高清可复制 HB 8593-2021 民用轻小型多旋翼无人机系统飞行性能

　　ICS 49.020 V 36

　　HB 8593-2021

　　民用轻小型多旋翼无人机系统飞行性能

　　Flight performance of civil multi-rotor unmanned aircraft system

　　2021-04-19 发布 2021-07-01 实施

　　中华人民共和国工业和信息化部 发 布

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1.1-2009《标准化工作导则 第 1 部分：标准的结构和编写》给出的规则起草。本标准由中国航空综合技术研究所归口。

　　本标准起草单位：易瓦特科技股份公司、一飞智控(天津)科技有限公司、中国航空综合技术研究所、深圳市大疆创新科技有限公司、中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所。

　　本标准主要起草人：叶 川、曹国杰、胡应东、舒振杰、吴 冲、漆鹏程、路 通、杨 旸、唐 瑭、何志凯、程庆敏。

　　民用轻小型多旋翼无人机系统飞行性能

　　1 范围

　　本标准规定了民用轻小型多旋翼无人机系统(以下简称“无人机”)起飞、爬升、悬停、巡航、下降、着陆各阶段飞行性能要求。

　　本标准适用于最大起飞重量 250g 至 150kg 的无人机论证、研制和使用等各阶段飞行性能的分析、仿真、评估和验证。其他无人机可参照使用。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是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/T 35018-2018 民用无人驾驶航空器系统分类及分级

　　GB/T 38152-2019 无人驾驶航空器系统术语

　　3 术语和定义

　　GB/T 35018-2018 和 GB/T 38152-2019 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　最佳爬升速度 optimum climbing speed

　　指飞机在某一标定的空速下，能在单位时间内获得最大的高度增加，此标定的空速称为最佳爬升速度。

　　4 一般要求

　　4.1 总则

　　除非另有规定，对于所研制的无人机，其飞行性能应符合其任务要求。

　　4.2 限制

　　4.2.1 速度

　　除非另有规定，本标准定义的所有速度都为真空速，且应在无人机飞行包线范围之内。

　　4.2.2 大气条件

　　除非另有规定，无人机的飞行性能应该按照标准大气条件给出。

　　4.2.3 风

　　除非另有规定，无人机的飞行性能应该按照无风条件给出。

　　4.2.4 起降场地

　　除非另有规定，无人机应在水平、硬质和平整的场地上起降。

　　起飞和着陆时无人机与障碍物之间水平距离在规定安全距离以上。

　　4.2.5 其他

　　除非另有规定，无人机的飞行性能应按单机飞行情况给出。

　　4.3 重量

　　4.3.1 总则

　　除非另有规定，无人机重量包括：最大起飞重量、空机重量、动力能源重量、任务载荷重量等， 且空机重量、动力能源重量与任务载荷重量之和不应超过最大起飞重量。

　　4.3.2 无人机重量

　　4.3.2.1 空机重量

　　空机重量应是机体结构、动力装置(不含动力能源)及机载设备重量，以及为满足特殊使用要求而预留的不可拆卸部分重量的总和。

　　4.3.2.2 起飞重量

　　4.3.2.2.1 概述

　　除非另有规定，起飞重量一般是指发动机起动之前的飞机重量。

　　4.3.2.2.2 任务起飞重量

　　任务起飞重量应为空机重量、完成任务所需的任务载荷重量和使用的动力能源重量之总和。

　　4.3.2.2.3 最大起飞重量

　　依据设计或运行限制，无人机起飞时所能容许的最大重量为最大起飞重量，应取下列条件所决定的重量中的最小者：

　　a) 按正常提供的机体空间和动力能源容积，装满货物、可投放物品、任务设备及动力能源时无人机满载的重量，但不超过支撑结构所能承受的载荷限制;

　　b) 动力装置以最大功率工作所允许起飞的最大重量;

　　c) 传动装置的扭矩限制所允许起飞的最大重量;

　　d) 按规定的起飞方式(有地效起飞或无地效起飞)所允许的最大重量;

