Моделирование авиакатастроф

 

Введение

 

Авиакатастрофы начали происходить с того момента, когда  человек впервые поднялся в воздух на летальном аппарате благодаря  развитию технического прогресса. При  этом наука никогда не стояла на месте, постоянно совершенствуясь  как в деле производства летальных машин –самолетов, так и в анализе причин, по которым самолеты падали на землю.

В настоящее время  тема авиакатастроф стала очень  актуальной, она широко обсуждаться  в средствах массовой информации.

Первые авиакатастрофы произошли практически сразу же после начала эры воздухоплавания, то есть еще в конце XIX века. Как число самих авиапроисшествий,  так и число их жертв было относительно невелико до начала массового применения самолетов в боевых действиях и в качестве гражданского транспорта. С развитием международных авиаперевозок сформировалась и система учета и классификации авиапроисшествий, началась выработка международных стандартов авиабезопасности.

С началом эры массовых авиаперевозок во второй половине 1940-х  число авиакатастроф и количество жертв начали стремительно расти. Увеличение надежности самолетов и повышение стандартов безопасности привели к снижению этих показателей в первой половине1950-х годов. Однако начало реактивной эры и экспансия авиатранспорта в страны третьего мира привели к новому росту числа катастроф, который прекратился лишь к середине 1960-х. К этому времени на рынок были выведены новые, более надежные реактивные лайнеры, налажена относительно безопасная работа авиации во всех странах мира.

Своего пика ежегодное  число авиакатастроф достигло в середине 1970-х. Связано это было как с ростом числа авиаперевозок, так и с увеличением средней вместимости авиалайнеров. Новым фактором снижения авиационной безопасности в 1970-е годы стал терроризм. После серии крупных авиакатастроф началось планомерное ужесточение стандартов контроля за состоянием воздушных судов, их обслуживанием, подготовкой экипажей и досмотром пассажиров. В результате среднее число погибших в авиакатастрофах к середине1980-х сократилось более, чем вдвое. В последующие полтора десятилетия, однако, оно снова выросло — от 1000 до 1500 людей ежегодно лишались жизни в результате авиакатастроф. Это было связано не столько с увеличением их числа, сколько с увеличением средней пассажировместимости авиалайнеров, массовым распространением широкофюзеляжных самолетов.

Целью этой работы является моделирование авиакатастроф. Для реализации поставленных целей были определены следующие задачи:

1. Изучить статистические данные по аварийности на воздушном транспорте и причинах аварий.
2. Изучить социально – технические показатели аварийности на воздушном транспорте и показатели природных условий, учитываемые при авиаперевозках.
3. Построить модель авиакатастроф.
4. Смоделировать ситуацию возникновения аварий на самолете при различных исходных данных.

В соответствие с поставленными целями и задачами определилась логика и структура  изложения данной курсовой работы, которая состоит из введения, анализа  технического задания, двух глав, заключения, списка литературы и приложений. В  первой главе анализируем задание курсовой работы. Во – второй моделируем авиакатасрофу. В - третий главе производим эксперимент.

 

 

 

 

 

 

1. Анализ технического задания

 

Воздушный транспорт  — самый быстрый и в то же время самый дорогой вид транспорта. Основная сфера применения воздушного транспорта — пассажирские перевозки на расстояниях свыше тысячи километров. Также осуществляются и грузовые перевозки, но их доля очень низка. В основном авиатранспортом перевозят скоропортящиеся продукты и особо ценные грузы, а также почту.

При авиационных авариях происходит разрушение самолета различной

степени, при  катастрофах имеются человеческие жертвы. А происходит их достаточно много.

К тяжелым последствиям приводят разрушения отдельных конструкций  самолета, отказ двигателей, нарушение работы систем управления, электропитания, связи, пилотирования, недостаток топлива, перебои в жизнеобеспечении экипажа и пассажиров. На сегодня, пожалуй, наиболее опасной и часто встречающейся трагедией на борту самолета являются пожар и взрыв.

Спасательные и аварийные работы можно разделить на два вида: первые - проводимые членами экипажа, вторые - организуемые наземными службами.

