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一、低空經濟與無人機發展現狀
近年來，低空經濟作為新興的經濟形態，在全球范圍內呈現出迅猛發展的態勢。低空經濟以各類航空器的低空飛行活動為核心，涵蓋了無人機、電動垂直起降航空器（eVTOL）等多種飛行器，廣泛應用于物流配送、農林植保、電力巡檢、應急救援、影視航拍等多個領域，為經濟增長注入了新的活力。
無人機作為低空經濟的重要載體，憑借其成本低、靈活性高、操作簡便等優勢，在各個行業得到了廣泛應用。在物流領域，無人機配送解決了 “最后一公里” 的難題，如亞馬遜、京東等企業的無人機配送試點，以及全國首條 “干 — 支 — 末” 跨省低空物流航線的開通，都展示了無人機在物流運輸中的巨大潛力；在農業領域，無人機植保提高了作業效率，實現了精準農業，例如在廣西桂林龍勝各族自治縣龍脊鎮擺嶺村，村民利用無人機噴灑農藥，大大提高了施肥速度和農產品收成；在應急救援領域，無人機能夠快速進入危險區域，進行災情勘察、物資投送和人員搜救，在消防實戰演練中，無人機發揮了重要作用，利用偵察無人機對火場進行勘測標繪，精準建模，同時派遣搭載救援物資的機器狗和運載無人機等裝備，向被困人員投遞救援物資 。
然而，隨著無人機數量的快速增長和應用場景的不斷拓展，無人機的安全問題日益凸顯。從技術層面來看，無人機在復雜氣象條件下的飛行穩定性和可靠性面臨挑戰。強風、暴雨、大霧等惡劣天氣會對無人機的飛行性能產生嚴重影響，導致無人機失控、墜毀等事故。據不完全統計，約 23% 的無人機事故由強風干擾直接引發，強風可導致姿態失控、動力失效或結構斷裂，尤其在懸停、起降階段風險最高 。在一些地區，突然變化的強風會使無人機偏離預定航線，甚至無法保持懸停狀態，最終造成無人機墜毀。此外，無人機的通信鏈路也容易受到干擾，導致信號中斷，使無人機失去控制。在城市中，高樓大廈、通信基站等會對無人機的通信信號產生干擾，影響無人機的正常飛行。
從人為操作層面來看，無人機駕駛員的技能水平和安全意識參差不齊，部分駕駛員缺乏專業培訓，對無人機的操作不熟練，在飛行過程中容易出現操作失誤。一些無人機駕駛員在不了解當地法律法規和禁飛區域的情況下，擅自飛行，存在 “黑飛”“亂飛” 的現象，給公共安全帶來了隱患。在一些軍事禁區、機場等管制區域，曾發生過無人機擅自闖入的事件，嚴重威脅到國家安全和航空安全。還有一些無人機在飛行過程中，由于駕駛員操作不當，導致無人機與建筑物、高壓線等障礙物碰撞，造成人員傷亡和財產損失。這些安全問題不僅制約了無人機產業的健康發展，也對低空經濟的可持續發展構成了威脅。因此，加強無人機的安全測試和性能優化，成為了當前無人機產業發展的關鍵任務。而可移動風場模擬裝置作為無人機測試的重要設備，在保障無人機飛行安全、提升無人機性能方面發揮著不可或缺的作用。
二、可移動風場模擬裝置的技術亮點
（一）創新可移動設計
可移動風場模擬裝置突破了傳統風洞固定結構的限制，采用了獨特的可移動設計。其配備了重型萬向輪，使得裝置能夠在不同的場地間靈活移動，就像一輛靈活的 “風場制造車”，可以輕松地從實驗室轉移到戶外測試場地，甚至能夠進入一些地形復雜的區域，如山區、沙漠等。同時，裝置還具備快速組裝和拆卸的功能，通過模塊化的設計，各個部件可以快速拼接和分離，在短時間內完成安裝和調試，滿足不同實驗地點和環境的要求。這種創新設計極大地提升了風場模擬的靈活性和適用場景，使得研究人員能夠在更貼近實際應用的環境中進行無人機測試，為無人機在各種復雜環境下的飛行性能研究提供了有力支持。
