ОЦЕНКА БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ С УЧЁТОМ ДЕЙСТВИЯ АВАРИЙНЫХ ФАКТОРОВ

Статистика по летным происшествиям всегда ограниченна, что осложняет оценку влияния каждого из многочисленных факторов иа безопасность полетов. В связи с этим статистика по летным про­исшествиям дополняется статистическими данными по предпосыл­кам к летным происшествиям. При этом предполагается наличие однозначной связи между предпосылками и причинами летных про­исшествии.

При наличии достоверных статистических данных по колнчест — I ву или причинам летных происшествий он предпосылкам к ним мож­но оценить степень опасности воздействия любого фактора на полет и разработать эффективные мероприятия по повышению безопас­ности полетов. Это может быть осуществлено с применением веро­ятностных критериев для оценки безопасности полетов.

Для выявления основных факторов, влияющих иа величину | Ябп(0> и определения мероприятий по обеспечению ее уровня рас­смотрим следующую модель возникновения условий, приводящих к летному происшествию *. В полете в результате появления случай­ных факторов начинают изменяться параметры полета летательно­го аппарата, т. е. развивается аварийная ситуация. Появление ава­рийного фактора как события случайного происходит с некоторой вероятностью. Обнаружив отклонение параметров полета от задан­ных, летчик пытается парировать последствия их появления н ис­ключать действие аварийного фактора. Время от момента появле­ния аварийного фактора до момента вмешательства летчика и по­следующих его действий также является случайным. Поэтому пи­лот может предотвратить, а может и не предотвратить выход параметров полета летательного аппарата за допустимые пределы. Парирование выхода параметров полета за допустимые пределы

ваяется достаточным условием предотвращения летного пронсше — .0ИЯ Однако выход параметров еще не означает, что обязательно ‘почзойдет летное происшествие Это будет зависеть от поведения летательного аппарата и действий пилота

Вероятность летного происшествия P6,„(f) при появлении ава­рийного фактора можно представить в виде произведения вероят­ностей

где Piuji(f) — вероятность появления аварийного фактора в полете,

Р |-с. ^ _ условная вероятность возникновения опасной си­туации при появлении аварийного фактора в полете, характери­зует вероятность того, что пилот не сможет парировать измаїе — нші, внесенные в полет в результате появления аварийного фак­тора, Р | а’ с |— условная вероятность возникновения аварий — о. с ] „

ной или катастрофической ситуации (к. с) в условиях, когда опасная ситуация не ликвидирована в полете; условная вероят­ность того, что пилот не сможет устранить последствия, обуслов­ленные действием аварийного фактора.

Безопасность полета или вероятность благополучного заверите пня полета определится из соотношения

яв.„(/)= 1-Рб.„М

В случае, когда затруднительно определить условную вероят­ность Р• поскольку она зависит от квалификации и ин­дивидуальных возможностей пилота, прибегают к приближенной оценке, полагая, что каждая опасная ситуация приводит к летному происшествию, т. е. считают:

*(-ггН

Рассмотренная модель является приближенной Однако она от­ражает главное, наиболее -существенное’ разрушению летательного а-ппарата в воздухе ил« при ударе о землю всегда (за исключением случаев мгновенного разрушения) предшествует появление опасной ситуации в полете, независимо от того, как быстро или медленно проявляется действие аварийного фактора.

Целесообразно рассмотреть вероятностные критерии количест­венной оценки безопасности полетов в соответствии с рассмотрен­ными выше факторами. Для удобства оценки и разработки методов по обеспечению заданного уровня безопасности отчетов все рас­смотренные выше фак7’оры могут быть объединены в три группы: отказы техники, ошибки личного состава и неблагоприятные усло­вия полета.

