题目：民机飞控系统危险识别与应急增强方法研究

安全性是民用飞机研制中的最重要目标之一。危险识别和安全设计是研制流程中对安全性最重要、同时也是最困难的部分。在当前民用飞机事故率已经很低并逐渐趋平的情况下，想要进一步降低事故率，有必要对危险识别和安全设计进行更系统的研究和更主动的提升。

基于更系统、更主动的思想，本文对民用运输类飞机的危险识别从正向和逆向两种角度展开研究，并研究安全设计中的应急增强飞行控制等关键问题。

正向的危险识别中，对飞机研制初期如何有效识别任务中的人机交互危险并建立人机系统设计顶层安全需求的问题进行方法研究。将飞行中驾驶员与机载系统交互的宏观任务特征引入人机交互分析，提出一种面向航空任务情境的人机交互建模与危险识别方法。将人机交互分解为宏观过程和具体任务两个层级。对宏观过程，发展了一种面向航空任务的人机交互模型，能描述飞行中驾驶员的多任务通道、各通道中操作任务时变、人/机交互模式变化等宏观任务特征。对具体任务，将驾驶员状态、认知约束和系统设计等安全关键因素引入经典认知模型，形成一个用于危险诱因识别的人机单任务综合模型。基于宏观任务模型和单任务综合模型，提出航空任务情境中人机交互危险、危险诱因、及安全设计需求的一种系统化识别方法。

逆向的危险识别中，基于全生命周期安全改进的理念，对如何从航空事故中有效识别危险因素和安全改进需求的问题进行方法研究。从同时处理航空事故中的人-机-环交互不当和组织缺陷、减少分析对于人员经验的依赖、以及加强对事故中潜在危险的考虑三方面出发，提出一种图形化-分类学-联想综合的航空事故分析方法——AcciTree。所提出的图形化事故模型采用螺旋-层级双结构形式，解决了人-机-环交互不当和组织缺陷的同时表达问题。通过AcciTree模型与人为因素分析与分级系统的结合，增强图形化分析的可靠性和分类学分析的逻辑性，降低事故分析对人员经验的依赖。针对事故之外的潜在危险因素，提出一种联想危险分析方法对已识别出的危险因素进行扩展，识别用于对未来类似事故进行主动预防的扩展安全需求。

应急飞行控制中，针对飞控系统完全失效这一灾难性故障，研究使用发动机推力进行应急飞行的操纵机理与控制方法。将现有推力控制飞机（Propulsion-Controlled Aircraft，PCA）研究对飞控全失后舵面卡死位置的“平衡状态”假设扩展到更一般的“非平衡状态”，对“非平衡状态”下推力应急操纵的平衡、机动、控制的机理与方法进行研究。通过理论分析揭示了PCA操纵应对舵面非平衡卡死的配平机理和配平状态的唯一性，解释了重量、重心等构型参数变化对PCA配平状态进行微调的机理与规律，给出了PCA操纵对各轴向的可配平边界。分析了典型民用运输机布局的PCA反馈控制机理，针对飞控全失且升降舵非平衡卡死的应急控制问题，提出一种基于高度变化率的俯仰轨迹过渡态控制方法，能对示例飞机升降舵卡死的最大可配平范围实现包容；对平衡状态的轨迹控制，提出一种基于动压的俯仰轨迹控制方法，能实现良好的俯仰轨迹跟踪。设计了横向控制器，并基于操纵量需求提出一种PCA纵、横向控制权限分配方法。综合应急飞行特点，提出一套完整的PCA应急飞行策略。

本文的创新之处：

（1）提出一种新的、面向航空任务情境的人机交互建模与危险识别方法。所提模型能描述航空任务中驾驶员操作的多任务通道、操作任务时变、人/机交互模式变化等宏观特征；危险识别中引入对驾驶员状态、认知约束和系统设计等安全关键因素的系统化分析。整套方法能有效识别出航空任务中的人机交互危险、诱因、及安全设计需求。

（2）提出一种图形化-分类学-联想综合的航空事故分析方法——AcciTree。该方法能同时处理航空事故中的人机环交互不当和组织缺陷、减少分析对于人员经验的依赖、并加强对事故中潜在危险的考虑。通过增强事故分析的逻辑性和可靠性，提高对航空事故中危险因素和安全改进需求的识别效率。

（3）扩展了推力操纵应急飞行控制的研究范畴。将现有PCA研究对舵面卡死位置的“平衡状态”假设扩展到更一般的“非平衡状态”。揭示了“非平衡状态”下PCA的配平机理、规律与边界，提出一种PCA操纵应对升降舵非平衡卡死的控制方法和飞行策略，为飞控全失且升降舵非平衡卡死故障提供了一种设计应对方法。