某型飞机升降舵系统故障树分析

刘瑞

【摘 要】 本文通过绘制某型飞机升降舵系统故障树，寻找导致此故障树顶事件发生的故障和故障组合，并进行此故障树的定性分析和定量分析，找出其关键底事件和计算此系统设计是否满足顶事件的安全性要求。

【关键词】 故障树分析安全性分析

1 引言

某型飞机升降舵系统是采用液压助力系统的双余度系统，主要用于实现飞机俯仰控制机动性能，该系统的主要组成及原理可参见图1，在驾驶舱中，正副驾驶各有驾驶盘及立柱，通过上拉和下推驾驶盘及立柱对传动线系产生力和位移，再通过液压助力器放大操纵力，实现对升降舵的操纵。

故障树分析分为定性分析和定量分析。故障树定性分析的目的在于寻找顶事件发生的原因和原因组合，即识别导致顶事件发生的所有故障模式。故障树定量分析的一个重要用途是利用底事件的发生概率计算出顶事件的发生概率，以确定和调整系统的可靠性水平或安全性水平。

各组成部分可能发生以下故障：

1）驾驶盘及立柱可能发生卡滞、机械脱开等故障；

2）传感器可能发生元件故障、输入输出电路故障、机械损坏、接触不良、导线脱落、线圈老化损坏、感应线圈损坏等故障；

3）拉杆可能产生紧涩卡住、端头螺栓脱落或断裂、连接摇臂故障、拉杆断裂、安装期间造成损坏等故障；

4）摇臂可能产生摇臂紧涩卡住、旋转螺栓脱落或断裂、摇臂断裂、安装期间造成损坏等故障；

5）液压助力器可能产生液压源失效、进回油连通阀密封故障、助力器泄漏严重、滑阀卡住、活塞卡住、回中锁故障、安装期间造成助力器损坏等故障；

6）舵面可能产生卡阻、脱落等故障；

7）离合器可能产生动作失效等故障；

8）开关可能产生开关接触不良、开关内部电路断开等故障。

2 建树

“一侧助力操纵与机械操纵卡滞，同时升降舵离合器故障”是升降舵功能丧失的一个直接事件，会导致灾难性的后果，因此对此事件的失效概率要求为小于10-9，本文对此事件作为故障树的顶事件，故障树分析过程如图2。

此故障树中的各事件用相应符号代替，以便于分析，如表1。

3 确定割集及最小割集

割集是故障树的若干底事件的集合，如果这些底事件都发生则将导致顶事件发生。最小割集是底事件的数目不能再减少的割集，即在最小割集中任意去掉一个底事件之后剩下的底事件集合就不是割集。

在传统故障树中有一种比较常用的求最小割集的方法——下行法，即布尔表法，表2为下行法在升降舵故障树分析的一个应用。

通过下行法分析可以得出升降舵系统故障树的割集为7个：{x1，x2}，{x1，x3}，{x1，x4}，{x1，x5}，{x1，x6}，{x1，x7}，{x1，x8，x9}可以看出，此7个割集之间无需简化、吸收，因此，升降舵系统故障树分析有7个最小割集：{x1，x2}，{x1，x3}，{x1，x4}，{x1，x5}，{x1，x6}，{x1，x7}，{x1，x8，x9}。

4 底事件概率统计

通过统计故障树底事件发生概率并计算，可以对故障树进行定量分析，计算该系统是否满足可靠性或安全性要求。

升降舵系统故障树底事件故障概率统计表见表3。

5 故障树分析

故障树定性分析是最小割集的定性分析，通过故障树定性分析可以看出，两阶割集有6个，三阶割集有1个，在两阶割集中出现的事件相比更重要一些；在6个两阶割集和1个三阶割集中，X1事件都出现了，因此可以得出，“离合器故障”事件在顶事件“一侧助力操纵与机械操纵卡滞，同时升降舵离合器故障”下是最重要的底事件，需要加强离合器的设计。

故障树定量分析是指已知底事件发生概率通过计算得出顶事件的发生概率，通过故障树定量分析可以得知：顶事件概率为最小割集概率的和，即

P（T）=P（{X1，X2}，{X1，X3}，{X1，X4}，{X1，X5}，{X1，X6}，{X1，X7}，{X1，X8，X9}）

=P（X1X2+X1X3+X1X4+X1X5+X1X6+X1X7+X1X8X9）

=P（X1）×P（X2+X3+X4+X5+X6+X7+X8X9）

=（1.85×10-6）×[（1.00×10-5）+（1.00×10-5）+（9.09×10-6）+（7.43×10-6）+（9.09×10-6）+（7.43×10-6）+（1.05×10-5×1.05×10-5）]=0.981×10-10

