Workshop “Mezzi Aerei a Pilotaggio Remoto” Analisi di rischio: metodologie e considerazioni Fulvia Quagliotti, Giorgio Guglieri Politecnico di Torino (DIMEAS) – Mavtech srl Istituto Superiore Antincendi Via del Commercio, 13 - Roma 10 giugno 2014 1 JAA/EUROCONTROL, “A Concept for European Regulation for Civil Unmanned Aerial Vehicle”, 2004, Appendice 3.5 K. Dalamagkidis, K. P. Valavanis, L. A. Piegl, “On Integrating Unmanned Aircraft Systems into the National Airspace System”, Springer, 2008, Capitolo 5 FAA–AC431.35, “Expected Casualty Calculations for Commercial Space Launch and Reentry Missions”, sostituito da “Flight Safety Analysis Handbook”, 2011 2 Criteri: Area letale d’impatto Densità abitativa 3 area letale d’impatto Energia cinetica Massa Velocità k sulla base di dati storici densità effettiva di popolazione D = 100 ab/km2 UAV SAFETY OBJECTIVES Si impone il numero di vittime per milione di ore di volo pari a Probabilità massima accettabile per guasti catastrofici: 4 Criteri: Numero di persone coinvolte in un eventuale impatto Probabilità che gli effetti dell’impatto siano letali Energia cinetica del velivolo Fisiologia umana Protezione/conformazione dell’area sorvolata 5 Numero di persone coinvolte nell’impatto Superficie interessata all’impatto 6 Probabilità che l’impatto sia letale Energia cinetica Old Model: modello precedente degli stessi autori New Model: il fattore k migliora le stime della probabilità di fatalità per bassi livelli di energia Fonte: K. Dalamagkidis, K. P. Valavanis, L. A. Piegl, “On Integrating Unmanned Aircraft Systems into the National Airspace System”, 7 Springer, 2008, Capitolo 5 Sheltering factor: dipende dal tipo di area sorvolata quantità di ostacoli lungo la traiettoria del velivolo capacità degli ostacoli di assorbire energia o deflettere i detriti possibilità di riparo offerta dagli ostacoli Elevato Ps -> miglior riparo -> minore Pf UAV SAFETY OBJECTIVES Si impone il numero di vittime per ore di volo pari a Probabilità massima accettabile per guasti catastrofici 8 Criteri: Densità abitativa Area d’impatto 9 Calcolo dell’area d’impatto: Dimensioni geometriche dell’APR Dimensioni medie dell’essere umano Raggio del corpo umano (rp = 0,3 m) Altezza di un essere umano (Hp = 1,8 m) Angolo d’impatto Impatto verticale: Rapr [m]: massima dimensione lineare dell’APR UAV SAFETY OBJECTIVES Impatto con velocità orizzontale: d [m]: distanza orizzontale percorsa dall’APR ϒ : angolo di impatto Si impone la probabilità complessiva di causare danni al suolo pari a Probabilità massima accettabile per guasti catastrofici N. B. : Nel caso di operazioni in aree congestionate, non si è tenuto conto del fattore 0.1÷0.5 indicato nell’Appendice della bozza della circolare ENAC NAV “Mezzi Aerei a Pilotaggio Remoto” 10 Ala fissa: MicroHawk 850 Materiale: EPP/nylon Massa: 1 kg Apertura alare: 872 mm Diametro elica: 230 mm (9 in) Multirotore: QX-Rotor Materiale: Alluminio/Fibra di vetro Massa: 2,9 – 4,7 kg Massima dimensione lineare: 1 m Diametro elica: 381 mm (15 in) 11 Densità abitativa: Dp = 25 ab/km2 = 25·10-6 ab/m2 Ala fissa JAA/EUROCONTROL: M Sref Ac P 1/P [kg] [m2] [m2] [1/h] [h] 1 0.247 0.071 0.562 1.8 K. Dalamagkidis, K. P. Valavanis, L. A. Piegl: M V Ec Ae Ne k Ps Pf P 1/P [kg] [m/s] [J] [m2] [ab] [-] [-] [-] [1/h] [h] 1 42 882 1.451 3.63E-05 0.087 4 0.255 0.108 9.3 FAA–AC431.35 : Rapr ϒ d Ac P 1/P [m] [deg] [m] [m2] [1/h] [h] 0.872 45 1.8 8.534 0.0047 213 12 Densità abitativa: Dp = 25 ab/km2 = 25·10-6 ab/m2 Multirotore JAA/EUROCONTROL: M Sref Ac P 1/P [kg] [m2] [m2] [1/h] [h] Q4 2.9 0.456 0.195 0.205 4.9 Q8 4.7 0.456 0.372 0.108 9.3 K. Dalamagkidis, K. P. Valavanis, L. A. Piegl: M V Ec Ae Ne k Ps Pf P 1/P [kg] [m/s] [J] [m2] [ab] [-] [-] [-] [1/h] [h] Q4 2.9 37 1991 3.665 9.16E-05 0.047 4 0.397 0.027 36 Q8 4.7 37 3227 3.665 9.16E-05 0.033 4 0.489 0.022 45 FAA–AC431.35 : Rapr ϒ Ac P 1/P [m] [deg] [m2] [1/h] [h] Q4 1 90 5.309 0.0075 133 Q8 1 90 5.309 0.0075 133 13 Quadrato Rosso: lato 1km Quadrato Verde: lato 2km 14 8 7 6 1 0 5 2 3 4 Area Superficie D Ps [-] [km2] [ab/km2] [-] 0 1 10 1 1 0.5 10 2 2 0.25 10 3 3 0.5 10 6 4 0.25 5000 12 5 0.5 2000 