装 备 环 境 工 程
第19卷 第2期
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EQUIPMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING 2022年2月
收稿日期：2021-07-13；修订日期：2021-08-13 Received ：2021-07-13；Revid ：2021-08-13
作者简介：徐静（1981—），女，硕士，高级工程师，主要研究方向为环境可靠性试验与电磁兼容试验。
Biography ：XU Jing (1981—), Female, Master, Senior engineer, Rearch focus: environmental reliability test and EMC test.
引文格式：徐静, 赵毅, 潘勇, 等. 基于GB/T 38924—2020民用轻小型无人机系统环境试验方法浅析[J]. 装备环境工程, 2022, 19(2): 078-084.
XU Jing, ZHAO Yi, PAN Yong, et al. Simple Analysis of Environmental Test Method for Civil Light and Small Unmanned Aerial Vehicle System Bad 基于GB/T 38924—2020民用轻小型无人机
系统环境试验方法浅析
徐静，赵毅，潘勇，胡德隆，尹江梅
（山东省产品质量检验研究院，济南 250100）
摘要：为了提高民用轻小型无人机企业产品质量，提高相关环境试验人员的综合试验能力，提升行业检测技术水平，以GB/T 38924—2020系列为基础，对民用轻小型无人机环境试验方法进行了浅析。描述了民用轻小型无人机系统环境试验受到的影响因素，主要有气候环境因素和机械环境因素。对气候环境试验方法、机械环境试验方法进行了对比分析和技术归纳。根据GB/T 38924—2020系列对具体试验参数进行分析，温度试验的温度变化速率均不大于3 ℃/min ；低气压和高气压试验的压力变化速率不大于4.8 kPa/min ；盐雾试验分为连续喷雾方式和间歇喷雾方式；防水性试验的主要参数是雨滴直径和喷水量；砂尘试验的主要参数是尘浓度、砂浓度、吹尘风速和吹砂风速；冲击试验的主要参数是峰值加速度和脉冲时间，振动试验的主要参数是功率谱密度、振幅、加速度、扫频速率，冲击试验和振动试验参数应根据无人机类型和起飞质量来选取。根据相关标准选，取冲击试验和振动试验某个试验参数进行试验实施，并给出试验曲线。试验结果可靠，并对部分环境试验提出几点方法建议。
关键词：民用轻小型无人机；气候环境试验；机械环境试验；GB/T 38924—2020
中图分类号：V216 文献标识码：A 文章编号：1672-9242(2022)02-0078-07 DOI ：10.7643/ issn.1672-9242.2022.02.013
greeting
弋果美语Simple Analysis of Environmental Test Method for Civil Light and Small Unmanned
Aerial Vehicle System Bad on GB/T 38924—2020
XU Jing , ZHAO Yi , P AN Yong , HU De-long , YIN Jiang-mei
(Shandong Institute for Product Quality Inspection, Jinan 250100, China)
ABSTRACT: This paper aims to improve the product quality of civil light and small unmanned aerial vehicle (UA V) enter-pris, to improve the comprehensive test ability of relevant environmental test personnel, and to improve the technical level of industry tests. On the basis of GB/T 38924—2020 ries standards, the environmental test methods of civil light and small un-manned aerial vehicles (UA V) were analyzed. In this paper, the influence factors of the environmental test of civil light and small unmanned aerial vehicle (UA V) systems are analyzed, mainly including the climatic and mechanical environmental fac-tors. The climatic environmental test method and mechanical environmental test method were compared and analyzed. Accord-
航空航天装备
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第19卷第2期徐静等：基于GB/T 38924—2020民用轻小型无人机系统环境试验方法浅析·79·
ing to GB/T 38924—2020 ries standards, the specific test parameters were analyzed. The temperature change rate of tempera-ture test is not more than 3 ℃/min; the pressure change rate of low pressure and high-pressure test is not more than 4.8 kPa/min;
the salt spray test is divided into continuous spray mode and intermission spray mode. The main parameters of the waterproof-ness test are raindrop diameter and spray water quantity. The main parameters of the sand and dust test are dust concentration and sand concentration. Dust-blowing velocity and sand-blowing velocity; the main parameters of the impact test are peak ac-celeration and pul time. The main parameters of the vibration test are spectral density, amplitude, acceleration and sweep fre-quency rate, the test parameters of shock test and vibration test should be lected according to the type of unmanned aerial ve-hicle (UA V) and take-off weight. According to the relevant standards, a test parameter of shock test and vibration test were -lected to carry out the test, and the test curves were obtained. The test results are reliable, and some suggestions f
or some envi-ronmental tests were put forward.
