高清可复制 HB 8686-2021 民用轻小型无人机碰撞安全性试验方法： 叶片割伤刺伤试验

　　ICS 49.020 V 35

　　HB 8686-2021

　　民用轻小型无人机碰撞安全性试验方法：

　　叶片割伤刺伤试验

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

　　blade cutting and stabbing 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

　　本文件按照 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。

　　本文件由中国航空工业集团有限公司提出。

　　本文件由中国航空综合技术研究所归口。

　　本文件起草单位：中国飞机强度研究所、中国航空综合技术研究所、西北工业大学、北京交通大学、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。

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

　　民用轻小型无人机碰撞安全性试验方法：

　　叶片割伤刺伤试验

　　1 范围

　　本文件规定了民用轻小型无人机旋翼叶片对人体割伤刺伤等锐性伤害的测试与评估方法，包括人体锐性伤害等级、试验目的、试验条件、试验测试参数、试验程序及试验结果评定等。

　　本文件适用于最大起飞重量在 0.25kg～25kg 之间的民用轻小型旋翼类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， 仅所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 民用无人机驾驶航空器分类及分级

　　GB/T 38152 无人驾驶航空器系统术语

　　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合于本文件。

　　3.1

　　仿人皮肤 bionic skin

　　人体皮肤的替代物，与人体皮肤具有近似穿刺物理属性，用于替代人体皮肤进行锐性伤害试验。

　　3.2

　　锐性伤害 sharp injury (SI)

　　利器穿刺或切割等引起皮肤组织结构破坏或功能障碍的损伤形式。

　　3.3

　　滑台 sled

　　无人机或等重自转电机组件沿着滑轨运动的支持装置。

　　3.4

　　锐性伤害等级 sharp injury level

　　人体皮肤受到利器割伤或刺伤时的伤害严重性程度。

　　4 人体锐性伤害等级

　　将民用轻小型无人机旋翼叶片对人体的锐性伤害分为 5 级，具体见表 1。

　　表 1 人体锐性伤害(SI)分级表

　　5 试验通则

　　5.1 试验目的

　　验证或确定民用轻小型无人机旋翼叶片对人体的锐性伤害等级。

　　5.2 试验条件

　　5.2.1 技术文件

　　民用轻小型无人机旋翼叶片试验之前应当准备以下文件：

　　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。

　　5.2.2 试验件

　　5.2.2.1 无人机及其旋翼叶片

　　无人机及其旋翼叶片应满足以下要求：

　　a) 无人机应与提交的产品资料内容相符，旋翼叶片应有企业合格证等质量检验证明;

　　b) 对于附带叶片防护装置的无人机产品，应同时考虑安装叶片防护装置前后的锐性伤害;

　　c) 试验中旋翼叶片旋转速度应能够达到最大使用速度，旋翼叶片的运行状态应与实际使用状态一致。

　　5.2.2.2 仿人皮肤

　　仿人皮肤应满足以下要求：

　　a) 仿人皮肤可为人造皮肤，选用的仿人皮肤应使用 1mm 平头钨棒以 15mm/s 的穿刺速度进行厚度为 2mm～3mm 的穿刺试验，穿刺力大小应在 2N～4N 范围内;

　　b) 仿人皮肤长度及宽度应大于被试无人机旋翼叶片旋转直径的 1.5 倍。

　　5.2.3 试验设备和仪器

　　5.2.3.1 试验设备

　　用于产品检验的仪器设备(包括专用设备)应经检定或校准合格并在有效期内，使用的主要陪试设备应满足预期的使用要求：

　　a) 蓄能装置：通过调节动力压力可以控制无人机发射速度，速度调节范围至少应为 0m/s～25m/s，其中发射速度 0m/s～5m/s 范围内的误差应控制在±0.1m/s 以内，发射速度 5m/s～25m/s 范围内的误差应控制在±0.5m/s 以内;

　　b) 水平线性自由飞加载装置：通过终端可以控制无人机的飞行速度，应保证目标速度与调节速度之间的误差控制在±0.5m/s 以内;

　　c) 等重自转电机组件：由电机、旋翼叶片、配重块、滑台等组成的无人机整机替代装置， 等重自转电机组件重量与无人机整机重量误差应控制在±5%以内;

　　d) 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;

　　e) 高速摄像装置：用于记录撞击后叶片的运动和撞击响应状态，拍摄帧率应≥1000 帧/秒;

　　f) 试验靶架装置：用于调节仿人皮肤的安装位置和安装角度，安装位置精度应≤1mm，安装角度精度应≤1˚。

　　5.2.3.2 试验仪器

　　用于试验的仪器、测量设备应经检定或校准，并在有效期内，满足预期的使用要求：

　　a) 游标卡尺：用于测量仿人皮肤伤口长度、深度，测量精度为±0.02mm;

　　b) 转速测量仪：用于测量叶片旋转的转速，测量精度应≤0.2%。

　　5.2.4 人员要求

　　试验人员应能够熟练操作试验件、测试设备， 应具备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。

　　5.2.5 试验场地

　　旋翼无人机叶片锐性伤害试验场地要求如下：

　　a) 推荐在室内场地进行试验;

　　b) 若不具备室内试验条件，可在室外场地进行，试验空域应满足无人机的飞行安全要求。

　　5.3 试验环境

　　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℃,室外温度应在制造商规定的工作温度范围内;

　　b) 相对湿度：20%～80%;

　　c) 气压：84kPa～106kPa;

　　d) 风速：室外露天场地进行试验时，环境风速不超过 2m/s。

　　5.4 试验中断与恢复

　　试验中断与恢复处理方法如下：

　　a) 试验中出现下列情况之一终止试验：

　　1) 试验件转速、质量等关键性指标不合格;

　　2) 试验件因故障无法正常工作，且不能修复;

