高超声速飞行器研制系统工程风险概率分析.pdf

高超声速飞行器研制系统工程风险概率分析.pdf

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJan.252016V01.37No.1317—323ISSN1000.6893CN11—1929/Vhttp:#hkxb.buaa.edu.CRhkxb@buaa.edu.cn高超声速飞行器研制系统工程风险概率分析沈作军1’*,柳青2,肖佳平11.北京航空航天大学航空科学与工程学院,北京1000832.中国航天科工集团第三研究院,北京100074摘要:针对高超声速飞行器研制工程的高风险特点,对工程决策方和研制方面临的不同类型风险进行了建模分析。

2、基于系统方案或关键技术的固有风险概率和抽象化的研发与验证过程,分别计算分析了工程决策方误判验收通过不合格产品和研制方过度研发或重复验证较低失败概率产品的风险概率,进而提出了高风险研发项目中研制方过度研发风险的概念,明确了工程决策误判风险与研制方过度研发风险的相互影响规律,并基于概率方法建立了一种可以综合权衡决策方风险和研制方风险、合理确定研制周期的系统工程优化方法。关键词:高超声速飞行器;研制工程;过度研发风险;决策方风险;风险概率;系统工程优化中图分类号:V37文献标识码:A文章编号:i000—6893(2016)01—

3、0317—07高超声速飞行器一般指能以5倍以上声速在稠密大气内持续巡航的飞行器。这类飞行器的研制难度大大超过传统飞行器。从半个世纪前美国X一15飞行器算起,主要航空航天国家在高超声速飞行器领域启动过大量的研发计划,但目前尚未成功研发出一款实用的高超声速飞行器。国内外实践表明,此类飞行器从基础理论、实验验证手段到飞行试验各个环节均存在较大的研制风险和较多的不确定因素。尤其过去十多年来,以美国X一43A和X一51为代表的吸气式高超声速飞行器,以及以HTV-2为代表的高超声速滑翔飞行器都在其飞行试验中经历了一系列失败[1]。根据

4、美国工程审查委员会的调查结果,尽管失败的原因各不相同,但分析共性问题表明,现有的基于传统飞机和轨道航天器的飞行器设计准则及系统研发体系并不完全适用于临近空间高超声速飞行器[2]。正如美国NASA前局长针对日益增多的复杂系统研制失败或研制周期拖延的现状所表述的,对风险和复杂程度El益增加的飞行器系统研制,严格按传统系统工程过程做了每一件该做的事情,但依然不可避免研制失败或延误[3]。这意味着在航空航天复杂系统研发中屡试不爽的系统工程方法面临着新的挑战。由于高超声速飞行器在航空航天领域和国防方面的重大意义,这类飞行器的研制往往

5、以国家工程的形式进行,如美国的NASP计划等。高超声速飞行器因此受到更多的关注,研发计划或工程决策方对研制过程中的失败也更加敏感。这一特点往往导致传统型号研制中的风险控制办法被更加严格地应用于高超声速飞行器研发,“万无一失”的观念时常成为贯穿研发过程的主线。然而,高超声速飞行器鲜明的高风险和探索性特点,以及对研发资金投入和研制周期日益苛刻的约束,都要求我们必须从更全面的角度来审视研发过程收稿日期:2015—10—19;退修日期:2015-11-16;录用日期:2015-11-22;网络出版时间:2015.12.0414:0

6、4网络出版地址:WWW.cnki.net/kcms/detail/11.1929.V.20151204.1404.018.htmI*通讯作者.Tel.:010—82316572E-mail:shenzuojun@buaa.edu.cn戮用格武I沈作军,柳青.诲佳平高超声速飞行器研钢系统I程风险概率分析!JI.航空学报.2016.37(1):317-323.SHENZJ.LIUO,XIAOJM.Probability-basedriskanalys『sofhypersonicvehiclesystemsengineering

7、fJJActaAeronauticaetAstronauticasinica.2016,37(1):317—323.航空学报Jan.252016VoI37No1是否具有更高的效率。高超声速飞行器不同于传统飞行器的一个主要特点在于其研发过程中不可避免的高风险特点,而针对传统复杂系统研发的系统工程理论和方法更加适合应对具有确定设计结果的系统,通过研制阶段划分和系统工程过程控制[2],在划定的阶段和环节完成了规定的工作事项就可得到预期的结果。在飞行器研制系统工程研究领域,相关成果大多具有定性的特点[4。7],或针对特定技术系统进

8、行风险分析[8。10

9、。风险分析方法在系统工程领域也得到了广泛的研究口卜15],但这些研究大多围绕飞行器研制中的特定技术性风险,或围绕技术风险因素进行系统技术方案设计权衡分析[]6-18]。高超声速飞行器研制工程的风险不仅存在于基础理论和技术领域,而且也存在于对阶段性研发结果的判断和决策。另外,研发周期

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