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GB/T 38911-2020

基本信息

标准号: GB/T 38911-2020

中文名称:民用轻小型无人直升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 直升机 飞行 控制系统 通用

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出版信息

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标准简介

GB/T 38911-2020.General requirements for flight control systems of civil small and light unmanned helicopter.
1范围
GB/T 38911规定了民用轻小型无人直升机飞行控制系统的通用要求、验证试验、标识、包装、运输和储存。
GB/T 38911适用于民用轻小型无人直升机(起飞重量在0.25 kg~150 kg之间)飞行控制系统及其部件的设计与验证。其他无人驾驶航空器飞行控制系统可参照执行。
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 191包装 储运图示标志
GB/T 35018民用无人 驾驶航空器系统分类及分级
GB/T 38152无人驾驶航空器系统术语
GB/T 38924(所有部分)民 用轻小型无人机系统环境试验方法
GB/T 38996民 用轻小型无人机系统电磁兼容性要求与试验方法
3术语、定义和缩略语
3.1术语和定义
GB/T 35018与GB/T 38152界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1.1
固件 firmware
固化于集成电路中的软件。
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( Automatic Dependent Surveillance- Broadcast)
AHRS:航姿参考系统( Attitude and Heading Reference System)
API:应用编程接口( Application Programming Interface)
CAN:控制器局域网总线(Controller Area Network)
GNSS:全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System)
IMU:惯性测量单元( Inertial Measurement Unit)
MTBF:平均故障间隔时间(MeanTimeBetweenFailure)
UART:通用异步收发传输器( Universal Asynchronous Receiver/ Transmitter)
USB:通用串行总线(Universal Serial Bus)

