工業級無人機系統試飛驗證需求分析

袁野 張濤

工業級無人機系統已經越來越多地參與到工業生產活動當中，在方便生產生活、提高生產效率的同時，工業級無人機系統的質量和安全問題也日益凸顯，質量低劣的產品將嚴重影響人們的生命財產安全和無人機產業市場秩序。如何規范工業級無人機系統的研發和生產，是當前無人機產業面臨的一個重要問題。

2015年以來，隨著無人機系統研發技術逐漸成熟，制造成本大幅降低，我國無人機系統在各個領域開始了大規模的拓展，2015年也被稱為“無人機元年”。無人機系統按用途分類分為軍用無人機系統和民用無人機系統，民用無人機系統按照功能和重量不同又分為工業級無人機系統和消費級無人機系統。消費級無人機一般體積小、重量輕、飛行高度低，其上搭載的多是照相機、攝像機等設備，多以滿足消費者的娛樂需求為目的。工業級無人機系統現階段被應用于農業植保、物流運輸、安保消防以及設施環境巡檢等民用領域。目前工業級無人機系統的市場份額雖不及消費級無人機，但潛在的市場需求更加旺盛。2016年至2017年全球工業級無人機系統行業發展規模由27.99億美元增長至36.89億美元。根據預測，全球工業級無人機系統的發展速度將超過軍用和消費級無人機系統，成為刺激各國經濟發展的一個重要產業。不過，由于工業級無人機系統重量更大、飛行高度更高、結構和功能更復雜，使用過程中的質量和安全問題日益凸顯，開展工業級無人機系統試飛驗證，對于提高工業級無人機系統安全性、規范產品研發和生產意義重大。

工業級無人機系統試飛驗證現狀和需求分析

民用無人機系統試飛驗證現狀

民用無人機作為一種飛行器，其飛行屬性要求它具有非常高的通用質量特性。對于有人機，無論是民機還是軍機，在交付用戶使用之前都需要在專業的試飛驗證機構中接受嚴格的試飛鑒定。目前，針對民用無人機系統的試飛，各研發單位和生產廠家大多委托給地方性的檢測機構和研究所，其中具有代表性的地方性試飛機構是位于上海的民用無人機試飛運行基地。這些試飛機構對提高無人機系統的通用質量特性有諸多促進作用，但也存在著一些不足，主要有以下幾個方面：

（1）試飛驗證配套設備設施不齊全;

（2）試飛驗證數據不共享;

（3）試飛驗證結果權威性不高;

（4）檢測驗證標準不統一;

（5）缺乏頂層試飛驗證標準。

上述問題的存在，使得民用無人機系統的試飛驗證結果的被認可度較低，無法有效規范民用無人機系統的研發和生產。

民用無人機系統試飛驗證標準現狀

標準是一個行業的基礎，但與民用無人機產業迅猛發展相比，我國無人機系統的標準化工作略顯滯后。在國外，國際標準化組織、美國聯邦航空管理局、歐洲航空安全局都開展了大量的無人機系統標準化工作，用標準爭奪市場的控制權，標準已成為無人機系統產業競爭的制高點[1]。

在民用無人機系統檢測認證類文件方面，我國相繼出臺了無人機CR認證實施規則、《NY/T3213-2018植保無人機質量技術評價規范》等文件。

無人機CR認證實施規則規定了民用無人機的基礎安全和基礎性能方面的要求及實驗方法，包括一般安全、安全保護功能、環境適應性、電磁兼容性等測試項目，但該技術規范僅適用于以電力驅動的、空機質量小于等于116kg的民用無人機系統。

《NY/T3213-2018植保無人機質量技術評價規范》對植保無人機系統有關質量安全的手動/自動模式的可切換性、飛行精度、續航能力等指標做出了規定，同時對檢驗方法給出了要求，但未對應用于其他行業的無人機系統給出要求。

由此可見，這些標準的使用范圍都有一定的局限性，且在試飛驗證方面缺乏具體驗證方法和組織管理等方面的規定，這導致民用無人機系統試飛驗證缺乏標準規范的有力支撐，同時容易造成整個行業的無序發展。

