GB∕T 38996-2020
基本信息
标准号:
GB∕T 38996-2020
中文名称:民用轻小型固定翼无人机飞行控制系统通用要求
标准类别:国家标准(GB)
标准状态:现行
出版语种:简体中文
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相关标签:
民用
小型
固定翼
无人机
飞行
控制系统
通用
标准分类号
关联标准
出版信息
相关单位信息
标准简介
GB∕T 38996-2020 民用轻小型固定翼无人机飞行控制系统通用要求
GB∕T38996-2020
标准压缩包解压密码:www.bzxz.net
标准内容
ICS49.090
中华人民共和国国家标准
GB/T38996—2020
民用轻小型固定翼无人机飞行控制系统通用要求
General requirements for the flight control system of civil small and light fixedwing unmanned aircraft
2020-07-21发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2021-02-01实施
GB/T38996—2020
规范性引用文件
术语、定义和缩略语
术语和定义
缩略语
通用要求免费标准bzxz.net
组成部件
安全性
可靠性
维修性
环境适应性
电磁兼容性
使用与维护
5验证试验·
试验类型
型式试验:
出厂检验·
6标识、包装、运输和存
运输和贮存
本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草本标准由全国航空器标准化技术委员会(SAC/TC435)提出并归口。GB/T38996—2020
本标准起草单位:中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所、广东泰一高新技术发展有限公司、西北工业大学、中国航空综合技术研究所、易瓦特科技股份公司、西安爱生技术集团公司、北京空间飞行器总体设计部。
本标准主要起草人:向欣、胡应东、王锐、黄山、杨国强、张小林、赵国成、张宁、潘计辉、舒振杰、曹国杰、肖颖、刘建、余青松、叶川。1
1范围
民用轻小型固定翼无人机飞行控制系统通用要求
GB/T38996-—2020
本标准规定了民用轻小型固定翼无人机(以下简称“无人机”)飞行控制系统的通用要求、验证试验标识、包装、运输和贮存。
本标准适用于最大起飞重量在0.25kg~150kg之间的民用轻小型固定翼无人机飞行控制系统及其部件的设计与验证,其他无人机飞行控制系统可参照执行。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。包装储运图示标志
GB/T191
GB/T8566信息技术软件生存周期过程GB/T9254—2008信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法GB/T14394计算机软件可靠性和可维护性管理GB/T17618—2015信息技术设备抗扰度限值和测量方法GB/T35018
8民用无人驾驶航空器系统分类及分级2无人驾驶航空器系统术语
GB/T38152
GB/T38924(所有部分)民用轻小型无人机系统环境试验方法术语、定义和缩略语
3.1术语和定义
GB/T35018、GB/T38152界定的术语和定义适用于本文件3.2缩略语
下列缩略语适用于本文件。
ADS-B:广播式自动相关监视(AutomaticDependentSurveillance-BroadcastCAN:控制器局域网总线(ControllerAreaNetwork)GNSS:全球导航卫星系统(GlobalNavigationSatelliteSystem)IMU:惯性测量单元(InertialMeasurementUnit)UART:通用异步收发传输器(UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter)USB:通用串行总线(UniversalSerialBus)GB/T38996—2020
4:通用要求
4.1功能