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标准内容

ICS49.090
中华人民共和国国家标准 
GB/T38911—2020
民用轻小型无人直升机
飞行控制系统通用要求
General requirements for flight control systems of civil small andlight unmanned helicopter
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
规范性引用文件
术语、定义和缩略语
术语和定义
缩略语免费标准bzxz.net
通用要求
控制方式
通用质量特性
验证试验
型式试验
出厂检验
标识、包装、运输和储存
标识·
运输与储存
GB/T38911—2020
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/T38911—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、中国航空综合技术研究所、天津直升机研发中心、一飞智控(天津)科技有限公司、南京模拟技术研究所、南京航空航天大学本标准主要起草人:王琳、胡应东、唐强、舒振杰、孟宪锋、禹科、段镖、曹国杰、何志凯、王刚强、吴冲顾冬雷、赵佳、郭剑东、高艳辉SAC
1范围
民用轻小型无人直升机
飞行控制系统通用要求
GB/T38911—2020
本标准规定了民用轻小型无人直升机飞行控制系统的通用要求、验证试验、标识、包装、运输和储存。
本标准适用于民用轻小型无人直升机(起飞重量在0.25kg~150kg之间)飞行控制系统及其部件的设计与验证。其他无人驾驶航空器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GB/T191包装储运图示标志
GB/T35018民用无人驾驶航空器系统分类及分级GB/T38152无人驾驶航空器系统术语GB/T38924(所有部分)民用轻小型无人机系统环境试验方法GB/T38996民用轻小型无人机系统电磁兼容性要求与试验方法3术语、定义和缩略语
3.1术语和定义
GB/T35018与GB/T38152界定的以及下列术语和定义适用于本文件3.1.1
固件firmware
固化于集成电路中的软件。
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-Broadcast)AHRS:航姿参考系统(AttitudeandHeadingReferenceSystem)API:应用编程接口(ApplicationProgrammingInterface)CAN: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)MTBF:平均故障间隔时间(MeanTimeBetweenFailure)SC
UART:通用异步收发传输器(UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter)USB:通用串行总线(UniversalSerialBus)1
GB/T38911—2020
4通用要求
4.1控制方式
民用无人直升机飞行控制系统应为直升机平台提供良好的稳定性和操纵性,控制无人直升机完成自起飞到着陆的全过程飞行。无人直升机的控制方式宜分为:遥控、指令控制和自主控制4.2功能
4.2.1总则
飞行控制系统功能包括飞行控制功能、飞行管理功能和安全保护功能等。4.2.2飞行控制功能
4.2.2.1一般要求
飞行控制功能包括:根据操作人员的指令和传感器反馈的状态,进行控制律计算,实现对无人直升机平台的姿态、航向、速度、位置、轨迹等的控制。必要时,提供对动力系统的控制。4.2.2.2模式管理功能
模式管理功能包括:
a)根据外部指令或飞行状态,进行遥控、指令控制、自主控制模式之间的切换;b)判断模态进人和退出条件,进行模态调度与管理。4.2.2.3指令控制模态
为实现指令控制功能,宜提供如下控制模态:俯仰、滚转姿态保持;
航向给定与保持;
速度给定与保持;
高度给定与保持;
位置给定与保持;
垂直速度给定与保持(必要时);自动航线保持。
4.2.2.4导航制导功能
导航制导功能宜包括:
接收地面站指令,对航线、航点进行插入、删除、修改等操作;根据预装航线及在线编辑的航线航点信息,生成相应的航路信息;b)
根据应飞航线及无人直升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c)
d)根据飞行状态判断是否满足航段交接条件,满足时进行航段交接;e)
根据地面站指令或应急处置要求,进行航线切换;确定无人直升机当前的飞行阶段和飞行状态,根据性能约束,计算并输出控制律导引指令和控f)
制模态指令。
4.2.3飞行管理功能
一般要求
飞行管理功能包括:接口管理、设备管理等功能4.2.3.2
接口管理功能
GB/T38911—2020
对于飞行控制系统接收的遥控指令、传感器信息等进行状态监控、校验判断、信息解码,用于控制系统内部使用。输人信息处理时,应加判必要的条件,并进行合理性判断和边界约束将无人直升机系统的状态信息、告警信息等内容进行组帧并按照约定格式进行遥测发送、飞行参数记录。数据发送和记录的帧周期宜包含北京时间等时标,并满足试飞调整和故障判定的要求。必要时,进行加密处理。
3设备管理功能
4.2.3.3.1
动力管理功能
动力管理功能宜包括:地面启动、重启动、停机、功率控制、状态监测与告警等2电气管理功能
4.2.3.3.2
电气管理功能宜包括:
电气参数与状态监测;
相关用电设备接通与断开控制;余度电源切换控制(必要时);c)
电池余量计算与余电不足告警。d)
