試驗總則

1.1 試驗目標

1. 量化無人機抗風極限：明確持續(xù)風、陣風及湍流環(huán)境下的安全飛行風速范圍，驗證是否滿足設計指標。

2. 優(yōu)化核心性能參數：通過風洞數據校準飛控 PID 算法，降低強風下的姿態(tài)偏移與能耗損失。

3. 實現全場景驗證：建立風洞模擬與真實飛行的關聯模型，確保實驗室數據對實際作業(yè)的指導價值。

4. 合規(guī)性驗證：符合《民用輕小型無人機系統抗風性要求及試驗方法 GB/T 38930-2020》及航空氣象觀測規(guī)范。

1.2 適用范圍

1.3 引用標準

風洞模擬試驗階段

2.1 試驗設備與系統配置

系統類別

核心設備參數

功能作用

風洞主體

閉口回流式低速風洞（截面≥2m×2m，試驗段長≥15m，風速 0-30m/s，湍流度＜0.5%）

提供穩(wěn)定可控流場，支持全機及部件測試

湍流模擬裝置

24×24 軸動態(tài)格柵（雙隨機控制模式，湍流度 2%-12% 可調，積分尺度Zui大 0.18m）

模擬自然湍流風，通過步進電機獨立控制格柵旋轉注入擾動能量

測力系統

六分量壓電式天平（精度 ±0.1% FS，測量阻力、升力、側向力及三向力矩）

量化氣動載荷，輸出阻力系數（C_D）、俯仰力矩系數等核心指標

流場測量系統

風速儀（采樣率 20kHz）+ PIV 粒子圖像測速系統 + 高速攝像機（≥1000fps）

監(jiān)測流場均勻性，可視化氣流分離點與尾渦結構，捕捉螺旋槳動態(tài)變形

姿態(tài)調節(jié)機構

五軸位移臺（迎角 - 20°~+40°，側滑角 ±30°，程序控制自動掃描）

模擬無人機不同飛行姿態(tài)下的抗風響應

數據采集系統

同步采集卡（采樣率≥10kHz），集成風速、力值、姿態(tài)角、溫度等信號

實時生成氣動極曲線，支持多參數關聯分析

2.2 試驗流程與內容

2.2.1 試驗準備

1. 樣品預處理：無人機電池滿電，安裝螺旋槳防護罩，通過腹撐固定于測力天平，確保支撐干擾＜5%。

2. 流場校準：啟動風洞，通過熱線風速儀掃描測試段，確認氣流均勻性 ±1% 以內，湍流度符合預設值。

3. 設備調試：校驗六分量天平零點，設置 PIV 粒子濃度（10^4 個 /m3），同步高速攝像機與風速信號。

2.2.2 核心試驗項目

試驗類型

試驗參數設置

測量指標

持續(xù)風測試

風速梯度：5/10/15/20/25m/s；迎角：0°/10°/20°；側滑角：0°/15°/30°

阻力系數、姿態(tài)偏移量、電機負載率、氣流分離點位置

陣風響應測試

陣風峰值：基礎風速 + 5m/s，持續(xù) 2s；觸發(fā)方式：動態(tài)格柵階躍調節(jié)

飛控響應延遲（≤0.2s）、Zui大姿態(tài)超調量（≤10°）、恢復時間

湍流耐受測試

湍流度：5%/8%/12%；積分尺度：0.1m/0.15m/0.18m；雙隨機格柵模式

湍流條件下阻力波動幅度、PID 參數適配性、結構振動頻率

部件專項測試

單獨測試螺旋槳（轉速 2000-6000rpm）、機臂（不同截面形狀）

部件阻力占比、螺旋槳失速臨界風速、機臂渦脫落特性

2.2.3 數據記錄要求