摘要：在民航运营中，鸟撞一直是对飞机造成较大威胁的事件之一[1]，在民用飞机研制过程如何使鸟撞安全分析更加具有系统性和完整性，历来是民机研发团队工作的重点。本文介绍了民用飞机系统安全性设计中鸟撞特定风险的研究现状。总结了现有民用飞机鸟撞安全性分析的思路，并提出了基于结构变形包络面的鸟撞系统安全性分析方法。
关键词：鸟撞；民用飞机；系统安全性；特定风险分析；包络面
1 鸟撞安全性分析准则
飞机抗鸟撞设计基本准则为保证飞机在遭受鸟撞后仍能够安全飞行和着陆。从而满足适航条款中安全性要求，主要从三个方面来考虑：结构安全性准则，系统安全性准则和人员安全性准则。
1)结构安全性准则
鸟撞是一个高速瞬态的冲击过程，结构受影响的局部区域要承受高能冲击载荷。飞机结构有可能产生大变形甚至破损。因此对结构抗鸟撞符合性进行评判的标准不仅仅是结构是否允许破坏，还包括结构变形或破损后是否影响飞机的整体强度要求，是否满足剩余强度要求[2]。
2)系统安全性准则
鸟撞后结构产生破损获变形不可避免，同时鸟撞过程中也会引起相关区域系统设备的失效，一些关键设备应布置在远离易遭受鸟体撞击的部位。需要备份的关键设备应分开放置，以确保飞机在鸟撞发生时的安全性[3]。
3)人员安全性准则
在民用飞机鸟撞分析与适航验证中，要考虑鸟撞对人员安全的影响，确保在适航条例规定的范围内人员的安全性保障，飞行员要有足够安全的操作生存空间。
上述三项准则中，针对系统安全性准则中缺少如何完整有效识别失效设备与影响的办法。
2 创新技术要点
针对传统的鸟撞系统安全性分析方法，依据设备清单和设备布置的数模进行分析，所有相关系统设备布置位置明确。依据鸟撞试验的离散点击穿的情况，比对击穿区域与设备安装位置的关系，用以确定在遭到鸟撞后设备失效的直接影响。该方法难点在于无法确定飞机结构和蒙皮发生较大变形但是并没有击穿的情况，因此如何针对有限的鸟撞试验和仿真数据，对整个飞机产品鸟撞风险区域进行击穿和形变量的模拟成为了工作的难点。
飞机机载设备、机械电气、线缆等设备多依托机身框进行布置，非常靠近蒙皮，一旦发生较大变形，需要一种合适的方法分析和定义结构变形下设备失效的判据。针对这种问题，本文提出了一种依托离散仿真动力学计算点建立变形包络面的方式，解决上述系统安全性中的难题，建模方式包括（已机头区域为例）：
1）建立离散点模型（通过鸟撞动力学仿真计算）；
2）建立离散点线框模型与纵横比调整；
3）建立离散点曲面模型；
4）建立整个机头形变包络面。
通过建立鸟撞区域形变包络面模型，这样就可以与线缆数模进行比较，如果在包络面以内的线束和机载设备，则可以认为受到结构件有效的保护，鸟撞引起的变形不足已影响线束的功能。而线缆数模与形变包络面数模发生干涉并突出形变包络面的部分，则认为是在结构在发生形变时会影响到这些线束，导致线束失效，从而影响与其交联的系统设备。
下图1给出了民用飞机线缆的布置示意图以及针对机身变形的建模过程。
.png)
图1民用飞机线缆布置示意与形变包络面建模过程
3 鸟撞系统安全性分析
本技术方案来自民用飞机研发过程中的安全性需求，在初步设计阶段，只能给出大概的鸟撞范围，例如机头，机翼，短舱等等，基于上述区域分析所有机载系统的初步鸟撞安全性影响并给出整机影响。研发中期中，联合结构、强度、试验等多专业多学科协调、依托结构抗鸟撞研发试验有限数据和鸟撞动力学仿真数据，对飞机鸟撞损伤进行了建模，例如结构是否击穿，结构变形量的大小等作为分析的输入，细化鸟撞对系统和整机的影响。随着民用飞机安全性分析工作深入，需要交叉检查各个系统之间的级联效应，并增加公共资源系统例如电源，电气等专业的鸟撞影响作为其他系统上游输入条件，作为输入，采用系统安全性级联方法评估鸟撞对线缆、机载设备以及整个飞机的安全性影响。通过应用上述方法，使整机的鸟撞分析更加具有系统性和完整性。
4 方法应用
对于飞机主制造商：
1）研制早期对抗鸟撞设计提出更改的要求，减少后期更改成本
鸟撞试验基于实物样机且成本高昂，采用有效的动力学仿真手段对鸟撞试验进行模拟，并采用有限的试验数据对整个产品鸟撞碰撞情况进行模拟非常有必要，通过该技术，可以提前发现民用飞机抗鸟撞设计中影响飞机安全的风险，及早进行结构更改、位置调整或者隔离。减少后期发现问题后的试验、更改成本和不必要浪费[4]。
2）为鸟撞试验提供重点关注区域进行验证
通过鸟撞形变包络面的分析，可以整机系统已经装机的情况下模拟鸟撞结果，有针对性的对线缆失效、设备失效的情况进行摸底，对于梳理出来可能在鸟撞中破坏的线缆和设备，分析对飞机安全性的影响，从而分析出薄弱环节，可适当规划处重点关注的试验区域用于支持试验验证。
5 结论
通过鸟撞系统安全性分析的新技术，可以有效的根据有限鸟撞试验点的情况下，形成针对系统设备、电气线缆的鸟撞系统安全性评估手段，支持民用飞机安全性设计，保障飞机运营的安全性。目前国内民用飞机的安全性设计水平不断提高，分析方法也逐渐成熟，在鸟撞的分析中引入系统安全性设计的理念既是为了满足适航规章的要求，也是为了适应国际国内适航审查和民众对民机安全性越来越高的要求。
参考文献：
[1] 李玉龙等. 民用飞机鸟撞研究现状[J]，航空学报2012:Vol.33 189-198.
[2]邱良骏，王意，民机侧壁板结构鸟撞动响应分析研究与优化设计[J]，民用飞机设计与研究2011,2: 46-51.
[3] 杜安?克里津格，飞机系统安全性-初始适航合格审定评估[M]，航空工业出版社,127-138.
[4] 修忠信等.民用飞机系统安全性设计与评估技术概论[M],上海交通大学出版社,196-197.