Экипажу для  принятия мер, как правило, не хватает  времени. Все происходит крайне быстротечно. Экипаж подает сигнал бедствия и приземляется в ближайшем аэропорту. Перед самой посадкой открываются все входные двери и люки, освобождаются проходы к ним. Как только самолет остановился, организуется немедленная эвакуация людей на безопасное расстояние.

Пострадавшим  немедленно оказывается первая медицинская помощь. Всеми работами руководит командир корабля. Его распоряжения обязательны как для экипажа, так и для всех пассажиров [1].

Чрезвычайные  ситуации на авиационном транспорте имеют ряд специфических особенностей. Это связано с высокой скоростью передвижения летательных аппаратов, наличием на их борту большого количества топлива, способного воспламениться или взорваться, нахождением людей в замкнутом пространстве салона, большой высотой полетов, отсутствием эффективных и надежных мер воздействия и помощи людям, которые терпят бедствие в воздухе, внезапностью и быстротечностью развития событий.

Поражающие  факторы на авиатранспорте:

• сила, возникающая от удара воздушного судна при падении;
• пожар, взрыв, отравляющие газы;
• декомпрессия.

ЧС на авиатранспорте может возникнуть на любом этапе: взлет, полет, посадка [4].

Воздушный терроризм предполагает совершение преступлений прежде всего против гражданской авиации и на борту воздушных судов, таких, как захват воздушных судов, их угон, захват заложников, вывод из строя аэронавигационного оборудования и т. п.; он угрожает значительному числу людей и создает обстановку страха среди больших слоев населения. Со времени наибольшей активизации воздушного терроризма, то есть с 60-х годов, в его осуществлении зафиксировано участие террористических групп всех основных идейно-политических направлений [2].

Приведем примеры  наиболее известных авиакатастроф.

25 июля 2000 года  при взлёте в парижском аэропорту  Шарль де Голль обломок с  американского самолёта ДС-10 компании Континентал Эйрлайнс попал в покрышку Данлоп взлетавшего Конкорда Эйр Франс, начинавшего межконтинентальный рейс Париж-Нью-Йорк. Покрышка лопнула на взлёте, кусок армированного корда отлетел в двигатель и воспламенил сначала один, затем второй двигатель левого крыла. Тяги двух двигателей правого крыла не хватило, самолёт с полной заправкой — 119 тонн топлива — через три минуты после взлёта рухнул на землю. Погибли все на борту (109) и 4 человек в пригородной гостинице. Крупнейшая катастрофа сверхзвукового самолёта (и единственная катастрофа «Конкорда»).

11 сентября 2001 года  — один Боинг врезался в  северную башню ВТЦ в Нью-Йорке,  второй — в южную башню ВТЦ,  третий — в Пентагон, четвёртый  разбился. Только в двух зданиях  ВТЦ по официальным данным  погибли около трёх тысяч человек. Крупнейшее число катастроф пассажирских лайнеров за один день, крупнейшее число жертв одной авиакатастрофы, крупнейшее в мире число жертв за один теракт.

1 июня 2009 — Крупнейшая  в истории Air France авиакатастрофа, произошедшая 1 июня 2009 года. Аэробус А-330, выполнявший рейс из Рио-де-Жанейро в Париж, упал в воды Атлантического океана. Погибли 228 человек [2].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Разработка модели

 

2.1. Построение дерева происшествия

 

Сначала определяем головное событие – авиакатастрофа, определяем причины и предпосылки возникновения события.

 

 А

 D

 

В 

 Е

С 

 

 

Рисунок 1. Дерево происшествий

 

Ниже представим вероятности возникновения событий-предпосылок  и вероятность возникновения головного события.

