一种评估飞机坠毁至核电厂厂址频率的计算方法与流程

1.本发明涉及安全评估技术领域，具体为一种评估飞机坠毁至核电厂厂址频率的计算方法。


背景技术：

2.目前，国内外对于飞机撞击核电厂风险的评估停留在根据法规导则的筛选，以及确定论飞机撞击设计的层面上。国内外尚没有能够用于飞机撞击外部事件的psa(核电厂概率安全评价)方法，与地震、水淹、强风等外部事件psa方法相似，飞机撞击psa方法也应该分为三个部分：飞机撞击危险性分析、飞机撞击易损度分析和飞机撞击电厂响应分析。
3.建立核电厂飞机撞击psa的关键之一就是建立飞机撞击危险性分析。飞机撞击危险性分析即计算核电厂各物项遭受飞机撞击的频率，也可以将核电厂作为一个整体，计算飞机坠毁至核电厂厂址范围内的频率。国际上已有多种飞机撞击频率计算方法，形式各异，但都大多存在适用性不强的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种评估飞机坠毁至核电厂厂址频率的计算方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种评估飞机坠毁至核电厂厂址频率的计算方法，包括以下步骤：
6.第一步，将核电厂厂址范围等效为一个能最小化包络核电厂厂址范围的矩形设施，并计算该矩形设施的有效面积。
7.第二步，结合核电厂特定信息，明确核电厂附近的所有机场的相关信息，计算飞机坠毁至核电厂厂址频率。
8.在本方案中，不同类型飞机撞击同一设施的有效面积不同，针对特定的核电厂，明确所有可能发生撞击的飞机类型，并计算每个飞机类型对应的有效面积。
9.在本方案中，不同类型的飞机对应的矩形设施有效面积的影响因素包括该矩形设施的长、宽、高，以及飞机的翼展、飞行路径角度、撞击设施的角度、滑行距离。
10.在本方案中，矩形设施的有效面积包括飞机滑行撞击区域、直接撞击区域。
11.在本方案中，为了计算矩形设施的有效面积，以核电厂的最高物项的高度作为矩形设施的高度，假定飞机滑行、直接撞击产生的面积为最大值，即认为撞击方向垂直于设施的最大对角线，有效面积是包括撞击角度余切、飞机翼展、坠毁飞机滑行距离在内的相关参数的函数。
12.在本方案中，在第一步中，假定飞机撞击的方向与设施对角线垂直，则有效面积的计算方法具体为：假定飞机撞击的方向与设施对角线垂直，则有效面积为：a
eff
＝af+as，其中：
[0013][0014]as
＝(ws+r)
·s[0015]
其中，af为飞机撞击有效撞击面积，单位为平方公里；
[0016]as
为飞机坠毁有效滑行面积，单位为平方公里；
[0017]
ws为飞机翼展(两翼尖端的最远距离)，单位为米；r为矩形设施对角线长度＝(l2+w2)0.5，单位为米；h为矩形设施高度，单位为米；cotφ为飞机撞击角度的平均余切，通过民航管理局获得；l为矩形设施长度，单位为米；w为矩形设施宽度，单位为米；s为飞机坠毁滑行距离，单位为米。
[0018]
在本方案中，第二步中机场的相关信息包括该机场内的飞机航线、航线中飞行的飞机类型、机场中起降的飞机类型、不同类型飞机的年度起降架次、不同类型飞机的年操作次数。
[0019]
在本方案中，第二步中计算飞机坠毁至核电厂厂址频率的具体计算公式如下：
[0020]
其中：f表示所分析设施的年撞击频率，单位为“/年”；
[0021]ni,j
表示对应特定厂址飞机年操作次数，i为机场数/航线数，j为某机场/航线的飞机型号，需针对核电厂邻近的机场或航线，给出每一个机场或航线上起降或飞行的每一个型号飞机的年操作次数；
[0022]ci
表示邻近每个机场/航线中每次操作的飞机坠毁率或飞机在飞行阶段每公里的坠毁率，通过民航管理局获得；
[0023]
p
i,j
表示邻近每个机场/航线每平方公里或飞机阶段每公里的、不同飞机类型的飞机坠毁条件概率，通过民航管理局获得；
[0024]aj,eff
表示对于特定的核电厂区域的有效面积。
[0025]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0026]
