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。选取顺丰在江西省赣州市开辟的物流配送航线进行仿真,分析不同机型组合之间3个方向的最小安全间隔。研究结果表明:计算结果可以为物流无人机飞行配备安全间隔提供参考。     

近距平行跑道配对进近侧向碰撞风险评估

为研究近距平行跑道配对进近侧向碰撞风险及相关参数对碰撞风险的影响,首先分析飞机位置误差的影响因素;其次基于配对进近的2架飞机实际运行过程和尾流避让的要求,考虑侧向误差概率密度函数截断补偿系数,建立近距平行跑道配对进近侧向风险评估模型;然后计算不同实际导航性能(ANP)条件下的侧向碰撞风险值;最后编制ANP数值表,并建议配对飞机速度差不超过7.5 m/s,初始安全间隔为1 000~1 200 m。结果表明,后机采用进近偏角可以有效降低对ANP的要求;大风速时,侧向碰撞风险对风向更敏感。     

室外风作用下竖井结构内火灾烟气运动规律研究

室外风是影响高层（超高层）建筑火灾蔓延的主要因素。通过数值模拟六个不同火灾场景温度场、能见度及CO浓度场变化过程,定量总结了不同风向、风速条件下侧向全开竖井结构内烟气运动规律。模拟结果发现,迎面风作用下,竖井内会产生较高滞止压力,中性面位置上升,上部烟气加速向竖井下部蔓延,下部烟气通过开口排出;背面风作用下,中性面位置...     

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。     

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)。     

复杂街区脏弹恐怖袭击下放射性物质扩散模拟

为研究复杂街区"脏弹"恐怖袭击情景下的放射性物质扩散问题,以实体街区为例,基于欧拉模型,对街区内放射性物质扩散进行数值模拟,分析并总结复杂街区结构和不同风场条件下放射性物质的扩散特征。结果发现,同一风向下,当风速小于20 m/s时,风速越大,街区下风向出口处的辐射风险越高;当风速为10 m/s时,街区下风向各出口的总辐射风险最高,风速为6 m/s时风险最低。街区复杂结构对扩散的影响随风速的增大而增大;风速小于2 m/s时,近源处易形成大面积高浓度聚集,污染物整体呈高斯分布。研究表明:发生袭击时,应避免在下风向建筑物邻近区域或密集区域以及环形区域等位置停留,疏散时也应选择远离这些区域的出口。     

有风条件下室内火灾自然排烟模型试验研究

采用缩尺度试验方法对有风条件下室内火灾自然排烟过程准稳态进行研究,分析不同补气口、排烟口位置和风向对排烟效果的影响。试验结果表明:将补气口设在迎风面,排烟口设在背风面或侧风面时将获得比没有环境风时更好的自然排烟效果;而在其他情况下,环境风将通过减小排烟口处内外压差以及对室内烟气层产生扰动来降低自然排烟效果。在设置建筑自然排烟系统时,应综合考虑火灾具体情况以及当地风速条件,选择对自然排烟有利的排烟口与补气口位置组合,以提高自然排烟的效果。     

强风中高速列车安全性研究

选用某国产动车1∶1模型,对高速列车在不同的侧风速度和风向角作用下运行进行模拟计算,得到列车所受气动力变化情况,研究气动力随风向角的变化机理。模拟结果表明,该车型在不同强度和不同风向角侧风作用下,侧向力、升力和倾覆力矩均随着侧风作用的增强而显著增大,在强侧风作用下,头车所受侧向力及倾覆力矩最大,较易发生倾覆事故;而尾车所受侧向力及倾覆力矩最小,相对安全。随风速和风向角的增大,受电弓和转向架对倾覆力矩的贡献均增大,在模拟时不可忽略;在风向角大于5°小于90°的范围内,列车各个部位的气动力与风向角呈3次方关系递增。     

毒气泄漏场景下基于蒙特卡罗的工厂布局研究

由于在工业生产中使用危险化学品会引起各种工业事故的发生,为了减小事故风险,降低由此产生的经济损失,必须将安全问题考虑在内,对工厂进行合理布局。采用蒙特卡罗模拟技术,研究某生产设施发生有毒气体泄漏的场景下,气象条件的不确定性对工厂布局的影响。以风向、风速及大气稳定性作为随机变量,通过扩散模型、概率函数和蒙特卡罗模拟得到中毒死亡概率。将上述随机方法应用在天津某个处于规划布局阶段的工厂内,以氨气泄漏为例,根据该地区常年风向分布及所得风险等值线图对工厂设施布局提出建议。案例分析表明:该工厂需要进行重新布局,应将受体设施布置在风险较小、风频较小的方位上;同时该随机方法能够为工厂布局提供决策支持。     

