民用飛機(jī)事故分析與管理

民用飛機(jī)事故分析與管理

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，由于其獨(dú)特的低可見速度、垂直沉降和懸停等飛行特性，機(jī)槍廣泛應(yīng)用于軍事和民用地區(qū)。全球直升機(jī)數(shù)量一直呈劇增勢(shì)頭。資料表明全世界訖今已生產(chǎn)了6萬(wàn)多架各類直升機(jī)，目前約有4萬(wàn)架正在150多個(gè)國(guó)家使用。與此同時(shí)，直升機(jī)飛行事故和事故征候也越來(lái)越多，直升機(jī)的安全問題一直是人們密切關(guān)注和研究的內(nèi)容。在飛行器家族中，直升機(jī)獨(dú)特的構(gòu)型及近地飛行特性使其事故率比固定翼飛機(jī)高。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，西方國(guó)家的直升機(jī)事故率約為固定翼飛機(jī)的5倍。在20世紀(jì)末，美國(guó)在10年間的直升機(jī)事故率約為13.21次/10萬(wàn)飛行小時(shí)，這一數(shù)據(jù)大約為固定翼飛機(jī)事故率的2～3倍。不管是在軍用還是在民用方面，較高的事故率限制了直升機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展。因?yàn)椴荒鼙ＷC飛行安全，就不會(huì)被公眾所接受，所以降低事故率是直升機(jī)技術(shù)發(fā)展所面臨的急需解決的重要任務(wù)。一、民機(jī)病毒方面的事故率較高直升機(jī)事故率高的原因，一方面來(lái)自直升機(jī)本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，如旋轉(zhuǎn)部件多、載荷復(fù)雜、旋翼和尾槳的交變載荷易導(dǎo)致直升機(jī)振動(dòng)并產(chǎn)生疲勞破壞等；另一方面，相當(dāng)多的飛行事故是由于直升機(jī)的使用條件和使用環(huán)境惡劣引起的。直升機(jī)多在野外起降，在山區(qū)、林區(qū)、城鎮(zhèn)上空飛行，受地形地物及低空復(fù)雜多變的氣象條件的影響大。加之所承擔(dān)的運(yùn)輸、救生、吊掛、巡邏等任務(wù)的復(fù)雜性和高難度，造成了較高的事故率。艦載直升機(jī)還受到艦船擺動(dòng)及風(fēng)浪的影響，并且在海上飛行時(shí)缺乏地標(biāo)參照物，海天難分，因而事故率更高。表1為民用直升機(jī)事故模式和原因等的百分比統(tǒng)計(jì)分析。事故原因類別嚴(yán)格來(lái)說沒有明顯界限，因?yàn)楹娇諡?zāi)難很少是由單個(gè)因素引起的。許多事故是由于維修不當(dāng)，在空中產(chǎn)生機(jī)械故障，而飛行員又不夠沉著冷靜，或經(jīng)驗(yàn)不足等多方面的復(fù)雜原因造成的。雖然不同組織對(duì)事故原因的具體歸類不同，但相差不多。二、提高安全對(duì)策和技術(shù)1.直升機(jī)操縱系統(tǒng)在直升機(jī)事故中，人為因素是主要的。為保證飛行安全，減少事故率，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)空勤人員、地勤人員、指揮管理人員的培訓(xùn)，提高其責(zé)任心和技術(shù)水平；加強(qiáng)事故分析工作，及時(shí)將分析結(jié)果及采取的相應(yīng)措施通報(bào)有關(guān)人員，作為前車之鑒；追蹤世界先進(jìn)技術(shù)，對(duì)現(xiàn)有機(jī)種進(jìn)行加、改裝。另外，還應(yīng)建立和健全飛行、維修規(guī)章制度，改進(jìn)飛行駕駛訓(xùn)練方法，加強(qiáng)對(duì)飛行員和飛行器及其他涉及安全人員與設(shè)備的管理等等。根據(jù)墨菲定理，由于人的能力限制，即使要求再嚴(yán)、管理再完善，也不能消除使用和維護(hù)時(shí)所造成的人為差錯(cuò)事故。只有從設(shè)計(jì)上采取防錯(cuò)設(shè)計(jì)，才能從根本上解決問題。