基于飞行环境建模的UAV地面撞击风险研究

无人机(UAV)的任务工况与环境场景对飞行安全影响极大,为研究不同飞行环境对UAV地面撞击风险的影响,需要分析不同运行工况下的UAV地面撞击事故的边界条件。首先分析影响UAV运行安全的飞行环境因素,考虑不同任务场景的地面人口密度和遮蔽物保护能力,并引入环境影响因子,用以分析不同环境场景的气象、地理和通信等要素;然后以每飞行小时地面撞击事故伤亡人数为评价指标,建立UAV地面撞击事故评估模型;最后计算不同UAV在多种任务场景和环境场景工况下的风险参数,并加以对比。结果表明:飞行环境中的气象、地形和通信等因素对UAV地面撞击风险影响较大,随着环境场景的恶化,UAV运行每飞行小时伤亡人数量级也有较大变化,增加幅度从10~(-8)上升至10~(-5)。     

飞机撞击安全壳燃油泄漏燃烧数值模拟研究

为研究飞机撞击核电厂安全壳后引发燃烧对安全壳的影响,采用Fluent模拟了航空煤油替代燃料在安全壳内部和外部的燃烧过程,分析了安全壳不同位置处的火焰温度变化情况。结果表明,在开始阶段,燃油泄漏时间比较短,燃油缓慢蒸发汽化,燃烧发展过程以扩散蔓延为主,高温区域主要分布在安全壳侧壁面和底面。随着时间推移,液面蒸发速度加快,火焰高度呈现纵向发展的态势,最后在顶部形成较为均匀的温度场。安全壳内部燃烧最高温度可以达到2 229 K,外部燃烧最高温度为1 308 K。此外,撞击位置越高,安全壳顶部会越早出现高温区域,而较低位置处由于液池的堆积缓慢,燃油蒸发速率低,温度上升相对较慢。区别于内部燃烧,外部燃烧火焰不会波及安全壳顶部中心位置。     

轿车-电动两轮车事故再现的参数敏感性研究

为确定轿车-电动两轮车事故再现系统对各参数的敏感性,根据一起实例,确定影响参数,设计并开展正交试验,通过方差分析,分别获得影响轿车、电动两轮车和骑车人停止位置的参数敏感性排序;按是否使用敏感性排序结论,利用PC-Crash对另一起实例进行2次过程重建,以验证试验结果的可信性和可靠性。结果表明:影响轿车最终位置的敏感性参数仅为轿车的减速度;影响电动两轮车、骑车人最终位置的敏感参数排序分别为:2车碰撞时的纵向夹角碰撞点驾驶员反应时间轿车车速碰撞时电动两轮车的质心高度轿车方向盘转角、轿车车速电动两轮车的速度2车碰撞时的纵向夹角碰撞点;根据敏感性排序指导此类事故仿真重建,能明显减小车速误差及各参与方的最终位置误差。     

火场环境下无人机热损伤试验研究

无人机(UAV)逐步运用于火场搜救,但同时会因为火场高温而受损,为提高UAV在火场救援中的工作效率,设计一种UAV动态测试平台,开展UAV火场飞行试验;分析火场环境下UAV的热损伤情况,探究UAV在火场中的机身温度变化特征和UAV火场飞行安全距离。结果表明:火场热辐射和热对流是造成UAV热损伤的主要形式;旋翼产生的气流场对UAV机身有较为明显的降温效应,在试验工况下最高有25.6℃的降温作用;UAV与火焰的相对距离减少会增加机身的热损伤,在距离0.8 m处开始发生不可逆热损坏,试验工况下UAV火场飞行的安全距离为0.8 m。     

矿井通风风量测量及误差补偿的仿真研究

为解决风速法测风量时因搭建支架使巷道内风流发生变化,造成较大测量误差,影响对矿井通风安全评价的准确性问题,以拱形巷道为例,首先用改进的切贝切夫横向型线方法确定测风点及传感器安装位置;然后,建立巷道仿真模型,通过仿真分析支架对风流分布的影响,得到测风断面处风速分布云图、测试线上的速度散点图及测风点风速值,并采用曲线拟合法由仿真数据得到风速误差补偿方程,以此修正风量测量值;最后,通过试验验证仿真分析结果和误差补偿方程。研究表明:搭建支架使各测点风速值增大,风量相对误差达到6.5%~6.8%,通过误差补偿后下降至0.5%~0.6%。     

