高清可复制 HB 8685-2021 民用轻小型无人机碰撞安全性试验方法： 水平冲击试验

　　ICS 49.020 V 35

　　HB 8685-2021

　　民用轻小型无人机碰撞安全性试验方法：

　　水平冲击试验

　　Test method for collision safety of civil light and small UAV：

　　horizontal impact test

　　2021-12-22 发布 2022-04-01 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 1.1-2020《标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》给出的规则起草。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

　　本标准由中国航空工业集团有限公司提出。

　　本标准由中国航空综合技术研究所归口。

　　本标准起草单位：中国飞机强度研究所、中国航空综合技术研究所、北京交通大学、西北工业大学、深圳市大疆创新科技有限公司、西安京东天鸿科技有限公司。

　　本标准起草人：王亚锋、李志刚、白春玉、郭亚周、刘小川、何志凯、舒振杰、张永杰、陈 明、孙 勇、曹 乐、王计真、苗 娟、舒 挽、张建军、张积亭、刘军莹、葛宇静。

　　民用轻小型无人机碰撞安全性试验方法：

　　水平冲击试验

　　1 范围

　　本文件规定了民用轻小型无人碰撞人体关键部位时造成钝性伤害的测试与评估方法，包括人体碰撞伤评估准则、试验目的、试验条件、试验加载、试验测试项目、试验结果评定及试验程序等。

　　本文件适用于最大起飞重量在 0.25kg～25kg 的民用轻小型无人机碰撞安全性试验，其他类无人机可参考使用。

　　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。

　　SAE J1733-2007 道路车辆碰撞试验用符号常规

　　3 术语和定义

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

　　3.1

　　撞击点 impact point

　　无人机与假人表面碰撞瞬间的接触点。

　　3.2

　　滑台 sled

　　无人机沿着滑轨运动的支持装置。

　　3.3

　　碰撞试验假人 anthropomorphic test device (ATD)

　　通过复杂设计，不仅保证了严格的生物可信度，而且假人的设计也有利于安装大量的传感器以采集有关的加速度、载荷、变形等数据。本文件碰撞试验假人为 Hybrid Ⅲ第 50 百分位男性假人。

　　3.4

　　假人支持装置 ATD fixture

　　固定安装假人的机械装置，并通过调节该机械装置达到改变假人撞击角度的目的。

　　3.5

　　简明创伤分级 abbriviated injury scale (AIS)

　　以解剖学为基础的、一致认同、全球通用的损伤严重度评分方法。依据损伤程度， 并按身体区域对损伤进行等级划分，具体等级划分方法如表 1 所示。

　　表 1 AIS 分级表

　　4 符号和缩略语

　　下列符号和缩略语适用于本文件。

　　AIS：简明创伤分级(Abbriviated Injury Scale)

　　ATD：碰撞试验假人(Anthropomorphic TestDevice)

　　HIC：头部损伤准则(Head Injury Criterion)

　　Nij：颈部损伤准则(Neck Injury Criterion)

　　CFC：滤波(Channel Frequency Class)

　　UAV：无人机(Unmanned Aerial Vehicle)

　　5 人体碰撞损伤评估准则

　　5.1 概述

　　根据 FMVSS 208 制定人体碰撞损伤评估准则，包含两类，其中头部碰撞试验评估准则包括头部损伤准则和颈部损伤准则;胸部碰撞试验评估准则包括胸部损伤准则。本标准的损伤评估准则均针对

　　HybridⅢ 50 百分位成人假人。

　　5.2 头部损伤准则(HIC)

　　撞击 50 百分位假人头部试验，测得头部最大合成加速度(单位为 g)，按公式(1)计算头部 HIC。

　　HIC max ……………………………

　　式中：

　　t1 ——积分时间间隔的起始时刻;

　　t2 ——积分时间间隔的结束时刻;

　　a(t)——碰撞过程中头部质心的合成加速度(单位为 g)。

　　t2 、t1 的选择要保证 HIC 在t2 -t1 时间段内取最大值，t2 -t1 ≤15ms (HIC15)。假人头部 HIC 值对应的不同损伤等级下概率曲线如图 1 所示，通过该曲线可以查得无人机碰撞假人头部时，HIC 对应的特定损伤等级下的损伤概率。

　　图 1 假人头部 HIC 值对应的不同损伤等级下概率曲线

　　5.3 颈部损伤准则(Nij )

　　撞击 50 百分位假人头部试验，测得各采样时刻上颈部轴向力(单位为 N)和俯仰力矩(单位为 Nm)，按公式(2)计算颈部损伤Nij 。

　　N ……………………………………………(2)

　　式中：

　　Fz ——轴向力;

　　My ——俯仰力矩;

　　Fint ——轴向力临界值，Fint (拉伸)=6806N ，Fint (压缩)=6160N;

