小型艦載固定翼無人機安全性分析方法

劉學業，賈 靖

(中國人民解放軍92419部隊,遼寧興城 125106)

小型艦載固定翼無人機具有固定翼無人機技術成熟、續航時間長、抗風能力高等優點,結合精確回收技術,可裝備在航空母艦，驅逐艦等軍艦。其在海域上執行偵查、監視、情報搜集等任務,近年來,受到了各國海軍的重視,如美國的“掃描鷹”，“綜合者”無人機,實現艦上撞繩無損回收,通過加裝高性能發動機,實現了續航時間大于12小時[1]。本文針對小型艦載固定翼無人機艦上執行任務特點進行了安全性分析,重點關注新型艦船首次加裝后的安全性研究。安全性分析通常采用功能危險性分析、故障模式及影響分析(FMEA)、故障樹分析、區域安全性分析等方法[2],每一種方法都適應不同的時機和場合,對于較成熟產品可采用FMEA 方法。

1 危險源分析

小型艦載固定翼無人機主要由無人機平臺、彈射裝置、攔阻回收裝置、測控設備、任務設備和保障設備組成,執行任務全過程主要包括起飛準備階段、彈射起飛階段、巡航任務階段和回收階段,各階段可能導致艦體損傷、人員受傷和設備損壞,危險源如表1所示。

表1 任務過程危險源分析

2 故障模式影響及危害性分析

2.1 危險因素嚴酷度定義及發生概率等級

根據表1中所列危險源,進一步開展故障模式影響及危害性分析,并進行嚴酷度分類,以便采取措施,提高其安全性水平。小型艦載固定翼無人機系統的嚴酷度定義和故障模式發生概率等級定義如表2和表3所示。

表3 故障模式發生概率的等級劃分[3]

2.2 故障模式影響分析

小型艦載固定翼無人機執行任務危險事件發生故障類別可以分為四類:設計缺陷、成品故障、人為錯誤和環境影響。每一類別中包括不同故障模式,根據艦載無人機飛行任務特點,對故障發生原因及危害結果進行詳細分析,便于量化開展風險評價,具體如表4所示。

表4 故障模式詳細分析

2.3 危害性分析

對于已判定的危險,為了確定合適的解決措施,必須制定風險評價準則,采用風險評價指數矩陣來確定其風險水平,如表5所示。矩陣中的加權指數范圍為1到20,是根據危險可能性和嚴重性綜合而確定。通常最高風險指數定為1,最低風險指數為20。對應于風險評價指數的風險決策如下:

a) 評價指數1～5:不可接受;

b) 評價指數6～9:不希望有,需使用方決策;

c) 評價指數10～17:使用方評審后可接受;

d) 評價指數18～20:不評審即可接受。

表5 任務風險評價指數矩陣

不同事件帶來不同危害性,針對主要危險事件,表6列出小型艦載固定翼無人機執行任務危害性分析結果。

表6 危害性分析結果

3 安全性改進措施

綜合上述分析,小型艦載固定翼無人機執行任務主要有14項危險因素,除水平/垂直突風危險因素需使用方決策外,其余危險因素均在經評審后可接受范圍。小型艦載固定翼無人機執行任務除加強本身可靠性設計、減少設計缺陷和成品故障外,還可采取以下措施進一步降低安全風險[5]。

1)針對水平/垂直突風、航路降雨、電磁干擾等飛行風險,提前做好任務現場的氣候和電磁環境監測工作,確保滿足海況、氣溫、風力、電磁等環境要求[4]。

2)針對飛機撞擊艦體飛行風險,采取規劃安全航跡、人工應急干預、設置安全防護網、無關人員撤離危險區等措施。

3)針對測控鏈路失效等造成飛機墜海風險,采取增加備份測控站、設置自主回收策略等手段及安排搜救組執行任務期間隨時待命等保障措施。

4)針對飛行過程中撞鳥風險。采取飛行海域遠離鳥群,執行任務前進行驅鳥工作等措施。

5)針對設備運輸裝卸、準備、撤除等大型設備跌落人員受傷風險。采取制定任務現場管理制度,對任務流程進行規劃,定崗定責定人,制定操作檢查單,重要步驟進行雙崗交叉確認等措施。

無人機艦載起降執行任務是一項高風險活動,不同任務場景安全性關注重點也不同,對其安全性評估貫穿于系統設計與使用的全過程[5],通過分析評估發現缺陷和不足,制定和采取必要的措施,提高系統安全性。