4.1.1总则
4.1.1.1功能组成
飞行控制系统功能应包括:飞行控制功能、飞行管理功能、自检测与余度管理功能、设备管理功能等。
飞行控制功能
飞行控制功能为无人机提供良好的稳定性和操纵性,应包括:增稳功能、自动驾驶仪功能、限制与保护、控制分配与重构功能等。
飞行管理功能
飞行管理功能为无人机提供使用约束条件下安全的起飞/着陆(发射/回收),空中制导能力,应包括:飞行任务规划功能、制导功能、应急飞行功能、遥控指令处理功能、遥测信息处理功能、飞行参数记录功能、性能管理等。
4.1.1.4自检测与余度管理功能
自检测功能实现设备故障诊断,应包括:上电自检测、飞行前自检测、飞行中自检测和维护自检测等功能;余度管理功能实现余信息的管理功能,与自检测功能一起实现故障的诊断、隔离、恢复、重构等功能。
设备管理功能
设备管理功能实现平台各机电设备、任务设备的控制与管理功能,应包括:动力管理、电气管理、电气刹车装置管理、转向装置管理、灯光管理、伞降装置管理、任务设备管理等。飞行控制功能
4.1.2.1增稳功能
增稳功能应包括:
俯仰轴增稳功能;
横滚轴增稳功能;
偏航轴增稳功能。
自动驾驶仪功能
自动驾驶仪功能应包括:
俯仰角给定与保持功能;
高度给定与保持功能;
垂直速度给定与保持功能;
横滚角给定与保持功能;
航向给定与保持功能;
空中水平航迹控制功能;
地面水平航迹控制功能(适用于轮式起降无人机):h)
速度保持与控制功能。
限制与保护功能
限制与保护功能应包括:
俯仰角限制功能;
横滚角限制功能;
过载限制功能;
迎角限制功能;
最大飞行高度限制功能;
低高度拉起保护功能;
最大飞行速度限制功能;
失速保护功能;
最天上升/下降速度限制功能
4控制分配与重构功能
对于具有余操纵面的无人机,控制分配与重构功能宜包括:GB/T38996—2020
将俯仰、横滚、偏航三个控制通道控制量转换为每个能面执行机构的控制量;a)
能面执行机构卡滞或故障松浮状态下进行控制重构的功能;b)
操纵面出现损伤情况下进行控制重构的功能;高度、速度等传感信息失效时通过其他信息进行信息重构的功能飞行管理功能
飞行任务规划功能
飞行任务规划功能应包括:
飞行任务在线规划/重规划功能;飞行任务在线装订、修改功能
飞行任务规划/重规划时应避开限飞区且满足最大飞行高度限制的功能,制导功能
制导功能应包括:
根据飞行计划及无人机当前信息计算侧偏、侧偏变化率、待飞距离、待飞时间等引导信息的功能;
航段交接功能;
航线切换功能;
模式转换功能;
根据必要的机载传感器信息,确定无人机当前的飞行阶段和飞行状态,给出无人机的控制方式及有关系统状态的功能
GB/T38996—2020
4.1.3.3应急飞行功能
关键或重要机载设备(如电源、舵面执行机构、发动机等)发生故障时,飞行控制系统应进行自动应急飞行,应包括:
a)应急返场功能;
b)应急回收(着陆、伞降等)功能;c)
应急迫降功能。
4.1.3.4遥控指令处理功能
遥控指令处理功能应包括:
接收并处理与飞行控制、任务控制相关的各种遥控指令数据;b)遥控指令处理时应具有对上行遥控指令的有效性判断和容错功能;处理指令响应条件设计时应充分考虑误指令、传输误码等带来不利影响的功能;c)
d)接收飞行计划、限飞区、场高等信息的装订或修改并进行存储的功能。遥测信息处理功能
遥测信息处理功能应包括:
收集遥测参数并通过数据链下传的功能遥测信息中应包括无人机及机载设备的主要参数与状态;b)
遥测信息中应包括可说明系统工作情况的主要参数;c)
遥测信息中应包括地面站上行的遥控指令的回报信息:遥测信息中宜包括告警信息,如:故障告警、低高告警、超高告警、超速告警、失速告警、接近限e)
飞区告警、飞人限飞区告警、余油/余电不足告警等4.1.3.6
飞行参数记录功能
飞行参数记录功能应包括:
收集飞行参数信息并通过接口发送给数据记录设备进行记录的功能;a)
飞行参数信息中应包括无人机及全部机载设备的参数与状态;飞行参数信息中应包括可说明系统工作情况的参数:飞行参数信息中应包括地面站上行遥控指令的回报信息;d)
飞行参数信息中应包括故障设备完整的故障信息;f)
飞行参数信息中宜包括告警信息,如:故障告警、低高告警、超高告警、超速告警、失速告警、接近限飞区告警、飞人限飞区告警、余油/余电不足告警等。4.1.3.7
