一、風洞設備
1.1 射流式風洞
射流式風洞是風洞實驗室的核心設備之一，它利用高速噴射的氣流來模擬各種飛行條件，為無人機和 eVTOL 的設計優(yōu)化提供精確的數(shù)據(jù)支持。其工作原理是通過高壓風機或壓縮空氣系統(tǒng)產(chǎn)生高速氣流，并通過特殊設計的噴嘴加速形成射流，這種射流能夠模擬從微風到強風暴的各種飛行環(huán)境 。同時，實驗室內(nèi)配備導流板、整流柵等裝置，用于調(diào)節(jié)氣流的方向和速度分布，確保實驗段內(nèi)的氣流均勻穩(wěn)定，減少湍流對測試結(jié)果的影響。
在測試過程中，使用高精度傳感器（如壓力傳感器、力傳感器、加速度計等）實時監(jiān)測無人機的受力情況、姿態(tài)變化等參數(shù)。同時，采用高速攝像機記錄無人機的運動軌跡和行為特征。基于采集的數(shù)據(jù)，通過計算機模擬和數(shù)據(jù)分析軟件進行處理，生成詳細的報告，幫助工程師了解無人機在特定條件下的表現(xiàn)，并據(jù)此改進設計。射流式風洞可進行空氣動力性能測試、穩(wěn)定性與操控性測試、結(jié)構(gòu)強度與疲勞測試、噪聲與振動測試、熱環(huán)境與熱防護測試以及特殊環(huán)境適應性測試等，對研究無人機和 eVTOL 在不同氣流條件下的性能、穩(wěn)定性和操控性至關(guān)重要。
1.2 數(shù)字風墻
數(shù)字風墻采用模塊化設計和數(shù)字智能控制，每個模塊可獨立出風，從而能夠生成各種風廓線，適合微型、小型與輕型無人機的抗風性能、自由飛行測試以及空氣動力學分析，還可用于研究不同風廓線對電機、螺旋槳、電調(diào)（ESCs）、電池、無人機和任何電動飛機的影響。
其主要技術(shù)參數(shù)包括風墻寬度一般在 1440mm - 4080mm，風墻高度在 1440mm - 3120mm，距地面高度 560mm ，垂直氣流為垂直向上且氣流可調(diào)角度在 0°～90°，風速范圍 0～16m/s，風速精度可達 ±0.1m/s，可模擬持續(xù)風、陣風、湍流、切變風、時變風等多種氣流類型，并且每個模塊都能獨立控制出風、停風，風速也可獨立調(diào)節(jié)。在無人機測試中，數(shù)字風墻能模擬復雜風場，滿足如 GB42590 - 2023《民用無人駕駛航空器系統(tǒng)安全要求》抗風飛行性能試驗等多項標準要求，為評估無人機在復雜風場條件下的性能提供了有力支持。
由Delta德爾塔儀器聯(lián)合電子科技大學（深圳）高等研究院——深思實驗室團隊、工信部電子五所賽寶低空通航實驗室研發(fā)制造的可移動風場模擬裝置\風墻裝置，正成為解決無人機行業(yè)抗風性能測試難題的突破性技術(shù)，也由此打破了加拿大加蒂諾公司設計生產(chǎn)的Wind-Tunnel-Datasheet抗風試驗裝置的技術(shù)壟斷。
可移動風場模擬裝置\風墻裝置
二、環(huán)境適應性測試設備
2.1 高低溫試驗箱
高低溫試驗箱能夠模擬高溫、低溫環(huán)境，可用于測試無人機和 eVTOL 在不同溫度條件下的性能表現(xiàn)，比如評估其在高溫下的散熱性能、低溫下的電池性能以及材料在溫度下的穩(wěn)定性。其工作原理是通過制冷系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)來實現(xiàn)溫度的調(diào)節(jié)。制冷系統(tǒng)利用制冷劑的相變原理，通過壓縮、冷凝、節(jié)流和蒸發(fā)等過程，將箱內(nèi)的熱量傳遞出去，從而實現(xiàn)降溫；加熱系統(tǒng)則通過電阻絲等加熱元件將電能轉(zhuǎn)化為熱能，使箱內(nèi)溫度升高。