Критерии оценки безопасности полетов при отказах техники

В случае появления в полете отказа какой-либо из функцио­нальных систем летательного аппарата и возникновения опасной ситуации экипаж пытается своими действиями парировать его по­следствия. Так, если возник отказ i-ro типа, вероятность летного происшествия при отказе данного типа будет

ЇТ,=ЛМР,(^г-),

где P,(t) —вероятность появления отказа 1-го типа за время t (по аналогии с вероятностью появления аварийного фактора

Pi |-°’С |— условная вероятность возникновения опас-

ОТК /

ной ситуации при появлении данного отказа в полете; характе­ризует вероятность того, что экипаж не смог устранить послед­ствия отказа.

Вероятность того, что летное происшествие не возникает и полет будет успешно завершен, определится следующим образом:

РТ1= 1 — Я*=Л + (1 ■-Р,)Р> (-^-) .

где Pi — вероятность того, что отказ і-го типа не возникнет; Я; ^ °’с j — условная вероятность того, что опасная ситуация

в полете не возникает, поскольку его последствия полностью парируются экипажем.

При появлении отказов в функциональных системах летатель­ных аппаратов возможны две гипотезы о действиях экипажа;

во-первых, парируются все последствия всех возникших от­казов;

во-вторых, последствия двух или более последовательно возник­ших отказов экипаж парировать не в состоянии.

В первом случае, полагая отказы и парирование последствий каждого из них событиями независимыми, на основании теоремы умножения вероятностей можно вычислить вероятность Рп~т(1) того, что летиое происшествие не возникнет в полете. Заменив для простоты записи Рп-т{0 значением Рц-т, получим:

т т

рп-т=П П [Я|+а — р,)л(-^)1 •

/-1 г-1 4 ‘

Для второй гипотезы, полагая, что экипаж не может парировать последствия двух последовательно появившихся отказов, и учиты­вая, что вероятность одновременного появления двух отказов мала, вероятность того, что летное происшествие не возникает, получим: 374

где Рі, Рг — вероятности того, что в функциональной системе не і

 

ления отказа одного из устройств на вероятность его парирова­ния и на вероятность безотказной работы другого устройства, последний член характеризует вероятность ситуации, состоящей в появлении двух отказов устройств и в их одновременном па­рировании пилотом.

Поскольку было высказано предположение о том, что пилот не может парировать последствия двух одновременно возникших от­казов, полагаем этот член в данном выражении равным нулю. Сле­дует заметить, что в действительности вероятность одновременного появлення двух отказов пренебрежимо мала.

Таким образом можно записать

P-А p 1	7°.c >	II Х~РІ p	r°-c
L А Л|	^ OTK )	!+ p2 Pil	і OTK j

или в обобщенном виде:

где Рі-т — вероятность безотказной работы, характеризующая со­стояние, когда ни одна нз функциональных систем летательного аппарата не отказывает в полете. Эта величина, например, мо­жет быть вычислена Как произведение вероятностей безотказ ной работы с использованием экспоненциального закона, когда наблюдаются лишь случайные отказы, а износовые отказы от сутствуют:

где т — число функциональных систем (или устройств), a h — со ответствующая нм интенсивность отказов.

В зависимости от назначения и задачи, которую выполняет каж дая функциональная система летательного аппарата в обеспечении безопасного полета, последствия отказа могут быть различными

Отказы одних систем приводят к неопасному изменению парамет­ров полета. Для устранения их последствий от экипажа требу­ются лишь простые действия, По­этому нагрузка на него по уп­равлению летательным аппара­том увеличивается незначитель­но. Отказы в данном случае не «провоцируют» ошибочные дей­ствия экипажа. Отказы других функциональных систем приво­дят к значительному изменению параметров полета, поэтому па­рирование их последствий связано со сложными действиями эки­пажа, недопустимым увеличением его рабочей — нагрузки, а также возможностью ошибочных действий. Из статистики известно, что налет на одно летное происшествие в несколько сотен раз превы­шает. налет на один отказ, зарегистрированный в полете. Следова­тельно, подавляющее большинство отказов парируется экипажем в полете. Это подтверждает важнейшую роль экипажа в обеспече­ния безопасности полета при отказах техники. Кроме того, это по­казывает, что большая часть отказов не вызывает искажения па­раметров полета и поэтому не приводит к значительному усложне­нию работы экипажа.