基于FDS的风速对矿井火灾蔓延规律的影响研究*

为研究不同风速与火源功率共同作用下矿井火灾蔓延规律的变化,以安源煤矿378工作面为研究对象,建立FDS矿井巷道火灾全尺寸模型,设置火源功率分别为3,6 MW,风速分别为0.25,1.25,2.25,3.25 m/s的8种工况。研究结果表明:相同风速下,巷道内温度及相同位置CO浓度值随火源功率增大而升高,巷道内能见度随火源功率增大而降低,且火源功率越大,能见度降到零的火灾区域越大;相同火源功率下,巷道内温度及相同位置CO浓度值随着风速增加而升高,能见度随风速增加而降低;火灾蔓延速率与风速成正比,风速的增大加速下风向火灾的发展,但会减缓上风向火势的蔓延。     

基于DPM模型的建筑小区内颗粒物扩散研究

近年来,颗粒物污染是影响居民居住环境的关键因素,为了控制颗粒污染物扩散、改善居民生活环境、提高居民生活质量,有必要研究不同风向和不同污染源位置下颗粒物的扩散规律。根据几何参数建立了建筑小区的三维模型,采用FLUENT软件,选用RNG k-ε两方程模型和离散相模型(Discrete Phase Model,DPM)对建筑小区内的气流运动、颗粒物扩散及浓度分布进行数值模拟,给出不同风向、不同污染源位置下人呼吸高度和窗高处的空气流场和颗粒物浓度场。研究显示,结合当地主导风向,合理安排建筑小区布局及车道的走向可以有效减轻建筑小区受污染的程度,从而提高建筑小区风环境质量,改善居民的生活环境。     

环境风下多层航站楼排烟效果及人员疏散研究

为探究环境风下机场航站楼排烟模式对人员安全疏散的影响,以某航站楼为研究对象,选择多楼层区域作为数据获取范围,针对排烟窗控制模式的33种工况,采用火灾动力学(FDS)软件模拟排烟效果;以北风经东北风转为东风构造风向区间,获得风向与危险到达时间的曲线关系;以0～90°为高侧窗开启角度区间,获得适宜开窗范围,并根据环境风进行安全疏散的判定与优化。结果表明：对于楼内排烟效果而言,若高侧窗全开,无风和低风速下有利于排烟,环境风速较高时,垂直于楼层走势的风向排烟效果较好;在风向区间内,0～70°风向会对高侧窗排烟起促进作用,30和60°风向点最优,顺楼层走势的风向会有烟气倒灌;在高侧窗开启角度内,实际以5～30°下悬窗或全开窗为宜;结合风向下的危险到达时间,进行楼层人员疏散优化,调控后疏散时间比未优化时减少10%。     

航迹误差对无人机坠地伤人风险评估的影响

为提高无人机(UAV)安全风险评估的精确性和置信度,在坠地安全风险评估过程中,考虑航迹误差导致的事故瞬间UAV位置和高度的不确定性,及其对坠地撞击点和撞击速度的影响,分析UAV坠地的水平位置误差和高度误差分布特征,确定UAV失效瞬间位置和高度,建立坠地撞击点预测模型,计算其坠地撞击速度,并以M210-RTK型UAV为例,分析不同航迹误差对坠地时间、地面撞击点位置和坠地动能的影响。结果表明:航迹误差作用下,坠地撞击点分布遵循正态分布特征;随着飞行高度的增加,航迹误差对坠地位置的影响逐渐下降,高度误差对坠地动能的影响呈先增后减的趋势。     

风速对LNG泄漏扩散过程影响的数值模拟

为研究环境风速对液化天然气(LNG)泄漏扩散过程的影响,采用Fluent建立LNG连续泄漏计算流体力学模型,开展不同风速下LNG泄漏扩散过程的数值模拟研究。结果表明,LNG泄漏扩散分为扩散初期、扩散中期、扩散后期3个阶段,扩散过程中LNG从低温重气逐渐转变成轻质气体。环境风速对气云的扩散主要体现在:低于5级风时,云团以两侧卷吸为主,气云表现为"叶状分叉"、中间低两端高,此时气云横风向扩散较快,甲烷扩散距离与冻伤距离随风速增大而增大;而高于5级风时,云团以顶部卷吸为主,气云表现为云团坍塌、中间高两端低,此时气云垂直风向扩散较快,甲烷扩散距离与冻伤距离随风速增大而减小。初步建立了LNG蒸气云爆炸风险范围与冻伤区域和泄漏时间、环境风速的函数关系,可为爆炸风险区域和低温冻伤区域的预测提供理论支撑。     