本发明提供的一种评估飞机坠毁至核电厂厂址频率的计算方法，能够评估机场起降过程中的飞机以及航线上飞行中的飞机坠毁至核电厂厂址范围内的频率，解决核电厂飞机撞击概率安全评价psa的技术难点，为建立核电厂飞机撞击psa奠定了基础，对推动核电厂psa安全技术和经济技术成熟，提供商业竞争力具有重要意义。该方法同样可以用于计算非核结构遭受飞机撞击的频率，可以用以评估机场附近相关构筑物的风险。
附图说明
[0027]
图1为本发明的优选实施例中的矩形设施的有效面积的计算方法。
具体实施方式
[0028]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0029]
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种评估飞机坠毁至核电厂厂址频率的计算方法，根据had101/04-1989中相关要求，新建核电厂选址时需要考虑距核电厂10公里范围内的机场和4公里范围内的航线对核电厂造成的风险，并给出了每堆年10-7作为具有严重放射性后果的影响事件概率值作为可接受的筛选概率水平的保守值。
[0030]
本方法用单位面积上飞机每年的坠毁次数乘以核电厂厂址的有效面积来计算飞机坠毁至核电厂厂址的频率。单位面积上飞机每年的坠毁次数基于国内相同飞机类型的坠毁经验数据计算获得，而核电厂厂址的有效面积，由飞机类型的翼展、飞机坠落轨迹与水平面平均夹角、飞机坠落过程的滑行距离、核电厂厂址的长度、宽度以及最高结构的高度计算获得。
[0031]
飞机坠毁至核电厂厂址范围频率计算方法分为以下两个步骤：
[0032]
第一步，将核电厂厂址范围等效为一个矩形设施，计算该矩形设施的有效面积。该矩形设施以一个最小的、能包络核电厂厂址范围的矩形作为长和宽，以核电厂的最高物项的高度作为矩形设施的高度。
[0033]
通常，设施有效面积的计算包括两部分：飞机滑行撞击设施或直接撞击设施。为了计算有效面积，假定飞机滑行或直接撞击产生的面积为最大值，即认为撞击方向垂直于设施的最大对角线，有效面积是撞击角度余切、飞机翼展、坠毁飞机滑行距离等参数的函数。
[0034]
不同类型的飞机对应的设施有效面积是不同的，有效面积取决于设施的长、宽、高，以及飞机的翼展、飞行路径角度、撞击设施的角度及其滑行距离。有效面积包括两部分，直接撞击区域和滑行区域，其中，直接撞击区域表示与直接撞击相关的区域。
[0035]
在图1中对矩形设施其有效面积的计算进行说明，假定飞机撞击的方向与设施对角线垂直：
[0036]
则有效面积为：a
eff
＝af+as，其中：
[0037][0038]as
＝(ws+r)
·s[0039]
其中，af为飞机撞击有效撞击面积，单位为平方公里；
[0040]as
为飞机坠毁有效滑行面积，单位为平方公里；
[0041]
ws为飞机翼展(两翼尖端的最远距离)，单位为米；
[0042]
r为矩形设施对角线长度＝(l2+w2)0.5，单位为米；
[0043]
h为矩形设施高度，单位为米；
[0044]
cotφ为飞机撞击角度的平均余切，通过民航管理局获得；
[0045]
l为矩形设施长度，单位为米；
[0046]
w为矩形设施宽度，单位为米；
[0047]
s为飞机坠毁滑行距离，单位为米。
[0048]
第二步，计算飞机坠毁至核电厂厂址频率。
[0049]
这部分工作需要结合核电厂特定信息，明确核电厂附近的所有机场、航线，以及这些机场中起降的飞机类型、不同类型飞机的年度起降架次，航线中飞行的飞机类型，不同类型飞机的年操作次数等信息。需要说明的是，不同类型飞机撞击同一设施的有效面积是不同的，针对特定的核电厂，需要明确所有可能发生撞击的飞机类型，并计算每个飞机类型对
应的有效面积。
[0050]
飞机撞击频率计算公式如下：
[0051][0052]
其中：f表示所分析设施的年撞击频率，单位为“/年”；
[0053]ni,j
表示对应特定厂址飞机年操作次数，i为机场数/航线数，j为某机场/航线的飞机型号，需针对核电厂邻近的机场或航线，给出每一个机场或航线上起降或飞行的每一个型号飞机的年操作次数；
[0054]ci
表示邻近每个机场/航线中每次操作的飞机坠毁率或飞机在飞行阶段每公里的坠毁率，通过民航管理局获得；
[0055]
p
i,j
表示邻近每个机场/航线每平方公里或飞机阶段每公里的、不同飞机类型的飞机坠毁条件概率，通过民航管理局获得；
[0056]aj,eff