Для определения условной вероятности парирования экипажем последствий отказа рассмотрим модель полета. Предположим, что на летательном аппарате в условиях установившегося полета в не­который момент времени произошел отказ одной из его функцио­нальных систем, в результате чего одни нз определяющих парамет­ров X,; начал изменяться (рис. 25 2).

При невмешательстве пилота в управление в момент /з опреде­ляющий параметр достигнет своего предельно допустимого значе­ния Хгдоп (кривая /). Вмешательство пилота в управление для па­рирования последствий отказа может предотвратить или ие пред­отвратить выход параметра за допустимое значение. Вероятность благоприятного завершения этого этапа полета будет Р(Лщ=

Р ■-‘Ч -*(Дон)-

Условная вероятность парирования пилотом последствий отка­за техники зависит от величины возмущающего действия при отка­зе, от динамических свойств летательного аппарата и ею системы управления, от квалификации и опыта летчика и характера его действий.

В некоторый момент времени экипаж заметит возникновение от­каза. Это время от момента появления отказа до момента вмеша­тельства экипажа (<„) зависит от характера раздражителя, воспри­нимаемого экипажем и возникающего вследствие отказа (акселе­рационные ощущения, звуковой сигнал и т. д.), от степени обучен­ности и пснхофизиолої нческих особенностей членов экипажа и от 376

многих других факторов. Поэтому рассматриваемое время <в явля­ется величиной случайной.

Чтобы исключить выход параметра xt за пределы допустимого значения (кривая 2), пилот должен вмешиваться в управление до момента времени 12 после возникновения отказа t0 Отрезок време ни между to н h является располагаемым временем V

Располагаемое время зависит как от характера действия пи­лота при парировании последствий отказов, так и от свойств систе мы управления летательным аппаратом. При многократном появ­лении отказов действия отдельных пилотов будут отличаться друг от друга вследствие их психологических особенностей, различной квалификации н особенностей ситуаций, возникающих вследствие отказа. Исходя из этого можно принять, что располагаемое время также является случайной величиной.

Достаточным условием благополучного завершения этапа по­лета, следующего за моментом отказа техники, является то, что пи­лот успевает вмешаться в управление за время, меньше распола­гаемого, т. е.

где tB=t—fo; tв — время, соответствующее началу вмешательства пшюта в управление с целью парирования последствий отказа Изменение .параметра Хі при гв<7р показано на рис. 25.2 кри­вой 3.

Поэтому в тех случаях, когда отказ функциональной системы не вызывает затруднений у экипажа при стабилизации параметров полета и выполнении всех последующих этапов полета, включая и посадку, можно принять вероятность парирования отказа (п. о) равной вероятности своевременного вмешательства пилота (вм),

отк / ( отк

 

В общем случае при определении вероятности парирования по­следствий отказа необходимо учитывать последовательность состоя­ний контура «пилот-система управления — летательный аппарат» при наличии отказа на всех этапах полета, включая и посадку. Тог да условная вероятность парирования пилотом отказа техники за­пишется в виде

где Р)/о—вероятность парирования последствий отказа в первый момент после его появлення; Рык-і —условная вероятность бта гонолучного завершения k-то «элементарного» этапа полета, при условии, что предыдущий (к—1)-й этап закончился благопо­лучно.

