民用无人机安全性测试及等级划分

航空工业信息中心，北京市 朝阳区 100024

以定量方式给出了民用无人机飞行安全受到的风、雨、雷电、电磁干扰、地磁紊乱、高低温、沙尘、腐蚀、抗打击、振动等影响因素，并提出针对每一种影响因素开展的民用无人机安全性测试方法。

民用无人机飞行安全受到风、雨、雷电、电磁干扰、地磁紊乱、高低温、沙尘、腐蚀、抗打击、振动等因素影响，为加强民用无人机安全性测试，需要模拟、营造反映各种使用环境特点的测试环境，因此，有必要开展各种影响因素分级分析，并在此基础上开展民用无人机安全性等级划分方法的探讨。

测试环境

风

民用无人机安全性测试须针对风环境开展飞行测试。风力等级(Wind scale)简称风级，是风强度(风力)的一种表示方法。国际通用的风力等级是由英国人蒲福(Beaufort)于1805年拟定的，故又称“蒲福风力等级 (Beaufort scale)”，它最初是根据风对炊烟、沙尘、地物、渔船、渔浪等的影响大小分为0～12级,共13个等级。后来,又在原分级的基础上,增加了相应的风速界限。自1946年以来，风力等级又作了扩充，增加到18个等级(0～17级)，见表1。

在民用无人机测试中，需要在地面模拟持续风场、瞬间风场、紊乱风场的飞行测试(分短时间、持久性、操纵性测试)环境下，测试无人机的抗风可靠性。

在测试中，地面模拟风场环境仅研究旋翼类无人机的抗风能力，主要包括各种级别各种风环境下的短时间悬停抗风能力、风场环境中的升降、盘旋操纵能力、持续悬停抗风能力。

雨

民用无人机安全性测试须针对雨环境开展飞行测试和时间积累测试。

地面模拟飞行测试适用于旋翼类无人机。将建立地面模拟雨环境，测试旋翼类无人机在雨环境的悬停飞行持久能力，升降和盘旋操纵能力。

时间积累测试适合于所有无人机系统，实施不同时长的淋雨，并在结束后测试舵面反应、系统反应、通信反应等无人机操控反应，降水等级见表2。

雷电

民用无人机安全性测试须针对雷电条件实施飞行测试和静态雷电-飞行测试两种测试方式。

雷电危险度等级为四个级别(见表3)。

地面模拟雷电条件下的飞行测试仅适合旋翼类无人机，主要测试旋翼类无人机在雷电条件下的悬停飞行持久能力、升降和盘旋操纵能力，以及通信能力。

表1 蒲福风力分级

表2 降水等级划分

表3 雷电危险度等级的划分和描述

静态雷击-飞行测试适合于所有无人机系统，实施地面停放下的雷击试验，并在结束后测试舵面反应、系统反应、通信反应等无人机操控反应，旋翼机则开展原地飞行测试，测试无人机在雷击后的悬停能力、升降和盘旋操纵能力，以及通讯能力。

电磁干扰

民用无人机安全性测试须针对电磁干扰开展相应的飞行测试和专项测试。

(1)高压线路模拟。由于高压电场(交流，直流)的模拟靠仪器是非常困难的，而且高压线路的电晕放电干扰目前在实验室无法模拟，所以可能需要人为建立一条模拟的高压输电线路，模拟高压电场和电晕放电的情况，模拟无人飞行器飞越或者靠近高压线路的环境。

(2)射频干扰模拟。用人为产生的可控射频干扰，控制其干扰频率，干扰的强度，模拟无人飞行器可能面临的射频干扰环境等。测试无人飞行器在射频干扰条件下是否工作，其性能是否受损。

(3)工频磁场模拟。用人为产生的可控工频磁场干扰，控制其干扰频率，谐波，干扰的强度，模拟无人飞行器可能面临的工频干扰环境等，例如跨越、靠近输电线路的情况。测试无人飞行器在工频磁场干扰条件下是否工作，其性能是否受损。

(4)浪涌磁场模拟。用人为产生的可控的浪涌磁场干扰，控制其干扰的强度，模拟无人飞行器可能面临的雷击浪涌干扰环境。测试无人飞行器在工频磁场干扰条件下是否工作，其性能是否受损。