在測試無人機和 eVTOL 時，高低溫試驗箱的主要技術(shù)指標有溫度范圍，通常需覆蓋 - 40℃至 + 85℃甚至更寬，以滿足不同應用場景的需求；溫度均勻度，一般要求在 ±2℃以內(nèi)，確保箱內(nèi)各部位溫度一致，使測試結(jié)果更具準確性；溫度波動度，應控制在 ±0.5℃以內(nèi)，保證溫度的穩(wěn)定性；升降溫速率，可根據(jù)測試需求選擇不同速率，如 1℃/min - 10℃/min 等。以某款高低溫試驗箱為例，其內(nèi)部有效容積為 2m3，可容納較大尺寸的無人機或 eVTOL 部件進行測試，且配備高精度的溫度傳感器和智能控制系統(tǒng)，能精確控制溫度并實時記錄數(shù)據(jù) 。
2.2 淋雨試驗設備
淋雨試驗設備通過噴淋系統(tǒng)模擬不同強度和角度的降雨環(huán)境，用于檢測無人機和 eVTOL 的防水性能、雨中飛行穩(wěn)定性。其噴淋系統(tǒng)一般由多個噴頭組成，可調(diào)節(jié)噴水壓力、角度和流量，以模擬細雨、中雨、大雨甚至暴雨等不同降雨情況。同時，部分淋雨試驗設備還可配備風速調(diào)節(jié)裝置，模擬風雨交加的惡劣天氣。
在對無人機和 eVTOL 進行防水性能測試時，根據(jù)相關(guān)標準（如 GB/T 4208 外殼防護等級 (IP 代碼)），通過觀察設備在淋雨過程中是否有進水現(xiàn)象，來判斷其防水等級是否達標。對于雨中飛行穩(wěn)定性測試，將無人機或 eVTOL 置于淋雨試驗設備的測試區(qū)域內(nèi)，使其在模擬降雨環(huán)境中進行飛行操作，通過監(jiān)測其飛行姿態(tài)、動力性能、信號傳輸?shù)葏?shù)，評估其在雨中飛行的可靠性和穩(wěn)定性。 如某款無人機淋雨試驗設備，其噴淋區(qū)域面積為 5m×5m，可滿足大型無人機的測試需求，噴頭角度可在 0° - 360° 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，噴水壓力可在 0.1MPa - 0.5MPa 之間變化，能夠模擬多種復雜的降雨場景。
2.3 砂塵試驗箱
砂塵試驗箱利用風機將一定濃度的沙塵以一定流速吹過試驗樣品表面，模擬沙漠、沙塵天氣等砂塵環(huán)境，對測試無人機和 eVTOL 的防塵性能、沙塵環(huán)境下的可靠性十分重要。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)通常包括沙塵供給系統(tǒng)、氣流循環(huán)系統(tǒng)、樣品放置區(qū)等。沙塵供給系統(tǒng)負責提供符合標準的沙塵，如亞利桑那粉塵等，并控制沙塵的濃度；氣流循環(huán)系統(tǒng)通過風機使沙塵在箱內(nèi)循環(huán)流動，確保沙塵均勻分布并以一定速度沖擊樣品；樣品放置區(qū)則用于固定無人機或 eVTOL 及其部件，方便進行測試。
在測試過程中，主要關(guān)注無人機和 eVTOL 的關(guān)鍵部位，如電機、傳感器、電池倉、通信模塊等，檢查沙塵是否會進入這些部位并對其性能產(chǎn)生影響。通過設定不同的沙塵濃度、風速和測試時間，來模擬不同程度的沙塵環(huán)境，全面評估設備在沙塵環(huán)境下的適應能力。例如，某砂塵試驗箱的沙塵濃度可在 5g/m3 - 50g/m3 之間調(diào)節(jié)，風速范圍為 5m/s - 20m/s ，能夠滿足不同標準和需求的沙塵測試，為無人機和 eVTOL 在沙塵環(huán)境下的可靠性提供了有效的測試手段。
三、飛行性能測試設備
3.1 GPS 模擬器