工業級無人機系統試飛驗證必要性

2017年12月，工業和信息化部在頒布的《促進和規范無人機制造業發展的指導意見》中提出，要加強民用無人機試驗檢測認證、試飛驗證等技術和方法研究，強化產品安全檢測認證，構建基于安全性的民用無人機系統及關鍵零部件檢驗檢測認證體系。進行工業級無人機系統試飛驗證，正是構建該體系的重要一環。

那么，為何要針對工業級無人機系統進行試飛驗證，筆者認為主要有以下4方面原因：

（1）工業級無人機系統的需求直接來自于某個行業，搭載的任務載荷形勢多樣，結構功能復雜。需實現工業三防，在雨雪天氣、高原、高寒、高溫、高濕、電磁干擾等復雜環境下正常工作。這就對工業級無人機系統的安全可靠性提出了高要求;

（2）結構功能的復雜化使產品的質量問題凸顯，安全與可靠性降低。據統計，工業級無人機系統的事故率為1×〖10〗^（-6）h，與有人機相比，民用無人機系統的事故率高出了一個數量級。因此，針對工業級無人機系統的通用質量特性進行試飛驗證，是鑒別產品是否具備工業級水準的重要考量;

（3）結構功能的復雜化使得無人機使用人員在使用和維護無人機的過程中對用戶技術資料的依賴程度越來越高。用戶技術資料編寫的正確性、合理性、完整性和使用便捷性對飛行安全至關重要。因此，對用戶技術資料的驗證工作亦需要結合在試飛驗證過程中進行;

（4）民用無人機系統行業蓬勃發展，幾乎每天都有從事無人機研發制造的公司成立，然而生產的產品質量良莠不齊，劣質產品嚴重擠壓優質產品的市場空間。工業級無人機系統由于應用的廣泛性和復雜性，其產品質量是否合格更加關鍵。通過試飛驗證，可淘汰劣質產品，從而達到規范市場秩序的目的。

開展工業級無人機系統試飛驗證的建議

制定工業級無人機系統試飛驗證組織流程

工業級無人機系統的試飛驗證應遵循一定的組織流程，一般的試飛組織流程包括試飛任務輸入、試飛大綱編制、試飛科目分解、無人機系統試飛和鑒定報告編制等內容。圖1展示了試飛組織流程。

（1）試飛任務輸入

試飛任務應根據飛行試驗需求進行確定。工業級無人機系統的飛行試驗需求包括兩個部分：適航審定需求和研制需求。適航條例中的各項條款明確規定了飛機要取得適航證需滿足的各項要求，這些要求是試飛任務的主要組成部分。另外，還應根據設計方的研制需求制定具體的試飛任務。

（2）試飛大綱編制

根據試飛任務進行試飛大綱的編制，主要內容應包括試飛科目、試飛總體規劃、試驗需求、試驗組織管理和試驗標準等內容。當試驗機完成全部試飛科目并符合要求后，就標志著該型號的試飛任務圓滿完成。

（3）試飛科目分解

根據試飛大綱的要求，對試飛科目進行分解，形成試飛任務單。試飛任務單是試飛科目的進一步分解和細化，是飛行試驗的最終執行性文件。

（4）無人機系統試飛

根據飛行試驗相關技術文件的要求，開展無人機系統試飛驗證。無人機系統的試飛驗證由無人機平臺和地面控制站兩部分組成。具體組成如圖2。

（5）鑒定報告編制

鑒定報告是試飛驗證的最終結論性文件，是一個型號能否取得適航證和滿足用戶需求的依據和參考。

建立工業級無人機系統頂層試飛驗證標準

在我國，軍用飛機的試飛驗證工作已進行了將近60年時間，形成了以GJB 1015《軍用飛機驗證要求》、GJB 5434《無人機系統飛行試驗通用要求》、GJB 624《軍用飛機科研試飛訓練要求》等標準為代表的完備的試飛驗證標準體系。民用飛機的試飛驗證雖起步較晚，2014年HB 8472《民用飛機飛行試驗通用要求》頒布實施。完善的軍民用飛機試飛驗證標準體系為工業級無人機系統試飛驗證標準的制定提供了良好的示范參考。