(5)阻尼震荡波磁场模拟。用人为产生的可控瞬态磁场干扰，控制其干扰的强度，模拟无人飞行器可能面临的瞬态干扰环境，例如靠近正在分闸/合闸的高压线路，电力机车与接触网瞬时断开，电焊机起弧等。测试无人飞行器在瞬态磁场干扰条件下是否工作，其性能是否受损。

(6)全球定位系统/北斗(GPS/BD)信号干扰模拟。卫星定位是无人机最常采用的导航和定位手段，在实际使用中，卫星导航信号容易受到人为干扰和各种用电器导致的干扰，给飞行安全带来隐患。因此，应当模拟GPS/BD导航信号短时间丢失，或者受到干扰的无人机飞行情况。

(7)人为恶意干扰模拟。人为恶意干扰将给无人机飞行安全造成严重隐患，是否能够有效抵御人为恶意干扰，是无人机安全性的重要指标。

飞行测试是在以上各种地面模拟电磁干扰环境中，测试旋翼类无人机悬停飞行能力、升降和盘旋操纵能力、通讯链路能力。

地面测试是在以上各种地面模拟电磁干扰环境中，测试固定翼、旋翼类无人机的操纵响应能力、通信链路能力。

测试大纲将针对上述飞行测试和地面测试开展研究、编制、试验、完善，最后形成标准化。

地磁紊乱

电子罗盘作为无人机产品的重要组成部件，以地磁场作为指北的参考依据，承载着为无人机引导绝对方位的功能。对于多旋翼类飞行器，电子指北针元件是相对关键的部件，对无人机的稳定飞行有着重要的作用。在实际使用中，钢铁制船舶、建筑、含铁量较大的山体将导致地磁紊乱，进而影响电子罗盘正常工作。同时，由于无人机内部电子罗盘和其余电子元器件距离较近，当无人机内部系统排布不合理时也会导致电子罗盘受到磁场干扰。无人机在失去定向功能后往往发生自转，高速运动时很可能导致失去平衡而坠地。

因此，应当开展针对地磁紊乱场下的飞行测试，飞行测试仅适合于旋翼类无人机。在模拟地磁紊乱场中主要开展悬停飞行测试、升降和盘旋操纵测试、持久飞行测试、以及通讯测试等。

高低温

高低温环境将影响无人机的电子、机械元件可靠性，需要在地面打造模拟高温、低温和交变温度场环境，开展模拟寒冷情况下、高温情况下无人机的飞行测试和时间积累测试。

飞行测试仅适合于旋翼类无人机。在模拟高低温试验场中主要开展悬停飞行测试、升降和盘旋操纵测试、持久飞行测试、以及通讯测试等。

时间积累测试适合于任何种类无人机。将置无人机于试验场地面，开展高温时间积累测试、低温时间积累测试、高低温交变温度场时间积累测试，结束后开展无人机的操纵响应能力、通讯链路能力测试评估，其中旋翼类无人机也可以开展原地悬停飞行测试、升降和盘旋操纵测试、持久飞行测试等。

沙尘

沙尘将影响转动机件的可靠性，应当将在地面打造模拟沙暴、沙尘环境，并开展无人机在模拟沙暴(沙漠)情况下和沙尘(工地)情况下的飞行测试和时间积累测试。

飞行测试仅适合于旋翼类无人机。在模拟沙暴、沙尘试验场中主要开展悬停飞行测试、升降和盘旋操纵测试、持久飞行测试等。

时间积累测试适合于任何种类无人机。将置无人机于试验场地面，开展沙暴、沙尘时间积累测试，结束后开展无人机的操纵响应能力，其中旋翼类无人机将开展原地悬停飞行测试、升降和盘旋操纵测试、持久飞行测试等。

腐蚀

腐蚀环境将严重影响无人机电子元器件、金属部件的完好率、可靠性和寿命，也是影响无人机产品寿命的关键因素，应当模拟高湿、腐蚀、霉菌等使用环境，开展高湿、腐蚀、霉菌情况下的时间积累测试。

时间积累测试适合于任何种类无人机。试验人员将置无人机于试验场地面，开展高湿、腐蚀、霉菌时间积累测试，结束后开展无人机的操纵响应能力、部件完好性检查、整机完好性检查、系统(含通信链路等)完好性检查，其中旋翼类无人机将开展原地悬停飞行测试、升降和盘旋操纵测试、持久飞行测试等。