挡烟垂壁作用下狭长通道内烟气输运特征研究

为揭示挡烟垂壁对狭长通道火灾烟气特征及温度分布的影响,运用火灾动力学软件FDS,研究了狭长通道内不同高度挡烟垂壁下火灾烟流运动行为,重点探讨了密度跳跃过程及近火源区烟气特征参数变化。结果表明:挡烟垂壁增加了密度跳跃中翻滚区的长度,缩小了卷吸空气范围,造成烟气质量流率相应减少;挡烟垂壁对烟气垂直速度分布的影响主要作用在挡烟区,且与垂壁高度有关;垂高大于0.3 m,受挡烟垂壁高度影响,在垂直高度1.5~2 m位置出现一定速度的烟气逆流,速度分布曲线呈现与无挡烟垂壁不同的凹陷区,非挡烟区烟气垂直速度服从高斯分布;与无挡烟垂壁相比,挡烟垂壁上游顶棚附近温度普遍增高,下游温度衰减速率随挡烟垂壁高度的增加而加快。     

自由航行海域船舶碰撞概率计算

为分析船舶在自由航行海域航行的事故风险,提出自由航行海域船舶碰撞概率计算方法。首先,从船舶自动识别系统(AIS)轨迹信息提取船舶航行特征点,利用航迹聚类算法对自由航行海域的船舶行为特征建模,并采用合适的剪枝方法对聚类树进行剪枝,获得某目标海域船舶的航迹分类和航路尺度特征。然后,根据航路中船舶交通流的分布特征,利用IWRAP理论对船舶碰撞概率进行蒙特卡洛仿真,计算不同航路中的船舶碰撞概率值。由试验结果可知,根据航迹聚类算法将该水域划分为10段航路;该水域的最危险航路为T1和T9,最危险的汇聚点是P1,最危险船舶种类为货船;该水域船舶碰撞事故频率为1.18起/a。仿真试验结果表明,航路聚类结果和船舶碰撞概率与目标海域实际情况一致。     

车对车侧面碰撞兼容性影响因素分析

汽车碰撞兼容性由于能更好地反映真实交通事故,已发展成为被动安全研究领域中最具安全技术潜力的新技术。针对侧面冲击载荷作用下车对车的碰撞兼容性问题,从理论分析和仿真分析角度出发,研究了主要影响因素:两车质量比、汽车前端刚度特性、汽车几何特征对两车碰撞兼容性的影响。结果表明:质量比是影响两车兼容性好坏的关键因素,通过降低汽车前端变形吸能刚度和主吸能位置、提高两车碰撞接触面积等可以提高被撞击车的耐撞性和降低撞击车的攻击性,从而降低所有涉案人员损伤,提高车对车侧面碰撞兼容性。     

通用航空山区救援安全航迹规划模型

针对通用航空山区救援飞行环境的高复杂度地形问题，提出了一种基于改进型蚁群算法的三维救援航迹规划模型。首先，获取真实的山区地形环境数据，根据安全飞行规则，利用格栅法建立三维飞行环境模型。然后，以路径最短为目标函数、以航空性能为约束条件建立航迹规划模型。最后，利用改进型蚁群算法对模型求解，通过合理设置初始信息素分布和信息素更新规则，改进型蚁群算法，并对西南山区某次通航救援进行了救援航迹规划仿真。改进算法得到的飞行路径与球面直线的距离误差控制在15%以内，且飞行航路的俯仰角和偏转角均满足安全飞行规则，偏航次数较少。研究表明，对于山区环境下的通航应急救援航迹规划问题，提出的改进蚁群算法能够实现对障碍物的规避和对最优航迹的快速搜寻，保证了救援任务的安全性、高效性和可靠性。     

深凹露天矿地表粗糙度对复环流结构影响的模拟

为研究深凹露天矿地表粗糙度对复环流结构的影响规律,总结典型深凹露天矿特征,按近似1∶1比例建立简化深凹露天矿模型,基于COMSOL Multiphysics软件进行数值模拟,根据地表粗糙度计算入口处速度、湍流动能、湍流耗散率分布,并对模型中壁粗糙度等参数进行设置,采用κ-ε湍流模型对矿区内湍流结构进行预测,分析地表粗糙度对复环流结构的影响规律及原因.结果表明:复环流形成主要由矿区内压力差导致,可以分为变化期和稳定期两个阶段;随地表粗糙度增大,矿区湍流动能增大,变化期时间缩短;对于稳定期,随地表粗糙度增大,矿区内压差降低,压力集中区域由迎风坡上端向背风坡下端偏移,复环流范围增大,复环流区域由迎风坡向背风坡偏移,高度降低.     