在編制工業級無人機系統試飛驗證標準時，可參考軍、民用飛機試飛驗證標準。標準的內容應包括術語和定義、試飛目的、試飛大綱、試飛資源、試飛測試、試飛的中斷和恢復、試飛質量安全、試飛科目以及試飛風險科目確定等要求。在最關鍵的試飛科目內容中，應對性能、操穩、飛控、震動、顫振、機構載荷、任務載荷、發動機、通信、導航、能源、自動飛行、防雨防冰防火、噪聲、主最小設備清單、通用質量特性等內容進行要求。

制定分級制試飛驗證方法

在我國現階段，中國飛行試驗研究院是我國唯一的經國家授權的鑒定試飛機構。空軍部隊、飛機設計研究所以及生產廠家也在逐步開展各自的鑒定試飛工作，積累了一定的技術經驗，但相關單位的數量依然較少。由此可見，如果由這些國家級單位承擔全部的工業級無人機系統的試飛驗證工作，雖然鑒定技術和鑒定結果的權威性能夠得到保障，但現有的試飛鑒定資源顯然無法與需要鑒定的工業級無人機系統的數量相匹配。另一方面，一些工業級無人機系統的機構和功能相對簡單，如交由國家級的鑒定機構和單位進行鑒定會存在過度鑒定的可能，將造成資源的浪費。

在目前的民用無人機系統適航審定方面也存在類似的問題。民航局針對這一問題，采取了分類審定的政策，將民用無人機系統的適航審定分成A類（開放類）、B類（特許類）和C類（審定類）三種類型。A類無人機系統僅需要進行實名制等級，不需要進行適航審定;B類無人機系統采取適航委任管理政策;C類無人機系統才需進行傳統的適航審定。在進行工業級無人機系統試飛驗證時，也可以類比民用無人機分類進行適航審定的方法，將工業級無人機系統根據起飛重量、尺寸、發動機數量、發動機類別、結構、功能和對周邊環境影響等條件分為3個類別。A類產品無需進行試飛驗證;B類產品由地方性質的無人機研制生產單位、團體或檢測機構進行試飛驗證;C類產品則交由國家級的試飛驗證機構進行試飛驗證。這樣，就能夠利用有限的試飛資源對需要試飛驗證的工業級無人機系統進行有效驗證。

制定用戶技術資料驗證要求

用戶技術資料是在飛機的全壽命周期內承制方交給使用方（用戶）以保證飛機使用和維修所需的全部技術資料。無論航空器的初始設計可靠性多高，一旦投入使用后，正確地使用和維修才是保持其固有設計水平和可靠性的基礎，而正確地使用和維修則需要通過航空器制造商制定準確詳盡、便于使用的持續適航文件來保證。為滿足民航局的要求和用戶的需求，必須對用戶技術資料進行驗證。

對用戶技術資料的驗證方法主要是符合性驗證。符合性驗證分為書面驗證和結合試飛驗證。書面驗證是指驗證用戶技術資料的內容，將之與設計數據、試驗試飛數據、工藝規范、無人機系統構型等進行對比分析，以確保用戶技術資料的正確性。結合試飛驗證包括地面操作驗證和飛行驗證，具體如下：

（1）地面驗證：結合工業級無人機系統地面工作，包括拆裝類、定周期類、停放類和排故類等工作，對用戶技術資料規定的操作流程、操作方法和工作時機進行驗證;

（2）飛行驗證：結合工業級無人機系統試飛科目，對用戶技術資料中規定的正常操作方法、應急處置方法和主最小設備清單進行驗證

結束語

工業級無人機系統試飛驗證是一項系統性工程。本文介紹了工業級無人機系統試飛驗證現狀，分析了開展試飛驗證的緊迫性和必要性。結合軍、民用飛機試飛驗證相關經驗和成果，提出了工業級無人機系統試飛驗證幾點建議，對工業級無人機系統試飛驗證領域進行了有益探索。

（參考文獻：略。如有需要，請聯系編輯部。）