KEY WORDS: civil small and light UAV; climatic environmental test; mechanical environmental test; GB/T 38924—2020
近年来，随着集成制造的普及，无人机基础零部件生产开始迈向小型化、低成本、低能耗方向发展，无人机制造成本不断走低，同时伴随着人工智能、5G 通信等新技术的逐步完善应用，民用无人机行业迎来新的发展机遇，行业在良好的发展环境中迅速增长，行业规模不断扩大。民用无人机在国内外快速发展，广泛应用于各个领域，如航拍测绘、应急救援、电力巡检、快递送达、环境监测等[1-3]。随着无人机行业的飞速发展，应用领域的扩大，民用轻小型无人机生产企业日益增多，问题随之出现，监管体系的不完善，行业标准的缺失，导致生产民用无人机技术含量低，产品质量与作业成效差距很大，存在严重的安全隐患[4]。因此，对民用无人机系统行业的监管需求增加，如何提高民用轻小型无人机产品的质量，成为重中之重。环境因素对无人机产品在使用过程中有较大的影响，要提高产品质量，急切需要制定行业技术标准。2020年7月21日，GB/T 38924—2020民用轻小型无人机系统环境试验方法系列国家标准的发布，为民用轻小型无人机系统环境试验方法提供了标准指南，为企业生产提供了技术支持，为质检行业提供了检验指南。
1 气候环境试验方法分析
1.1 气候环境因素的影响
由于天气气候多变，民用轻小型无人机系统在实际使用过程中，遇到不可预估的气候环境会导致产品电子元器件不能正常工作，严重影响产品性能及使用[5-6]。在进行气候环境试验时，应根据无人机寿命期环境剖面，确定可能遇到的各种气候环境，选择暴露试验、贮存试验等试验方式，来考核无人机在气候环境条件下的环境适应性[7]。对民用无人机系统气候环境影响的因素主要有低温、高温、湿热、气压、雨淋、风沙、盐雾等。在这些因素的作用下，机体结构会发生膨胀变形、开裂和脆断，产品性能也会发生变化，会引起不同机械零部件之间相互咬死，电子元器件失效，使得无人机可靠性降低，性能降低，导致各类故障发生[8-9]。
1.2 试验标准
GB/T 38924—2020系列适用于起飞质量为0.25~ 150 kg的民用轻小型无人机系统（包括飞行器和地面站）环境试验。GB/T 38924—2020系列中气候环境因素试验标准及试验项目见表1。
表1 气候环境因素试验标准及试验项目
Tab.1 Climatic environmental factor test standards and test items
标准试验项目
GB/T 38924.2—2020 低温试验
GB/T 38924.3—2020 高温试验
GB/T 38924.4—2020 温度和高度试验
GB/T 38924.7—2020 湿热试验
bleachingGB/T 38924.8—2020 盐雾试验
GB/T 38924.9—2020 防水性试验
GB/T 38924.10—2020 砂尘试验
1.3 高低温试验
高低温试验严酷等级的制定需要考虑民用轻小型无人机系统使用地域环境极限温度、电池使用极限温度、产品本身电子元器件性能特点以及温度变化速率，来确定试验极限温度值以及试验时间。
GB/T 38924.2—2020[10]规定了民用轻小型无人机系统环境试验的低温试验方法，包括低温贮存试验和低温工作试验。低温贮存温度根据使用地域进行划分，寒带为‒45 ℃，温带为‒30 ℃，热带为‒0 ℃，
试验持续时间推荐温度稳定后再保持24 h。低温工作试验温度根据飞行器和地面站两种情况和使用地域进行了详细的规定，最低温度为‒45 ℃（寒带），最高温度为0 ℃（热带），试验持续时间推荐温度稳定后继续保持2 h。
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GB/T 38924.3—2020[11]规定了民用轻小型无人机系统环境试验的高温试验方法，包括高温贮存试验和高温工作试验。高温贮存试验温度为70 ℃，试验持续时间推荐温度稳定后再保持3 h 。高温工作温度如果有关文件未规定试验温度，则推荐飞行器和地面站的舱外部分高温工作温度为55 ℃，地面站的舱内部分高温工作温度为40 ℃，试验持续时间推荐温度稳定后再保持2 h 。高低温试验规定的温度变化速率均不大于3 ℃/min 。
