隨著無人機技術在農業植保、電力巡檢、應急救援、物流運輸、航拍測繪等領域的廣泛應用，其在復雜氣象條件下的飛行可靠性日益成為衡量產品性能的核心指標。其中，抗風能力直接關系到無人機的飛行穩定性、任務完成率與飛行安全。強風、陣風、湍流等氣象因素極易引發無人機姿態失穩、偏離航線、失控墜機等嚴重事故。

為規范無人機在風環境下的性能評估，我國發布了GB/T 38924-2020《無人駕駛航空器系統 通用技術要求》，其中對抗風性能測試提出了明確的技術指標與試驗方法。本文將圍繞無人機抗風性能測試，深解析飛行穩定性原理，并結合GB/T 38924標準，系統解讀測試流程、判定依據及工程應用價值，為研發、檢測與使用單位提供專業參考。

一、無人機抗風性能的核心意義

1.1 抗風能力的定義

無人機抗風性能是指：在特定風速和風向條件下，無人機維持穩定飛行、保持預定航跡、完成既定任務的能力。通常以“最大可承受風速”（如5級風、6級風）或“抗風等級（m/s）”表示。

1.2 實際應用場景需求

不同應用場景對抗風能力要求差異顯著：

● 農業植保：常在開闊田間作業，需抵御陣風與地面湍流，抗風等級需≥5級（約8–10.7 m/s）；

● 電力巡檢：在高壓線走廊飛行，易受電磁干擾與狹管效應影響，要求高穩定性；

● 城市物流配送：面臨建筑群間復雜風場，需具備強風擾動下的姿態恢復能力；

● 應急搜救：常在惡劣天氣下執行任務，對抗風與可靠性要求極高。

因此，科學、標準化的抗風性能測試是保障無人機安全作業的關鍵環節。

二、飛行穩定性原理：抗風能力的技術基礎

2.1 飛行控制系統（飛控）的作用

無人機的抗風能力本質上是其飛行控制系統（飛控）對氣動擾動的響應與補償能力。核心原理包括：

● 多傳感器融合：通過IMU（慣性測量單元）、GPS、氣壓計、視覺/激光傳感器實時感知姿態、速度、位置變化；

● 姿態解算與反饋控制：采用PID、LQR或自適應控制算法，動態調整電機轉速，修正姿態偏差；

● 風擾建模與預測：高端機型引入風速估計模型，提前進行姿態預判調整。

2.2 氣動設計影響

● 結構布局：X型四軸、H型六軸等布局影響風阻與力矩分布；

● 重心與轉動慣量匹配：影響響應速度與穩定性；

● 螺旋槳與電機匹配：高扭矩電機可在強風下快速響應。

2.3 穩定性判據

● 姿態角波動范圍：在風擾下，俯仰、橫滾角變化應控制在±5°以內；

● 位置偏移量：懸停時水平偏移應≤1m；

● 恢復時間：受擾后恢復至穩定狀態的時間應≤3秒。

三、GB/T 38924-2020 標準對抗風性能的技術要求

GB/T 38924-2020《無人駕駛航空器系統 通用技術要求》是我國無人機領域的基礎性推薦性國家標準，適用于最大起飛質量不超過150kg的無人駕駛航空器系統，涵蓋以下核心內容：