13-1520

следствий отказа разделяется только на два этапа: на первом этапе пилот вмешивается в управление для парирования изменения пара — метров полета, возникшего в результате отказа техники, на вто­ром—с целью стабилизации параметров полета. В этом случае необходимым и достаточным условием парирования последствий отказа будет своевременное вмешательство пилота в управление в успешная стабилизация параметров полета. Тогда ) словную ве­роятность парирования пилотом отказа можно вычислить по фор­муле

p(-£^-)=Pv<=p/-55L] р /_Н_Л

отк / отк : в\ 1

где Р^—— j— условная вероятность своевременного вмешатель­ства пилота в управление при отказе техники;

условная вероятность стабилизации параметров полета после вмешательства пилота в управление летательным аппаратом и устранения нежелательных последствий отказа.

Учет условной вероятности стабилизации параметров полета в ряде случаев является обязательным. К таким случаям относятся отказы функциональных систем, возникающие на малой высоте полета, когда после парирования изменения параметров полета летное происшествие может произойти.

Усчовиая вероятность парирования пилотом последствий отказа может быть вычислена по статистическим данным, полученным из опыта летной эксплуатации, методом моделирования или аналити­ческим расчетом.

Статистическая оценка Р* (——•) условной вероятности па-

V отк J

рироваиия пилотом последствий отказов на первом этапе опреде­ляется по формуле

где Pi — число отказов г-го типа за время эксплуатации летательно­го аппарата; пг — число отказов, приведших к выходу параметра х, за допустимые значения.

В общем случае статистическую оценку Р* j < учиты­

вающую возможности пилота по парированию последствий отказа данного типа на всех режимах полета, можно определить из выра­жения

где пг — і п — число летных происшествий из-за отказа і-го типа.

Однако получить такие оценки из опыта эксплуатации очень трудно, так как фиксируются не все случаи выхода определяющего 378

параметра за допустимые значения, не всегда точно устанавливает ся причина их превышений в зарегистрированных случаях, не всег да точно устанавливается причина летного происшествия и т. д Для некоторых отказов вероятность парирования их последствий может быть определена в летном эксперименте, хотя это и связано с определенной опасностью.

В последние годы для решения задач по повышению уровня без­опасности полета широко применяются пилотажные тренажеры с неподвижными и подвижными кабинами На таких тренажерах ис­пытания по определению условной вероятности парирования пило­том последствий отказов могут быть проведены в большом объеме, быстрее н дешевле. Кроме того, такие испытания абсолютно без­опасны.

Критерии оценки безопасности полетов при ошибках личного состава

Вероятность завершения полета без летного происшествия в случае совершения ошибок личным составом определяется по ме­тодике, рассмотренной для случаев отказов техники.

Так, вероятность благополучного завершения полета при ошиб­ке j-го типа равна:

полета); Pj — условная вероятность устранения опас-

ной ситуации; возникает вследствие совершения j-fi ошибки (для конкретных условий величина постоянная).

Как и при отказах функциональных систем, здесь можно рас­сматривать две гипотезы: последствия всех допущенных ошибок парируются самим пилотом независимо от их числа, а последствия двух и более одновременно допущенных ошибок не могут быть парированы пилотом. Обозначим Pn. c.U) —вероятность безопасного завершения полета с учетом аварийных факторов, обусловленных ошибками личного состава. Оценку вероятности безопасного поле­та Рл с (t) при любом числе п ошибок личного состава вычислим по двум выражениям:

(25.1)

где Рл. ч —вероятность несовершения ни одной ошибки.

13*

Как показывает статистика ИКАО, летные происшествия по вине летного состава составляют до 70% от общего числа Поэтому важно производить оценку безопасности полета, обусловленную без­ошибочными действиями летного состава.

Наиболее трудной задачей при оценке безопасности полета в этом случае является определение условной вероятности парирова­ния летчиком последствий своей ошибки Условная ве-

V ош I

роятность р(~ ) по аналогии с отказом техники вычисляется

по приведенным формулам. Эту’ задачу удобнее решать методом статистического моделирования.

После определения вероятности безошибочных действий пило­та Р„= I —Р„ и условной вероятности парирования пилотом послед­ствий своей ошибки по формуле (25.1) оценивается безопасность выполнения конкретного полета.