高低温试验所用到的试验箱（室）能力应满足高低温试验各个温度点的要求。试验设备内，空气循环和温度控制系统应能保证受试设备周围的温度在试验温度的容差范围内。试验设备检测精度至少为试验温度允许误差的1/3。试验设备容积应能保证受试无人机不影响规定的试验温度，试验设备容积和受试设备容积之比应至少为5:1，发热受试设备应能达到10:1。受试设备与箱壁距离应不小于10 cm 。试验设备内空气应进行循环，并且受试设备附近的风速不超过1.7 m/s 。
1.4 温度和高度试验
温度和高度试验严酷等级的制定需考虑民用轻小型无人机系统使用的最大海拔高度或飞行高度、受试设备高低温工作温度、气压和海拔高度的对应关系、温度变化速率和气压变化速率，来确定温度和气压值。GB/T 38924.4—2020[12]
规定了民用轻小型无人机系统环境试验的温度和高度试验方法，包括低温低气压试验和高温高气压试验。标准推荐给出的试验值见表2。温度变化速率不大于3 ℃/min ，压力变化速率不大于4.8 kPa/min 。
表2 温度和高度试验值
Tab.2 Temperature and height test requirements
试验项目 温度/℃ 气压/kPa 对应高度/m
‒40 40 7150
‒40 55 4850
低温低气压 ‒40 70 3000
55 40 7150
抚摩>laoyi
55 55 4850
高温高气压 55 70 3000
温度和高度试验箱（室）能力应满足低温低气压和高温高气压所要求的温度和气压范围。吸入试验箱（室）的空气应不会污染试验箱（室）内部和受试设备。
1.5 湿热试验
湿热试验严酷等级的制定需考虑民用轻小型无人机系统在交变湿热情况下的耐受能力，严酷等级值根据产品使用的区域和性能特点进行制定，来确定温度值和相对湿度值。GB/T 38924.7—2020[13]规定了民
用轻小型无人机系统环境试验的湿热试验方法。湿热
试验的起始温度为30 ℃，高温温度可以从40、45、50、55、60、65 ℃中选取，但不能超过受试设备的高温暴露极值。升温、降温阶段相对湿度应≥85%，高温、高湿阶段相对湿度应≥95%，温度容差为±2 ℃，相对湿度容差为±4%。
湿热试验设备的能力应满足试验要求的温度和湿度范围，应能保证受试设备周围的温度、湿度在试验要求的容差范围内。试验箱（室）的容积应能保证受试设备不影响规定的温湿度。受试设备与箱壁距离应不小于10 cm 。试验设备应有通气孔，保证试验箱（室）内外压力平衡。工作区域风速应在0.5~1.7 m/s 。试验设备产生湿气的水应是蒸馏水或者去离子水。
1.6 盐雾试验
盐雾试验严酷等级的制定需考虑民用轻小型无人机系统在盐雾环境中作业时间的长短，来确定是连续喷雾还是间歇喷雾以及喷雾时间。GB/T 38924.8— 2020[14]规定了民用轻小型无人机系统环境试验的盐
雾试验方法。根据民用轻小型无人机系统在盐雾环境
的使用要求，将无人机系统分为A 类B 类。A 类：长时间在内陆环境条件下作业，或偶尔会在沿海地区环境条件下作业的民用轻小型无人机系统；B 类：长时间在沿海地区环境条件下作业的民用轻小型无人
机系统。 盐溶液的要求是质量分数为5%±1%氯化钠水溶液，(35±2) ℃时，盐溶液的pH 值应为6.5~7.2。试验温度为(35±2) ℃，盐雾沉降率为1~2 mL/(80 cm 2·h)，应至少收集16 h 的盐溶液进行测量。
A 类设备的试验时间和喷雾方式：从4、8、24 h
选取，并进行连续喷雾。B 类设备的试验时间和喷雾方式：从8 h （2 h 喷雾+2 h 干燥交替进行，共进行2个周期）、16 h （4 h 喷雾+4 h 干燥交替进行，共进行2个周期）、48 h （12 h 喷雾+12 h 干燥交替进行，共进行2个周期）中选取，并进行间歇喷雾。 盐雾试验箱应满足严酷等级要求的温度范围以及能够实现连续喷雾和间歇喷雾功能，辅助设备应能实现盐溶液浓度和pH 的测量。 1.7 防水性试验
防水性试验考核民用轻小型无人机系统对水的防护能力，严酷等级的制定考虑受试设备常用作业区域雨淋环境以及暴露时间长短，来确定喷水量以及雨滴直径。GB/T 38924.9—2020[15]规定了民用轻小型无人机系统环境试验的防水试验方法。根据民用轻小型无人机系统的使用要求，将无人机系统分为A 类和B 类。A 类：偶尔会在淋雨环境条件下作业的民用轻小型无人机系统；B 类：长时间在淋雨环境条件下作业的民用轻小型无人机系统。
