《中小型无人机抗风性试验实施规范》

1中小型无人机抗风性试验实施规范本文件规定了中小型无人机抗风性试验的试验目的、试验条件、试验中断与恢复、合格判据、试验方法、数据处理、结果评定及试验报告。本文件适用于最大起飞重量0.25kg～150kg的民用中小型旋翼无人机、固定翼无人机、垂直起降固定翼无人机的抗风性试验。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T2422环境试验试验方法编写导则术语和定义GB/T28591风力等级GB/T35018民用无人驾驶航空器系统分类及分级GB/T38152无人驾驶航空器系统术语3术语和定义GB/T2422、GB/T28591、GB/T35018、GB/T38152界定的术语和定义适用于本文件。4试验目的通过标准化的试验方法，全面验证中小型无人机在不同风场工况下的抗风性能，明确无人机悬停、巡航、起降等关键飞行阶段的抗风能力边界，评估飞控系统、动力系统在风场干扰下的响应有效性与稳定性，为无人机产品设计优化、质量检验、性能评定提供统一的试验依据，保障中小型无人机在实际使用中的飞行安全与任务可靠性。5试验条件5.1试验环境除另有规定外，无人机系统抗风能力试验应在下列条件下进行：a)温度：室内15℃~35℃,室外温度应在制造商规定的工作温度范围内；b)相对湿度：20％～80%;c)气压：86kPa～106kPa；d)风速：室外露天场地进行试验时，环境风速不超过2m/s。5.2试验设备和仪器2用于试验的仪器设备（包括专用设备）应经检定或校准并在有效期内，陪试设备应检验合格。所用测试仪器应满足预期的使用要求，其测量不确定度或最大允许误差应小于被测参数最大允许误差的三分之一，所使用的试验设备和仪器如下：a)风场模拟系统：风速调节范围至少应为0m/s～25m/s，精度应≥1m/s；b)飞行精度测量系统：用于测量无人机系统飞行过程中的位置与角度变化，水平方向测量精度应≤10cm，垂直方向测量精度应≤15cm，角度测量精度应≤1，测量间隔时间应≤0.5s；c)计时器：测量精度应≤0.1s。5.3试验件试验件应满足以下要求：a)试验件应与提交的产品资料内容相符；b)试验件数量应满足试验要求，至少需要2套无人机系统试验件；c)进行认证试验的试验件应有企业合格证等质量检验证明。5.4试验场地抗风能力试验场地规定如下：a)试验场地环境不应影响无人机系统正常飞行；b)为保证风速测量值的准确性，推荐在室内场地进行；c)室内试验场地空间应满足无人机系统的飞行安全要求，并保证一定的净空高度，不影响无人机系统的正常飞行性能；d)若不具备室内场地，可在室外露天场地进行，试验空域应满足无人机系统的飞行安全要求。5.5人员要求试验人员应能熟练操作试验件、测试设备，具有相应岗位的技术和能力，并具备相应级别的人员认证和企业认证。6试验中断与恢复6.1试验中断条件试验过程中，出现以下任意一种情况，应立即中断试验，确保样机、设备及人员安全：a)无人机出现姿态失控、坠毁、部件损坏、动力系统故障、通信中断等异常情况；b)试验设备出现故障（如风速仪失灵、数据采集系统异常、风洞系统故障等），无法正常采集数据或维持试验工况；c)试验环境发生突变（如突发暴雨、雷电、强阵风、温度骤变等），不符合试验环境要求；d)出现其他可能影响试验安全或试验数据有效性的突发情况。