3.1 抗風性能測試要求（第6.3.5條）

標準明確要求：

● 無人機應在規定風速等級下進行飛行測試，驗證其飛行穩定性；

● 測試風速等級應根據產品設計指標確定，通常分為：

○ 一級抗風：≥3級風（3.4–5.4 m/s）

○ 二級抗風：≥5級風（8.0–10.7 m/s）

○ 三級抗風：≥7級風（13.9–17.1 m/s）

3.2 測試條件

● 測試環境：開闊平坦場地，無障礙物干擾；

● 氣象條件：平均風速穩定，陣風系數≤1.5，無降水、雷電；

● 飛行高度：建議在10m、30m、50m三個高度層測試；

● 飛行模式：GPS模式下懸停或定高定點飛行。

3.3 測試方法（第7.3.5條）

1. 預飛檢查：確認無人機狀態正常，傳感器校準完成；

2. 風速測量：使用經校準的風速儀（如超聲波風速計）在飛行高度層測量實時風速與風向；

3. 飛行測試：

○ 無人機起飛并進入懸停狀態；

○ 在目標風速條件下持續飛行不少于5分鐘；

○ 記錄飛行數據（姿態角、位置、高度、電機輸出等）；

4. 任務模擬測試：在風擾下執行航線飛行、自動返航等任務。

3.4 判定標準

測試通過需滿足：

● 無人機未出現失控、墜機、嚴重姿態振蕩；

● 懸停偏移量水平方向≤1.5m，垂直方向≤1m；

● 姿態角波動俯仰/橫滾角≤8°；

● 可正常完成自動返航、緊急停機等安全功能；

● 無結構性損傷或部件脫落。

四、測試實施流程與關鍵技術要點

4.1 測試準備階段

● 設備校準：風速儀、GPS基準站、無人機IMU均需校準；

● 場地選擇：避開建筑、樹木等擾流源，確保風場均勻；

● 數據記錄系統：啟用黑匣子或遠程遙測系統，記錄原始飛行日志。

4.2 測試執行階段

● 分階段測試：建議從低風速（如3級）逐步提升至標稱抗風等級；

● 多方向測試：分別測試正風、側風、逆風、斜風條件；

● 多高度層測試：驗證不同高度風場影響；

● 重復性測試：每組條件至少重復3次，確保結果可復現。

4.3 數據分析與報告

● 姿態穩定性分析：繪制姿態角時序圖，評估振蕩頻率與幅值；

● 控制響應分析：分析電機輸出與風擾的對應關系；

● 生成測試報告：包括測試條件、原始數據、視頻記錄、結論與建議。

五、工程優化建議：提升抗風能力的路徑

5.1 飛控算法優化

● 引入自適應PID或模型預測控制（MPC），提升抗擾能力；

● 增加風速估計模塊，實現前饋補償；

● 優化傳感器融合算法，提高姿態解算精度。

5.2 結構與氣動設計

● 降低重心，提高橫滾穩定性；

● 采用流線型機身，減少風阻；

● 增加螺旋槳直徑，提升升力冗余。

5.3 材料與可靠性

● 使用高強度復合材料，防止強風下結構變形；

● 優化電機與電調匹配，確保瞬時響應能力。

5.4 智能飛行策略

● 設置風速閾值自動返航；

● 在強風下自動降低飛行速度，增加穩定性；

● 支持“抗風模式”一鍵切換。

六、行業應用與監管趨勢

6.1 認證與合規要求

● 民航局（CAAC）在《民用無人駕駛航空器系統安全管理規定》中要求制造商提供抗風性能驗證數據；

● 第三方檢測機構（如中國電科院、國檢中心）依據GB/T 38924開展型式試驗；

● 多地政府采購項目將“通過GB/T 38924抗風測試”作為投標門檻。

6.2 標準發展趨勢

● 未來或將出臺專項抗風測試標準（如GB/T XXXXX-XX《無人機抗風性能測試方法》）；

● 推動風洞測試+外場測試結合的綜合評估體系；

● 引入人工智能輔助風場預測與飛行決策。

七、結語

無人機抗風性能不僅是技術指標，更是安全底線。GB/T 38924-2020為行業提供了統一、科學的測試依據，推動無人機產品從“能飛”向“可靠飛”躍遷。企業應以標準為綱，強化飛控算法、結構設計與測試驗證能力；檢測機構應提升測試專業化水平；用戶應理性評估使用環境，避免超限飛行。

未來，隨著低空經濟的興起與城市空中交通（UAM）的發展，無人機將在更復雜的氣象與城市環境中運行。唯有持續提升抗風能力，構建“感知—決策—控制”一體化的智能飛行體系，方能真正實現“安全、可靠、高效”的無人飛行新時代。