抗打击/抗冲击

无人机在飞行中有可能因各种原因发生坠落，那么对不同高度的跌落测试，以及飞行时遭遇的空中不同软硬物体的冲击测试，是无人机抗冲击、抗坠落能力的主要测试内容。

应当打造不同高度跌落试验环境(含不同地面材质)，各种碰撞动能测试试验环境，开展无人机抗打击、抗冲击能力测试。包括：(1)开展旋翼类无人机跌落试验，不同高度和不同地面材质，测试跌落试验后的悬停能力、升降和盘旋操纵测试和持久飞行测试。(2)开展旋翼类无人机抗冲击试验，不同材质、质量和速度、角度，空中悬停状态下冲击试验后的悬停能力、升降和盘旋操纵测试和持久飞行测试。

振动

该测试主要测试无人机元器件的抗振动能力和机械连接件的可靠性，将无人机置于振动台，以各种振动频率予以测试，结束后检测无人机系统完好性，并在开展无人机的飞行测试。

安全等级划分

根据上述安全性影响因素，给出相应的安全等级判断分级。

抗风方面

目前列为4个等级，等级越靠前，抗风能力越强。

1级：能够在＞10级的风场中保持稳定飞行。

2级：能够在7～10级的风场中保持稳定飞行。

3级：能够在4～7级的风场中保持稳定飞行。

4级：能够在0～3级的风场中保持稳定飞行。

抗雨方面

目前列为4个等级，等级越靠前，抗雨能力越强。

1级：能够在暴雨及暴雨以上环境中保持稳定飞行。

2级：能够在大雨环境中保持稳定飞行。

3级：能够在中雨环境中保持稳定飞行。

4级：能够在小雨环境中保持稳定飞行。

抗雷击

目前列为2个等级，等级越靠前，抗雷击能力越强。

1级：在被雷击击中情况下能够继续保持稳定飞行。

2级：在被雷击击中情况下不能继续保持稳定飞行。

电磁方面

目前列为3个等级，等级越靠前，代表在同等辐射强度下，能够在距离辐射源越近的情况下保持稳定飞行。

1级：在距离辐射源0～5m情况下能够保持稳定飞行。

2级：在距离辐射源5～20m情况下能够保持稳定飞行。

3级：在距离辐射源20m以上情况下能够保持稳定飞行。

地磁稳定方面

目前列为2个等级，等级越靠前，代表适应地磁紊乱的能力越强。

1级：能够在典型地磁紊乱场保持稳定飞行。

2级：不能在典型地磁紊乱场保持稳定飞行。

抗沙尘

目前列为3个等级，等级越靠前，代表抗沙尘能力越多。

1级：能够在典型风沙环境保持20min以上稳定飞行。

2级：能够在典型风沙环境保持10～20min之间稳定飞行。

3级：能够在典型风沙环境保持0～10min之间稳定飞行。

高低温

目前列为3个等级，等级越靠前，代表适应温差范围越大。

1级：适应温差在±40°以上，能够保持稳定飞行。

2级：适应温差在±20°～40°，能够保持稳定飞行。

3级：适应温差在0°～±20°，能够保持稳定飞行。

腐蚀

目前列为3个等级，等级越靠前，代表适应腐蚀时间越久。

1级：在非包装情况下，在典型海洋腐蚀环境下存储10日以上，能够保持稳定飞行。

2级：在非包装情况下，在典型海洋腐蚀环境下存储5～10日，能够保持稳定飞行。

3级：在非包装情况下，在典型海洋腐蚀环境下存储0～5日，能够保持稳定飞行。

抗打击

目前列为3个等级，等级越靠前，代表适应抗打击能力越强。

1级：抗直径为10mm硬质物体，以速度20m/s以上碰撞，能够保持稳定飞行。

2级：抗直径为10mm硬质物体，以速度10～20m/s之间碰撞，能够保持稳定飞行。

3级：抗直径为10mm硬质物体，以速度0～10m/s之间碰撞，能够保持稳定飞行。

抗振动

目前列为3个等级，等级越靠前，代表适应抗振动能力越强。表征连接件等机械稳定性。

1级：在5h以上机械振动后，能够保持稳定飞行。

2级：在2～5h机械振动后，能够保持稳定飞行。

3级：在0～2h机械振动后，能够保持稳定飞行。