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第19卷第2期徐静等：基于GB/T 38924—2020民用轻小型无人机系统环境试验方法浅析·81·
A类设备的试验条件要求：雨滴直径为0.2~ 0.5 mm，喷水量为140~280 L/(m2·h)，持续时间为15 min。B类设备的试验条件比A类设备要严酷，雨滴直径为0.5~4.5 mm，喷水量为280~450 L/(m2·h)，持续时间为40 min。
防水性试验设备能力应能满足试验所要求的严酷等级值范围。试验设备应能产生一定压力的供水水源。在25 ℃下，水的pH值应为6.5~7.2。
1.8 砂尘试验
砂尘试验考核民用轻小型无人机系统对砂尘的防护能力，严酷等级的制定考虑受试设备常用作业区域的砂尘环境，来确定吹尘或吹砂速度及其浓度。GB/T 38924.10—2020[16]规定了民用轻小型无人机系统环境试验的砂尘试验方法。根据民用轻小型无人机系统的使用要求，将无人机系统分为D类设备和S类设备。D类：作业过程中会经受吹尘影响的无人机系统，例如在未铺砌地面起降的无人机系统，该类设备应考虑吹尘试验。S类：作业过程中会经受吹砂和吹尘影响的无人机系统，例如在沙漠地区作业、起降的无人机系统，尤其是没有专门防砂尘措施的无人机系统。
我最喜欢的电视节目标准分别对吹尘试验条件和吹砂试验条件进行规定。尘质量浓度应保持在3.5~8.8 g/m3。根据受试设备使用的环境不同，试验用砂浓度也不同。对于只暴露在自然环境条件下的受试设备，砂的质量浓度为(0.18±0.2) g/m3；对于无防护储存措施或者可能在地面运行车辆附件作业的受试设备，砂的质量浓度为(1.1± 0.3) g/m3；对于可能在未铺砌地面上起降的直升机附件使用的受试设备，砂的质量浓度为(2.2±0.5) g/m3。吹尘风速应保持在2.4~8.9 m/s，吹砂风速应保持在18~29 m/s。国庆节贺语
试验箱内环境条件，第1阶段温度为(25±2) ℃，第2阶段温度为(55±2) ℃，相对湿度≤30%。吹尘方向
应在受试设备3个正交轴6个方向进行，每个阶段每个方向试验时间应大于等于1 h。
砂尘试验设备应满足严酷等级中要求的砂尘浓度、风速、温度、相对湿度控制的要求。注入系统应能维持试验箱（室）内有足够浓度、均匀的悬浮砂尘。试验设备应有良好的密封性，以免试验过程中泄漏砂尘，且有收集和回收装置。
2 机械环境试验方法分析
2.1 机械环境因素的影响
民用轻小型无人机系统环境试验方法除了考虑气候环境，还包括机械环境影响因素。由于无人机在运输过程中会发生颠簸，或者发生意外跌落，都有可能对产品造成损坏。无人机在作业使用过程中，自身因素引起的振动冲击，电流对振动的影响，都会造成产品的性能下降，机械环境因素对无人机结构和飞行可靠性影响较大[17-18]。机械环境因素试验标准主要包括GB/T 38924.5—2020、GB/T 38924.6—2020，分别对应冲击试验和振动试验。
2.2 冲击试验
冲击试验考核民用轻小型无人机系统对瞬间产生的机械冲击的耐受能力，严酷等级应考虑受试设备自身因素（设备类型、质量等）以及外界冲击因素（碰撞、意外跌落等）对其的影响，来确定峰值加速
度、脉冲时间以及冲击次数。GB/T 38924.5—2020[19]规定了民用轻小型无人机系统环境试验的冲击试验方法，将自由跌落试验写进了冲击试验方法中，并规定了跌落高度。冲击波形采用后峰锯齿波。根据受试设备类别和起飞质量（0.25~150 kg），对飞行冲击试验量值进行划分，规定标称脉冲时间为11 ms。试验轴向为三轴向，冲击次数为每个方向3次，主要区别在于峰值加速度量值不一样，最大6g，最小2.5g。
实验室以固定翼无人机为例，最大起飞质量大于0.25 kg，小于等于50 kg。根据GB/T 38924.5—2020中规定的冲击试验等级，峰值是5g，脉冲持续时间为11 ms，冲击次数每个方向3次，试验得到的曲线如图1所示。
图1 冲击试验曲线
Fig.1 Shock test curve .com. All Rights Rerved.