GPS 模擬器能夠生成虛擬的 GPS 信號及相關(guān)數(shù)據(jù)，模擬不同的地理位置、運動軌跡和信號強度等情況。在測試無人機和 eVTOL 的導航系統(tǒng)時，通過設置不同的模擬場景，如城市峽谷環(huán)境、山區(qū)環(huán)境、海上環(huán)境等，可測試其在不同地理環(huán)境下的定位精度和導航能力。例如，在模擬城市峽谷環(huán)境時，高樓大廈會對 GPS 信號產(chǎn)生遮擋和反射，形成多路徑效應，影響無人機和 eVTOL 的定位準確性 ，利用 GPS 模擬器可以模擬這種復雜的信號環(huán)境，評估導航系統(tǒng)應對多路徑效應的能力，有助于發(fā)現(xiàn)潛在的問題并進行針對性優(yōu)化，確保無人機和 eVTOL 在實際飛行中能夠準確地定位和導航。
3.2 高精度測距儀
高精度測距儀主要基于激光測距技術(shù)或其他傳感技術(shù)，如利用激光脈沖發(fā)射到目標物體上，然后測量激光脈沖返回的時間，通過光速和時間的關(guān)系計算出目標物體與測距儀之間的距離；或者利用聲波、電磁波等進行測距。在測試無人機和 eVTOL 時，它可以精確測量飛行高度、距離以及與障礙物之間的距離等參數(shù)，這些數(shù)據(jù)對于評估無人機和 eVTOL 的飛行性能、安全性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。比如在測試無人機的懸停精度時，高精度測距儀能夠?qū)崟r監(jiān)測無人機與地面的垂直距離變化，為判斷其懸停穩(wěn)定性提供準確的數(shù)據(jù)依據(jù)；在 eVTOL 的起降測試中，可測量其與起降平臺的距離，確保起降過程的安全性和準確性。
3.3 飛行精度光測量設備
飛行精度光測量設備通過排布在空間中的動作捕捉鏡頭對捕捉區(qū)域進行覆蓋，并對捕捉目標上放置的反光標志點（Marker）進行精確捕捉，再通過先進算法得到不同時間各個反光標志點的坐標 (X，Y，Z)，從而獲取目標物體精確位置及姿態(tài)等三維數(shù)據(jù)。以無人機為例，在飛行過程中，設備可實時追蹤無人機上反光標志點的運動軌跡，進而精確獲取無人機的水平位置、飛行高度、傾斜角度、轉(zhuǎn)向角度、飛行速度與加速度等數(shù)據(jù) 。對于 eVTOL 而言，在復雜的飛行操作或特殊的飛行測試中，該設備能提供詳細且準確的飛行數(shù)據(jù)，為評估其飛行性能、操控性能以及飛行安全性提供有力支持，是研究無人機和 eVTOL 飛行特性的重要工具。
四、動力系統(tǒng)測試設備
4.1 電池測試設備
電池測試設備可以全面評估電池的性能和壽命，如電池容量、充放電效率、循環(huán)壽命、內(nèi)阻、自放電率等，通過模擬不同的使用場景和工況，對電池進行充放電測試，獲取電池在不同條件下的性能數(shù)據(jù)，為電池的選型、優(yōu)化和管理提供依據(jù)。在無人機和 eVTOL 領(lǐng)域，電池的續(xù)航能力、充電效率等直接影響其作業(yè)能力和應用范圍，通過電池測試設備對電池進行測試，可確保電池在各種環(huán)境下都能穩(wěn)定可靠地工作，從而保障無人機和 eVTOL 的飛行安全和性能表現(xiàn) 。
以某款電池綜合測試設備為例，其具備多通道測試功能，可同時對多個電池進行測試，大大提高了測試效率。它能精確控制充放電電流、電壓和時間，充放電電流精度可達 ±0.1% FS，電壓精度可達 ±0.05% FS，可模擬多種復雜的充放電工況，如恒流充電、恒壓充電、恒流放電、脈沖放電等 。此外，該設備還配備了高精度的內(nèi)阻測量模塊，能夠準確測量電池的內(nèi)阻，為評估電池的健康狀態(tài)提供重要依據(jù)。同時，其具備完善的安全保護功能，如過壓保護、過流保護、過熱保護等，確保測試過程的安全性。
4.2 動力測試臺
