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机身结构系统 产品需求文档

字段内容
文档编号SUB-AF-V0.1
版本V0.1
状态草稿
作者产品团队
日期2026-04-14
审核人[待定]

修订记录

版本日期修订人修订内容
V0.12026-04-14产品团队初稿
V0.22026-04-16产品团队构型修订:8旋翼Y型→V1四旋翼,重量预算以4套动力为基准

1. 概述

1.1 目的

本文档定义机身结构系统(Airframe, AF)的产品需求,作为该子系统结构设计、工艺开发、模具制造及测试验证的依据。

1.2 适用范围

  • 适用产品型号:XX 农业无人机(内部代号待定)
  • 适用版本:V1.0 种子用户版(2025年10月交付100台样机)

1.3 关联文档

文档编号文档名称关系
PRD-MASTER-V0.1总体产品需求文档上位需求来源
SUB-PS-V0.1动力电池系统PRD电池仓尺寸/安装接口
SUB-SP-V0.1喷洒系统PRD药箱/喷杆安装接口
SUB-FC-V0.1飞控系统PRD飞控舱安装接口
SUB-ESC-V0.1电调系统PRD电调安装与散热接口
SUB-OA-V0.1避障系统PRD雷达/视觉安装接口
SUB-NAV-V0.1导航定位系统PRDRTK天线安装接口

1.4 术语定义

术语定义
AFAirframe,机身结构系统
MTOWMaximum Take-Off Weight,最大起飞重量
IP67防护等级,防尘防浸水(IEC 60529)
IP56防护等级,防尘防溅水(IEC 60529)
CNCComputer Numerical Control,数控加工
CFRPCarbon Fiber Reinforced Polymer,碳纤维增强复合材料
HDPEHigh-Density Polyethylene,高密度聚乙烯
四旋翼布局V1采用4旋翼对称十字布局,4条机臂各安装1个电机/电调/螺旋桨组件。V2规划升级为8旋翼Y型布局(对标T100)

2. 系统描述

2.1 子系统职责

机身结构系统负责提供整机的承力框架、折叠收纳机构、起落架支撑、各子系统安装平台及环境防护,确保飞行器在农业作业环境下的结构强度、刚度和耐久性。

2.2 系统边界

[动力电池×2] → 电池仓安装 → [本子系统:机身结构] ← 药箱安装 ← [喷洒系统药箱]
[电机×4+电调×4(V2预留×8)] → 机臂安装 →        ↕                ← 喷杆安装 ← [喷洒系统喷杆]
                              [飞控/导航/避障安装舱]

                              [起落架/减震系统]

输入(安装需求)

  • 飞控系统:飞控核心板安装、减振、防护
  • 电调系统:4个电调散热安装(V2扩展为8个)
  • 动力电池系统:双电池仓安装、快拆接口
  • 喷洒系统:药箱挂载、喷杆固定、管路走线通道
  • 避障系统:前/后/下雷达及视觉系统安装支架
  • 导航定位系统:RTK天线安装座

输出(结构提供)

  • 整机承力框架(抗弯/抗扭刚度)
  • 折叠/展开机构(机臂、桨叶、起落架)
  • IP防护密封(防水防尘)
  • 安全警示标识张贴面

2.3 工作环境

  • 工作温度:0°C ~ 45°C(参考T100: 0°C ~ 40°C,适当扩展高温耐受)
  • 存储温度:-20°C ~ 60°C
  • 湿度:5% ~ 95%(非凝结)
  • 防护等级:整机IP56(目标),核心模块IP67
  • 特殊环境因素:
    • 农药化学腐蚀(有机磷、菊酯类药剂长期接触)
    • 高盐雾环境(沿海地区作业)
    • 紫外线照射(户外长期暴露)
    • 振动(电机高频振动、运输颠簸)
    • 粉尘(田间土壤粉尘、肥料粉尘)
    • 着陆冲击(满载降落冲击加速度)

3. 功能需求

3.1 总体布局

编号需求描述优先级验证方式来源
AF-F-001飞行器V1应采用4旋翼对称十字布局,4条机臂各安装1个电机/电调/螺旋桨组件,机臂编号M1-M4。V2规划升级为8旋翼Y型布局(对标T100)P0设计审查+原型验证SYS-P-001
AF-F-002主机架应采用中心体+机臂的模块化架构,中心体承载飞控舱、电池仓、药箱安装座;机臂承载动力组件P0设计审查T100手册p12
AF-F-003中心体应为整机的主承力结构,提供飞控、导航(含RTK天线)、避障传感器(前雷达、后雷达、下雷达、视觉系统)、电磁流量计、FPV相机等设备的安装接口P0设计审查T100手册p12-13
AF-F-004机臂应设计为可快拆结构,支持田间更换损坏机臂,更换单臂时间≤10分钟(含电调接线),使用标准工具P1实操测试维护性需求
AF-F-005整机布局应保证重心位于几何中心附近,满载喷洒模式下x轴偏差≤120mm,y轴偏差=0(左右对称),参考T100重心数据P0重心测量T100手册p46
AF-F-006喷洒系统应可整体更换为播撒系统,机身预留播撒系统安装接口(V1.5规划),安装接口在V1.0冻结P1设计审查PRD-MASTER 第9章