基于位置误差概率模型的物流无人机安全间隔评估方法研究

针对未来多架物流无人机飞行在同一航线可能引起的安全冲突问题,提出规划无人机之间的安全间隔以规避运行风险.根据无人机在地面控制系统监控下的飞行特点,结合位置误差概率模型,综合考虑无人机定位误差、速度误差以及侧风的影响,依次建立无人机之间纵向、侧向和垂直方向的碰撞风险评估模型,并得出ICAO安全目标水平下的最小安全间隔.选...     

应急封井装置与深水井喷喷流井口对接模拟研究*

为研究井喷高速喷流对应急封井装置与井口对接时的冲击影响规律,应用CFD数值模拟方法研究应急封井装置下放距离、对接偏距、井喷喷速对流场分布、冲击力的影响规律。结果表明:装置下放对接过程中短轴方向所受冲击力增加幅度较大;水平方向对接时,随着偏距的减小,装置所受冲击力降低,且降低速率增加;应急封井装置处于相同高度时井喷流体的喷速越小海底压力的压缩作用越明显,封井装置所受的冲击力越小。研究结果对应急封井装置的下放对接具有指导意义。     

基于无人机多传感吊舱系统的火点实时定位方法

林火定位是林火智能监测设备的核心技术。提出了一种基于激光雷达、红外热像仪及组合惯导多数据融合的火点定位方法。首先设计了一个通用的无人机吊舱系统,并基于ROS框架实现数据采集、数据处理和数据传输等功能;其次提出了一个基于无人机吊舱系统的火点全局定位方案,根据红外热像仪成像特性识别火点,同时将密集点云与红外图像进行数据融合,估计出火点的三维空间位置;然后根据无人机位姿提出了一种基于墨卡托投影的火点全局定位方案,得到了火点的GPS位置。最后通过试验得到了该方案的全局定位精度:在实验中经度最大误差为2.36×10^-5°,纬度最大误差为1.84×10^-5°,高程最大误差为0.926 1 m,为其他林火定位方案提供了技术支持。     

Investigation of multiple domino scenarios caused by fragments

A model of multiple domino scenarios and the risk of the domino effect, which is a sequential chain escalating from the primary unit to the last unit, is presented in this paper. The trajectories of fragments from all units, the ground distribution of projectiles, and the risk of the sequential chain of the domino effect were calculated using Monte Carlo simulations. The results showed that the range affected by the fragments from each tank included the other tanks, meaning that fragments from one tank could hit the other tanks and cause multiple accidents, and that the sequential chain of the domino effect could indeed happen. The distributions of ground impacts showed that tank fragments were projected over long distances, up to 1200 m from the source. The spatial distribution of the kinetic energy at ground impact for tank fragments was also obtained. Moreover, the magnitudes of the probabilities of the primary, secondary, third, and fourth accidents in the domino chain were respectively about 10⁻⁷, 10⁻¹¹, 10⁻¹⁵, and 10⁻¹⁹. These results showed that for neighboring domino effect units in the same accident chain, the risk of the most recent domino effect was 10⁴ times that of the following domino effect.     

基于航空器高度保持性能的风险碰撞模型优化*

为提高Reich风险碰撞模型在“缩小垂直间隔”(Reduced Vertical Separation Minimum，RVSM)标准实施后的适用性。基于同一机型航空器的测高系统误差（Altimetry System Error，ASE）数据在超高空各高度层中并不服从相同分布且具有显著的统计学差异，针对现有的Reich模型对同一机型仍使用整个航空空域的ASE数值进行经验分布拟合的现状，对模型中ASE混合累积经验分布参数部分进行改进，添加高度层相关的参数，使原有仅根据机型进行累积的ASE经验分布细化为根据机型和高度层2部分进行累积。结果表明:改进后模型可准确体现ASE数据在不同高度层的差异性；采用改进的风险模型进行仿真计算，得到更加精确的结果；验证改进后模型的合理性和其在应用中的有效性。     