由于越來(lái)越多的飛行器進(jìn)入航空領(lǐng)域，相撞事件呈上升趨勢(shì)，直升機(jī)撞到建筑物、輸電線、樹木的事故也不少，防撞任務(wù)是直升機(jī)設(shè)計(jì)中必需考慮的要求。美國(guó)空軍在部分UH-1N“休伊”直升機(jī)上安裝了安全增強(qiáng)系統(tǒng)———交通報(bào)警和防撞系統(tǒng)（TACAS）。當(dāng)飛行中與其他飛機(jī)過于接近時(shí)，TACAS可以向飛行員報(bào)警，并提供顯示和語(yǔ)音建議來(lái)幫助避免碰撞。歐洲航空防務(wù)航天公司(EADS)研制了一種基于安全型激光雷達(dá)的告警系統(tǒng)（HELLAS），在貝爾206直升機(jī)上使用。加拿大國(guó)防部門采用另一種使用毫米波雷達(dá)的障礙告警系統(tǒng),這種系統(tǒng)能探測(cè)2km以內(nèi)的障礙。這些設(shè)備裝置都可以提高直升機(jī)防撞的安全系數(shù)。另外，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，直升機(jī)被撞部位及撞擊次數(shù)比例最大的是旋翼槳葉，約50%；其次是尾槳，約占12%。假如對(duì)建筑物、輸電線、樹木等防撞預(yù)警不成功，還要采取各種技術(shù)措施，以提高直升機(jī)的殘存性，降低損失。如在槳葉前緣沿展向安裝繩狀炸藥，當(dāng)撞擊到障礙物時(shí)，炸藥產(chǎn)生定向熔化銅液可將該障礙物摧毀；采用受撞易變形的槳尖罩（大部分槳葉撞樹是發(fā)生在離槳尖250～270mm部位處）；采用涵道式尾槳或加裝尾槳保護(hù)環(huán)，或?qū)Ь€導(dǎo)引和切斷裝置；采用避免被導(dǎo)線掛住的橇式起落裝置，等等。直升機(jī)的操縱相對(duì)來(lái)講比較復(fù)雜，往往一個(gè)飛行動(dòng)作需要一系列的操作。飛行員操縱負(fù)荷大，因此飛行時(shí)間不宜過長(zhǎng)，否則容易因?yàn)槠诙鍪?。因此，可以設(shè)計(jì)一種加裝探測(cè)器的頭盔，通過監(jiān)測(cè)飛行員視網(wǎng)膜的充血情況，隨時(shí)反映出飛行員的精神狀態(tài)，有疲勞等情況時(shí)發(fā)出警告。而最根本的方案，是改善、優(yōu)化飛控系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)，減少飛行員的操縱負(fù)荷量。目前直升機(jī)操縱系統(tǒng)普遍都是機(jī)械-液壓助力式，比較復(fù)雜、沉重，今后將逐步被電傳操縱取代。而用光纜、編碼光脈沖傳輸信號(hào)的光導(dǎo)操縱，及在電傳、光導(dǎo)操縱基礎(chǔ)上發(fā)展的側(cè)桿操縱器、智能操縱系統(tǒng)（SCS），都是直升機(jī)操縱系統(tǒng)的發(fā)展方向。美國(guó)AH-64、RAH-66采用的側(cè)桿操縱器，不僅使飛行員負(fù)荷大大減小，而且還減小了20%～30%的駕駛艙工位空間，解放出飛行員一手兩腳去執(zhí)行其他任務(wù)。這種裝置同時(shí)也有適墜性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因?yàn)樵趬嬄錉顟B(tài)，位于飛行員正前方的周期變距桿可能對(duì)乘員造成傷害。隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，直升機(jī)飛控系統(tǒng)也將得到很大改善。直升機(jī)事故分析資料表明，約20%的事故報(bào)告中涉及旋翼槳葉、槳轂、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)等動(dòng)部件。從事故數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)上看，直升機(jī)本身造成的飛行安全問題是嚴(yán)重的、比例相當(dāng)大。這要求直升機(jī)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中對(duì)飛機(jī)零部件及對(duì)所使用環(huán)境狀況必須考慮周詳，像防沙、防冰，應(yīng)在設(shè)計(jì)中就加以解決。