含硫输气管道泄漏扩散多气团叠加计算模型

为研究含硫气输送管道全管径断裂后的失效影响,提出管道泄漏后硫化氢扩散浓度的计算方法。将管道泄漏过程等效为多个瞬时泄漏气团等时间间隔的连续释放,考虑管道压力变化、风速对泄漏气团的质量、喷射高度的影响,基于高斯烟团模型,对泄漏气团扩散过程中变化的气体浓度进行叠加计算,建立任意时刻沿下风向硫化氢体积分数分布的计算方法。根据输气管道泄漏扩散规律,确定大气扩散参数、各气团质量和喷射高度等基本参数,并以含硫体积分数为10%的输气管进行实例计算。结果表明:地面空气中的硫化氢体积分数在管道泄漏后沿下风向先增大后减小,影响范围不断向下风向延伸;且管径、压力越大,硫化氢在地面的影响范围越广。     

侧风对近距平行跑道配对运行安全的影响*

为探究侧风对配对运行时间间隔及跑道容量的影响,基于飞机近距平行跑道的管制要求和运行理念,根据尾流的产生过程、运动特性及配对进近运行模式的特点,对有侧风作用下配对飞机之间的最大时间间隔及跑道容量进行研究。针对侧风加速尾流消散的情况,阐述有侧风影响时实施配对进近的条件,建立侧风影响下飞机配对时间间隔变化模型,并分别从侧风风力大小和风向角度2个方面对不同配对机型下的最大时间间隔和跑道容量进行分析;以上海浦东机场跑道为例,计算侧风影响时不同配对机型下的配对时间间隔。研究结果表明:本文所构建模型可以准确把握侧风影响下配对运行飞机之间的特征,模型具有可行性,研究结果可为我国平行跑道建设提供参考。     

球罐内甲烷气体泄漏形成的可燃气云规律研究

基于计算流动动力学(CFD)方法,以Fluent软件为平台,以大连新港某球罐区为研究对象,建立真实尺寸的球罐内可燃气体泄漏扩散数值模拟模型,分析甲烷扩散规律及可燃气云尺度.提出采用可燃气云稳定状态时的水平方向长度Lmax、竖直方向高度Dmax作为尺度的衡量参数,用以评估可燃气云区域的大小.探讨初始压力、泄漏孔径、正风向风速对尺度参数Lmax和Dmax的影响规律,并对比可燃气体种类对尺度参数的影响.结果表明:甲烷以临界状态通过泄漏孔时,初始压力对Lmax和Dmax的影响可以忽略;Lmax和Dmax随泄漏孔径增加而线性增大,但随正风向风速增加而线性减小;相同泄漏扩散条件下,氢气泄漏引起的可燃气云范围最大,甲烷次之,丙烷最小.     

多随机因素影响下飞行间隔评估及冲突解脱阈值研究

为有效评估两机水平安全间隔并建立特情冲突解脱程序,基于多随机因素对飞机位置误差的影响,建立碰撞风险模型和冲突解脱阈值求解模型。首先,考虑CNS性能和高空风作用,改进飞行运动模型,建立碰撞风险模型,得到最低安全间隔标准计算方法。然后,考虑陆空通话影响,结合飞机转弯特性,建立两机在不同相对位置情况下的阈值求解模型,利用最低安全间隔标准值求解冲突解脱阈值。最后,以某管制试飞空域内特定机型相关数据及所受随机因素参数为例进行算例分析,得出两机最低安全间隔标准,并得到防止安全间隔丧失管制员介入冲突解脱程序的阈值,计算结果与管制运行实际吻合,验证了上述理论的正确性。依据多随机因素与最低安全间隔标准脉谱图拟合出相应公式,以期为管制员进行两机安全间隔调配与制定冲突解脱程序提供依据。     

高架卷烟立体仓库机械排烟影响因素数值模拟研究

以某卷烟配送中心高架立体仓库的实际尺寸建立几何模型,运用火灾场模拟软件（FDS）对该仓库在无水喷淋作用下的机械排烟进行数值模拟,探讨排烟口位置、数量、风速以及排烟量对高架立体仓库机械排烟效果的影响。模拟结果表明：顶棚排烟优于侧壁排烟;在排烟量一定的情况下增加排烟口数量排烟效果较好;排烟口风速应根据建筑的具体参数进行合理设置;按照NFPA92B设置的排烟量可将仓库烟层控制在距地面3m处,满足仓库人员疏散和火灾救援要求。     

大型LNG储罐翻滚事故放空气扩散后果模拟

发生翻滚事故时,大型LNG储罐内压力急剧升高,为防止储罐超压破裂,大量的天然气通过安全阀放空,而天然气具有易燃易爆的特点,可能在LNG接收站的装置区及罐区发生爆炸。利用计算流体力学的方法对不同风速、风向下放空气的扩散过程进行了模拟,得到CH4的浓度分布情况。结果表明:大气风速对放空气的扩散过程具有影响,当风速逐渐增大时,降落到地面的CH4逐渐增多,而当风速超过7m/s时,随着风速的增大,降落到地面的CH4开始减少。随着风速的增大,50%LEL影响范围逐渐减小。各种风速条件下,装置区和罐区CH4的浓度均未达到50%LEL,因此LNG储罐发生翻滚事故时,放空气不会形成爆炸性气氛。