12 6 0.25 500 12 7 0.5 10 2 8 0.25 10 2 Media Ponderata 601.25 4.81 15 Densità abitativa: Dp = 601.3 ab/km2 = 601.3·10-6 ab/m2 Ala fissa: JAA/EUROCONTROL: M Sref Ac P 1/P [kg] [m2] [m2] [1/h] [h] 1 0.247 0.071 0.023 42.8 K. Dalamagkidis, K. P. Valavanis, L. A. Piegl: M V Ec Ae Ne k Ps Pf P 1/P [kg] [m/s] [J] [m2] [ab] [-] [-] [-] [1/h] [h] 1 42 882 1.451 8.73E-04 0.131 4.81 0.178 0.006 154.9 FAA–AC431.35 : Rapr ϒ d Ac P 1/P [m] [deg] [m] [m2] [1/h] [h] 0.872 45 1.8 8.534 0.00019 5132 16 Densità abitativa: Dp = 601.3 ab/km2 = 601.3·10-6 ab/m2 Multirotore: JAA/EUROCONTROL: M Sref Ac P 1/P [kg] [m2] [m2] [1/h] [h] Q4 2.9 0.456 0.195 0.008 118 Q8 4.7 0.456 0.195 0.004 224 K. Dalamagkidis, K. P. Valavanis, L. A. Piegl; M V Ec Ae Ne k Ps Pf P 1/P [kg] [m/s] [J] [m2] [ab] [-] [-] [-] [1/h] [h] Q4 2.9 37 1991 3.665 2.20E-03 0.079 4.81 0.275 0.0016 607 Q8 4.7 37 3227 3.665 2.55E-03 0.059 4.81 0.344 0.0013 759 FAA–AC431.35 : Rapr ϒ Ac P 1/P [m] [deg] [m2] [1/h] [h] Q4 1 90 5.309 0.0003 3192 Q8 1 90 5.309 0.0003 3192 17 Metodologia FAA–AC431.35 più restrittiva In controtendenza rispetto alle prime due metodologie: Il velivolo ad ala fissa (M = 1 kg) risulta “più pericoloso” rispetto ai multirotori (M = 2,9 ÷ 4,7 kg) Non vengono presi in considerazione: massa del velivolo, quota di volo, velocità d’impatto Influenza più rilevante dell’angolo d’impatto per la metodologia FAA– AC431.35, rispetto alla metodologia Dalamagkidis, Valavanis, Piegl Variazione sensibile dell’area d’impatto in funzione della dimensione del relitto inerte Massima dimensione lineare sostituita da area disco elica, scalata per il numero di rotori nel caso di multicotteri 18 Diagramma area d’impatto in funzione della densità abitativa, parametrizzato per tre valori di probabilità massima accettabile (assumendo Ec = 10-6) Per un valore realistico di P=0.01, le aree di impatto ammissibili (e quindi le dimensioni dell’APR) tendono ad azzerarsi in presenza di densità abitative > 100 ab/km2 Si consiglia di introdurre un coefficiente correttivo di attenuazione del rischio per ottenere dei valori dimostrabili con attività sperimentali 19 Soluzione correttiva proposta: Revisione dei valori di sheltering factor tratti dalla metodologia Dalamagkidis, Valavanis, Piegl, utilizzando valori in percentuale (da 0% a 100%) associati alle tipologie di aree sorvolate (tipo di protezione offerta da vegetazione, edifici e infrastrutture) Percentuale di protezione Possibile tipologia di area sorvolata 0% Area sgombra da ostacoli (Pf = 1) 25 % Presenza nell’area di alberi radi 50 % Presenza nell’area di alberi folti o edifici bassi 75 % Presenza nell’area di edifici alti (quartieri residenziali) 100 % Presenza di edifici in cemento armato o strutture in acciaio (area industriale) @ , 20 Introduzione fattore di probabilità G: Zona , 4 D arco P 1/P [ab/km2] [deg] [1/h] [h] 1 2879.9 β=36.87 3.97E-04 2516.4 2 1477.6 γ =53.13 5.37E-04 1861.0 3 503.5 β=36.87 2.27E-03 440.1 4 10 180° + 2 α =233.13 1.81E-02 55.3 La valutazione è stata eseguita per il velivolo ad ala fissa MH850 α α β β γ 3 2 1 21 Area Torino Aeritalia: Se il dimensionamento dell’area delle operazioni e della buffer area è scelto correttamente, si ricade nel caso dello scenario non critico (a meno di un eventuale coefficiente di sicurezza <1 moltiplicativo della probabilità̀ massima di evento catastrofico) area delle operazioni: circonferenza di raggio 200 m buffer area: corona circolare, con raggio esterno di 600 m 22 Riduzione dimensione caratteristica RPAS (area disco, scalata per il numero di rotori nel caso di multicotteri); Introduzione di un fattore correttivo <1 per il calcolo dell’area di impatto (Sheltering Factor derivato sulla base della metodologia 2 che tenga anche conto dei livelli di energia); Attenuazione dell’effetto dell’angolo di caduta sul calcolo del valore dell’aerea di impatto; Correzione dei riferimenti antropometrici (rp = 0.23 m, Hp = 1.75 m); Nel caso di operazioni in area critica ai fini dell’analisi di rischio è vitale scegliere correttamente l’area delle operazioni e la buffer area. 23
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