　　e) 其他使用限制所允许的最大重量。

　　4.3.2.3 飞行重量

　　4.3.2.3.1 概述

　　飞行重量是指无人机在不同飞行状态下的实时重量。

　　4.3.2.3.2 最大设计飞行重量

　　最大设计飞行重量是指无人机在机动飞行中，以最大速度倾角飞行时所能允许的最大飞行重量。

　　4.3.2.3.3 最大任务飞行重量

　　最大任务飞行重量是指无人机携带最大重量的任务载荷，在任务飞行中的最大重量。

　　4.3.2.4 着陆重量

　　4.3.2.4.1 概述

　　着陆重量是指无人机着陆触地瞬时的重量。

　　4.3.2.4.2 任务着陆重量

　　任务着陆重量是指按任务剖面的有关规定在任务结束时的重量，对于油动无人机，其中还包括规定的着陆余油。

　　4.3.2.4.3 最大着陆重量

　　最大着陆重量是按下列条件确定的重量中的最小者：

　　a) 按正常提供的机体空间和动力能源容积，装满货物、可投放物品、任务设备及动力能源时无人机满载的重量，但不超过支撑结构所能承受的载荷限制;

　　b) 动力装置以最大功率所允许着陆的最大重量;

　　c) 传动装置的扭矩限制所允许着陆的最大重量;

　　d) 按规定的着陆方式(有地效或无地效)所允许的最大重量;

　　e) 其他使用限制所允许的最大重量。

　　4.3.3 动力能源重量

　　无人机动力装置形式分为油动式和电动式。对于油动混合无人机， 动力能源包括燃料和电池，动力能源重量如下：

　　a) 燃料重量是根据无人机飞行性能设计规定的燃料总重量;

　　b) 动力电池重量是根据无人机飞行性能设计规定的动力电池的总重量。

　　4.3.4 任务载荷重量

　　无人机任务载荷重量是指装载的与执行任务直接有关的任务载荷及相关安装设备的重量。

　　4.4 动力装置的工作状态

　　4.4.1 概述

　　动力装置是指无人机系统上的发动机(组)/电动机组。

　　4.4.2 最大功率

　　最大功率是指动力装置至少能在一定时间内持续工作的功率最大值。

　　4.4.3 最大连续功率

　　最大连续功率是动力装置能持续工作的功率最大值。

　　4.5 飞行性能图表资料

　　无人机的飞行性能图表资料格式见图 1。

　　图 1 无人驾驶航空器的飞行性能图表资料

　　5 详细要求

　　5.1 起飞

　　5.1.1 有地效起飞

　　起飞过程中受到地效作用的，称为有地效起飞。除另有规定外， 无人机有地效起飞允许的最大重量除按 4.3.2.3.3 的规定外，还应给出推荐的起落装置离地高度并经验证。

　　5.1.2 无地效起飞

　　起飞过程中不受到地效作用的，称为无地效起飞。除另有规定外， 无人机在无地效起飞时，允许的最大重量除按 4.3.2.3.3 的规定外，螺旋桨质心离地高度应不小于 1.5 倍旋翼直径。

　　5.2 爬升

　　5.2.1 最大连续爬升率

　　给定重量和高度时，按下列条件确定无人机的最大爬升率：

　　a) 动力装置以最大连续功率状态工作;

　　b) 满足结构、传动系统及飞控的安全限制;

　　c) 以最佳爬升速度爬升。

　　5.2.2 使用升限

　　给定重量时，按下列条件确定无人机的使用升限：

　　a) 动力装置以最大连续功率状态工作;

　　b) 以最佳爬升速度连续爬升;

　　c) 油动/油电混合无人机应考虑爬升中燃料消耗的影响;

　　d) 最大爬升率为 0.5m/s。

　　5.3 垂直上升

　　5.3.1 最大垂直上升率

　　给定重量和高度时，按动力装置以最大功率状态工作，并考虑传动系统的机械限制确定无人机的最大垂直上升率。

　　5.3.2 有地效悬停升限

　　给定重量时，按下列条件确定无人机的有地效悬停升限：

　　a) 除另有规定外，动力装置以最大功率状态工作，并考虑传动系统的机械限制;

　　b) 地面效应的拉力增长系数按实际情况确定;