性能管理功能
系统应能按照相关指标最优原则,控制无人机的空速、迎角以及爬升率等参数随着高度、时间和重量等状态进行变化,实现如最快爬升、最省油巡航等性能管理功能。4.1.4自检测与余度管理功能
4.1.4.1上电自检功能
系统地面上电应自动完成上电自检测,其测试结果宜记录于非易失存储器中;上电自检测应完成各4
电子部件(或模块)的处理器、接口等功能正确性检测。4.1.4.2
飞行前自检功能
飞行前自检测功能应包括:
部件或模块的功能正确性检测功能;b)
关键部件或模块的性能检测功能;c)
起飞条件检查功能;
给出检测结果正常或故障的指示功能;存在故障时进行故障定位功能;进入/退出联锁条件判断功能,以确保飞行前自检功能可靠进人/退出测试结果宜记录于非易失存储器中。飞行中自检功能
飞行中自检测功能应包括:
电子部件应具有飞行中自检功能:b)
处理器、电源、接口等基本模块应具备飞行中自检功能;eeiKAca
测试结果宜记录在非易失存储器中维护自检功能
维护自检功能应包括:
无人机全部设备维护检测的功能;GB/T38996—2020
采用人机交互式的处理过程,允许操作人员选择各种测试模式、测试项目、显示模式;b)
软件版本查询、故障下载等功能:c
d)动力装置启动与关闭功能:
传感器校准或对准等功能:
进入/退出联锁条件判断功能,以确保维护自检可靠进人/退出余度管理功能
对于采用了允余技术的系统,应具备余度管理功能。余度管理功能应包括:输人信号余度管理功能;
计算部件余度管理功能;
输出信号余度管理功能;
d)设备余度管理功能。
设备管理功能
动力管理功能
动力管理功能应包括:
动力装置启动功能;
b)动力装置停机功能;
动力装置功率控制功能;
动力装置参数与状态监测功能;d)
GB/T38996—2020
燃油驱动设备空中重启动功能:电动动力设备剩余电量提示与告警功能电气管理功能
电气管理功能应包括:
电气参数与状态监测功能;
相关用电设备接通与断开控制功能;c)
对相关用电设备供电自保护功能;d)
余度电源切换控制功能;
电池余量计算与余电不足告警功能。刹车装置管理功能
轮式起降类无人机的飞行控制系统应具备刹车管理功能,包括:a)
正常刹车控制功能;
刹车装置状态监视功能。
转向装置功能
轮式起降类无人机的飞行控制系统应具备转向装置管理功能,包括Kaeei
转向装置控制功能;
转向装置状态监视功能。
灯光管理功能
飞行控制系统宜具备灯光管理功能,包括:a)
系统状态指示灯管理功能;人
故障状态指示灯管理功能;
航行灯管理功能。
伞降装置管理功能
伞降回收类无人机或具备应急伞降功能无人机的飞行控制系统应具备伞降装置管理功能4.1.5.7
任务设备管理功能
任务设备管理功能应包括:
任务设备控制功能:
任务设备状态监视功能;
任务设备控制命令转发功能
2性能
4.2.1一般要求
除另有规定外,飞行控制要求适用于平稳天气环境条件下程控飞行控制方式,包括传感器误差。对于考虑结构弹性的飞行控制模态响应,系统应满足规定的稳定性要求6
4.2.2姿态保持
姿态保持应考虑下列要求:
在平稳大气中俯仰姿态相对于基准的精度;a)
在平稳大气中滚转姿态相对于基准的精度;在规定的紊流强度中俯仰姿态的均方根偏差允许范围;c)
在规定的紊流强度中滚转姿态的均方根偏差充许范围:e)
动态响应不应影响既定用途的实现4.2.3航向保持
航向保持应考虑下列要求:
在平稳大气中,航向保持相对基准的精度;a)
在规定的紊流强度中,航向保持的均方根偏差的充许范围;c)
基准航向为航向保持接通时刻的当前地理航向。4.2.4航向给定
航向给定应考虑下列要求:
具有0°~360°的地理航向给定能力;a)
可以达到要求的转弯速度并限制倾斜角以防失速:进入和改出过程要求平稳、迅速,超调量不宜过大c
高度保持
高度保持应考虑下列要求:
GB/T38996-—2020
系统将当前传感器高度或者指定的高度作为基准高度,并把无人机控制在此高度的精度:a
在无人机推力一阻力的能力范围内,无人机倾斜稳态盘旋时的高度保持精度:c)接通高度保持功能时,系统不应引起任何不安全的机动。速度保持
速度保持应考虑下列要求:
明确所保持的速度是地速、真空速还是指示空速;b)接通速度保持模态时的速度或给定值作为基准速度;速度保持的精度;
