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在無人機(jī)廣泛應(yīng)用于航拍測繪、電力巡檢、應(yīng)急救援等領(lǐng)域的今天，抗風(fēng)性能已成為衡量無人機(jī)可靠性的核心指標(biāo)之一。一架能在復(fù)雜風(fēng)場中穩(wěn)定作業(yè)的無人機(jī)，背后離不開專業(yè)測試裝置的嚴(yán)苛檢驗(yàn)。在某航空航天實(shí)驗(yàn)室中，一套集風(fēng)場模擬、狀態(tài)監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集于一體的無人機(jī)抗風(fēng)性能測試裝置正有條不紊地運(yùn)行著，實(shí)驗(yàn)室工作人員的交流聲，為這場“風(fēng)與機(jī)"的較量增添了幾分嚴(yán)謹(jǐn)與專注。
“今天要完成三款工業(yè)級無人機(jī)的抗風(fēng)性能定級測試，先確認(rèn)裝置狀態(tài)，風(fēng)速校準(zhǔn)做好了嗎？"實(shí)驗(yàn)室一側(cè)，身著白大褂的工作人員甲指著眼前的大型測試裝置問道。這套無人機(jī)抗風(fēng)性能測試裝置是保障測試精準(zhǔn)性的核心設(shè)備，整體由風(fēng)洞主體系統(tǒng)、風(fēng)速調(diào)控系統(tǒng)、姿態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及安全防護(hù)系統(tǒng)五大模塊構(gòu)成，能實(shí)現(xiàn)從常規(guī)勻速風(fēng)到復(fù)雜湍流、陣風(fēng)的全場景風(fēng)場模擬，覆蓋1-12級風(fēng)力的測試需求。
其中，風(fēng)洞主體為全封閉耐壓艙體結(jié)構(gòu)，艙體長度12米、直徑3米，內(nèi)部采用流線型設(shè)計(jì)減少氣流干擾，保證風(fēng)場均勻性；前端配備的大功率變頻風(fēng)機(jī)組是風(fēng)場生成的核心，通過伺服控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)風(fēng)速0.5-32m/s的連續(xù)可調(diào)，調(diào)節(jié)精度達(dá)±0.1m/s；艙體中段安裝了4組高精度皮托靜壓管和2組熱線風(fēng)速儀，實(shí)時(shí)采集風(fēng)場數(shù)據(jù)并反饋至調(diào)控系統(tǒng)，形成閉環(huán)控制，確保風(fēng)場穩(wěn)定性；后端則集成了多組高清高速攝像頭（拍攝幀率達(dá)1000幀/秒）和6自由度姿態(tài)傳感器，能捕捉無人機(jī)在風(fēng)場中的飛行姿態(tài)、旋翼轉(zhuǎn)速等細(xì)節(jié)。此外，艙內(nèi)專屬測試平臺底部搭載了三維力傳感器，可實(shí)時(shí)監(jiān)測無人機(jī)升力、阻力變化，平臺與無人機(jī)飛控系統(tǒng)通過專用接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步，完整記錄測試全過程的飛行參數(shù)。
“已經(jīng)校準(zhǔn)完畢，風(fēng)速誤差控制在±0.2m/s內(nèi)，符合GB/T 38924.2-2020標(biāo)準(zhǔn)要求。"工作人員乙手持校準(zhǔn)報(bào)告走過來，順手將一份測試方案放在操作臺上，“這三款無人機(jī)分別針對中低空巡檢和高空測繪設(shè)計(jì)，我們需要借助這套裝置的多模式風(fēng)場模擬功能，依次測試它們在6級、8級、10級勻速風(fēng)，以及陣風(fēng)、湍流等復(fù)雜風(fēng)場下的懸停穩(wěn)定性、航向保持能力和應(yīng)急返航可靠性。"
說話間，兩人合力將一款無人機(jī)固定在風(fēng)洞艙內(nèi)的專用測試平臺上。“這個(gè)測試平臺采用磁吸式固定結(jié)構(gòu)，既能保證測試時(shí)無人機(jī)的初始定位精度，又能在應(yīng)急情況下快速解鎖，不影響無人機(jī)的自主返航動作。"工作人員甲一邊固定無人機(jī)，一邊向乙補(bǔ)充說明，“而且平臺自帶減震模塊，能過濾風(fēng)場振動對力傳感器數(shù)據(jù)采集的干擾，確保測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。"
“先從6級風(fēng)開始，風(fēng)速設(shè)定為10.8m/s，持續(xù)測試15分鐘。"工作人員甲在操作面板上輸入?yún)?shù)，按下了啟動按鈕。風(fēng)機(jī)組逐漸啟動，艙內(nèi)氣流開始高速流動，原本靜止的無人機(jī)旋翼迅速轉(zhuǎn)動，機(jī)身微微晃動但很快穩(wěn)定下來。操作臺上的數(shù)據(jù)采集終端同步亮起，實(shí)時(shí)顯示著風(fēng)速、無人機(jī)滾轉(zhuǎn)角、航向角、升力等多項(xiàng)數(shù)據(jù)，曲線波動平穩(wěn)。
“看姿態(tài)數(shù)據(jù)，滾轉(zhuǎn)角偏差在2°以內(nèi)，航向角保持穩(wěn)定，這個(gè)表現(xiàn)不錯(cuò)。"工作人員乙指著屏幕上的實(shí)時(shí)曲線說道，“這套裝置的姿態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)采用了視覺+傳感融合技術(shù)，即使在強(qiáng)風(fēng)導(dǎo)致畫面模糊的情況下，也能精準(zhǔn)捕捉無人機(jī)姿態(tài)變化，數(shù)據(jù)更新頻率達(dá)到100Hz，能滿足動態(tài)測試需求。"