（二）智能風場生成系統
該裝置內置了先進的智能風場生成系統，擁有多種標準風場模式，涵蓋了常見的各種風場條件，如穩定的水平風、變化的陣風以及復雜的湍流風等。這些標準風場模式能夠滿足大部分基礎測試的需求，研究人員只需一鍵選擇，即可快速啟動相應的風場模擬。同時，系統還支持用戶自定義風場參數，研究人員可以根據具體的研究需求，精確設置風速、風向、湍流強度等參數，生成滿足特定研究需求的復雜風場條件 。比如，在研究無人機在城市峽谷效應下的飛行性能時，就可以通過自定義參數，模擬出城市中高樓大廈間復雜的氣流變化，包括風切變、漩渦等特殊氣象現象，為無人機在城市環境中的安全飛行提供數據支持。這種高度定制化的能力，使得可移動風場模擬裝置能夠適應不同類型無人機的測試需求，為無人機的研發和改進提供了豐富的數據依據。
（三）便捷操作系統
可移動風場模擬裝置的操作系統十分便捷，通過直觀的上位機軟件界面，研究人員可以輕松地對風場進行設置和控制。上位機軟件提供了簡潔明了的操作界面，各種參數設置一目了然，即使是初次使用的人員也能快速上手。在設置風速時，只需在軟件界面中輸入所需的數值，即可實現風速的精確調節。除了上位機軟件控制，裝置還支持通過 CSV 表格進行單風扇控制。研究人員可以根據實驗需求，在 CSV 表格中編寫詳細的控制指令，對每個風扇的運行狀態進行單獨控制，從而實現更加精細的風場模擬。這種多樣化的控制方式，極大地簡化了復雜風場的配置過程，提高了實驗的便捷性和效率，讓研究人員能夠更加專注于實驗本身，加快無人機測試的進程。
三、建設無人機測試實驗室的關鍵需求
（一）滿足抗風測試標準
我國已建立了完善的無人機抗風測試標準體系，這些標準對無人機的抗風性能提出了明確要求，成為無人機進入市場的重要準入門檻。例如，GB/T 38930 - 2020《民用輕小型無人機系統抗風性要求及試驗方法》明確了不同等級無人機的抗風分級要求，規定 Ⅲ 級無人機需承受 6 級風（風速范圍為 10.8 - 13.8m/s） ，并且要進行持續風、陣風、切向風三種風型的測試 。GB 42590 - 2023《民用無人駕駛航空器系統安全要求》更是將抗風飛行性能試驗列為安全認證的必選項 。中國民航局 CCAR - 92 部也要求 Ⅲ 類無人機（4kg - 15kg）必須通過 10m/s 側風測試，并提供連續 30 分鐘的風洞視頻記錄。
為了滿足這些嚴格的抗風測試標準，可移動風場模擬裝置必須具備精準模擬不同風型和風速的能力。在模擬持續風時，裝置要能夠穩定地輸出設定的風速，偏差控制在極小范圍內，以測試無人機在穩定風力條件下的飛行穩定性；模擬陣風時，要能夠快速、準確地模擬出風速的突然變化，包括陣風的強度、持續時間和變化頻率，檢驗無人機對突發風力變化的響應能力；模擬切向風時，要精確控制風向的變化，模擬出不同角度的切向風，評估無人機在復雜風向條件下的飛行性能。只有通過這樣全面、精準的模擬測試，才能確保無人機在實際飛行中具備足夠的抗風能力，滿足各類應用場景的需求。
（二）適應多樣測試環境
無人機測試實驗室的應用場景十分廣泛，可能設立在城市中的科研機構、郊外的測試基地，甚至是偏遠的山區、海邊等特殊環境。不同的測試場地具有不同的地形、氣候和空間條件，這就要求可移動風場模擬裝置具備高度的環境適應性，能夠在各種復雜環境下快速部署和有效運行。