早在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，許多直升機(jī)就配備了美國(guó)SPS公司開發(fā)的DADS旋翼故障診斷系統(tǒng)。美國(guó)休斯公司研制了先進(jìn)的旋翼軌跡跟蹤和故障診斷系統(tǒng)（RADS）與狀態(tài)及使用監(jiān)視系統(tǒng)（HUMS）。前者是利用安裝在機(jī)身上的紅外傳感器在飛行中追蹤槳葉，后者是利用傳感器和信號(hào)處理器工作。HUMS和飛行數(shù)據(jù)記錄儀（FDR）相結(jié)合，成為一套直升機(jī)機(jī)載故障診斷系統(tǒng)，可以完成對(duì)關(guān)鍵系統(tǒng)及部件的故障診斷。英國(guó)于1989年就首次在民用直升機(jī)上試用了FDR和HUMS。目前世界上已有相當(dāng)數(shù)量的直升機(jī)安裝了功能和復(fù)雜程度不一的此類系統(tǒng)。例如，意大利A-129“國(guó)際型”多用途攻擊直升機(jī)的機(jī)載綜合管理系統(tǒng)，可提供監(jiān)控、隔離和維修數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)快速自檢診斷和簡(jiǎn)易處理。美國(guó)V-22傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)采用了多種監(jiān)視技術(shù)，包括功能保證監(jiān)視技術(shù)、定量屑末監(jiān)視器和發(fā)動(dòng)機(jī)壽命監(jiān)視技術(shù)。在下降過程中,如果前飛速度小而下降速度過大，直升機(jī)則很容易進(jìn)入渦環(huán)狀態(tài)。多年來(lái),與渦環(huán)有關(guān)的直升機(jī)飛行事故在國(guó)內(nèi)外屢有發(fā)生。在進(jìn)入渦環(huán)狀態(tài)初期采用前推桿和在中后期采用放總距這兩種改出渦環(huán)的方法雖然是有效手段，但均存在一定的難度和風(fēng)險(xiǎn)，屬于被動(dòng)預(yù)防措施，需要加強(qiáng)飛行員相關(guān)科目的飛行訓(xùn)練。采用渦環(huán)告警裝置，則可主動(dòng)預(yù)防渦環(huán)的產(chǎn)生。該裝置的渦環(huán)邊界曲線是根據(jù)進(jìn)入渦環(huán)狀態(tài)時(shí)，直升機(jī)拉力平均值、扭矩平均值、拉力脈動(dòng)幅度、扭矩脈動(dòng)幅度發(fā)生的異常變化計(jì)算得出。由于V-22“魚鷹”傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)對(duì)渦環(huán)狀態(tài)的敏感性,美國(guó)目前正在積極研制多功能渦環(huán)告警裝置。2.直升機(jī)救生艙保障方案出現(xiàn)事故時(shí)首先應(yīng)保證人員的安全。安全離機(jī)是乘員的首要程序。由于直升機(jī)帶有旋翼，這使得安全離機(jī)比固定翼飛機(jī)要棘手的多。目前許多設(shè)計(jì)就是配合離機(jī)方案而進(jìn)行，這些方法有：自動(dòng)下滑落地或落水、空中跳傘、海上逃生。針對(duì)落水提供水下逃生裝置，并對(duì)機(jī)身加以技術(shù)改造，以提供充裕的逃離時(shí)間。空中跳傘包括人工跳傘和上、下、側(cè)向的彈射、牽引跳傘等不同方案。俄羅斯的米-28裝備的逃生裝置，只要拉動(dòng)飛行員兩腿之間的一個(gè)D型手柄，該裝置即用火藥自動(dòng)炸脫短翼和艙門，兩側(cè)艙門下側(cè)各有一氣囊盒自動(dòng)打開并迅速充氣形成滑梯，飛行員可以從兩側(cè)滑下，避開起落架實(shí)施跳傘?？?50武裝直升機(jī)使用的是先進(jìn)主動(dòng)救生技術(shù)，它靠火藥炸脫旋翼、清除障礙，然后座椅連同飛行員向上方彈射。美國(guó)的直升機(jī)救生艙方案為：先切斷槳葉和多余的機(jī)身部分，然后用降落傘使座艙平穩(wěn)降落，并通過UH-1、UH-25C等直升機(jī)的地面試驗(yàn)驗(yàn)證了直升機(jī)救生艙方案的可行性。