“加大風(fēng)速到17.2m/s，模擬8級大風(fēng)。"工作人員甲發(fā)出指令，隨即觀察到無人機(jī)機(jī)身晃動幅度明顯增大，旋翼轉(zhuǎn)速也隨之提升。“注意升力變化，剛才出現(xiàn)了短暫的升力不足，是不是氣流擾動導(dǎo)致的？"
工作人員乙立刻操作設(shè)備調(diào)取風(fēng)場監(jiān)測數(shù)據(jù)：“確實(shí)，艙內(nèi)氣流出現(xiàn)了小范圍湍流，不過這套裝置的湍流模擬模塊是可控的，我們可以通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)柵格角度，精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)不同強(qiáng)度的湍流場景。從數(shù)據(jù)來看，無人機(jī)的避擾算法已經(jīng)啟動，正在調(diào)整旋翼轉(zhuǎn)速補(bǔ)償升力，但航向角偏差已經(jīng)接近5°的臨界值，需要重點(diǎn)關(guān)注后續(xù)表現(xiàn)。"
15分鐘后，8級風(fēng)場測試結(jié)束，兩人仔細(xì)記錄下各項(xiàng)數(shù)據(jù)，隨后將風(fēng)速提升至24.5m/s，進(jìn)行10級大風(fēng)的極限測試。此時(shí)，風(fēng)洞艙內(nèi)的氣流聲愈發(fā)刺耳，無人機(jī)機(jī)身劇烈晃動，多次出現(xiàn)短暫的姿態(tài)失控。“觸發(fā)應(yīng)急返航程序，看它能否穩(wěn)定退出風(fēng)場。"工作人員甲果斷操作，同時(shí)留意著安全防護(hù)系統(tǒng)的狀態(tài)——這套裝置的安全防護(hù)模塊具備風(fēng)速過載預(yù)警、無人機(jī)姿態(tài)失控緊急停機(jī)等功能，能有效避免測試過程中設(shè)備損壞或人員受傷。
在飛控系統(tǒng)的控制下，無人機(jī)逐漸調(diào)整航向，緩慢退出強(qiáng)風(fēng)區(qū)域，最終平穩(wěn)降落在測試平臺上。“應(yīng)急返航響應(yīng)時(shí)間3.2秒，姿態(tài)恢復(fù)時(shí)間5.8秒，雖然在極限風(fēng)場下表現(xiàn)不如中低風(fēng)速穩(wěn)定，但符合設(shè)計(jì)要求。"工作人員乙一邊整理數(shù)據(jù)，一邊說道，“不過這款無人機(jī)的抗湍流能力還有提升空間，建議后續(xù)優(yōu)化機(jī)身氣動設(shè)計(jì)。借助這套裝置的風(fēng)場參數(shù)可追溯功能，我們能為優(yōu)化提供完整的測試數(shù)據(jù)支撐。"
接下來的兩款無人機(jī)測試過程中，工作人員又發(fā)現(xiàn)了諸如高空風(fēng)場下續(xù)航衰減過快、航向保持精度不足等問題。他們一邊實(shí)時(shí)記錄，一邊深入交流解決方案：“第二款無人機(jī)的動力系統(tǒng)冗余不足，在強(qiáng)風(fēng)下持續(xù)輸出容易過熱，或許可以采用雙電機(jī)備份設(shè)計(jì)。"“第三款的導(dǎo)航系統(tǒng)在強(qiáng)風(fēng)擾動下定位偏差較大，建議增加北斗雙模定位模塊，提升抗干擾能力。"
夕陽西下，一天的測試工作接近尾聲。工作人員們將整理好的測試報(bào)告歸檔，測試裝置也逐漸停止運(yùn)行。“這套測試裝置不僅能模擬不同等級的勻速風(fēng)，還能精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)湍流、陣風(fēng)等復(fù)雜風(fēng)場，更能實(shí)現(xiàn)風(fēng)場參數(shù)、無人機(jī)姿態(tài)、動力輸出等多維度數(shù)據(jù)的同步采集與分析，為無人機(jī)抗風(fēng)性能優(yōu)化提供了精準(zhǔn)、全面的數(shù)據(jù)支撐。"工作人員甲感慨道，“每一款可靠的無人機(jī)，都要經(jīng)過這樣的‘風(fēng)場考驗(yàn)’，我們的工作就是把好這道安全關(guān)。"
從實(shí)驗(yàn)室到實(shí)際應(yīng)用場景，無人機(jī)抗風(fēng)性能測試裝置如同一位嚴(yán)格的“風(fēng)場考官"，用精準(zhǔn)的測試數(shù)據(jù)為無人機(jī)的飛行安全保駕護(hù)航。而實(shí)驗(yàn)室工作人員們的嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致與專業(yè)交流，則讓每一次測試都更具價(jià)值，推動著無人機(jī)技術(shù)在復(fù)雜環(huán)境下的不斷進(jìn)步。
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由Delta德爾塔儀器聯(lián)合電子科技大學(xué)（深圳）高等研究院——深思實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)、工信電子五所賽寶低空通航實(shí)驗(yàn)室研發(fā)制造的無人機(jī)抗風(fēng)試驗(yàn)風(fēng)墻\可移動風(fēng)場模擬裝置\風(fēng)墻裝置，正成為解決無人機(jī)行業(yè)抗風(fēng)性能測試難題的突破性技術(shù)。
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