號(hào)合格證持有人在飛機(jī)適航性缺陷修正工作負(fù)有極其重要的責(zé)任，承擔(dān)的工作有：缺陷收集、風(fēng)險(xiǎn)分析和調(diào)查、制定修正措施并更新相應(yīng)技術(shù)資料。其中風(fēng)險(xiǎn)分析是關(guān)鍵步驟，是開展后續(xù)制定修正措施工作的前提條件。通常情況下，風(fēng)險(xiǎn)分析過程包括四個(gè)步驟：

1）潛在不安全狀態(tài)確定；

2）后果嚴(yán)重性等級(jí)確定；

3）發(fā)生可能性概率確定；

4）風(fēng)險(xiǎn)水平確定。

1.1 潛在不安全狀態(tài)確定

不安全狀態(tài)是指通過運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、分析或?qū)嶒?yàn)發(fā)現(xiàn)有以下實(shí)際證據(jù)，則認(rèn)為存在不安全狀態(tài)：

1）安全邊際量或功能大幅降低；

2）機(jī)組身體不適或超負(fù)荷工作以至于不能精確地執(zhí)行器任務(wù)；

3）對(duì)機(jī)上人員造成嚴(yán)重或致命的傷害。

潛在不安全狀態(tài)就是指未經(jīng)驗(yàn)證的、但很可能存在的不安全狀態(tài)。

液壓系統(tǒng)的液壓油泄露可能會(huì)對(duì)飛機(jī)、系統(tǒng)造成安全影響。根據(jù)泄露量大小和泄露位置的不同，可能造成：液壓油耗盡導(dǎo)致液壓系統(tǒng)本身失效；液壓油遇到點(diǎn)火源使得某區(qū)域著火；結(jié)構(gòu)被液壓油腐蝕而失效；導(dǎo)致相關(guān)液壓用戶（飛行操縱、反推、剎車、起落架收放、轉(zhuǎn)彎）系統(tǒng)的安全裕度降低或失效等不安全后果。

根據(jù)在飛機(jī)實(shí)際運(yùn)行過程中收集到的事件，分析事件可能造成的不安全后果（可能是一個(gè)或多個(gè)）。如果中間過程難理解，可以增加中間事件環(huán)節(jié)（事件之間相互獨(dú)立），由此可以建立事件鏈。一般情況下我們把收集到的事件本身作為初因事件，如果隨著原因調(diào)查的深入，可進(jìn)行調(diào)整。

例如某事件信息：某型號(hào)飛機(jī)在一次維護(hù)中對(duì)液壓系統(tǒng)打壓，發(fā)現(xiàn)后設(shè)備艙2#液壓系統(tǒng)電動(dòng)泵與壓力油濾組件之間的彎管抖動(dòng)，并和附近的電動(dòng)泵固定支架發(fā)生摩擦，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)在導(dǎo)管內(nèi)側(cè)出現(xiàn)磨損。

對(duì)這個(gè)事件信息初步分析，該導(dǎo)管位于電動(dòng)泵壓力出口位置，導(dǎo)管振動(dòng)和支架發(fā)生摩擦，使得導(dǎo)管損傷，長(zhǎng)期磨損會(huì)導(dǎo)致破損，造成大量液壓油泄露。因此初因事件是液壓導(dǎo)管磨損，產(chǎn)生的不安全后果有兩個(gè)：一個(gè)是液壓油過多的外部泄露導(dǎo)致液壓系統(tǒng)本身失效（不安全狀態(tài)A），另一個(gè)是液壓油泄露在后設(shè)備艙遇點(diǎn)火源導(dǎo)致著火（不安全狀態(tài)B）。

1.2 后果嚴(yán)重性等級(jí)確定

對(duì)于潛在不安全狀態(tài)事件的后果嚴(yán)重性等級(jí)，通常采用定性的方法來確定，主要通過該不安全狀態(tài)對(duì)飛機(jī)、機(jī)組和乘客等人員的實(shí)際影響或潛在影響來判斷。對(duì)于液壓系統(tǒng)或其它相關(guān)系統(tǒng)的危害性影響可以參考系統(tǒng)級(jí)的SSA，F(xiàn)HA，F(xiàn)MEA等安全性分析報(bào)告。

比如在上述例子中，飛機(jī)的液壓能源系統(tǒng)采用多套互相獨(dú)立的液壓構(gòu)架，泄露只會(huì)導(dǎo)致單套液壓系統(tǒng)失效，其它備份的液壓系統(tǒng)可以保證飛機(jī)主要的液壓能源需求，因此造成的嚴(yán)重性等級(jí)較小（Marginal）。第二種情況，如果泄露的液壓油在艙內(nèi)聚集，遇到點(diǎn)火源會(huì)發(fā)生燃燒，導(dǎo)致艙內(nèi)著火，可能會(huì)波及到艙內(nèi)其它系統(tǒng)設(shè)備，造成多個(gè)系統(tǒng)的功能失效，嚴(yán)重情況下會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)失控，保守考慮嚴(yán)重性等級(jí)為災(zāi)難性的（Catastrophic）。

