ISO 52862023 民用小型和輕型固定翼無人機系統(tǒng)的飛行性能試驗方法標準立項發(fā)展報告

民用小型和輕型固定翼無人機系統(tǒng)的飛行性能試驗方法標準立項發(fā)展報告StandardizationDevelopmentReport:Flightperformanceofcivilsmallandlightfixed-wingunmannedaircraftsystems(UAS)—Testmethods摘要關鍵詞：無人機系統(tǒng)；固定翼；飛行性能；試驗方法；國際標準；適航審定；低空經(jīng)濟AbstractWiththewidespreadapplicationofunmannedaircrafttechnologyacrossvarioussectorsofthenationaleconomyandsocialgovernance,civilsmallandlightfixed-wingunmannedaircraftsystems(UAS)havebecomecriticalequipmentforthedevelopmentofthelow-altitudeeconomy.However,theabsenceofunifiedandauthoritativetestmethodstandardsforflightperformancehaslongposedchallengesformanufacturers,testinginstitutions,andairworthinesscertificationauthoritiesintermsofperformanceverificationandcompliancedetermination.Toaddressthisissue,theInternationalOrganizationforStandardization(ISO)officiallyreleasedISO5286:2023onOctober23,2023.Thisstandardsystematicallydefinesthetestconditions,testitems,testprocedures,dataprocessing,andresultreportingrequirementsforflightperformancetestingofcivilsmallandlightfixed-wingUAS,coveringtheentireflightenvelopeincludingtake-off,climb,cruise,andlandingphases.Thisreportcomprehensivelyreviewstheprojectbackground,draftingprinciples,coretechnicalcontent,andkeyindicatorsofthestandard,andanalyzesitstechnicalleadership,industryapplicability,andinternationalcoordination.ThereportalsointroducesthecontributionsoftheChinaAero-PolytechnologyEstablishment(CAPE)asamajorparticipatingorganization.ThereportconcludesthattheissuanceofISO5286:2023providesunifiedtechnicalguidelinesforflightperformanceverificationofcivilUAS,whichisofsignificantimportanceinpromotinginternationaltrademutualrecognition,supportingthedevelopmentofairworthinesscertificationsystems,andleadingthehigh-qualitydevelopmentofthelow-altitudeeconomy.Keywords:Unmannedaircraftsystem;Fixed-wing;Flightperformance;Testmethods;Internationalstandard;Airworthinesscertification;Low-altitudeeconomy一、引言1.1研究背景近年來，全球無人機產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長態(tài)勢。