在民用多旋翼無人機的研發與量產環節，核心性能實驗是驗證產品設計符合性、保障作業可靠性的關鍵環節。依據GB/T 38058-2019《民用多旋翼無人機系統試驗方法》，我們針對某型5kg級電動多旋翼無人機開展了續航時間、風洞懸停抗風及起飛性能專項實驗，通過標準化操作與數據對比，系統驗證了該機型的核心性能指標，為產品優化與行業應用提供了量化依據。

一、續航時間實驗：多工況下的能量性能驗證

續航能力是無人機作業效率的核心指標，直接決定其適用場景的廣度。本次實驗嚴格遵循標準6.4.8條要求，針對空載/滿載兩種狀態，分別開展懸停與平飛續航測試，全面評估電池能量利用效率。

1. 實驗方案設計

被試品：某型四旋翼無人機（最大起飛質量5kg，標配22.2V/5000mAh鋰電池）；

環境條件：室外開闊場地，溫度25℃±2℃，相對濕度55%±5%，氣壓101kPa，風速1.2m/s（2級風）；

工況設置：

空載懸停：無任務載荷，離地10m懸停至低電量告警（電量10%）；

空載平飛：無任務載荷，10m高度沿短軸200m橢圓形航線平飛，速度取作業速度中值8m/s；

滿載懸停：掛載1kg任務載荷（模擬相機+電池），離地10m懸停；

滿載平飛：掛載1kg載荷，同空載平飛航線與速度。

數據采集：采用GPS模塊（采樣頻率10Hz）記錄位置與時間，電池管理系統（BMS）同步記錄電壓、電流及剩余電量。

2. 實驗結果與分析

續航時間數據（3次試驗取最小值）：

標準符合性分析：該機型設計續航指標為空載懸停≥25min、滿載平飛≥15min，實驗結果均超出設計值，符合標準“取3次最小值”的判定原則。平飛工況功耗顯著高于懸停（約30%-35%），主要因克服空氣阻力需額外能量；滿載狀態較空載續航下降約29%-31%，與載荷增加導致的升力需求提升一致。環境因素中，風速對平飛續航影響顯著：當實驗后期風速增至2.5m/s（3級風），空載平飛續航縮短約8%，印證了標準中“風速≤5.4m/s”環境要求的合理性——強風會導致額外能耗。

二、風洞懸停實驗：抗風性能的量化驗證

懸停穩定性是無人機在復雜氣象條件下作業的基礎能力，尤其在測繪、巡檢等高精度場景中至關重要。本次實驗依托閉式回流風洞，模擬不同風速下的懸停狀態，驗證其抗風能力是否滿足設計指標（最大抗風等級6級，10.8m/s）。

1. 實驗方案設計

風洞參數：試驗段尺寸3m×3m×6m，風速調節范圍0-15m/s，均勻性≤±5%；

測試風速：3m/s（3級）、6m/s（4級）、9m/s（5級）、10.8m/s（6級），每級風速穩定3min；

數據采集：激光跟蹤儀（精度±0.5mm）記錄無人機與懸停原點的水平距離（L）和垂直距離（H），每秒采樣1次，計算180s內的均值與標準差（σ）。

2. 實驗結果與分析

懸停精度數據：

標準符合性分析：依據標準6.4.9條，定點懸停需考核水平與垂直偏差。該機型設計水平偏差≤1.5m（6級風），實驗結果1.25m符合要求；垂直波動隨風速增大呈線性增加，但最大偏差0.35m（10.8m/s時）仍在可接受范圍。風洞實驗中發現，當風速超過8m/s時，無人機出現輕微側傾（≤5°），通過電機差速調節可維持姿態，印證了標準中“抗風能力試驗需觀察轉向、側飛響應”的要求——該機型在6級風下仍能響應地面控制指令，無失控現象。

三、起飛性能實驗：初始階段的穩定性驗證

起飛是無人機作業的首個關鍵環節，其穩定性直接關系到作業安全。本次實驗按照標準6.3.9條要求，在不同地面條件下驗證自動起飛的可靠性。

1. 實驗方案設計

場地條件：

平整地面：水泥地，坡度0°，表面粗糙度Ra1.6μm；

輕微坡度：瀝青地，坡度5°（小于標準規定的10°），沿坡度方向設置起飛線；

模擬松軟地面：草坪地，草高5cm，土壤含水率20%；

實驗步驟：每次起飛前檢查電機啟動一致性（轉速差≤50r/min），執行自動起飛程序（垂直離地至1.5m高度懸停），記錄起飛時間、離地瞬間姿態角及是否出現“蛙跳”“翻轉”等異常。

2. 實驗結果與分析

起飛性能數據：

標準符合性分析：所有場地條件下，無人機均無翻轉、失控現象，符合標準“自動起飛不應出現蛙跳、翻轉”的判據。松軟地面起飛時間延長0.9s，因草坪對起落架的支撐力不均勻，導致初始升力建立較慢；5°坡度地面的最大傾角3.8°，通過飛控系統實時調節可快速修正（1.5s內恢復至≤1°），驗證了坡度在標準允許范圍內的安全性。實驗中發現，當電池電量低于20%時，起飛加速階段電機響應延遲約0.3s，提示需在操作手冊中補充“建議電量≥30%時起飛”的說明，這與標準“試驗需評測維護保養要求”的目標一致。

四、實驗總結與應用建議

通過三項核心性能實驗驗證，該型無人機的續航、抗風及起飛性能均符合GB/T 38058-2019標準要求，且關鍵指標優于設計值，具備在測繪、低空巡檢等場景的應用潛力。結合實驗過程，提出以下建議：

1.    續航優化：平飛工況下的能耗占比偏高，可通過優化螺旋槳氣動效率（如采用變距槳）進一步提升續航；

2.    抗風設計：6級風下水平波動接近設計上限，建議強化飛控算法中的風干擾補償模塊；

3.    操作規范：基于起飛實驗結果，需明確“避免在坡度＞8°或松軟地面起飛”的操作禁忌，補充至維護手冊。

GB/T 38058-2019為實驗提供了系統化的方法框架，而實際實驗數據則反向驗證了標準的科學性——通過將實驗室數據與實際作業場景關聯，可推動無人機產品從“達標”向“優質”升級，為低空經濟的安全發展奠定技術基礎。