在城市環境中，空間往往較為有限，周圍建筑物密集，可能存在電磁干擾等問題。可移動風場模擬裝置需要體積小巧、便于移動，能夠在有限的空間內快速組裝和調試，同時要具備良好的抗干擾能力，確保風場模擬不受周圍環境的影響。而在郊外或偏遠地區，可能面臨交通不便、地形復雜等挑戰，裝置需要具備良好的機動性，通過配備的重型萬向輪和可快速拆卸組裝的模塊化設計，能夠方便地運輸到測試地點，并在不同地形上穩定放置。此外，不同地區的氣候條件差異巨大，從高溫炎熱的沙漠地區到寒冷潮濕的極地地區，從干燥多風的草原到濕潤多雨的雨林，裝置要能夠在不同的溫度、濕度和氣壓條件下正常工作，其電子元件和機械結構要具備良好的耐受性和穩定性，以保證風場模擬的準確性和可靠性。在海邊進行測試時，裝置要能夠抵御海風的侵蝕和高濕度環境的影響，防止設備生銹和損壞，確保長期穩定運行。只有具備了這樣強大的環境適應能力，可移動風場模擬裝置才能為無人機在各種實際應用場景下的測試提供有力支持，推動無人機技術的不斷發展和完善。
由Delta德爾塔儀器聯合電子科技大學（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抗風性能測試難題的突破性技術，也由此打破了加拿大加蒂諾公司設計生產的Wind-Tunnel-Datasheet抗風試驗裝置的技術壟斷。
可移動風場模擬裝置
四、可移動風場模擬裝置的應用價值
（一）保障無人機飛行安全
在無人機的實際飛行中，風場環境復雜多變，強風、陣風、風切變等惡劣風況是導致無人機事故的主要因素之一。可移動風場模擬裝置能夠在實驗室環境中精準復現這些復雜風場條件，對無人機進行全面的抗風性能測試。通過模擬不同風速、風向和湍流強度的風場，研究人員可以深入了解無人機在各種風況下的飛行特性，包括姿態穩定性、動力輸出、操控響應等 。在模擬 12m/s 風速的強風環境下，觀察無人機的姿態變化，測試其飛控系統的修正能力，及時發現潛在的安全隱患，如姿態失控、動力飽和、結構損傷等問題。
通過在可移動風場模擬裝置中進行大量的測試和優化，無人機的抗風性能得到顯著提升，從而有效降低了在實際飛行中的事故率。據相關數據表明，經過風場模擬裝置測試和改進的無人機，在實際飛行中的事故率降低了 23% 。在物流配送場景中，無人機需要在各種天氣條件下完成配送任務，通過風場模擬裝置的測試，確保無人機能夠在強風等惡劣天氣下穩定飛行，準確送達貨物，保障了物流配送的安全和效率；在應急救援場景中，無人機需要在復雜的環境中執行任務，風場模擬裝置的測試使得無人機能夠適應各種風場條件，快速、安全地到達救援現場，為救援工作爭取寶貴時間。
（二）推動無人機產業發展
對于無人機研發企業來說，可移動風場模擬裝置是進行技術創新和產品優化的重要工具。在研發過程中，企業可以利用該裝置對不同設計方案的無人機進行風場測試，獲取大量的實驗數據，深入分析無人機的氣動性能、結構強度和飛行控制性能等，從而為無人機的設計優化提供科學依據。通過模擬不同的風場條件，測試無人機的升力、阻力、扭矩等參數，優化無人機的機翼形狀、機身結構和動力系統，提高無人機的飛行性能和效率。
可移動風場模擬裝置還為無人機的適航認證提供了關鍵的數據支持。在適航認證過程中，認證機構需要依據嚴格的標準對無人機的各項性能進行評估，其中抗風性能是重要的考核指標之一。風場模擬裝置能夠模擬出符合認證標準的風場條件，對無人機進行全面的抗風性能測試，為認證機構提供準確、可靠的測試數據，加速無人機的適航認證進程。某無人機企業在研發一款新型物流無人機時，利用可移動風場模擬裝置進行了大量的抗風性能測試，根據測試結果對無人機的結構和飛控系統進行了優化，使得該無人機順利通過了適航認證，縮短了產品上市周期，提高了企業的市場競爭力。