據(jù)國際無人機制造商協(xié)會（AUVSI）統(tǒng)計，2022年全球無人機市場規(guī)模已超過300億美元，預計到2030年將突破900億美元。在各類無人機平臺中，小型和輕型固定翼無人機以其續(xù)航時間長、巡航效率高、載荷能力大等突出優(yōu)勢，在航空測繪、電力巡檢、應急救災、農(nóng)林植保、邊防巡邏和軍事偵察等領域獲得了廣泛應用，已成為無人機裝備體系中不可替代的重要構成。伴隨著應用場景的持續(xù)拓展和運行規(guī)模的快速增長，民用小型和輕型固定翼無人機系統(tǒng)的飛行性能驗證需求日益迫切。飛行性能不僅是衡量無人機制造商產(chǎn)品設計水平的核心技術指標，更是民用無人機適航審定、運行風險評估和空域準入管理的重要依據(jù)。然而，長期以來，全球范圍內(nèi)尚無一項專門針對民用小型和輕型固定翼無人機系統(tǒng)飛行性能試驗方法的統(tǒng)一國際標準。各制造商多參考有人機的試驗標準（如ISO11566等）或自建企業(yè)規(guī)范進行測試，導致試驗條件不一致、試驗方法不統(tǒng)一、試驗數(shù)據(jù)可比性差，嚴重制約了產(chǎn)品的跨國貿(mào)易和國際市場準入。在此背景下，國際標準化組織航空航天器技術委員會（ISO/TC20）適時啟動了ISO5286標準的研制工作。經(jīng)過多輪國際討論與技術論證，該標準于2023年10月23日正式發(fā)布，成為全球首個專門針對民用小型和輕型固定翼無人機系統(tǒng)飛行性能試驗方法的國際標準。1.2標準基本信息標準編號：ISO5286:2023標準名稱：民用小型和輕型固定翼無人機系統(tǒng)的飛行性能試驗方法英文名稱：Flightperformanceofcivilsmallandlightfixed-wingunmannedaircraftsystems(UAS)—Testmethods發(fā)布機構：國際標準化組織（ISO）技術歸口：ISO/TC20aerospace—SC16無人機系統(tǒng)分技術委員會ICS分類號：49.020（航空器和航天器綜合）發(fā)布日期：2023年10月23日標準狀態(tài)：現(xiàn)行適用對象：最大起飛質(zhì)量不超過一定限制的民用小型和輕型固定翼無人機系統(tǒng)二、標準立項背景與編制原則2.1國內(nèi)外標準化現(xiàn)狀分析在ISO5286:2023發(fā)布之前，國際范圍內(nèi)與無人機飛行性能相關的標準主要存在兩方面不足：一是適用范圍錯位?，F(xiàn)有飛行性能試驗標準多針對有人駕駛航空器制定，如國際民航組織（ICAO）附件8《航空器適航》和各國民航當局的適航規(guī)章（如美國聯(lián)邦航空管理局FARPart23、歐洲航空安全局CS-23等），其對無人機系統(tǒng)的適用性有限。尤其是小型和輕型固定翼無人機在氣動布局、控制方式、動力形式和任務剖面等方面與有人機存在顯著差異，直接套用有人機標準既不科學也不可行。二是標準碎片化嚴重。部分國家和組織已出臺了一些涉及無人機性能的規(guī)范性文件，如美國ASTMF3202（小型無人機系統(tǒng)性能測試標準指南）、歐洲EU2019/947條例等，但這些文件多集中于多旋翼無人機或僅涉及個別性能指標，缺乏針對固定翼無人機全飛行剖面的系統(tǒng)性試驗方法規(guī)范。2.2編制原則ISO5286:2023的編制遵循以下核心原則：（1）安全性原則。充分考慮無人機飛行試驗過程中的安全風險，明確試驗空域選擇、應急程序和安全保障等要求，確保試驗活動的安全可控。（2）科學性原锠。基于空氣動力學和飛行力學的基本原理，科學設計各項性能指標的試驗驗證方法，確保試驗數(shù)據(jù)能夠真實、準確地反映無人機系統(tǒng)的飛行性能水平。（3）可操作性原則。在保證試驗結果準確性和可靠性的前提下，盡可能簡化試驗條件要求，降低試驗實施成本，使標準能夠被各類規(guī)模的制造企業(yè)和檢測機構實際采用。（4）協(xié)調(diào)性原則。與現(xiàn)有國際適航標準、空中航行服務程序和行業(yè)最佳實踐保持協(xié)調(diào)一致，避免標準之間的沖突和重復。三、標準主要技術內(nèi)容ISO5286:2023標準在結構上涵蓋了從試驗準備到結果報告的完整技術鏈條，共計分為10個主要技術條款。標準首先界定了適用于該文件的民用小型和輕型固定翼無人機系統(tǒng)的范圍，明確了其與有人駕駛航空器試驗標準的邊界關系。