6.2试验中断处置试验中断后，应立即采取以下处置措施：a)关闭风场模拟设备（风洞或户外风场监测设备切断无人机动力，保护试验样机，避免二次损坏；b)检查试验设备故障情况，记录故障现象及发生时间，及时进行维修或更换；c)检查试验样机状态，评估损坏程度，如需更换样机，应确保新样机与原样机参数一致；d)记录试验中断时的工况、已采集的数据及异常情况，形成中断记录。36.3试验恢复要求试验中出现下述情况时应进行恢复试验：a)个别试验项目不合格，已找出原因并纠正；b)试验过程中出现安全隐患，已找出原因并消除后；c)维修与调整中改变了原设计；d)更换了影响试验件技术性能的元器件或组件。7合格判据7.1悬停抗风试验7.1.1持续风悬停每个风速点下，无人机姿态角（俯仰、滚转、偏航）波动应≤±0.3°,水平偏移≤0.5m，垂直高度波动≤±0.2m，无姿态失控、漂移超差、动力中断等现象。7.1.2阵风悬停阵风作用下，无人机姿态最大波动≤±1.0°,0.3s内可恢复稳定悬停状态，无失控、漂移、动力过载等现象。7.2巡航抗风试验7.2.1逆风/侧风巡航每个风速梯度下，无人机轨迹偏移应≤±1.0m，速度保持率≥90实际巡航速度与额定巡航速度的比值），姿态稳定无剧烈波动，无偏航、失速、动力中断等现象。7.2.2阵风巡航阵风作用下，无人机轨迹偏移应≤±2.0m，姿态波动≤±1.5°,可快速恢复稳定巡航状态，无失控、失速现象。7.3起降抗风试验7.3.1起飞抗风起飞过程中姿态应稳定，无侧翻、漂移、失速等现象，可顺利离地并进入稳定飞行状态，起飞参数符合产品设计要求。7.3.2着陆抗风着陆轨迹应精准，接地姿态平稳，无弹跳、侧翻、碰撞等现象，可顺利完成着陆，接地冲击力符合产品设计要求。7.4风切变适应性试验无人机穿越水平/垂直风切变区域后，1s内可恢复稳定飞行状态，轨迹偏移应≤±1.5m，无失控、失速、动力过载等现象，动力系统、飞控系统响应正常。7.5极限抗风风速试验4无人机极限抗风风速应满足产品设计要求，其中工业级中小型无人机极限抗风风速应≥10.8m/s（5级风），消费级中小型无人机极限抗风风速≥8.0m/s（4级风）；试验过程中无不可逆损坏。8试验方法8.1悬停抗风试验8.1.1持续风悬停试验将无人机固定于风洞测试平台中心（户外试验则调整至预设悬停高度设置标准悬停参数，启动无人机进入稳定悬停状态。从0m/s开始，按2m/s的间隔逐级提升风速，每个风速点稳定持续30s，实时采集并记录无人机悬停姿态角（俯仰、滚转、偏航）、水平偏移量、垂直高度波动、动力系统输出功率、电池电压等参数。按上述流程逐级提升风速至预设极限风速，完成所有风速点的试验后，逐级降低风速至0m/s，关闭无人机动力。8.1.2阵风悬停试验设定基础风速（分别选取5m/s、8m/s、10m/s三个梯度），启动无人机进入稳定悬停状态，待风场稳定后开始试验。在5s内将风速跃升15m/s，持续10s后恢复至基础风速，每个基础风速梯度下循环试验10次。实时采集并记录阵风作用下无人机的响应时间、姿态最大波动值、恢复稳定时间、动力系统峰值功率等参数。8.2巡航抗风试验8.2.1逆风/侧风巡航试验设定无人机额定巡航速度，规划标准巡航轨迹，启动无人机进入巡航飞行状态，待飞行稳定后施加风场干扰。分别施加逆风、侧风干扰，风速按2m/s～15m/s梯度设置，每个风速梯度下保持巡航飞行不少于60s。实时采集并记录无人机实际飞行速度、轨迹偏移量、姿态角、动力系统输出功率、电池能耗等参数。8.2.2阵风巡航试验启动无人机进入稳定巡航状态，设定与8.1.2一致的阵风参数，施加阵风干扰。实时采集并记录阵风作用下无人机的轨迹偏移量、姿态波动值、恢复稳定时间等参数，评估巡航稳定性。