德國(guó)布朗思威DFVIR研究中心采用火藥螺栓拔出系統(tǒng)對(duì)直升機(jī)旋翼槳葉分離、再根據(jù)楊基系統(tǒng)原理牽引乘員向上救生（IRIS）的設(shè)計(jì)，代表一體化飛行救生系統(tǒng)的發(fā)展方向。在探求解決各種脫險(xiǎn)方案的同時(shí)，為避免或減少事故傷害，改善乘員的防護(hù)救生裝備和提高機(jī)場(chǎng)應(yīng)急救護(hù)的水平，也是安全技術(shù)的重要一環(huán)。統(tǒng)計(jì)表明，直升機(jī)事故中平均傷亡率和平均死亡率分別為66.1%和59.0%。其中頭部傷占總傷的25%，死亡率占31.5%。在事故中引起燃燒約占總事故的25%～40%。應(yīng)對(duì)的主要措施做法有抗墜毀安全設(shè)計(jì)（如輕型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)、分離式座艙蓋、抗墜毀座椅、抗墜毀機(jī)頭結(jié)構(gòu)、跪式吸能起落架、旋翼支撐結(jié)構(gòu)、防彈自封抗墜毀油箱設(shè)計(jì)等）、安裝阻尼裝置（通常主要由特制的肩帶、肩式馬甲、裙兜腰帶等組成）、防護(hù)頭盔（常用皮革、紫銅、金屬制品和現(xiàn)代多層能量吸收器相結(jié)合而制成）、阻燃服裝等。直升機(jī)一般具有自轉(zhuǎn)下滑著陸能力，即使發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車，直升機(jī)也能通過旋翼自轉(zhuǎn)來(lái)減緩落地速度。此時(shí)直升機(jī)的抗墜毀能力便有特別重要的意義，其中抗墜毀座椅和智能氣囊設(shè)計(jì)是非常重要的部分。抗墜毀座椅的原理是利用吸能緩沖器吸收直升機(jī)觸地撞擊時(shí)傳遞到座椅的能量，最大限度保護(hù)乘員的安全，屬被動(dòng)防護(hù)裝置。智能氣囊緩沖器的特點(diǎn)就在于它的緩沖特性曲線可以隨外界條件的改變而變化，做到自適應(yīng)緩沖，是一種主動(dòng)防護(hù)裝置。駕駛艙氣囊系統(tǒng)（CABS）目前在美陸軍開始使用，據(jù)稱，它能減少25%～50%的死亡和重傷事故。代表著現(xiàn)代武裝直升機(jī)機(jī)身設(shè)計(jì)水平的AH-64、米-28和A-129，在抗墜毀性設(shè)計(jì)上能達(dá)到以12.8m/s速度墜地時(shí)，乘員生存率達(dá)95%。另外，如機(jī)載救生無(wú)線電，在直升機(jī)發(fā)生事故時(shí)，通過發(fā)射電波來(lái)確定事故發(fā)生地點(diǎn)，在事故后的救生中也發(fā)揮著重要作用。如雷神澳大利亞公司在澳大利亞皇家海軍“海王”直升機(jī)上安裝的墜毀數(shù)據(jù)記錄器（CDR），包括座艙錄音機(jī)（CVR）、飛行數(shù)據(jù)記錄儀（FDR）和墜毀地點(diǎn)定位指示器（由全球定位系統(tǒng)GPS確定，衛(wèi)星傳輸）。其他裝置有美國(guó)摩托羅拉公司研制的GSP-112個(gè)人定位系統(tǒng)和波音公司的CSEL救生電臺(tái)等。3.對(duì)民用直升機(jī)的防越界技術(shù)措施軍用直升機(jī)事故除了前述原因，還有戰(zhàn)場(chǎng)上的惡劣環(huán)境及敵對(duì)攻擊。統(tǒng)計(jì)近幾次實(shí)戰(zhàn)的數(shù)據(jù)資料表明，直升機(jī)自進(jìn)入戰(zhàn)場(chǎng)以來(lái)，初期在戰(zhàn)斗中被擊落擊傷的數(shù)量和由飛行事故、機(jī)械故障、維護(hù)等原因造成的損失數(shù)量相差不多，但隨時(shí)間的推移，戰(zhàn)損比例呈下降趨勢(shì)。安全性設(shè)計(jì)在軍用直升機(jī)上主要表現(xiàn)為提高生存力。從直升機(jī)速度慢和易損性方面看，在戰(zhàn)爭(zhēng)中，直升機(jī)既容易受地面防空武器的攻擊（如高射炮、高射機(jī)槍和地空導(dǎo)彈等），又易受空中飛行器威脅（如戰(zhàn)斗機(jī)和武裝直升機(jī)）。隨著現(xiàn)代防空技術(shù)的不斷改善，世界各國(guó)均在積極研究如反直升機(jī)智能雷（AHM）、反武裝直升機(jī)激光近炸引信等對(duì)抗武裝直升機(jī)的新技術(shù)，直升機(jī)生存性問題越來(lái)越突出。