　　Mint ——俯仰力矩的临界值，Mint (前屈)=310Nm，Mint (后伸)=135Nm。

　　Fz 为传感器采集的数据;My 按照公式(3)进行换算：

　　M = M (s)- Fx.d …………………………………………(3)

　　式中：

　　My (s)——传感器采集的俯仰力矩;

　　Fx ——传感器采集的剪切力;

　　d ——传感器中心到头颈部交界面的距离，根据SAE J1733-2007 第 8 章第 1 节，取值为 17.78mm。

　　假人颈部损伤对应的不同损伤等级下概率曲线如图 2 所示，通过该损伤概率曲线可以查得无人机碰撞假人头部时，颈部Nij 对应的特定损伤等级下的损伤概率。

　　5.4 胸部损伤准则(Chest Injury Criterion)

　　撞击人体胸部试验，使用碰撞过程中采集的胸部压缩量(Dchest)最大值进行评价。假人胸部损伤对应的不同损伤等级下概率曲线如图 3 所示。通过该损伤概率曲线可以查得无人机碰撞假人胸部时，胸部最大压缩量对应的损伤概率。

　　图 2 假人颈部损伤对应的不同损伤等级下概率曲线

　　图 3 假人胸部损伤对应的不同损伤等级下概率曲线

　　6 试验通则

　　6.1 试验目的

　　验证或确定民用轻小型无人机碰撞人员关键部位时对人员产生的伤害等级。

　　6.2 试验条件和要求

　　6.2.1 技术文件

　　试验前应准备以下文件：

　　a) 试验相关设计文件、图样及接口文件;

　　b) 产品说明书、操作手册、维护手册等。

　　6.2.2 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;

　　c) 试验件应有合格证等质量检验证明。

　　6.2.3 试验设备和仪器

　　6.2.3.1 试验设备

　　用于试验的设备应有合格证，设备应该经过检定和校准，并在有效期内，满足预期的使用要求。所使用的试验设备要求如下：

　　a) 动力加载装置：通过调节动力压力可控制无人机的发射速度，速度范围 5m/s～25m/s;

　　b) 速度测量装置：用于测量无人机飞行速度以及实际撞击速度，不应干涉无人机飞行，速度测量精度应控制在±0.1m/s 以内;

　　c) 锁止与释放装置：该装置在发射指令下达前锁住加载滑台，在得到发射指令时释放加载滑台;

　　d) 碰撞试验假人：Hybrid Ⅲ第 50 百分位男性假人;

　　e) 假人支持机构：用于固定假人的工装，能够调节高度和俯仰角度;

　　f) 缓冲装置：用于在滑轨终端拦阻加载滑台，且不能干涉无人机的运动轨迹，且不能反向推弹加载滑台。

　　6.2.3.2 试验仪器

　　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，所有测试仪器应满足预期的使用要求。所使用的试验仪器要求如下：

　　a) 高速摄像：用于记录撞击后叶片的运动和撞击响应状态，拍摄帧率不小于 1000 帧/秒;

　　b) 数据采集系统：用于试验中假人物理量的采集与处理，采样率不小于 5000Hz。

　　6.2.4 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，并具备相应级别的职业认证/岗位认证。

　　6.3 试验环境要求

　　除特殊规定，试验应在下述条件的环境下进行：

　　a) 温度：室内 15℃~35℃;

　　b) 相对湿度：20%～80%;

　　c) 气压：84kPa～106kPa。

　　6.4 试验中断和恢复

　　试验中断和恢复处理方法如下：

　　a) 试验中出现下列情况之一终止试验：

　　1) 试验件关键指标(如：最大平飞速度)不合格;

　　2) 试验件因故障不能正常工作，且不能修复;

　　3) 试验环境超过试验条件的要求。

　　b) 试验中出现下述情况时应恢复试验：

　　1) 个别试验项目不合格，已找出原因并纠正;

　　2) 试验过程中出现安全隐患，已找出原因并消除后;

　　3) 维修与调整中改变了原设计;

　　4) 更换了影响试验件技术性能的元器件或组件。

　　6.5 试验报告

　　除另有规定外，试验报告应至少包括以下内容：

　　a) 试验件产品型号、样品及供应商信息;

　　b) 试验件全貌和关键部件照片;

　　c) 试验依据;

　　d) 试验项目;

　　e) 试验结果和测试数据;

　　f) 试验件及假人试验后的照片;

　　g) 其他观测结果。

　　7 试验方法

　　7.1 试验项目

　　无人机水平冲击试验包括以下项目：

　　a) 无人机假人头部撞击试验;

　　b) 无人机假人胸部撞击试验。

　　7.2 试验测量参数

　　除另有规定外，试验测量参数应至少包括以下内容：

　　a) 试验件撞击速度：通过速度测量装置进行测量;

　　b) 假人头部加速度：通过假人内部加速度传感器进行测量;

　　c) 假人颈部力和力矩：通过假人内部载荷传感器进行测量;