　　c) 最大垂直上升率为 0.5m/s。

　　5.3.3 无地效悬停升限

　　给定重量时，无人机的无地效悬停升限按下列条件确定：

　　a) 除另有规定外，动力装置以最大功率状态工作，并考虑传动系统的机械限制;

　　b) 最大垂直上升率为 0.5m/s。

　　5.3.4 最大悬停时间

　　按下列条件确定无人机的最大悬停时间：

　　a) 无人机以给定的重量起飞;

　　b) 在标准大气压条件下，在给定的无地效悬停高度上悬停的时间;

　　c) 考虑起飞、爬升、下滑和着陆所消耗的燃料量/动力电池可用电量和所需的时间;

　　d) 以正常燃料装载量，并耗尽扣除着陆剩余燃料量的可用燃料量;

　　e) 以正常动力电池电量，并耗尽扣除着陆剩余电量后的可用电量;

　　f) 油电混合无人机，同时考虑可用燃料量和可用电量，取二者单独考虑时所能维持飞行的时间中的较小者进行计算。

　　5.4 速度特性

　　5.4.1 总则

　　除非另有规定，无人机速度特性应至少包括：最大飞行速度和最佳远航速度。

　　5.4.2 最大平飞速度

　　对给定的重量和高度，无人机的最大平飞速度取下列最小者：

　　a) 动力装置以最大功率状态工作，并考虑传动装置的机械限制，取可用功率等于平飞需用功率(在平飞需用功率曲线右方的交点)所对应的速度;

　　b) 考虑旋翼桨叶气流分离及压缩性限制的速度;

　　c) 无人机结构设计要求所限制的速度。

　　5.4.3 最大飞行速度

　　在给定的高度、重量和构型，以及所有规定的使用限制条件下，不限于水平飞行的最大飞行速度。

　　5.4.4 最大巡航速度

　　给定重量和高度时，按下列条件确定无人机的最大巡航速度：

　　a) 动力装置以最大连续功率状态工作，并考虑传动装置的机械限制;

　　b) 取可用功率等于平飞需用功率(在平飞需用功率曲线右方)的交点所对应的速度。

　　5.4.5 最佳远航速度

　　在给定的巡航高度上，按无人机的平均飞行重量计算各种飞行速度时的公里燃料消耗量/耗电量，其中，最小公里燃料消耗量/耗电量所对应的飞行速度定为最佳远航速度。

　　5.4.6 最佳久航速度

　　在给定的续航高度上，按无人机的平均飞行重量计算各个速度的小时燃料消耗量/耗电量，其中，最小小时燃油消耗率所对应的飞行速度为最佳久航速度。

　　5.4.7 不可超越速度

　　在给定的重量和高度，无人机以一定俯冲角飞行时，不可超越速度取下列最小者：

　　a) 旋翼桨叶气流分离及压缩性的限制所确定的速度;

　　b) 满足结构、传动系统及飞控的安全限制。

　　5.5 航程

　　5.5.1 技术航程

　　按下列条件确定无人机的技术航程：

　　a) 无人机以给定的重量起飞;

　　b) 正常燃料装载量/动力电池电量，并耗尽可用的机载燃料量/可用电量;

　　c) 给定的巡航高度，并以最佳远航速度飞行;

　　d) 考虑起飞、爬升、下降和着陆所消耗的燃料量/可用电量和飞越的水平距离。

　　5.5.2 使用航程

　　按下列条件确定无人机的使用航程：

　　a) 无人机以给定的重量起飞;

　　b) 正常燃料装载量/动力电池电量，但耗尽扣除着陆剩余燃料量/动力电池电量后的可用燃料量/可用电量;

　　c) 给定的巡航高度，并以最佳远航速度飞行;

　　d) 考虑起飞、爬升、下滑和着陆所消耗的燃料量/动力电池可用电量和飞越的水平距离。

　　5.5.3 作业半径

　　按下列条件确定无人机的作业半径：

　　a) 无人机在受控状态下按规定的任务携带规定的载荷;

　　b) 正常燃料装载量，但耗尽扣除作业任务段所需的燃料量和着陆剩余燃料量后的可用燃料量;

　　c) 正常动力电池电量，但耗尽扣除作业任务段所需的电量和着陆剩余电量后的可用电量;