4.2.3.3.3
灯光管理功能
灯光管理功能宜包括:
系统状态指示灯管理;
故障状态指示灯管理;
c)航行灯管理。
4.2.3.3.4
任务设备管理功能
任务设备管理功能宜包括:
任务设备控制;
任务设备状态监视;
任务设备控制命令转发
4.2.4安全保护功能
一般要求
安全保护功能宜包括:应急处置、包线保护、航路重规划、信息重构等功能3
GB/T38911—2020
应急处置功能
无人直升机关键或重要设备等发生故障时,飞行控制系统进行应急飞行,宜包括:a)
应急返航(包括不同约束,如最短时间、最短路径等);b)
应急悬停(必要时);
应急着陆;
应急迫降,必要时提供自转下滑功能。4.2.4.3
包线保护功能
应根据无人直升机的飞行性能进行飞行包线保护,宜包括俯仰角限制;
滚转角限制;
过载限制(必要时)C
最大飞行高度限制;
低高度触地防撞保护(必要时);低高度保安拉起(必要时);
最大飞行速度限制;
最大上升速度限制(必要时);i)
最大下降速度限制(必要时);
着陆过程中的位置漂移、触地过载(或下降率)、抬头姿态等限制。航路重规划功能
航路重规划功能宜包括:
a)根据返航要求,在线生成返航航线;b)根据应急处置的约束要求,在线生成应急航线;c)
根据地形信息和当前飞行状态,在线生成地形跟随/地形回避飞行航路(必要时);d)
根据威胁状态或障碍信息,进行在线航路重规划(必要时);e)
飞行航路重规划时应避开限飞区且满足飞行性能包线的要求。4.2.4.5
信息重构功能
必要时,提供信息重构功能,如当主传感器速度、高度等信息失效时,使用备份传感器信息3性能
4.3.1一般要求
除另有规定外,飞行控制系统性能要求应包含测量误差对于考虑结构弹性的飞行控制模态响应,系统宜满足规定的稳定性要求,4.3.2控制模态性能要求
4.3.2.1俯仰、滚转姿态性能要求俯仰、滚转姿态保持性能要求宜包括:a)俯仰姿态相对于基准的精度;b)滚转姿态相对于基准的精度
c)在规定的紊流强度中俯仰姿态的均方根偏差允许范围;在规定的紊流强度中滚转姿态的均方根偏差允许范围;d)
受到姿态扰动时,回复时间和超调量。e)
航向性能要求
航向给定与保持性能要求宜包括:a)航向保持相对基准的精度;
航向基准为航向保持模态接通时刻的当前航向或给定的航向目标值;c)
在规定的紊流强度中航向保持的均方根偏差允许范围;具有0°~360°的航向给定能力;持续、稳定的偏航角速率;
前飞转弯过程中的滚转角限制;进人和改出过程的瞬态和超调量g)
高度性能要求
高度给定与保持性能要求宜包括:明确所保持的高度是绝对高度还是相对高度;a)
高度保持基准的精度;
高度基准为高度保持模态接通时刻的当前高度或给定的高度目标值:前飞稳态盘旋时的高度保持精度d)
进人和改出过程的瞬态和超调量;e
GB/T38911—2020
绝对高度保持和相对高度保持模态切换的瞬态不影响飞行器的安全或任务执行4.3.2.4
速度性能要求
速度给定与保持性能要求宜包括:a)
明确所保持的速度是地速、真空速还是指示空速速度保持的精度:
接通速度保持模态时的速度或给定值作为基准速度;d)
进人和改出过程的瞬态和超调量;e
地速保持和空速保持模态切换的瞬态不影响飞行器的安全或任务执行。位置性能要求
位置给定与保持是无人直升机的一项基本功能,应同时包括对纵向位置和侧向位置的给定与保持功能,位置给定与保持性能要求宜包括:a
位置保持的精度:
在规定的紊流强度中位置保持的圆概率误差允许范围;c)
接通位置保持模态时的位置或给定值作为基准位置;d)
位置保持的控制与航向保持协调,不引起不期望的往复调节。4.3.2.6
垂直速度性能要求
必要时,可提供垂直速度给定与保持功能,其性能要求宜包括:a)垂直速度的控制精度;
b)以给定值作为基准速度;
GB/T389112020
动态过程应平稳,考虑超调量和最大法向过载:d)给定负的升降速度时宜提供高度保安,且转为高度保持模态时不产生大的超调。航线性能要求
自动航线保持性能要求宜包括
自动航线控制精度;
在规定的紊流强度或侧风中自动航线控制的均方根偏差允许范围;速度、高度同步变化时的航线控制精度;c
d)有时间控制精度要求时,满足无人直升机到达指定点的时间误差范围要求。4.3.3稳定裕量
稳定裕量宜满足下列要求:
所有空气动力回路在至少是1.5倍总增益时宜通过试验证明是稳定的a)
b)所有非空气动力伺服回路在1.5倍总增益时宜证明始终是稳定的;c)将45°延迟引人到有总增益的任何回路时,不引起不稳定。4.3.4动力系统性能要求
当动力系统控制是系统的一项功能时,应实现动力系统的档位控制,并将转速稳定在期望的范围内。
4.4硬件
4.4.1系统组成
飞行控制系统由计算部件、执行部件、传感器等组成4.4.2计算部件
计算部件宜满足以下要求:
a)明确数字接口通道数、模拟接口通道数,能满足采样精度、实时控制等要求;b)核心模块采用允余等安全机制;c)输入、输出信号具有可测试性;d)规定并达到运行时间和存储空间裕量要求,宜留有25%的内存和运行时间裕量4.4.3执行部件
执行部件包括用于纵向、横向、航向、总距操纵控制的舵机,必要时也包括用于动力系统控制的舵机,宜满足以下要求:
a)采用直流电源作为能源;
b)结构形式采用旋转式/直线式、组合式/分体式、串联式/并联式:必要时,采用亢余等安全机制;c)
d)电气特性指标满足使用要求,如功率、电压电流、传感器反馈方式等;机械特性指标满足使用要求,如输出力矩、工作行程、机械行程、非线性特性、重量等;e)
环路特性指标满足使用要求,如控制精度、频带、阶跃响应、灵敏度等;主桨舵机考虑高频交变载荷等使用环境需求;g)
执行部件满足安装空间要求,运动过程中不产生干涉h))
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