8.3起降抗风试验8.3.1起飞抗风试验选取逆风、侧风两个风向，风速按3级～5级风（5.5m/s～13.8m/s）梯度设置，布置好起飞场地并清理障碍物。启动无人机，执行标准起飞流程，实时采集并记录起飞滑跑距离（固定翼无人机）、离地姿态、上升轨迹、姿态波动等参数。每个风向、每个风速梯度下重复试验3次，观察并记录无人机起飞过程中的稳定性。8.3.2着陆抗风试验5按8.1.1的风向和风速梯度设置风场，启动无人机进入稳定飞行状态，执行标准着陆流程。实时采集并记录着陆轨迹、接地姿态、滑跑距离（固定翼无人机）、接地冲击力等参数，观察无人机着陆过程中的稳定性。每个风向、每个风速梯度下重复试验3次，确保试验数据的完整性。8.4风切变适应性试验按以下要求进行：a)水平风切变试验：在风洞或户外模拟水平风切变环境（相邻区域风速差≥8m/s设定无人机匀速飞行速度，控制无人机穿越风切变区域；b)垂直风切变试验：模拟垂直方向风速突变（上升气流、下降气流），风速突变幅度≥5m/s，控制无人机穿越风切变区域。实时采集并记录无人机穿越风切变区域时的姿态变化、轨迹偏移量、恢复稳定时间、动力系统响应等参数，每个工况重复试验3次。8.5极限抗风风速试验启动无人机进入稳定飞行状态（悬停或巡航，根据无人机类型选择），从安全风速开始，按1m/s的间隔逐级提升风速。每个风速点稳定持续20s，观察无人机飞行状态，实时采集相关参数，直至无人机出现姿态失控、轨迹偏移超差、动力过载等异常现象。记录出现异常现象前一级的稳定风速，作为该次试验的极限抗风风速；每台样机重复试验3次，取3次试验结果的最小值作为该样机的最终极限抗风风速。9数据处理9.1水平偏移量9.1.1悬停、转向、起降试验时，按式（1）计算试验件水平偏移量：ui式中：ui---水平偏移量，单位为米（m）；xi---飞行位置X轴坐标，单位为米（m）；x0---初始位置X轴坐标，单位为米（m）；yi---飞行位置Y轴坐标，单位为米（m）；y0---初始位置Y轴坐标，单位为米（m）。9.1.2前飞、后飞试验时，按式（2）计算试验件水平偏移量：式中：ui---水平偏移量，单位为米（m）；xi---飞行位置X轴坐标，单位为米（m）；x0---初始位置X轴坐标，单位为米（m）。9.1.3侧飞试验时，按式（3）计算试验件水平偏移量：ui式中：ui---水平偏移量，单位为米（m）；6yi---飞行位置Y轴坐标，单位为米（m）；y0---初始位置Y轴坐标，单位为米（m）。9.2垂直偏移量起降试验时，不计算垂直偏移量，悬停、前飞、后飞、侧飞、转向试验时，按式（4）计算试验件垂直偏移量：ui=|zi−z0|（i=1，2，...，n4）式中：ui---水平偏移量，单位为米（m）；zi---飞行位置高度坐标，单位为米（m）；z0---初始位置高度坐标，单位为米（m）。9.3俯仰角度差按式（5）计算试验件俯仰角度差：βfi=|βi−β0|（i=1，2，...，n）...........................（5）式中：βfi---俯仰角度差，单位为度(°);βi---俯仰角度，单位为度(°);β0---初始俯仰角度，单位为度(°)。9.4偏转角度差转向试验时，不计算偏转角度差，悬停、前飞、后飞、侧飞、起降试验时，按式（6）计算试验件偏转角度差：θpi=|θi−θ0|（i=1，2，...，n）............................（6）式中：θfi---偏转角度差，单位为度(°);θi---偏转角度，单位为度(°);θ0---初始偏转角度，单位为度(°)。