基于稳态模型的井下抽采主管道泄漏检测方法研究*

为准确检测煤矿井下瓦斯抽采主管道泄漏位置，提出基于稳态模型的管道泄漏检测与定位方法，采用Comsol数值模拟及地面相似实验研究压力梯度法对煤矿井下抽采管道泄漏检测与定位的可行性及准确性。研究结果表明:管道未泄漏时，管内沿线压力呈均匀分布，当管道突发泄漏时，管内压力分布呈现明显弯折现象，弯折处即为管道漏点位置，并对管道阻力计算公式进行修正，提高了检测准确性；随着管道泄漏程度的加大，湍流效应显著增强，漏点处速度、压力产生明显突变，且当其他条件恒定时，随着管道泄漏孔径的扩大，管道的漏入量越大，定位的相对误差越小；在宏岩矿开展地面相似实验，实验结果绝对误差为4.5 m，相对误差为6%；在阳煤五矿井下8421抽采巷进行现场应用，绝对误差134 m，相对误差约7.95%。     

大气土壤耦合的埋地燃气管道泄漏扩散数值分析

为了研究埋地燃气管道泄漏燃气在非稳态泄漏条件下的扩散行为，基于燃气管道非稳态泄漏大孔模型，应用CFD分别求解土壤和大气扩散方程，通过丙烷地面扩散通量耦合了土壤和大气环境，进行了泄漏扩散的数值模拟，所得模拟计算结果与地上泄漏扩散数值模拟结果进行了对比分析。研究结果表明:耦合模拟条件下，风速仍是影响丙烷扩散距离和高度的主要因素；温度和相对湿度对丙烷扩散有相对较小的影响；与埋地泄漏相比，不同条件下地上泄漏的扩散距离和扩散高度均有误差，水平扩散距离误差普遍较大，扩散高度个别情况下误差较大；地上泄漏条件下的模拟结果数值偏大，对事故的预测和评估准确性会产生显著影响。     

Numerical study of dynamic response and failure analysis of spherical storage tanks under external blast loading

The performance of energy infrastructures under extreme loading conditions, especially for blast and impact conditions, is of great importance despite the low probability for such events to occur. Due to catastrophic consequences of structural failure, it is crucial to improve the resistance of energy infrastructures against the impact of blasts. A TNT equivalent method is used to simulate a petroleum gas vapor cloud explosion when analyzing the dynamic responses of a spherical tank under external blast loads. The pressure distribution on the surface of a 1000 m³ spherical storage tank is investigated. The dynamic responses of the tank, such as the distribution of effective stress, structural displacement, failure mode and energy distribution under the blast loads are studied and the simulation results reveal that the reflected pressure on the spherical tank decreases gradually from the equator to the poles of the sphere. However, the effects of the shock wave reflection are not so evident on the pillars. The structural damage of the tank subjected to blast loads included partial pillar failure from bending deformation and significant stress concentration, which can be observed in the joint between the pillar and the bottom of the spherical shell. The main reason for the remarkable deformation and structural damage is because of the initial internal energy that the tank obtained from the blast shock wave. The liquid in the tank absorbs the energy of impact loads and reduces the response at the initial stage of damage after the impact of the blast.     

基于蒙特卡洛法的储罐爆炸碎片冲击失效模型研究

为定量研究相邻储罐间爆炸碎片冲击的多米诺效应,基于蒙特卡洛方法建立爆炸碎片冲击失效模型。该模型共包括爆炸能量与碎片初始速度、考虑风速及碎片初始位置的碎片三维抛射轨迹、空气阻力、碎片冲击穿透等4个分步模型。基于上述模型,研究储罐爆炸后碎片的初始状态、抛射轨迹以及对相邻储罐的冲击效应。在数值模拟结果的基础上,用储罐最高允许工作压力代替泄放装置的泄压压力来计算爆炸压力,绘制碎片质量及初始速度的直方图,定量分析储罐间距对击中概率的影响。结果表明,热辐射、超压和碎片冲击3种能量作用方式均可能导致储罐间火灾爆炸事故多米诺现象发生,但爆炸碎片冲击导致相邻罐失效的概率较低。     

基于贝叶斯网络的物流无人机失效风险评估*

为降低城市物流无人机（UAV）失效坠落风险，通过考虑其运行环境和系统故障等因素的影响，以城市物流无人机运行数据为基础，从系统故障、运行环境和人为因素3方面提取失效诱因；分析物流无人机失效模式，并构建意外坠落事故的贝叶斯网络；基于所建网络和失效诱因发生概率分别计算不同工况下意外坠落事故及各中间事件概率，并基于网络拓扑结构展开反向推理，推演事故的主要失效诱因。结果表明:物流无人机正常运行时发生安全事故的概率为6.54×10-3；其中，电池电量不足、桨叶失效和电池故障是坠落事故的主要诱因，计算结果可为无人机运行安全风险防控提供依据。