　　d) 考虑起飞、爬升、下降和着陆所消耗的燃料量/动力电池可用电量和飞越的水平距离。

　　5.6 航时

　　5.6.1 概述

　　航时也称续航时间，是从无人机起飞直至着陆的持续飞行时间。

　　5.6.2 最大续航时间

　　按下列条件确定无人机的最大续航时间：

　　a) 无人机以给定的重量起飞;

　　b) 在给定的最佳久航高度上，以最佳久航速度飞行;

　　c) 考虑起飞、爬升、下滑和着陆所需的时间;

　　d) 油动无人机，以正常燃料装载量，并耗尽扣除着陆剩余燃料量的可用燃料量;

　　e) 电动无人机，以正常动力电池电量，并耗尽扣除着陆剩余电量后的可用电量;

　　f) 油电混合无人机，同时考虑可用燃料量和可用电量，取二者单独考虑时所能维持飞行的时间中的较小者进行计算。

　　5.7 机动性

　　5.7.1 水平加(减)速特性

　　按下列条件确定无人机的水平加(减)速特性：

　　a) 无人机以作业重量或给定重量飞行;

　　b) 飞行速度范围取平飞需用功率最小值所对应的速度至最大平飞速度;

　　c) 飞行高度取海平面或给定的高度;

　　d) 水平方向的载荷系数不应超过规定的值。

　　5.7.2 垂直跃升

　　按下列条件确定无人机的垂直跃升特性：

　　a) 起始状态为无地效悬停状态;

　　b) 无人机以作业重量或给定重量飞行;

　　c) 动力装置工作状态转变为最大功率状态，并考虑传动系统装置的机械限制;

　　d) 起始高度取海平面或选定的高度。

　　5.7.3 盘旋

　　按下列条件确定无人机的盘旋特性：

　　a) 无人机以作业重量或给定重量飞行;

　　b) 动力装置以最大连续功率状态工作，并考虑传动装置的机械限制;

　　c) 盘旋速度取平飞需用功率最小值所对应的速度;

　　d) 飞行高度取海平面或给定的高度。

　　5.8 任务性能

　　5.8.1 航向

　　无人机以给定的航线飞行，在给定的飞行时间(由设计要求或客户推荐确定)后，以当前航向测量值与其规划航向做比对，计算航向偏差。按下列条件确定无人机的航向特性：

　　a) 航向角度偏差;

　　b) 角度偏差标准差。

　　5.8.2 航迹精度

　　无人机以给定的航线飞行，以测量的实际飞行航迹选取的点坐标与规划航迹坐标做比对，计算航迹精度。按下列条件确定无人机的航迹精度特性：

　　a) 航迹偏差;

　　b) 航迹标准差。

　　5.8.3 定点悬停及悬停精度

　　无人机以给定的高度悬停，在给定的悬停时间后，以测量的实际飞行坐标与规划定点坐标做比对，计算定点悬停精度。按下列条件确定无人机的定点悬停特性：

　　a) 水平偏差;

　　b) 水平标准差;

　　c) 垂直偏差;

　　d) 垂直标准差。

　　5.9 下降

　　对给定的重量和高度，以选定的下降率下降时，确定无人机的下降特性。

　　5.9.1 带动力下降

　　给定重量和高度时，按下列条件确定无人机的带动力下降特性：

　　a) 以选定的下降率下降;

　　b) 以最佳久航速度下降。

　　5.9.2 自转下降

　　对给定的重量和高度时，按下列条件确定旋翼转速、无人机的最小下降率和最小下滑角：

　　a) 总距操纵杆靠近低距位置;

　　b) 以选定的下降速度。

　　5.10 着陆

　　为使无人机在实际复杂的大气中飞行时，即使遇到某种异常情况，仍然能安全着陆，需要设定着陆剩余燃料/动力电池剩余电量(保护模式)。

　　若无其他规定，着陆剩余燃料/动力电池剩余电量的数值可取下列中的最大者：

　　a) 名义总燃料装载量的 10%;

　　b) 名义总动力电池电量的 10%;

　　c) 按设计重量，在海平面以最佳远航速度飞行一定时间所需燃料量/动力电池电量。