試飛安全技術研究與應用*

■ 張聯禾 鞠成玉/中國飛行試驗研究院

0 引言

安全是型號飛機能夠在預期的飛行使用環境中執行試驗試飛任務的基本保證。安全技術是試飛安全的重要技術支撐，是保證各項試飛安全活動科學、正確、規范的技術基礎。安全技術可以通過產品研制賦予，通過試飛設計和試驗予以確認，并且通過合適的管理和維修而保持[1-3]。

試飛安全來源于保障機上和地面人員生命安全和財產安全的需求，因此，一方面要求設計人員嚴格按照標準規范設計飛機，保證飛機符合最低安全要求；另一方面要求通過試驗試飛來鑒定設計人員的設計符合最低安全要求且能持續保持。這就要求在試飛全流程中開展試飛安全技術研究和應用，同時對設計過程和交付使用情況進行持續跟蹤，為飛機全生命安全管理提供支撐[4，5]。

1996 年環球航空航班在長島發生爆炸后，美國成立了航空安全委員會，制定了美國航空發展戰略性目標，即在10年內將航空事故率降低80%，25 年內降低90%。為響應這一目標，NASA 制訂了相關發展規劃，集中資源共同研發提高航空安全。航空安全計劃大致經歷了4 個階段的發展和演化：AvSP（航空安全項目）、AvSSP（航空安全和安全保證項目）、NASA2007 航空安全規劃，以及AOSP 空域操作和安全項目。縱觀美國航空安全發展模式，均是在事故或新的安全態勢出現后引發政府、工業界和學術界的研究熱潮，進而形成批量的研究成果并實施工程應用，從而提升了航空安全[6-8]。

試飛安全技術研究指通過建立一套技術體系，采集涉及試飛安全的信息和數據，識別試飛中存在的技術風險和管理風險，運用風險管理技術解決飛機安全飛行的方法。

1 安全技術分析與研究

飛機全生命周期安全管理流程如圖1 所示。安全管理是指通過采集飛機飛行中反映的信息、質量和可靠性信息、技術通報和管理發布的信息等，采用完整的標準和技術要求對收集的信息數據進行篩選，利用適用的標準和技術方法進行風險評估分析，提出或制訂一系列改進措施，確保飛機的風險水平低于標準規定的水平。對于不能通過有效的緩解措施完全立即恢復安全風險水平的情況，需要采用適當的技術評估殘留的風險，預測或監控風險，并將其在整個飛行過程及后續使用過程中的風險限制在一個合適范圍[9-11]。

圖1 飛機全生命周期安全管理流程

NASA 安全手冊從系統工程的角度考慮系統安全的定義和架構，提供了系統安全架構的方法論。其目的是構建系統安全的整體框架，提供完善框架的總體概念，規劃執行全系統生命周期的活動，以確保系統滿足安全性能需求并具有足夠合理可行的安全性。NASA 安全手冊主要解決系統架構層面的問題，關注的是在技術、周期、成本約束下盡可能合理可行的安全，除了已知風險，強調潛在未知風險的識別和評估以及基于風險告知的決策。

FAA 系統安全手冊的內容包括如何搭建和執行安全風險管理以及建立系列協調一致的標準化程序和分析工具。FAA 系統安全手冊用于支撐專門的系統安全項目計劃，規定了執行安全風險管理的步驟、時間、人員和執行原因。安全風險管理通過三類計劃實現：系統安全管理計劃、系統安全項目計劃、綜合系統安全項目計劃。

目前，專用的安全技術包括風險前兆技術、風險決策技術和典型安全方法等。風險前兆技術包括案例建立、異常失效機理識別與泛化、證據搜集、異常分級、觀察與趨勢跟蹤、風險模擬、過程步驟報告及上報結果等。風險決策技術包括考慮因素、風險建模、風險管理以及風險感知等。NASA 提供的典型安全方法有500 多種，常用的有27 種，包括安全數據庫、偏差和不確定性分析、風險追蹤與分辨、人為因素案例與數據庫等。