此外，可移動風場模擬裝置的使用還能夠降低無人機研發成本和風險。傳統的無人機研發需要進行大量的戶外飛行測試，不僅成本高、效率低，而且受天氣條件和場地限制較大，存在一定的安全風險。而風場模擬裝置可以在實驗室環境中模擬各種風場條件，不受外界因素的影響，大大減少了戶外飛行測試的次數，降低了研發成本和風險。同時，通過在風場模擬裝置中進行預測試，可以提前發現無人機設計中的問題，避免在實際飛行測試中出現嚴重故障，減少了研發過程中的損失。
（三）跨領域應用潛力
可移動風場模擬裝置不僅在無人機測試領域發揮著重要作用，還在其他多個領域展現出了廣闊的應用前景。
在風電領域，該裝置可用于評估不同風機布局對發電效率的影響。風力發電場的風機布局直接關系到風能的利用效率和發電成本，通過可移動風場模擬裝置模擬不同的風場條件，研究人員可以分析風機之間的氣流相互作用，優化風機的排列方式和間距，提高風能的捕獲效率，降低風力發電的成本。在模擬復雜地形的風場條件下，測試不同風機布局的風能利用系數，為風力發電場的規劃和建設提供科學依據。
在建筑工程領域，可移動風場模擬裝置能夠用于測量城市建筑群的風壓分布。隨著城市化進程的加速，高層建筑越來越多，建筑群的風壓分布對建筑物的結構安全和室內環境舒適度有著重要影響。利用風場模擬裝置，研究人員可以模擬城市中的風場環境，測量不同建筑位置的風壓大小和分布規律，為建筑設計提供數據支持，優化建筑的外形和結構，提高建筑物的抗風能力和室內通風效果。在設計超高層建筑時，通過風場模擬裝置測試建筑物周圍的風壓分布，合理設置防風措施，確保建筑物在強風天氣下的安全。
在災害防控領域，可移動風場模擬裝置也具有重要的應用價值。例如，在沙漠地區，風沙災害對生態環境和人類活動造成了嚴重影響，通過風場模擬裝置模擬風沙遷移規律，研究人員可以制定有效的防風固沙措施，減少風沙災害的危害。在模擬強風條件下，測試不同植被覆蓋和沙障設置對風沙流的阻擋效果，為沙漠治理提供科學依據。此外，在洪水、地震等災害發生時，風場模擬裝置還可以用于模擬災害現場的氣流情況，為救援工作提供參考，幫助救援人員更好地規劃救援路線和選擇救援設備。
五、總結與展望
可移動風場模擬裝置作為無人機測試實驗室的關鍵設備，以其創新的可移動設計、智能風場生成系統和便捷操作系統，為無人機的抗風性能測試提供了精準、高效的解決方案，滿足了無人機測試實驗室在抗風測試標準和多樣測試環境方面的關鍵需求。它在保障無人機飛行安全、推動無人機產業發展以及跨領域應用等方面展現出了巨大的價值，有效降低了無人機的事故率，為無人機的研發、適航認證提供了有力支持，同時在風電、建筑、災害防控等領域也發揮著重要作用 。
隨著低空經濟的蓬勃發展以及各行業對風場模擬需求的不斷增加，可移動風場模擬裝置的市場前景十分廣闊。未來，可移動風場模擬裝置將朝著更加智能化、精準化和多功能化的方向發展。在智能化方面，裝置將進一步融合人工智能技術，實現風場模擬的自動優化和智能決策，根據無人機的實時狀態和測試需求，自動調整風場參數，提高測試效率和準確性。在精準化方面，將不斷提升風場模擬的精度，減小誤差，模擬出更加復雜、真實的風場環境，為無人機和其他相關領域的研究提供更可靠的數據支持。在多功能化方面，裝置將拓展更多的應用場景，除了現有的領域，還可能在新能源汽車空氣動力學測試、橋梁結構風致響應研究等領域發揮作用，為更多行業的發展提供技術支撐。同時，隨著技術的不斷進步和成本的進一步降低，可移動風場模擬裝置將在更多的實驗室和研究機構中得到普及，推動相關產業的快速發展，為低空經濟的繁榮和各行業的技術創新做出更大的貢獻。
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