動力測試臺主要用于測試電機、螺旋槳等動力部件的性能，通過對電機的扭矩、轉(zhuǎn)速、功率、效率以及螺旋槳的拉力、扭矩、力效等參數(shù)進行測量，來評估動力系統(tǒng)的可靠性。其工作原理基于牛頓第三定律和能量守恒定律，在電機帶動螺旋槳旋轉(zhuǎn)時，螺旋槳對空氣產(chǎn)生作用力，同時空氣對螺旋槳產(chǎn)生反作用力，動力測試臺通過傳感器測量這些力和力矩，并結(jié)合電機的電參數(shù)（如電壓、電流）來計算功率和效率等性能指標 。
對于無人機和 eVTOL 而言，動力系統(tǒng)是其核心部件，動力測試臺可以在研發(fā)和生產(chǎn)過程中對動力系統(tǒng)進行全面測試，發(fā)現(xiàn)潛在問題并及時優(yōu)化，確保動力系統(tǒng)在各種飛行條件下都能穩(wěn)定可靠地運行，為無人機和 eVTOL 的安全飛行提供有力保障。例如，某款專為 eVTOL 設計的高精度動力測試臺，具備 500KG 級拉力扭矩測量能力，采用全固態(tài)形變測量技術(shù)，無摩擦測量，可提供高準確度的拉力和扭矩讀數(shù)，采樣率高達 1000Hz，能夠?qū)Α⑴ぞ亍⒄駝印⒅C波、電流等進行深度關(guān)聯(lián)分析，且符合 ASTM 標準，確保了測試結(jié)果的可靠性，為 eVTOL 動力系統(tǒng)的優(yōu)化和改進提供了精準的數(shù)據(jù)支持 。
五、結(jié)構(gòu)強度測試設備
5.1 結(jié)構(gòu)強度測試設備
結(jié)構(gòu)強度測試設備主要通過模擬飛行器在飛行過程中所承受的各種載荷，如氣動載荷、重力、慣性力等，來測試無人機和 eVTOL 的結(jié)構(gòu)強度。常見的測試方法包括靜態(tài)加載測試和動態(tài)加載測試。靜態(tài)加載測試是在飛行器結(jié)構(gòu)上逐漸施加靜態(tài)載荷，直至達到設計極限載荷或破壞載荷，通過測量結(jié)構(gòu)的應力、應變和位移等參數(shù)，評估結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性；動態(tài)加載測試則是模擬飛行器在飛行中遇到的動態(tài)載荷，如陣風、機動飛行等引起的載荷變化，通過沖擊試驗機、振動臺等設備對結(jié)構(gòu)進行動態(tài)加載，測試結(jié)構(gòu)在動態(tài)載荷下的響應和疲勞壽命。
以某款專為無人機和 eVTOL 設計的結(jié)構(gòu)強度測試系統(tǒng)為例，其采用先進的液壓加載技術(shù)，能夠精確控制加載力的大小和方向，加載精度可達 ±0.5% FS。該系統(tǒng)配備了多個高精度的應變片和位移傳感器，可實時監(jiān)測結(jié)構(gòu)的應變和位移變化，數(shù)據(jù)采集頻率高達 1000Hz ，能夠捕捉到結(jié)構(gòu)在加載過程中的微小變化。同時，系統(tǒng)還集成了強大的數(shù)據(jù)分析軟件，可對測試數(shù)據(jù)進行實時分析和處理，生成詳細的測試報告，為結(jié)構(gòu)強度評估提供準確依據(jù)。通過結(jié)構(gòu)強度測試設備的測試，可以提前發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設計中的薄弱環(huán)節(jié)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設計，確保無人機和 eVTOL 在飛行過程中的結(jié)構(gòu)安全。
5.2 振動測試設備
振動測試設備主要用于模擬無人機和 eVTOL 在飛行過程中所面臨的振動環(huán)境，通過對其進行振動測試，檢測結(jié)構(gòu)的耐久性和零部件的穩(wěn)定性。它的工作原理是利用振動臺產(chǎn)生不同頻率、振幅和加速度的振動，將無人機或 eVTOL 固定在振動臺上，使其受到模擬振動的作用。在測試過程中，通過傳感器（如加速度傳感器、位移傳感器、應變傳感器等）監(jiān)測結(jié)構(gòu)和零部件的振動響應，如振動加速度、位移、應力等參數(shù)。