在規(guī)范性引用文件部分，標準列明了ISO21384（無人機系統(tǒng)——通用要求）、ISO21384-3（無人機系統(tǒng)——操作要求）和ISO21895（無人機系統(tǒng)——分類與設計要求）等相關國際標準。標準第3章給出了17項術語和定義，包括無人機系統(tǒng)、固定翼無人機、飛行性能、起飛距離、爬升率、失速速度、巡航速度、最大平飛速度、升限、航時、航程、著陸距離、側風分量、試驗空域和數(shù)據(jù)處理等關鍵概念。這些術語的統(tǒng)一定義為后續(xù)技術條款的正確理解和執(zhí)行奠定了語言學基礎。標準第4章對飛行性能試驗的前期準備提出了系統(tǒng)要求，主要包括四個方面。其一，試驗樣機應代表批量生產(chǎn)狀態(tài)，制造質(zhì)量滿足設計要求并經(jīng)制造方檢驗合格；其二，應配備必要的機載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能夠?qū)崟r記錄高度、空速、位置、姿態(tài)、發(fā)動機轉速、燃油消耗量和電壓電流等關鍵參數(shù)，數(shù)據(jù)采樣頻率不得低于1Hz；其三，試驗人員應具備相應的資質(zhì)和經(jīng)驗，熟悉被測無人機系統(tǒng)的操作特性和應急處置程序；其四，試驗應在批準的試驗空域內(nèi)進行，空域條件應滿足安全要求并取得相應管理部門的批準。標準第5章明確了試驗條件的基本要求。在氣象條件方面，標準規(guī)定試驗應在無降水、無雷暴等危險天氣條件下實施，地面風速不超過6m/s，陣風不超過10m/s，能見度不低于5km；溫度范圍應控制在－10℃至＋40℃之間；大氣密度應處于標準大氣密度的0.90至1.10倍范圍內(nèi)。在試驗場地方面，起飛和著陸試驗應在堅硬、平整的跑道上進行，跑道長度應不小于預計起飛和著陸滑跑距離的1.5倍，跑道坡度應不大于1%。標準同時規(guī)定，試驗時的無人機質(zhì)量狀態(tài)應涵蓋最大起飛質(zhì)量、典型任務質(zhì)量和最小可控質(zhì)量三種典型配置。標準第6章是飛行性能試驗方法的核心部分，系統(tǒng)規(guī)定了各類飛行性能指標的試驗程序、試驗步驟和數(shù)據(jù)處理方法。在起飛性能試驗方面，標準規(guī)定了起飛滑跑距離、起飛空中段距離和起飛總距離的測定方法，要求每種質(zhì)量狀態(tài)在規(guī)定的風速范圍內(nèi)至少完成3次有效試驗，并按標準大氣條件進行歸一化修正。在爬升性能試驗方面，標準規(guī)定了最大爬升率、爬升時間和爬升梯度三項指標的試驗方法，要求以指定的爬升速度在最大連續(xù)推力狀態(tài)下進行爬升試驗，記錄高度隨時間的變化曲線并進行平滑處理。在巡航性能試驗方面，標準給出了巡航速度、巡航燃油消耗量和巡航升阻比的測定方法，要求在不同的高度層和推力狀態(tài)組合下進行水平直線巡航試驗，每次試驗持續(xù)時間不少于10分鐘。在失速性能試驗方面，標準規(guī)定了失速速度的測定方法，要求在零推力或最小推力狀態(tài)下逐漸減速直至出現(xiàn)失速特征，同時記錄失速警告觸發(fā)速度。在下降和著陸性能試驗方面，標準規(guī)定了下降率、著陸滑跑距離和著陸總距離的試驗方法。此外，標準還規(guī)定了最大平飛速度、實用升限、靜穩(wěn)定裕度、續(xù)航時間和航程等綜合性能指標的試驗測定方法。標準第7章對試驗數(shù)據(jù)的處理與修正提出了明確的技術要求，包括標準大氣修正方法、質(zhì)量修正方法、風速修正方法和數(shù)據(jù)平滑技術等，確保不同條件下獲得的試驗數(shù)據(jù)具有可比性。標準第8章規(guī)定了試驗報告的編寫要求，明確了報告應包含的基本信息和數(shù)據(jù)格式要求，共規(guī)定了不少于13項報告內(nèi)容要素。標準第9章和第10章分別就試驗記錄保存和質(zhì)量保證提出了管理性要求。四、標準主要參與單位介紹ISO5286:2023的制定匯集了全球多個國家標準化機構和行業(yè)專家的智慧。在標準編制過程中，中國作為無人機產(chǎn)業(yè)大國和ISO積極成員國發(fā)揮了重要作用，其中中國航空綜合技術研究所（ChinaAero-PolytechnologyEstablishment，簡稱CAPE）作為國內(nèi)該領域的核心技術支持單位，深度參與了標準的研制工作。中國航空綜合技術研究所成立于1970年，隸屬于中國航空工業(yè)集團有限公司，是中國航空工業(yè)領域集標準化、適航性、質(zhì)量工程、可靠性與環(huán)境試驗技術研究于一體的綜合性技術基礎研究機構。