民用飞机使用维修工效分析与风险评估方法研究

摘要

在民用飞机运营过程中，为保持其持续适航性，即适航水平始终符合型号设计特性，处于安全的运营状态，在考虑维修与驾驶工效的同时，及时准确的识别、分析与评价民用飞机运营与维护阶段的风险，是航空器制造商与适航当局极为关心的问题，对保障民用飞机的持续适航性具有极其重要的意义。论文对民用飞机驾驶与维修工效评估方法、维修作业仿真与工效评估方法、民用飞机发动机安全风险评估方法开展了深入研究，主要研究内容包括：
　　基于虚拟现实仿真技术，以DELMIA V5软件为平台，建立了某型国产民用飞机虚拟驾驶舱3D数字样机，创建了虚拟飞行员和虚拟维修人员模型，建立了民用飞机工效分析与评价的虚拟环境，实现了对驾驶工效和维修工效评价指标体系中的可视性、可达性、人体姿态舒适性等指标的虚拟分析与评价，提出了民用飞机使用与维修工效模糊综合评价模型，给出了综合评判实例。
　　研究了民用飞机驾驶操纵过程中飞行员工效的分析方法，针对飞行员以脑力负荷为主的特点，给出了NASA-TLX测量法、RNASA-TLX测量法、SWAT测量法、库珀-哈珀评定量法、MCH测量法、OW测量法等飞行员脑力负荷测量方法，对上述方法优缺点进行了分析与对比。结合某型国产民用飞机型号研制，制定飞行试验大纲，采集并分析了飞行机组在执行飞行任务过程中的视频、音频、眼动、心率等指标参数，提出了基于物理环境的民用飞机驾驶工效评价方法，为民用飞机驾驶舱机组工作量分析、工作负荷评价提供了有效的技术支持。
　　基于着色Petri网，提出了维修作业过程建模与工效评估方法，采用CPN Tools平台，进行了维修作业建模与仿真，实现了作业序列的控制以及维修人员工作负荷和工作时间的定量计算，以某型国产民用飞机前起落架轮胎拆卸作业为例，采用CPN Tools软件进行维修作业建模和仿真模拟，给出了维修作业建模及维修工效分析的具体方法和步骤，计算了拆卸过程中每一步操作所需的时间值、拆卸活动的工作量和工作时间，通过实例验证了模型和方法的有效性与可行性。
　　建立了民用飞机运营阶段风险评估方法，将事件的风险评估分为危险源辨识、风险类型确定、事件后果严重度等级确定、事件发生可能性等级或概率确定、风险水平确定和适当措施建议六个阶段，提出了针对民用飞机单机和机队的定量风险评估方法，分析了某型飞机后压力框开裂、发动机安装框腐蚀和发动机安装框焊接缺陷等飞机运营阶段事件的风险，给出了事件的风险水平，制定了适当的纠正措施，降低了单机与机队在运营阶段的风险。提出了基于统计分析和故障后果的两种发动机安全风险评估方法。基于统计分析的发动机风险评估方法，采用蒙特卡罗仿真方法模拟故障事件在运营阶段的故障数，根据不同故障事件的危险等级，计算故障的风险因子和每次飞行风险，建立了适当的降低飞行风险的方案或措施，确保飞机发动机运营阶段的风险始终处于安全水平。基于故障后果的发动机安全风险评估方法，针对发动机转子爆破对飞机运营阶段的风险进行了分析，建立了转子爆破风险评估的详细流程与模型，针对某型飞机发动机非包容转子爆破的风险进行了分析，给出了各类转子碎片造成的损坏概率与风险。

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第一章 绪 论

1.1 研究目的与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第二章 基于虚拟环境的民用飞机驾驶工效评估方法研究

2.1 面向驾驶工效评估的虚拟环境构建方法研究

2.2 基于虚拟视界的驾驶工效可视性分析与评价方法研究

2.3 基于虚拟人的可达性分析与评价方法研究

2.4 基于RULA的人体工作姿态舒适性分析与评价方法研究

2.5 驾驶舱主风挡眩光分析方法研究

2.6 驾驶舱人机工效综合评价方法研究

2.7 本章小结

第三章 基于物理环境的民用飞机驾驶工效评价与验证方法研究

3.1 基于驾驶舱工程样机的工效评价试验研究

3.2 基于机组人员工作量的驾驶工效分析与评价方法研究

3.3 某型飞机机组工作负荷评价的全动模拟器试验研究

3.4 本章小结

第四章 基于着色Petri网的维修作业建模与工效评估方法研究

4.1 维修作业建模研究

4.2 Petri网建模研究

4.3 维修作业的Petri网建模研究

4.4 维修作业的CPN建模与仿真研究

4.5 维修人员工效评价方法研究

4.6 案例分析

4.7 本章小结

第五章 民用飞机与发动机安全风险评估方法研究

5.1 民用飞机风险评估流程研究

5.2 民用飞机定量风险评估方法研究

5.3 航空发动机安全风险评估方法研究

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 完成的主要研究工作

6.2 创新性的工作与成果

6.3 未来工作的研究展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文

附 录 飞行试验科目的试验程序