以電磁式振動試驗機為例，其利用電磁感應原理產(chǎn)生振動，具有頻率范圍寬（通常為 0 - 2000Hz 或更高）、振幅調(diào)節(jié)方便、加速度精度高等優(yōu)點。在對無人機進行振動測試時，可根據(jù)無人機的類型、飛行工況以及相關(guān)標準要求，設定合適的振動參數(shù)，如模擬無人機在起飛、巡航、降落等不同階段的振動情況。通過分析測試數(shù)據(jù)，可判斷結(jié)構(gòu)是否存在共振現(xiàn)象、零部件是否松動或損壞等問題，從而為結(jié)構(gòu)優(yōu)化和零部件選型提供依據(jù)，提高無人機和 eVTOL 在振動環(huán)境下的可靠性和穩(wěn)定性 。
5.3 跌落測試設備
跌落測試設備通過模擬無人機和 eVTOL 在使用過程中可能出現(xiàn)的跌落場景，來評估其抗沖擊性能和結(jié)構(gòu)安全性。它一般通過機械裝置將飛行器提升到一定高度，然后使其自由落下，撞擊到特定的沖擊面上，模擬不同高度、角度和姿態(tài)的跌落情況。在跌落過程中，利用高速攝像機、加速度傳感器等設備記錄飛行器的運動軌跡、撞擊瞬間的加速度以及結(jié)構(gòu)的變形情況等數(shù)據(jù)。
例如，某款專為無人機設計的跌落測試設備，其跌落高度可在 0.5m - 5m 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，精度可達 ±1mm，能夠滿足不同類型無人機的測試需求。在測試時，將無人機按照預定的姿態(tài)固定在測試裝置上，設定好跌落高度后啟動設備，無人機自由落下撞擊到下方的鋼板或其他模擬地面材料上。通過高速攝像機拍攝的視頻和加速度傳感器采集的數(shù)據(jù)，可以直觀地觀察到無人機在跌落過程中的姿態(tài)變化以及撞擊瞬間的沖擊力大小，進而評估無人機的外殼強度、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的抗沖擊能力以及關(guān)鍵部件（如電池、電機、飛控系統(tǒng)等）在跌落沖擊下的可靠性，為改進設計、提高飛行器的抗摔性能提供數(shù)據(jù)支持。
六、電磁兼容性測試設備
6.1 無線電干擾測試設備
無線電干擾測試設備可用于評估無人機和 eVTOL 在復雜電磁干擾環(huán)境中的性能，它能檢測飛行器自身產(chǎn)生的無線電干擾信號強度和頻率范圍，以及在受到外部電磁干擾時，飛行器通信、導航、飛控等系統(tǒng)的工作狀態(tài)是否受到影響 。在實際飛行中，無人機和 eVTOL 可能會受到來自地面通信基站、其他飛行器、電子設備等多種電磁干擾源的影響，若自身電磁兼容性不佳，可能導致通信中斷、導航偏差甚至飛行失控等嚴重后果，威脅飛行安全。
例如，在城市區(qū)域飛行時，密集的通信基站和電子設備會產(chǎn)生復雜的電磁環(huán)境，通過無線電干擾測試設備，可模擬這種環(huán)境，測試無人機和 eVTOL 能否在其中穩(wěn)定飛行并保持通信和導航功能正常。其主要技術(shù)指標包括頻率范圍，一般需覆蓋幾十 kHz 到數(shù) GHz，以涵蓋常見的無線電頻段；干擾信號強度測量精度，應達到 ±1dBm 甚至更高，確保對微弱干擾信號的準確檢測；測試靈敏度，需滿足能夠檢測到飛行器產(chǎn)生的極微弱干擾信號，為評估飛行器的電磁兼容性提供精確的數(shù)據(jù)支持，保障其在各種電磁環(huán)境下的飛行安全和通信可靠性。