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冲击试验设备应能输出试验所要求的冲击激励波形、峰值加速度、脉冲时间。自由跌落试验用表面应是混凝土或是钢制成的平滑、坚硬的刚性表面。
2.3 振动试验
振动试验考核民用轻小型无人机系统在机械振动环境下的耐受能力，严酷等级应考虑受试设备自身因素（设备类型、质量、动力形式等）以及外界振动因素（运输等）对其的影响，来确定随机振动功率谱密度、正弦振动加速度、扫频速率以及振动时间。GB/T 38924.6—2020[20]规定了民用轻小型无人机系统环境试验的振动试验方法，包括标准振动试验和运输振动试验。其中，标准振动试验包括随机振动试验、正弦振动试验以及正弦加随机振动试验，运输振动试验条件包括随机振动试验条件和跑车试验条件。
根据受试设备类别、动力形式和起飞质量（0.25~ 150 kg）对试验量值进行定量划分。试验轴向为三轴向，试验时间为每个轴向1 h，试验频率范围和幅值见GB/T 38924.6—2020中附录A。实验室以GB/
T 38924.6—2020中运输振动试验的随机振动环境试验为例进行试验，参数见表3。试验曲线如图2所示。
表3 运输振动试验参数
Tab.3 Transport vibration test parameter value
垂直轴Y横侧轴Z纵向轴X
频率/Hz 功率谱密度/(g2·Hz‒1) 频率/Hz 功率谱密度/(g2·Hz‒1) 频率/Hz 功率谱密度/(g2·Hz‒1)
10 0.015 10 0.000 13 10 0.006 5
40 0.015 20 0.000 65 20 0.006 5
500 0.000 15 30 0.000 65 120 0.000 2
——78 0.000
老友记中英文字幕版02 121 0.003
——79 0.000
19 200 0.003
——120 0.000 19 240 0.001 5
——500 0.000 01 340 0.000 03
————500 0.000
15triad
图2 运输振动试验曲线
Fig.2 Transport vibration test curve: a) vertical axis Y; b) vertical axis Z; c) vertical axis X
振动试验设备能力应满足GB/T 38924.6—2020中附录A规定的试验量级的要求。随机振动试验控制信号的加速度功率谱密度，在50 Hz以下，控制容差不应超过±3 dB或‒1.5 dB，500~2000 Hz不应超过± 3 dB，总均方根值控制容差应在20%~‒5%。正弦振动试验，加速度量值控制容差应在±10%范围内。
3 环境试验方法几点建议
1）气候环境试验中，低温试验和高温试验要注意升降温速率的选择。对于常规的电子元器件产品，
要求温度变化速率不超过 1 ℃/min，GB/T 38924— 2020要求不大于3 ℃/min。在试验过程中，可以选择较低温度变化速率，以满足标准的要求，保证受试设备受热均匀。
2）气候环境试验中，盐雾试验要注意试验周期的选择。根据受试设备类别的不同，选择试验方法是连续喷雾还是间接喷雾，试验周期的选择对检查受试设备盐雾试验的耐受能力起着重要的作用。试验过程中，盐溶液浓度和pH的监测，需要对收集溶液进行测量确定。
3）机械环境试验中，要注意试验量级的选择，首先根据无人机类别和起飞质量进行选择试验量级。试验过程中，对无人机样品的安装方式也尤其重要，要用专用夹具将受试设备安装在台面上，保证夹具的刚性和对称性与实际使用情况一样，受试设备按其规
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