　　3) 试验环境超出试验条件的要求。

　　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) 试验过程中出现了安全隐患，已找出原因并消除后;

　　3) 维修与调整中原设计被改变;

　　4) 影响试验件技术性能的元器件或组件被更换。

　　5.5 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) 试验件全貌照片;

　　c) 试验名称、地点、目的和依据;

　　d) 试验项目、顺序、日期和人员;

　　e) 试验设备、测量设备的标定情况;

　　f) 试验测试过程图片;

　　g) 试验结果;

　　h) 试验中出现的现象和现象的说明;

　　i) 测量数据、数据处理方法及处理结果;

　　j) 试验结论。

　　6 试验方法

　　6.1 试验项目

　　民用轻小型无人机旋翼叶片锐性伤害试验项目应包含两种：

　　a) 对于不带叶片防护装置的无人机产品，应以无人机最大飞行速度以及对应飞行速度下的旋翼叶片旋转速度进行最大伤害试验;

　　b) 对于带叶片防护装置的无人机产品，除了应进行最大伤害试验，还应对安装了叶片防护装置的旋翼叶片进行锐性伤害试验，以二者伤害较轻的数据作为结果。

　　6.2 试验测试参数

　　除另有规定外，试验测试项目应至少包括以下内容：

　　a) 试验件撞击速度：由速度测量装置进行测量;

　　b) 叶片旋转速度：由转速测量仪进行测量，为尽可能减少测量误差，应至少测量 3 次，并取多次测量结果的平均值;

　　c) 试验件撞击姿态：由图像处理软件计算分析试验件撞击姿态;

　　d) 仿人皮肤伤口长度及深度：由游标卡尺进行测量，为尽可能减少测量误差，应至少测量 3 次，取其中最大值作为最终测量结果;

　　e) 仿人皮肤伤口面积：采用最大长宽法分别测量伤口边到边的最大长度和与长径相垂直的最大宽度，长与宽相乘得出伤口估算面积。

　　6.3 试验程序

　　6.3.1 试验准备

　　除另有规定外，试验前应做以下准备：

　　a) 试验开始前，应确定试验程序、试验状态、试验参数量值等;

　　b) 检查试验场地、试验环境是否满足要求;

　　c) 检查试验件的外观、配置、数量， 对试验件称重，工作人员对试验件进行拍照。作好试验登记表记录，写明地点、时间、人员等信息;

　　d) 检测试验设备，确保设备能够正常运行，检测人员记录检测结果。

　　6.3.2 试验安装

　　试验安装工作包括：

　　a) 仿人皮肤安装：仿人皮肤固定在平板或柱形靶架上，应保证仿人皮肤安装牢固，试验前应根据撞击点和撞击角度调节仿人皮肤靶架，进而改变仿人皮肤的安装状态;

　　b) 无人机及其旋翼叶片安装：当选择蓄能装置水平加载方法时，将无人机及其旋翼叶片安装在滑台上，要求无人机及其旋翼叶片稳固不滑脱，安装状态应满足无人机及其旋翼叶片实际水平飞行状态要求;

　　c) 高速摄像机安装：仿人皮肤撞击点侧向和斜向分别摆放一台高速摄像机。

　　6.3.3 试验加载

　　6.3.3.1 蓄能装置水平加载(加载方法 1)

　　如图 1 所示，水平加载方法通过蓄能装置将装有无人机及无人机叶片试验件的滑台推行至指定速度，滑台在滑轨末端将试验件抛出，无人机及无人机叶片试验件被动飞行经过速度测量装置以及高速摄像装置后撞击目标物完成试验。对于不便于做整机试验的无人机， 可用装载有旋转叶片的等重自转电机组件代替无人机整机进行试验。

　　标引序号说明：

　　1——蓄能装置;

　　2——试验件;

　　3——滑台;

　　4——滑轨;

　　5——速度测量装置;

　　6——试验靶架装置;

　　7——高速摄像装置。

　　图 1 无人机水平加载试验方法示意图

　　6.3.3.2 水平线性自由飞加载(加载方法 2)

　　如图 2 所示，该方法主要通过无人机自由飞行撞击的方式进行，无人机通过远程控制器控制悬停与水平飞行运动，在下达飞行指令后，无人机应在与撞击目标物同高度且距离足够远的位置处向前自由飞行并加速到最大飞行速度，无人机及无人机叶片试验件按照预期航线飞行撞击目标物完成试验。

　　标引序号说明：

　　1——试验件;

　　2——速度测量装置; 3——试验靶架装置; 4——高速摄像装置。

　　图 2 无人机水平线性自由飞试验示意图

　　6.3.4 试验步骤

　　民用轻小型无人机旋翼叶片割伤刺伤试验步骤如下：

　　a) 调试试验系统，得到试验件所需工况的加载参数，并调试速度测量装置和高速摄像装置等;

　　b) 调节试验件安装高度和姿态，使试验件撞击方向对准撞击点位置;

　　c) 根据调试时的设定参数准备试验加载;

　　d) 检查各个部分是否就绪，就绪后开始试验;

　　e) 安全员、操作员及指挥员恢复各设备至原始位置;

　　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、仿人皮肤的锐性伤害情况等， 对试验结果进行拍照，填写试验现场记录表。

　　6.3.5 试验后检查

　　对试验件的结构和功能进行全面的检查，记录检测结果。

　　6.4 试验结果评定

　　6.4.1 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) 试验件撞击速度测量值与目标值的偏差在±0.5m/s 以内;

　　c) 无人机旋翼叶片旋转速度测量值与目标值的偏差在±3%以内。

　　6.4.2 试验结果伤害等级评定

　　基于试验测试结果，结合表 1 中人体锐性伤害等级要求进行无人机叶片锐性伤害等级评定。