经计算，此顶事件失效率满足小于10-9的安全性要求。endprint

【摘 要】 本文通过绘制某型飞机升降舵系统故障树，寻找导致此故障树顶事件发生的故障和故障组合，并进行此故障树的定性分析和定量分析，找出其关键底事件和计算此系统设计是否满足顶事件的安全性要求。

【关键词】 故障树分析安全性分析

1 引言

某型飞机升降舵系统是采用液压助力系统的双余度系统，主要用于实现飞机俯仰控制机动性能，该系统的主要组成及原理可参见图1，在驾驶舱中，正副驾驶各有驾驶盘及立柱，通过上拉和下推驾驶盘及立柱对传动线系产生力和位移，再通过液压助力器放大操纵力，实现对升降舵的操纵。

故障树分析分为定性分析和定量分析。故障树定性分析的目的在于寻找顶事件发生的原因和原因组合，即识别导致顶事件发生的所有故障模式。故障树定量分析的一个重要用途是利用底事件的发生概率计算出顶事件的发生概率，以确定和调整系统的可靠性水平或安全性水平。

各组成部分可能发生以下故障：

1）驾驶盘及立柱可能发生卡滞、机械脱开等故障；

2）传感器可能发生元件故障、输入输出电路故障、机械损坏、接触不良、导线脱落、线圈老化损坏、感应线圈损坏等故障；

3）拉杆可能产生紧涩卡住、端头螺栓脱落或断裂、连接摇臂故障、拉杆断裂、安装期间造成损坏等故障；

4）摇臂可能产生摇臂紧涩卡住、旋转螺栓脱落或断裂、摇臂断裂、安装期间造成损坏等故障；

5）液压助力器可能产生液压源失效、进回油连通阀密封故障、助力器泄漏严重、滑阀卡住、活塞卡住、回中锁故障、安装期间造成助力器损坏等故障；

6）舵面可能产生卡阻、脱落等故障；

7）离合器可能产生动作失效等故障；

8）开关可能产生开关接触不良、开关内部电路断开等故障。

2 建树

“一侧助力操纵与机械操纵卡滞，同时升降舵离合器故障”是升降舵功能丧失的一个直接事件，会导致灾难性的后果，因此对此事件的失效概率要求为小于10-9，本文对此事件作为故障树的顶事件，故障树分析过程如图2。

此故障树中的各事件用相应符号代替，以便于分析，如表1。

3 确定割集及最小割集

割集是故障树的若干底事件的集合，如果这些底事件都发生则将导致顶事件发生。最小割集是底事件的数目不能再减少的割集，即在最小割集中任意去掉一个底事件之后剩下的底事件集合就不是割集。

在传统故障树中有一种比较常用的求最小割集的方法——下行法，即布尔表法，表2为下行法在升降舵故障树分析的一个应用。

通过下行法分析可以得出升降舵系统故障树的割集为7个：{x1，x2}，{x1，x3}，{x1，x4}，{x1，x5}，{x1，x6}，{x1，x7}，{x1，x8，x9}可以看出，此7个割集之间无需简化、吸收，因此，升降舵系统故障树分析有7个最小割集：{x1，x2}，{x1，x3}，{x1，x4}，{x1，x5}，{x1，x6}，{x1，x7}，{x1，x8，x9}。

4 底事件概率统计

通过统计故障树底事件发生概率并计算，可以对故障树进行定量分析，计算该系统是否满足可靠性或安全性要求。

升降舵系统故障树底事件故障概率统计表见表3。

5 故障树分析

故障树定性分析是最小割集的定性分析，通过故障树定性分析可以看出，两阶割集有6个，三阶割集有1个，在两阶割集中出现的事件相比更重要一些；在6个两阶割集和1个三阶割集中，X1事件都出现了，因此可以得出，“离合器故障”事件在顶事件“一侧助力操纵与机械操纵卡滞，同时升降舵离合器故障”下是最重要的底事件，需要加强离合器的设计。

故障树定量分析是指已知底事件发生概率通过计算得出顶事件的发生概率，通过故障树定量分析可以得知：顶事件概率为最小割集概率的和，即

P（T）=P（{X1，X2}，{X1，X3}，{X1，X4}，{X1，X5}，{X1，X6}，{X1，X7}，{X1，X8，X9}）

=P（X1X2+X1X3+X1X4+X1X5+X1X6+X1X7+X1X8X9）

=P（X1）×P（X2+X3+X4+X5+X6+X7+X8X9）

=（1.85×10-6）×[（1.00×10-5）+（1.00×10-5）+（9.09×10-6）+（7.43×10-6）+（9.09×10-6）+（7.43×10-6）+（1.05×10-5×1.05×10-5）]=0.981×10-10

