[发明专利]一种基于动力学模型的飞机系统安全性分析方法

说明书

本发明公开了一种基于动力学模型的飞机系统安全性分析方法，目的在于基于飞机动力学模型自动化地开展安全性分析工作。包括：根据系统及其部件的动力学模型，利用Simulink建立名义模型；获取部件故障信息并建立部件故障模型，融入名义模型得到拓展模型；注入单个故障，通过系统性能响应确定故障影响，自动化地完成故障模式及影响分析；通过递归法生成的所有故障组合，并约简故障组合以提高分析效率；遍历约简后故障组合获得系统最小割集，并计算顶层失效状态的发生概率，自动化地完成故障树分析。本发明可用于民机系统的设计和适航审定中，该方法不依赖于分析人员的技术和经验，并能根据设计更改及时更新模型，自动输出安全性分析的结果。

技术领域

本发明属于民用飞机适航审定中系统安全性分析领域，具体涉及基于动力学模型的飞机系统安全性分析方法。

背景技术

系统安全性分析既是飞机研制过程中开展安全性设计、提高飞机系统安全性的主要手段，也是适航审定过程中针对25.1309“设备、系统及安装”等条款开展符合性验证的重要方法。

目前，对民用飞机系统开展安全性分析主要使用功能危害性评估(FunctionalHazard Assessment,FHA)、故障模式及影响分析(Failure Mode and Effect Analysis,FMEA)和故障树分析(Fault Tree Analysis,FTA)等方法。随着工业技术的不断革新和发展，现代飞机系统高度集成和耦合特点与日俱增，导致其系统架构和故障逻辑异常复杂，给传统的系统安全性分析工作带来了巨大挑战。这些传统的安全性分析方法主要存在以下不足：

1)主观性强，过于依赖分析人员的工程经验，当分析人员对设计方案理解存在偏差时，容易导致分析结果的不完整性和不一致性。

2)自动化程度不高，通常需要分析人员手工来完成，飞机系统的研制是一个不断更新迭代的过程，这将导致传统的安全性分析工作异常繁琐。

发明内容

针对传统的安全性分析方法存在的问题，本发明的目的是提出一种基于动力学模型的飞机系统安全性分析方法，以解决安全性分析过程对分析人员主观判断与工程经验的依赖。当系统方案修改时，本发明也能自动更新安全性分析结果，避免了重新建模分析的繁琐工作。

为实现上述目的，本发明所述的一种基于动力学模型的飞机系统安全性分析方法，包括下列步骤：

步骤1：根据系统及其组成部件的动力学模型，利用Simulink为系统建立无故障状态下的名义模型；

步骤2：获取故障信息并建立基于Simulink的部件故障模型，将部件故障模型与步骤1所述名义模型相融合，得到系统带故障的拓展模型；

步骤3：注入单个故障，通过故障注入后的系统性能响应来确定故障影响，自动化地完成故障模式及影响分析；

步骤4：通过递归法生成所有故障组合，并约简故障组合以提高分析效率；

步骤5：遍历约简故障组合并监控系统性能的响应，记录导致系统失效的故障组合，获得系统的最小割集(Minimal Cut Sets,MCS)，并计算顶层失效状态(FailureCondition,FC)的发生概率，自动化地完成故障树分析。

进一步的，步骤2所述的建立基于Simulink的部件故障模型，将部件故障模型与步骤1所述名义模型相融合的实现过程如下：

借助Simulink中的Constant、Random、Delay、Memory、Gain、Add模块，可以为飞机系统的典型故障模式分别建模。将名义模型中部件的正常输出信号和部件的故障模型均连接到Simulink的Multiport Switch模块上，利用信号控制端口，可以实现正常信号与各个故障信号之间的切换。

进一步的，步骤3所述的通过故障注入后的系统性能响应来确定故障影响的实现过程如下：