研究所擁有國家認可實驗室、國防科技工業(yè)標準化研究中心等多個國家級平臺，長期承擔航空領域國家標準、國家軍用標準和行業(yè)標準的制修訂任務，在航空器適航技術、標準法規(guī)研究和試驗驗證技術等方面具有深厚的技術積累和豐富的工作經(jīng)驗。在ISO5286:2023的編制過程中，中國航空綜合技術研究所主要承擔了以下關鍵工作：一是作為中國國家成員體的核心技術支撐單位，牽頭組織國內(nèi)相關優(yōu)勢單位（包括無人機制造企業(yè)、適航審定機構、科研院所和高等院校）組建了專門的技術工作組，系統(tǒng)梳理了國內(nèi)民用固定翼無人機飛行性能試驗的工程實踐和技術需求，形成了具有中國特色的技術提案；二是組織開展了多輪國內(nèi)技術研討和試驗驗證工作，利用國內(nèi)典型小型和輕型固定翼無人機平臺進行了對比試驗，為標準的試驗方法設計提供了翔實的實測數(shù)據(jù)支撐；三是選派資深專家全程參與了ISO/TC20/SC16國際工作組的多輪國際會議和草案討論，在試驗條件確定、數(shù)據(jù)修正方法、失速速度判據(jù)等關鍵技術環(huán)節(jié)提出了多項具有建設性的中國提案和技術意見；四是承擔了部分條款的起草和編輯工作，為標準文本的最終完善作出了實質(zhì)性貢獻。研究所的工作得到了ISO/TC20/SC16秘書處和各參與國專家的充分肯定和高度評價，展現(xiàn)了中國在無人機國際標準化領域的技術實力和話語權。五、標準實施意義與應用前景5.1技術引領價值ISO5286:2023是全球首部專門針對民用小型和輕型固定翼無人機系統(tǒng)飛行性能試驗方法的國際標準，填補了該技術領域的標準空白。該標準的發(fā)布標志著無人機系統(tǒng)標準化工作從通用要求和產(chǎn)品規(guī)范向?qū)ｍ椩囼灧椒I域的縱深推進，具有重要的技術引領意義。標準所確立的試驗方法體系體現(xiàn)了“以數(shù)據(jù)為基礎、以驗證為手段、以安全為目標”的先進理念，為后續(xù)無人機適航標準和產(chǎn)品規(guī)范的制修訂提供了重要的方法學支撐。5.2行業(yè)應用價值對于無人機制造商而言，采用ISO5286:2023進行飛行性能驗證，可以在產(chǎn)品研發(fā)階段即獲得與國際接軌的性能數(shù)據(jù)，減少因測試方法不一致導致的重復試驗成本，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期和上市時間。對于檢驗檢測機構而言，該標準為飛行性能試驗服務提供了統(tǒng)一的技術依據(jù)和操作規(guī)范，有利于提升檢測服務的專業(yè)性和權威性。對于適航審定部門而言，該標準為飛行性能適航條款的符合性判定提供了可執(zhí)行、可核查的試驗方法，有助于提高適航審定的效率和一致性。5.3國際協(xié)調(diào)價值ISO5286:2023作為ISO層面的統(tǒng)一標準，為各國無人機產(chǎn)品跨境貿(mào)易中的性能驗證結果互認創(chuàng)造了條件。通過采用同一試驗方法進行產(chǎn)品性能驗證，各國監(jiān)管機構和采購方可以基于可比的試驗數(shù)據(jù)進行產(chǎn)品評價和市場準入決策，減少技術性貿(mào)易壁壘。5.4未來發(fā)展趨勢隨著無人機技術和應用場景的持續(xù)演進，ISO5286未來將在以下方面持續(xù)發(fā)展和完善：一是結合電動無人機動力系統(tǒng)特點，補充和完善電池性能對飛行性能影響的試驗方法；二是結合自主飛行控制技術的最新進展，開發(fā)自主飛行模式下的性能試驗方法；三是拓展標準的適用范圍，將垂直起降固定翼無人機等新構型納入標準體系；四是配合國際民航組織和各國適航當局的法規(guī)進展，增強標準與適航規(guī)章的銜接性。六、結論參考文獻[1]InternationalOrganizationforStandardization.ISO5286:2023Flightperformanceofcivilsmallandlightfixed-wingunmannedaircraftsystems(UAS)—Testmethods[S].Geneva:ISO,2023.[2]InternationalOrganizationforStandardization.ISO21384-1:2019Unmannedaircraftsystems—Part1:Generalrequirements[S].Geneva:ISO,2019.[3]InternationalOrganizationforStandardization.ISO21384-3:2019Unmannedaircraftsystems—Part3:O