1.一种无人机失控或失去动力故障状态坠地伤人风险评估方法,其特征在于:所述的方法包括按顺序进行的下列步骤:
1)建立无人机失控或失去动力故障状态下的坠地航迹预测模型;
2)设定无人机失控或失去动力故障状态下的边界条件;
3)将步骤2)确定的无人机失控或失去动力故障状态下的边界条件代入步骤1)建立的无人机失控或失去动力故障状态下的坠地航迹预测模型中,计算出无人机坠地点的位置坐标,并分析坠地点处的误差分布;
4)将步骤2)确定的无人机失控或失去动力故障状态下的边界条件代入步骤1)建立的无人机失控或失去动力故障状态下的坠地航迹预测模型中,计算出无人机坠地速度和坠地动能;
5)根据步骤4)获得的无人机坠地动能,结合地面遮蔽物保护系数和人员伤亡的能量阈值,计算出地面人员伤亡率,并以此为量化指标,评估无人机在步骤3)中获得的无人机坠地点处的风险。
2.根据权利要求1所述的无人机失控或失去动力故障状态坠地伤人风险评估方法,其特征在于:在步骤1)中,所述的无人机失控或失去动力故障状态下的坠地航迹预测模型为:2
式中:m为无人机质量,单位为kg;g为重力加速度,单位为m/s ;x、y、h分别为纵向、侧向和高度方向的位移,单位为m;t为无人机坠落时间,单位为s;Dx、Dy、Dh分别为纵向、侧向和高度方向的空气阻力,单位为N;
将空气阻力用无人机迎风面积和空气阻力系数展开,式(1)可表示成式(2):式中:cD为空气阻力系数;ρA为空气密度,单位为kg/m3;Ax、Ay、Ah分别为纵向、侧向和高度方向的迎风面积,单位为m2。
3.根据权利要求1所述的无人机失控或失去动力故障状态坠地伤人风险评估方法,其特征在于:在步骤2)中,所述的无人机失控或失去动力故障状态下的边界条件如式(3)所示:式中:x,y,h,v分别为失效初始纵向位置、侧向位置、高度位置和失效初始速度;x0,y0,h0,v0分别为失效初始预测点纵向坐标、侧向坐标、高度坐标和失效初始速度的预测值;εx,εy,εh,εv分别为纵向坐标误差、侧向坐标误差、高度坐标误差和速度误差。
4.根据权利要求1所述的无人机失控或失去动力故障状态坠地伤人风险评估方法,其特征在于:在步骤3)中,所述的将步骤2)确定的无人机失控或失去动力故障状态下的边界条件代入步骤1)建立的无人机失控或失去动力故障状态下的坠地航迹预测模型中,计算出无人机坠地点的位置坐标的方法是:以失效初始预测点坐标(x0,y0,h0)为原点建立无人机航迹预测坐标系,则步骤2)中式(3)所述的无人机失控或失去动力故障状态下的边界条件可以表示成式(4):将式(2)积分并带入式(4)中,得到如式(5)—(7)所示的无人机坠地点计算公式:式中,v0x和v0y分别为失效初始速度的预测值v0在无人机航迹预测坐标系中纵向和侧向的速度分量;εvx和εvy分别为速度误差εv在无人机航迹预测坐标系中纵向和侧向的速度误差分量;
由式(7)可以计算出,当无人机运行高度为h0时,其坠落着地时间为:将式(8)代入式(5)和式(6),计算出无人机在纵向和侧向的运行距离为:
5.根据权利要求1所述的无人机失控或失去动力故障状态坠地伤人风险评估方法,其特征在于:在步骤4)中,所述的无人机坠地速度根据式(10)计算:无人机坠地动能根据式(11)计算:
式中,E为无人机坠地动能,单位为J。
6.根据权利要求1所述的无人机失控或失去动力故障状态坠地伤人风险评估方法,其特征在于:在步骤5)中,所述的地面人员伤亡率的计算公式为:式中:Pf为地面人员伤亡率;Ps为地面遮蔽物保护系数,取值为1;α为当Ps=6时,人员伤亡率为50%所需的冲击能量,取值为100kJ;β是当Ps趋向于0时人员伤亡的能量阈值,取值为34J;E为无人机失控或失去动力故障状态下的无人机坠地动能;k为校正因子。