表示有效面积(对于特定的核电厂区域)。
[0057]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种评估飞机坠毁至核电厂厂址频率的计算方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步，将核电厂厂址范围等效为一个范围最小化、且包络核电厂厂址范围的矩形设施，并计算该矩形设施的有效面积；第二步，结合核电厂特定信息，明确核电厂附近的所有机场的相关信息，计算飞机坠毁至核电厂厂址频率。2.根据权利要求1所述的一种评估飞机坠毁至核电厂厂址频率的计算方法，其特征在于：不同类型飞机撞击同一设施的有效面积不同，针对特定的核电厂，明确所有可能发生撞击的飞机类型，并计算每个飞机类型对应的有效面积。3.根据权利要求1所述的一种评估飞机坠毁至核电厂厂址频率的计算方法，其特征在于：不同类型的飞机对应的矩形设施有效面积的影响因素包括该矩形设施的长、宽、高，以及飞机的翼展、飞行路径角度、撞击设施的角度、滑行距离。4.根据权利要求1所述的一种评估飞机坠毁至核电厂厂址频率的计算方法，其特征在于：矩形设施的有效面积包括飞机滑行撞击区域、直接撞击区域。5.根据权利要求1所述的一种评估飞机坠毁至核电厂厂址频率的计算方法，其特征在于：为了计算矩形设施的有效面积，以核电厂的最高物项的高度作为矩形设施的高度，假定飞机滑行、直接撞击产生的面积为最大值，即认为撞击方向垂直于设施的最大对角线，有效面积是包括撞击角度余切、飞机翼展、坠毁飞机滑行距离在内的相关参数的函数。6.根据权利要求1所述的一种评估飞机坠毁至核电厂厂址频率的计算方法，其特征在于：在第一步中，假定飞机撞击的方向与设施对角线垂直，则有效面积的计算方法具体为：假定飞机撞击的方向与设施对角线垂直，则有效面积为：a
eff
＝a
f
+a
s
，其中：a
s
＝(ws+r)
·
s其中，a
f
为飞机撞击有效撞击面积，单位为平方公里；a
s
为飞机坠毁有效滑行面积，单位为平方公里；ws为飞机翼展，单位为米；r为矩形设施对角线长度＝(l2+w2)0.5，单位为米；h为矩形设施高度，单位为米；cotφ为飞机撞击角度的平均余切，通过民航管理局获得；l为矩形设施长度，单位为米；w为矩形设施宽度，单位为米；s为飞机坠毁滑行距离，单位为米。7.根据权利要求1所述的一种评估飞机坠毁至核电厂厂址频率的计算方法，其特征在于：第二步中机场的相关信息包括该机场内的飞机航线、航线中飞行的飞机类型、机场中起降的飞机类型、不同类型飞机的年度起降架次、不同类型飞机的年操作次数。8.根据权利要求1所述的一种评估飞机坠毁至核电厂厂址频率的计算方法，其特征在于：第二步中计算飞机坠毁至核电厂厂址频率的具体计算公式如下：其中：f表示所分析设施的年撞击频率，单位为“/年”；n
i,j
表示对应特定厂址飞机年操作次数，i为机场数/航线数，j为某机场/航线的飞机型号，需针对核电厂邻近的机场或航线，给出每一个机场或航线上起降或飞行的每一个型号飞机的年操作次数；
c
i
表示邻近每个机场/航线中每次操作的飞机坠毁率或飞机在飞行阶段每公里的坠毁率，通过民航管理局获得；p
i,j
表示邻近每个机场/航线每平方公里或飞机阶段每公里的、不同飞机类型的飞机坠毁条件概率，通过民航管理局获得；a
j,eff
表示对于特定的核电厂区域的有效面积。

技术总结
本发明涉及安全评估技术领域，具体公开了一种评估飞机坠毁至核电厂厂址频率的计算方法，第一步，将核电厂厂址范围等效为一个能最小化包络核电厂厂址范围的矩形设施，并计算该矩形设施的有效面积；第二步，结合核电厂特定信息，明确核电厂附近的所有机场的相关信息，计算飞机坠毁至核电厂厂址频率。该计算方法能够评估机场起降过程中的飞机以及航线上飞行中的飞机坠毁至核电厂厂址范围内的频率，解决核电厂飞机撞击概率安全评价PSA的技术难点，为建立核电厂飞机撞击PSA奠定了基础，对推动核电厂PSA安全技术和经济技术成熟，提供商业竞争力具有重要意义。竞争力具有重要意义。竞争力具有重要意义。


技术研发人员：李肇华 徐磊磊 何建东 喻章程 仇永萍 宋磊 颜珍 詹文辉 杨英豪 刘晶晶 徐晓燕
受保护的技术使用者：上海核工程研究设计院有限公司
技术研发日：2021.11.26
技术公布日：2022/3/8