d)在此范围内任何周期性震荡不应影响既定用途的完成。4.2.7水平轨迹控制
水平轨迹控制应考虑下列要求:a)
空中飞行水平轨迹控制精度:
b)轮式起降类无人机地面滑行水平轨迹控制精度;有时间控制精度要求时,还应满足无人机到达指定点的时间误差范围要求,c
飞行品质
飞行品质应考虑下列要求:
GB/T38996—2020
a)满足实现既定用途;
b)由系统中存在的非灵敏区、间隙以及结构弹性等原因所引起的持续剩余震荡不应影响飞行任务的完成。
4.2.9稳定裕量
系统应满足专用规范规定的系统回路相对于名义值的增益和相位裕度要求。4.2.10发射(起飞)/回收(着陆)阶段控制精度系统应满足专用规范的控制精度要求。4.3组成部件
4.3.1一般要求
飞行控制系统由计算、执行、传感等部件或模块组成系统组成部件(设备、组件、零件)应满足下列要求:标准化要求:部件的设计应尽量满足标准化要求,组件或零件更换后,不需要重新调整参数或a)
重新调整其他部件或零件以保持整体性能和公差:b)
互换性要求:无论是制造或采购的相同设备、组件和可替换零件都应符合互换性要求:c)规范与标准的选择:自制零件、部件或采购零件、部件应满足国家标准、行业标准和企业标准。4.3.2计算部件
计算部件宜满足以下要求:
计算部件组成应包括:机箱组件、处理模块、电源模块、接口模块等;a)
b)计算部件的输人信号宜具有有效性检查功能:计算部件的输入、输出信号宜具有可测试性;c)
d)运行时间和存储空间裕量宜大于20%;e)必要时核心模块宜采用允余等安全机制。4.3.3执行部件
执行部件宜满足以下要求:
a)接口、指标与飞行控制系统要求相一致;b)宜采用直流电源作为能源;
c)结构形式可采用旋转式/直线式、组合式/分体式、串联式/并联式等形式;d)电气部分和机械部分宜根据需要采用元余等安全机制。4.3.4传感部件、组件与模块
4.3.4.1组成
传感部件、组件与模块宜包含以下设备或部分设备的组合:a)
可提供三轴角速率和加速度信息的传感器或传感器组合,如IMU:b)
可提供绝对定位信息的传感器或传感器组合,如GNSS接收机;c)
可提供持续高度信息的传感器或传感器组合,如气压计;8
d)可提供姿态信息的传感器或传感器组合,如垂直陀螺;根据需要选配可提供相对定位信息的传感器或传感器组合,如视觉模块;e)
GB/T38996-—2020
根据需要选配可测量真实高度信息的传感器或传感器组合,如超声波、无线电高度表等;根据需要选配可提供周围障碍物信息的传感器或传感器组合,如雷达;g)
根据需要选配可提供航向信息的传感器或传感器组合,如磁力计;h)
根据需要选配可接收其他无人机位置信息的装置,如ADS-B接收机。2功能
传感部件、组件与模块宜具有以下功能:a)测量、计算无人机三轴角速率、三轴加速度、经度、纬度、高度、速度、航向、俯仰角、横滚角等信息的功能;
设置传感器安装位置等参数的功能:b)
传感器故障自检测功能;
宜具有探测障碍物和可飞行区域的功能;d)
宜具有探测温度、气压、磁场等环境信息的功能:宜具有改善传感器性能的标定功能;宜具有传感器信息防篡改的功能;g)
宜具有风速估计的功能。
其他要求
传感部件、组件与模块宜考虑以下要求:关键传感器(如垂直陀螺、GNSS接收机等)必要时采用穴余等安全机制;a)
外界温度对IMU的精度影响较大时,宜采取恒温结构、温度校准等措施;b)
振动环境对IMU的精度影响较大时,宜采取减震/隔震结构、抗混叠滤波器等措施:d)磁力计安装位置与磁性材料、电线等保持一定的距离,以免产生电磁干扰;GNSS传感器的安装位置宜考虑内部电磁干扰的影响;e
气压计宜采取可靠的措施,防止气压传感器被堵塞或因外部环境而导致故障4.4接口
4.4.1一般要求
飞行控制系统制造商应制定相关的接口技术规范,应规定:接口的类型与数量;
相关的电气特性、机械特性、接口标识和接口通信:b):
功能与性能描述;
d)接插件和线材等。
4.4.2电气接口
飞行控制系统应对所有电气接口特性进行定义。除另有规定外,电气接口特性应包括:a)供电方式;
b)适用供电电压、电流与功率范围:c
供电电压波动、抗干扰与冲击电压要求:
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