但從直升機(jī)的高度機(jī)動(dòng)靈活性和低空特性方面看，在經(jīng)過防探測(cè)和防擊中等設(shè)計(jì)之后，軍用直升機(jī)的生存力還是相當(dāng)高的。減少事故率，提高生存力，除了前面所述的安全性設(shè)計(jì)和措施之外，軍用直升機(jī)的生存力設(shè)計(jì)還包括下面三個(gè)主要方面：防探測(cè)、防擊中和抗擊毀。防探測(cè)包括防目視探測(cè)、防雷達(dá)探測(cè)、防噪聲探測(cè)和防紅外探測(cè)等；防擊中包括施放干擾、機(jī)動(dòng)躲避；抗擊毀包括抗彈擊、抗墜毀。防目視探測(cè)可以在總體設(shè)計(jì)階段通過減小外廓尺寸、機(jī)身噴涂無(wú)反光的偽裝漆、座艙安裝平板玻璃等技術(shù)來(lái)減小被發(fā)現(xiàn)的概率。防雷達(dá)探測(cè)可以通過減小雷達(dá)散射截面積的外形設(shè)計(jì)、表面涂吸波涂料、采用復(fù)合材料、超低空貼地飛行戰(zhàn)術(shù)及等離子隱身技術(shù)等解決。防噪聲探測(cè)要求直升機(jī)采用減小外部噪聲的設(shè)計(jì)，包括槳葉形狀設(shè)計(jì)（如前行槳葉設(shè)計(jì)、后掠式槳尖設(shè)計(jì)）、無(wú)尾槳或涵道式尾槳與剪刀式尾槳設(shè)計(jì)、發(fā)動(dòng)機(jī)共鳴消聲器設(shè)計(jì)以及具有吸音功能的排氣管設(shè)計(jì)等等，防噪聲探測(cè)設(shè)計(jì)也是應(yīng)對(duì)高靈敏音響地雷的重要手段。防紅外探測(cè)一般都是在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中加裝紅外抑制裝置來(lái)降低直升機(jī)的紅外特征，采取的設(shè)計(jì)主要有在尾噴管加裝紅外擋板、噴涂可以吸收紅外線的放射同位素、采用可改變紅外輻射波長(zhǎng)的異形尾噴管、采用使燃油充分燃燒的新型霧化噴嘴等等?，F(xiàn)代軍用直升機(jī)都裝備先進(jìn)的旋翼系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)，以提高機(jī)動(dòng)性和靈活性，這是防擊中的主要技術(shù)措施。另外，電子對(duì)抗技術(shù)也是軍用直升機(jī)防擊中的主動(dòng)性技術(shù)措施，如裝備雷達(dá)/導(dǎo)彈告警器、干擾物投放器（包括煙霧彈、箔條彈、紅外彈）或紅外/雷達(dá)干擾機(jī)等。當(dāng)前通過系統(tǒng)集成的綜合電子戰(zhàn)設(shè)備是主流技術(shù)，如綜合紅外對(duì)抗設(shè)備，綜合防御輔助系統(tǒng)等。增強(qiáng)抗彈擊能力，提高損傷容限，采用飛行防護(hù)裝甲、防彈玻璃等，是軍用直升機(jī)被擊中而不被擊毀的直接有效設(shè)計(jì)?？箟嫐б灾鄙龣C(jī)被傷害后最大保證乘員生存率為目的，包括起落架和機(jī)身結(jié)構(gòu)抗墜毀設(shè)計(jì)、油箱戰(zhàn)斗損傷設(shè)計(jì)等等。近幾次現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)數(shù)據(jù)表明，直升機(jī)在戰(zhàn)斗中被擊落前的平均飛行時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)、平均飛行架次越來(lái)越多。這都是生存力設(shè)計(jì)不斷提高的效果。由于各戰(zhàn)爭(zhēng)的特性，如交戰(zhàn)雙方的對(duì)抗能力，交戰(zhàn)時(shí)空環(huán)境等，直升機(jī)在軍事應(yīng)用上生存力表現(xiàn)很大程度上與所采用的戰(zhàn)術(shù)有緊密關(guān)系。在實(shí)際設(shè)計(jì)當(dāng)中，并不是考慮的安全性越多越好，而必須根據(jù)直升機(jī)主要用途加以考慮。如軍用直升機(jī)要提高抗墜毀能力，就要付出結(jié)構(gòu)重量、尺寸、布局等多方面代價(jià)，還有研制費(fèi)用及成本的增加。一般抗墜毀生存率要達(dá)95%，