七、數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)
7.1 傳感器與數(shù)據(jù)采集設備
傳感器與數(shù)據(jù)采集設備是獲取無人機和 eVTOL 性能數(shù)據(jù)的關(guān)鍵工具，其工作原理基于各種物理效應，將非電量信號轉(zhuǎn)換為電信號，從而實現(xiàn)對各種參數(shù)的測量。例如，壓力傳感器利用壓阻效應，通過測量電阻的變化來感知壓力的大小；加速度計則基于牛頓第二定律，通過檢測質(zhì)量塊的加速度來測量加速度。這些傳感器在無人機和 eVTOL 測試中發(fā)揮著重要作用，能夠?qū)崟r采集飛行器的各種性能數(shù)據(jù)，如飛行姿態(tài)、速度、高度、溫度、壓力等。
在實際應用中，多種傳感器協(xié)同工作，確保數(shù)據(jù)采集的全面性和準確性。以飛行姿態(tài)測量為例，慣性測量單元（IMU）通常包含加速度計、陀螺儀和磁力計，加速度計測量飛行器的加速度，陀螺儀測量飛行器的角速度，磁力計則用于測量地磁場方向，通過對這些數(shù)據(jù)的融合處理，可以精確確定飛行器的姿態(tài)。此外，在測量飛行速度時，空速管與壓力傳感器配合使用，空速管采集氣流的總壓和靜壓，壓力傳感器測量兩者的差值，從而計算出飛行器的空速；高度測量則可通過氣壓傳感器，利用氣壓隨高度的變化關(guān)系來確定飛行器的高度 。通過這些傳感器的協(xié)同工作，能夠為無人機和 eVTOL 的性能分析提供豐富、準確的數(shù)據(jù)支持。
7.2 數(shù)據(jù)分析軟件
數(shù)據(jù)分析軟件是處理和分析傳感器采集到的數(shù)據(jù)的重要工具，具備強大的數(shù)據(jù)處理、分析和報告生成功能。它能夠?qū)Σ杉降暮Ａ繑?shù)據(jù)進行清洗、轉(zhuǎn)換、統(tǒng)計分析等操作，提取出有價值的信息，為無人機和 eVTOL 的性能評估和優(yōu)化設計提供科學依據(jù)。例如，在處理無人機的飛行數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)分析軟件可以對飛行軌跡、姿態(tài)變化、動力系統(tǒng)參數(shù)等數(shù)據(jù)進行深入分析，通過繪制圖表、生成統(tǒng)計報表等方式，直觀展示飛行器的性能表現(xiàn)。
在挖掘數(shù)據(jù)價值方面，數(shù)據(jù)分析軟件利用機器學習、深度學習等算法，對數(shù)據(jù)進行建模和預測，幫助工程師發(fā)現(xiàn)潛在的問題和優(yōu)化方向。比如，通過對無人機動力系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)進行分析，建立性能預測模型，提前預測動力系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障，為維護保養(yǎng)提供依據(jù)；在 eVTOL 的設計優(yōu)化中，根據(jù)風洞試驗數(shù)據(jù)和飛行測試數(shù)據(jù)，運用數(shù)據(jù)分析軟件進行模擬仿真，評估不同設計方案的性能優(yōu)劣，從而選擇好的方案，提高飛行器的性能和安全性 。此外，數(shù)據(jù)分析軟件還能生成詳細的測試報告，包括數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果、分析結(jié)論、建議措施等，為適航審定和質(zhì)量控制提供有力支持，在無人機和 eVTOL 的研發(fā)、生產(chǎn)和應用過程中具有重要意義。
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