小型舰载固定翼无人机安全性分析方法

刘学业，贾 靖

(中国人民解放军92419部队,辽宁兴城 125106)

小型舰载固定翼无人机具有固定翼无人机技术成熟、续航时间长、抗风能力高等优点,结合精确回收技术,可装备在航空母舰，驱逐舰等军舰。其在海域上执行侦查、监视、情报搜集等任务,近年来,受到了各国海军的重视,如美国的“扫描鹰”，“综合者”无人机,实现舰上撞绳无损回收,通过加装高性能发动机,实现了续航时间大于12小时[1]。本文针对小型舰载固定翼无人机舰上执行任务特点进行了安全性分析,重点关注新型舰船首次加装后的安全性研究。安全性分析通常采用功能危险性分析、故障模式及影响分析(FMEA)、故障树分析、区域安全性分析等方法[2],每一种方法都适应不同的时机和场合,对于较成熟产品可采用FMEA 方法。

1 危险源分析

小型舰载固定翼无人机主要由无人机平台、弹射装置、拦阻回收装置、测控设备、任务设备和保障设备组成,执行任务全过程主要包括起飞准备阶段、弹射起飞阶段、巡航任务阶段和回收阶段,各阶段可能导致舰体损伤、人员受伤和设备损坏,危险源如表1所示。

表1 任务过程危险源分析

2 故障模式影响及危害性分析

2.1 危险因素严酷度定义及发生概率等级

根据表1中所列危险源,进一步开展故障模式影响及危害性分析,并进行严酷度分类,以便采取措施,提高其安全性水平。小型舰载固定翼无人机系统的严酷度定义和故障模式发生概率等级定义如表2和表3所示。

表3 故障模式发生概率的等级划分[3]

2.2 故障模式影响分析

小型舰载固定翼无人机执行任务危险事件发生故障类别可以分为四类:设计缺陷、成品故障、人为错误和环境影响。每一类别中包括不同故障模式,根据舰载无人机飞行任务特点,对故障发生原因及危害结果进行详细分析,便于量化开展风险评价,具体如表4所示。

表4 故障模式详细分析

2.3 危害性分析

对于已判定的危险,为了确定合适的解决措施,必须制定风险评价准则,采用风险评价指数矩阵来确定其风险水平,如表5所示。矩阵中的加权指数范围为1到20,是根据危险可能性和严重性综合而确定。通常最高风险指数定为1,最低风险指数为20。对应于风险评价指数的风险决策如下:

a) 评价指数1～5:不可接受;

b) 评价指数6～9:不希望有,需使用方决策;

c) 评价指数10～17:使用方评审后可接受;

d) 评价指数18～20:不评审即可接受。

表5 任务风险评价指数矩阵

不同事件带来不同危害性,针对主要危险事件,表6列出小型舰载固定翼无人机执行任务危害性分析结果。

表6 危害性分析结果

3 安全性改进措施

综合上述分析,小型舰载固定翼无人机执行任务主要有14项危险因素,除水平/垂直突风危险因素需使用方决策外,其余危险因素均在经评审后可接受范围。小型舰载固定翼无人机执行任务除加强本身可靠性设计、减少设计缺陷和成品故障外,还可采取以下措施进一步降低安全风险[5]。

1)针对水平/垂直突风、航路降雨、电磁干扰等飞行风险,提前做好任务现场的气候和电磁环境监测工作,确保满足海况、气温、风力、电磁等环境要求[4]。

2)针对飞机撞击舰体飞行风险,采取规划安全航迹、人工应急干预、设置安全防护网、无关人员撤离危险区等措施。

3)针对测控链路失效等造成飞机坠海风险,采取增加备份测控站、设置自主回收策略等手段及安排搜救组执行任务期间随时待命等保障措施。

4)针对飞行过程中撞鸟风险。采取飞行海域远离鸟群,执行任务前进行驱鸟工作等措施。

5)针对设备运输装卸、准备、撤除等大型设备跌落人员受伤风险。采取制定任务现场管理制度,对任务流程进行规划,定岗定责定人,制定操作检查单,重要步骤进行双岗交叉确认等措施。

无人机舰载起降执行任务是一项高风险活动,不同任务场景安全性关注重点也不同,对其安全性评估贯穿于系统设计与使用的全过程[5],通过分析评估发现缺陷和不足,制定和采取必要的措施,提高系统安全性。