引起下一代安全危險態勢的可能原因有交通密度、高度自動化、人/技術高度耦合的互操作、短時間內偶然因素的發生等。突出特征為社會/技術（Social/Technique）的交互引發的安全風險，具有緊急性、自動化操作、鉸鏈、模糊變化的邊界、多因素影響以及動態復雜性等顯著特點。分析現有的安全方法、工具、過程可以看出，現有方法和工具在整體上難以滿足下一代安全技術的需要，對于充分的方法、工具、流程和規章可能引起不可容忍的高花費和長時間。因此，需要研究國外先進的航空安全理念、技術和方法，在考慮安全的動態復雜性、安全技術及其應用充分性的基礎上，建立試飛安全技術研究與應用的原則和技術方法，不斷提高試飛安全技術水平。

2 試飛安全技術應用

具體而言，試飛安全技術應用的原則如下：

1）充分借鑒國內外先進的安全技術體系研究成果；

2）建立相關的試飛安全技術標準和要求；

3）實現試飛安全多源信息數據的統一和共享；

4）適用于多個型號，具有通用性。

針對以上原則，在試飛安全技術應用方面應開展以下研究工作：

1）試飛安全事件篩選標準和技術要求。建立完整的試飛安全事件篩選的標準和技術要求，規范試飛安全技術應用的流程和程序，建立完整的試飛安全技術體系。可考慮從4 個層面構建試飛安全技術體系框架，包括安全理論技術、現有試飛安全技術、面向未來的試飛安全技術、面向未知風險的試飛安全技術。

2）試飛安全信息化和數字化建設。試飛安全信息和數據范圍應更廣，不應僅局限于已發現的問題和故障等，還應包括飛機飛行使用中涉及的人機工效、定檢和大修、飛行指揮引導和地面試驗以及用戶需求等，可同時包括成功經驗和失敗經驗。因此，需要開展試飛安全信息化和數字化建設，構建一個完整的、功能強大的試飛安全數據網，建立試飛安全數據分析處理系統，實現試飛安全數據可追溯性管理，支持試飛安全分析和技術研究。

3）試飛風險分析與安全評估方法研究。考慮到目前試飛安全信息和數據量有限，可以采用初步風險分析方法，結合不安全狀態等級評估確認等開展進一步詳細風險評估。后續應不斷完善風險分析評估方法，加強分析評價和安全預警研究，深入研究不安全狀態危害等級確認技術，不斷充實飛機試飛安全數據庫，確立風險等級標準。在試飛安全技術評估方面，還應考慮單機技術狀態管理、維修能力、性能試驗與作戰試驗之間的接口等。通過研究NASA 通用的安全分析理論，系統梳理其架構方法，為安全風險分析與評估提供頂層的方法論支撐。通過研究NASA 的事故前兆分析方法，系統梳理事故前兆分析技術的背景、概念、分析過程，探索事故前兆分析的通用指導技術方法。通過研究NASA 的未來安全技術充分性研究，系統識別未來安全技術元素、安全技術態勢、安全風險評估關鍵，并評估現有安全方法、工具、過程和規章的充分性，探索未來可能面臨的試飛風險技術問題。研究NASA典型的27種方法的目的、方法內容、評估步驟、應用范圍、輸入、輸出、使用經驗等，為將其消化和內化為試飛的安全風險分析與評估方法提供指導。通過研究NASA 采用的基于風險響應的決策方法（RIDM），識別典型的航空項目風險決策方法，研究分析風險管理策略的產生背景、運作情況、適用范圍、主要特點和經驗做法，為建立試飛風險評估技術提供指導。

4）其他試飛安全技術研究。還應開展以下方向的技術研究，包括：制訂標準的危險性分析指南；制訂不安全狀態等級的評估方法；確訂安全信息數據分析管理的分類方法；完善安全事件根本原因的分析方法；完善風險識別的標準和方法；制訂建立風險警戒值的程序；開展試飛安全事件的可靠性評估、安全性評價以及趨勢預測等。

3 結束語

隨著航空科學技術的發展，航空武器系統日益復雜，試飛安全呈現出縱橫交織的多系統耦合特點，NASA 的Next-G（下一代安全技術）安全技術分析也證實了這一點，試飛安全與風險控制需從單一因素危險源的識別和分析向多因素的、系統性的安全問題識別轉移，未來圍繞人/社會與技術的交互開展復雜因素建模和安全風險識別勢在必行。應在總結、優化、完善試飛安全管理的基礎上，深入開展試飛安全技術研究和應用，促進試飛安全水平不斷提高。