 

 

Таблица 1. События и вероятности предпосылок

№	Событие	Вероятность
1	2	3
1	Отказ работы тормозной  системы	0,003
2	Выход из строя  бортовой системы	0,0001
3	Неисправность двигателя	0,002
4	Возгорание  в воздухе	0,0004
5	Потеря скорости на взлете	0,0006
6	Открытие люка грузового отсека	0,00015
7	Туман	0,005
8	Ветер	0,015
9	Ошибка пилота	0,05
10	Ошибка других членов экипажа	0,007
11	Неправильно принята  команда диспетчера	0,00015
12	Некачественный  ремонт авиалайнера	0,03
13	Теракт	0,003
А	Технические проблемы	0,006237
В	Природные условия	0,01992
С	Человеческий  фактор	0,08783
D	Совместное  действие природных условий и  технических проблем	1,243*10-4
Е	Авиакатастрофа	0,08795

 

Найдем вероятности возникновения  авиакатастрофы

P (A) = 1 - (1 - P₁) (1 - P₂) (1 - P₃) (1 - P₄)  (1 - P₅) (1 – P₆) =

=1 – (1 - 0,003) (1 - 0,0001) ( 1 – 0,002) (1 - 0,0004) (1 - 0,0006) (1 - 0,00015) = =0,006237

P (B) = 1 - (1 – P₇) (1 – P₈) = 1 – (1 - 0,005) (1 - 0,015) = 0,01992

P (C) = 1 - (1 – P₉) (1 – P₁₀) (1 – P₁₁) (1 – P₁₂)  (1 – P₁₃) =

= 1 - (1 – 0,05) (1 – 0,007) (1 – 0,00015) (1 – 0,03)  (1 – 0,003) = 0,08783

P (D) = P (B) * P (A) = 0,01992 * 0,006237 = 1,243*10^-4

Q (X) = 1 – (1 –  P(D)) (1 – P(C)) = 1 – (1 - 0,08783) (1 - 0,08783) = 0,08795

Построенная модель дерева происшествий в программе Matlab представлено в приложении А.

 

После запуска  модели вероятность головного события составила 0.08795, что совпадает с вероятностью головного события. Вероятность возникновения происшествия (авиакатастрофы) высокая.

 

2.2. Качественный анализ деревьев происшествий

 

Для проведения качественного анализа по исходной модели дерева происшествий формируют  наборы взаимосвязанных предпосылок, в виде минимальных пропускных сочетаний (МПС) и минимальных отсечных сочетаний (МОС).

Запишем выражения  для дерева демографической ситуации, с использованием алгебры-логики:

X= P(D) + P (C) = (P(A) * P(B)) + P(C) = (P₁ + P₂ + P₃ + P₄ + P₅ + P₆) * (P₇ + P₈) + P₉ + P₁₀ + P₁₁ + P₁₂ + P₁₃ = P₁P₇ + P₁P₈ + P₂P₇ + P₂P₈ + P₃P₇ + P₃P₈ + P₄P₇ + P₄P₈ + P₅P₇ + P₅P₈ + P₆P₇ + P₆P₈ + P₉ + P₁₀ + P₁₁ + P₁₂ + P₁₃

Таким образом получилось 17 МПС.

По выявленным сочетаниям можно построить эквивалентную  модель дерева происшествий.

Эквивалентное дерево по МПС представлено в приложении Д.

Определение вероятности головного события с помощью МПС:

Р(С₁)=Р₁ Р₇=0,000015

Р(С₂)=Р₁ Р₈=0,000045

Р(С₃)= Р₂ Р₇=0,0000005

Р(С₄)= Р₂ Р₈=0,0000015

Р(С₅)= Р₃ Р₇=0,00001

Р(С₆)= Р₃ Р₈=0,00003

Р(С₇)= Р₄ Р₇=0,000002 

Р(С₈)= Р₄ Р₈=0,000006

Р(С₉)= Р₅ Р₇=0,000003

Р(С₁₀)= Р₅ Р₈=0,000009

Р(С₁₁)= Р₆ Р₇=0,00000075

Р(С₁₂)= Р₆ Р₈=0,00000225

Р(С₁₃)= Р₉=0,05

Р(С₁₄)= Р₁₀=0,007

Р(С₁₅)= Р₁₁=0,00015

Р(С₁₆)= Р₁₂=0,03

Р(С₁₇)= Р₁₃=0,003