　　d) 假人胸部压缩量：通过假人内部位移传感器进行测量;

　　e) 试验件撞击位置：通过高速摄像判断试验件撞击位置。

　　7.3 试验程序

　　7.3.1 试验准备

　　试验检查工作包括：

　　a) 检查试验件的外观、配置、数量， 工作人员对整套系统进行拍照。作好试验登记表记录， 记录地点、时间、试验场地、试验环境、人员、数量信息;

　　b) 检验员对试验安装状态进行检查;

　　c) 经检验员和试验提出方批准后方可进行试验。

　　7.3.2 试验安装

　　试验安装工作包括：

　　a) 假人安装：假人固定在假人支持机构上，根据撞击点和撞击角度调节假人支持机构，进而改变假人的安装状态;

　　b) 无人机安装：利用约束装置将无人机安装在加载滑台上，要求无人机稳固不滑脱，安装状态应满足无人机实际水平飞行状态要求;

　　c) 数据采集系统安装、调试： 连接测量导线，开启数据采集仪器、检查传感器信号， 确保其工作正常;

　　d) 安装高速摄像机：假人两侧分别摆放一台高速摄像机。

　　7.3.3 试验加载

　　将无人机置于滑台上，利用约束装置限定无人机在滑台上的位置，发射前由锁止与释放装置锁紧滑台。通过动力加载装置提供无人机运动的动力， 一般为气体推进方式提供加载，当发射压力达到所需值时，锁止与释放装置释放滑台，滑台携带无人机沿着滑轨运动，滑台在滑轨末端撞击缓冲装置，无人机突破约束装置的限制，与滑台分离，撞击假人。无人机水平冲击试验原理图见图 4。

　　标引序号说明：

　　1——动力加载装置;

　　2——锁止与释放装置;

　　3——滑台;

　　4——无人机;

　　5——滑轨;

　　6——缓冲装置;

　　7——假人;

　　8——假人支持机构;

　　9——高速摄像机。

　　图 4 无人机水平冲击试验原理图

　　7.3.4 试验步骤

　　7.3.4.1 无人机假人头部撞击试验

　　无人机假人头部撞击试验步骤如下：

　　a) 试验系统的调试，得到试验件最大平飞速度所需的加载参数，并调试数据采集系统和高速摄像系统等;

　　b) 调节假人安装高度和姿态，使试验件撞击方向对准假人头部前额部位，无人机水平撞击假人头部示意图见图 5;

　　c) 根据调试时的设定参数输入到动力加载装置，并开始加载;

　　d) 检查各个部分是否就绪，就绪后发射无人机;

　　e) 恢复各开关至原始位置;

　　f) 各测量设备操作员及高速摄像人员保存数据，现场人员清理现场;

　　g) 检查试验件的变形和破损情况，填写试验现场记录表;

　　h) 关闭试验电源和气源，试验结束。

　　图 5 无人机水平撞击假人头部示意图7.3.4.2 无人机假人胸部撞击试验

　　无人机假人胸部撞击试验步骤如下：

　　a) 试验系统的调试，得到试验件最大平飞速度所需的加载参数，并调试数据采集系统和高速摄像系统等;调节假人安装高度和姿态，使试验件撞击方向对准假人胸部，无人机水平撞击假人胸部示意图见图 6;

　　b) 根据调试时的设定参数输入到动力加载装置，并开始加载;

　　c) 检查各个部分是否就绪，就绪后发射无人机;

　　d) 恢复各开关至原始位置;

　　e) 各测量设备操作员及高速摄像人员保存数据，现场人员清理现场;

　　f) 检查试验件的变形和破损情况，填写试验现场记录表;

　　g) 关闭试验电源和气源，试验结束。

　　图 6 无人机水平撞击假人胸部示意图

　　7.3.5 试验后检查

　　对试验件进行全面的检查，并按有关技术文件规定对试验件进行功能性能检测，记录检测结果。

　　7.4 试验数据采集和处理

　　试验中传感器每一通道的满刻度的校准范围都为测试数据提供了足够的动态范围，数模转换器的取样数据的分辨率不小于输入满刻度的百分之一。试验后， 假人头、颈、胸部位的传感器采集的数据需要进行滤波，具体的滤波频率见表 2 所示。

　　表 2 需进行滤波处理的试验数据

　　7.5 试验结果评定

　　7.5.1 试验结果有效性评定

　　试验必须同时满足以下要求，试验结果方可视为有效：

　　a) 试验开始前试验件结构保持完整，未有结构损伤;

　　b) 试验件实际撞击速度与目标值的误差在±0.5m/s 以内;

　　c) 试验件实际撞击位置偏与目标值的误差在 2cm 以内。

　　7.5.2 试验结果伤害风险评估

　　基于试验测试结果，结合第 5 章中第 2 到 4 节人体碰撞损伤准则对无人机碰撞人体造成的不同等级下的损伤风险进行评估。