1.3 發(fā)生可能性概率

發(fā)生可能性概率可以通過定性和定量?jī)煞N方法得到。

當(dāng)很難獲取有效數(shù)據(jù)時(shí)，可以采用定性的方法。該方法基于工程判斷和使用經(jīng)驗(yàn)，可參考下圖MIL-STD-882D中對(duì)不同危害發(fā)生可能性概率的定義。

不同于定性的判斷，定量方法是根據(jù)前述潛在不安全狀態(tài)的事件鏈?zhǔn)疽鈭D，分別計(jì)算初因事件和每個(gè)中間事件的發(fā)生概率，取它們的乘積作為不安全狀態(tài)A和B發(fā)生的可能性概率，公式如下：

PA=P0×PA1×PA2×PA3

PB=P0×PB1×PB2×PB3

上式中，PAi，PBi為中間事件的概率，P0為初因事件發(fā)生的概率。

例如，在液壓系統(tǒng)的故障模式和影響分析（FMEA）中已經(jīng)考慮了電動(dòng)泵壓力管路打破、磨損或連接件缺陷等因素造成液壓油大量泄漏的情況，參考其概率的量級(jí)P0=10-6，得到該液壓導(dǎo)管磨損事件導(dǎo)致2#液壓系統(tǒng)失效的發(fā)生可能性概率PA=10-6，相當(dāng)于OCCASIONAL。

上例中的第二種情況，考慮泄露的液壓油在艙內(nèi)遇到點(diǎn)火源著火的概率。在缺少有效數(shù)據(jù)的情況下，采用定性分析。例如，通過分析液壓管出現(xiàn)磨損的位置在底部，該區(qū)域設(shè)有排液口，可以有效防止可燃液體積聚，同時(shí)可能產(chǎn)生電火花的電氣設(shè)備、線纜都在其上方，因此定性的判斷泄露的液壓油遇電火花點(diǎn)燃的概率是微小的，相對(duì)應(yīng)的概率量級(jí)為PB1=10-5。綜合考慮，導(dǎo)致艙內(nèi)著火的可能性概率PB=P0×PB1=10-11，即IMPROBABLE。

1.4 風(fēng)險(xiǎn)水平的確定

風(fēng)險(xiǎn)水平使用風(fēng)險(xiǎn)矩陣來確定，在風(fēng)險(xiǎn)矩陣的不（下轉(zhuǎn)第33頁）（上接第10頁）同位置代表了不同的風(fēng)險(xiǎn)水平。橫向是后果嚴(yán)重程度，縱向是發(fā)生的可能性概率，表1是ARP5150工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)矩陣樣例。

表1 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)矩陣樣例

如果風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)結(jié)果為“OK”，則表明該事件是一個(gè)安全事件，不需要采取措施；如果風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)結(jié)果為“WORK”，則可以采取一些改進(jìn)性的措施，將風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)改善到“OK”狀態(tài)；如果風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)結(jié)果為“IMMEDIATE”，則必須采取一些緊急改正措施。一般情況下，這種緊急措施可以包括：強(qiáng)制性檢查或其他臨時(shí)措施。如果這個(gè)緊急措施是一個(gè)臨時(shí)性的解決方案，則需要同時(shí)開展研究制定最終改正措施的工作。

將前述的液壓系統(tǒng)導(dǎo)管發(fā)生磨損事件的風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果帶入表1，可以得到不安全狀態(tài)A的風(fēng)險(xiǎn)水平是“OK”，不安全狀態(tài)B的風(fēng)險(xiǎn)水平是“WORK”，不安全狀態(tài)B的風(fēng)險(xiǎn)水平相對(duì)較高，可以采取改進(jìn)措施，例如可以對(duì)該處導(dǎo)管和支架之間的間距進(jìn)行增大，或者在支架上增加卡箍，用于固定液壓導(dǎo)管，防止其抖動(dòng)。

2 結(jié)束語

本文依據(jù)某型號(hào)飛機(jī)的持續(xù)適航工作經(jīng)驗(yàn)，簡(jiǎn)述了一般潛在不安全事件風(fēng)險(xiǎn)分析過程，同時(shí)研究了液壓系統(tǒng)可燃液體泄露事件的風(fēng)險(xiǎn)分析方法，為后續(xù)制定飛機(jī)改正改進(jìn)措施提供參考。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]SAE ARP5150.Safety Assessment of Transport Airplanes in Commercial Service[S].

[責(zé)任編輯：田吉捷]