经计算，此顶事件失效率满足小于10-9的安全性要求。endprint

【摘 要】 本文通过绘制某型飞机升降舵系统故障树，寻找导致此故障树顶事件发生的故障和故障组合，并进行此故障树的定性分析和定量分析，找出其关键底事件和计算此系统设计是否满足顶事件的安全性要求。

【关键词】 故障树分析安全性分析

1 引言

某型飞机升降舵系统是采用液压助力系统的双余度系统，主要用于实现飞机俯仰控制机动性能，该系统的主要组成及原理可参见图1，在驾驶舱中，正副驾驶各有驾驶盘及立柱，通过上拉和下推驾驶盘及立柱对传动线系产生力和位移，再通过液压助力器放大操纵力，实现对升降舵的操纵。

故障树分析分为定性分析和定量分析。故障树定性分析的目的在于寻找顶事件发生的原因和原因组合，即识别导致顶事件发生的所有故障模式。故障树定量分析的一个重要用途是利用底事件的发生概率计算出顶事件的发生概率，以确定和调整系统的可靠性水平或安全性水平。

各组成部分可能发生以下故障：

1）驾驶盘及立柱可能发生卡滞、机械脱开等故障；

2）传感器可能发生元件故障、输入输出电路故障、机械损坏、接触不良、导线脱落、线圈老化损坏、感应线圈损坏等故障；

3）拉杆可能产生紧涩卡住、端头螺栓脱落或断裂、连接摇臂故障、拉杆断裂、安装期间造成损坏等故障；

4）摇臂可能产生摇臂紧涩卡住、旋转螺栓脱落或断裂、摇臂断裂、安装期间造成损坏等故障；

5）液压助力器可能产生液压源失效、进回油连通阀密封故障、助力器泄漏严重、滑阀卡住、活塞卡住、回中锁故障、安装期间造成助力器损坏等故障；

6）舵面可能产生卡阻、脱落等故障；

7）离合器可能产生动作失效等故障；

8）开关可能产生开关接触不良、开关内部电路断开等故障。

2 建树

“一侧助力操纵与机械操纵卡滞，同时升降舵离合器故障”是升降舵功能丧失的一个直接事件，会导致灾难性的后果，因此对此事件的失效概率要求为小于10-9，本文对此事件作为故障树的顶事件，故障树分析过程如图2。

此故障树中的各事件用相应符号代替，以便于分析，如表1。

3 确定割集及最小割集

割集是故障树的若干底事件的集合，如果这些底事件都发生则将导致顶事件发生。最小割集是底事件的数目不能再减少的割集，即在最小割集中任意去掉一个底事件之后剩下的底事件集合就不是割集。

在传统故障树中有一种比较常用的求最小割集的方法——下行法，即布尔表法，表2为下行法在升降舵故障树分析的一个应用。

通过下行法分析可以得出升降舵系统故障树的割集为7个：{x1，x2}，{x1，x3}，{x1，x4}，{x1，x5}，{x1，x6}，{x1，x7}，{x1，x8，x9}可以看出，此7个割集之间无需简化、吸收，因此，升降舵系统故障树分析有7个最小割集：{x1，x2}，{x1，x3}，{x1，x4}，{x1，x5}，{x1，x6}，{x1，x7}，{x1，x8，x9}。

4 底事件概率统计

通过统计故障树底事件发生概率并计算，可以对故障树进行定量分析，计算该系统是否满足可靠性或安全性要求。

升降舵系统故障树底事件故障概率统计表见表3。

5 故障树分析

故障树定性分析是最小割集的定性分析，通过故障树定性分析可以看出，两阶割集有6个，三阶割集有1个，在两阶割集中出现的事件相比更重要一些；在6个两阶割集和1个三阶割集中，X1事件都出现了，因此可以得出，“离合器故障”事件在顶事件“一侧助力操纵与机械操纵卡滞，同时升降舵离合器故障”下是最重要的底事件，需要加强离合器的设计。

故障树定量分析是指已知底事件发生概率通过计算得出顶事件的发生概率，通过故障树定量分析可以得知：顶事件概率为最小割集概率的和，即

P（T）=P（{X1，X2}，{X1，X3}，{X1，X4}，{X1，X5}，{X1，X6}，{X1，X7}，{X1，X8，X9}）

=P（X1X2+X1X3+X1X4+X1X5+X1X6+X1X7+X1X8X9）

=P（X1）×P（X2+X3+X4+X5+X6+X7+X8X9）

=（1.85×10-6）×[（1.00×10-5）+（1.00×10-5）+（9.09×10-6）+（7.43×10-6）+（9.09×10-6）+（7.43×10-6）+（1.05×10-5×1.05×10-5）]=0.981×10-10

经计算，此顶事件失效率满足小于10-9的安全性要求。endprint