3.2 折叠方案

编号需求描述优先级验证方式来源
AF-F-010机臂应支持向中心体折叠收纳,折叠后整机尺寸显著缩小,便于运输和存储P0实物测量T100手册p28
AF-F-011展开尺寸目标(机臂展开,桨叶展开):≤3300×3300×1000 mm(T100参考值:3220×3224×975 mm)P0实物测量T100手册p28
AF-F-012折叠尺寸目标(机臂折叠,桨叶折叠):≤1200×1300×1000 mm(T100参考值:1105×1265×975 mm)P0实物测量T100手册p28
AF-F-013螺旋桨应支持折叠收纳,桨叶可沿桨毂方向折叠,减小整机折叠体积P0实物验证T100手册p28
AF-F-014机臂折叠/展开应设计卡扣锁定机构,展开状态下机臂固定卡扣需可靠锁定(承受满载飞行载荷),折叠状态下机臂卡紧至机身侧收纳固定夹内,防止运输松动P0锁定力测试+振动测试T100手册p11
AF-F-015折叠/展开操作应无需工具,纯手动操作,操作力≤50NP0人因测试用户体验需求

3.3 起落架设计

编号需求描述优先级验证方式来源
AF-F-020起落架应采用固定式设计(V1.0),提供稳定的地面支撑,防止满载状态下倾倒P0稳定性测试T100手册p12
AF-F-021起落架应集成减震机构,吸收满载降落时的冲击载荷(≤3g着陆加速度),保护机身结构和电子设备P0跌落测试安全需求
AF-F-022起落架触地面应有耐磨防滑设计,适应泥地、草地、水泥地等多种田间地面P0环境测试作业场景需求
AF-F-023起落架离地高度应满足喷杆和药箱底部离地≥200mm,防止地面障碍物碰撞损坏P0实物测量作业安全
AF-F-024起落架间距应满足C12000充电器可从飞行器底部直接对接充电(如采用底部充电方案),或预留侧面充电线缆通道P1装配验证充电流程需求

3.4 模块化设计

编号需求描述优先级验证方式来源
AF-F-030飞控舱应设计为独立密封舱体,实现IP67防护等级,具备独立的检修开口(免工具或单螺丝开启)P0IP测试+拆装测试SYS-P-041
AF-F-031电池仓应支持双电池并排安装,每个电池仓设计独立的滑轨+卡扣锁定机构,支持单人单手操作快速换电P0装配测试SUB-PS需求
AF-F-032电池仓应设计电池到位检测触点和防反插导向结构,确保电池安装正确到位后方可供电P0装配验证SYS-S-030
AF-F-033喷洒系统(药箱+喷杆+水泵总成)应支持整体拆装,便于清洗维护和切换为播撒系统P1拆装测试AF-F-006
AF-F-034电调安装位应设计在机臂电机座附近,具备良好散热通道(自然风冷+电机旋翼下洗气流),安装方向统一P0温升测试SUB-ESC需求
AF-F-035中心体应预留线束走线通道,所有线缆(电源线、信号线、喷洒管路)走线有序,具备防护套管,防止机臂折叠时夹线P0装配审查可靠性需求
AF-F-036连接件(螺栓、螺母、卡扣等)规格应标准化统一,全机维护工具种类≤5种P1设计审查维护性需求

3.5 药箱

编号需求描述优先级验证方式来源
AF-F-040药箱有效容积≥75L(对标T100: 75L),满足大田喷洒单次作业面积≥15亩的需求P0容积测量SYS-P-004, T100手册p29
AF-F-041药箱材质应采用HDPE(高密度聚乙烯)或同等耐腐蚀材料,耐受常见农药(有机磷、菊酯类、除草剂)化学腐蚀,且耐紫外线老化P0材料测试T100手册p29
AF-F-042药箱应配备液位检测传感器,检测精度±5%FS,实时向飞控/App报告剩余药量P0校准测试SYS-S-012
AF-F-043药箱加注口口径≥80mm,配备防溅盖,加注时可使用标准农药量杯直接倒入P0实操测试用户体验需求
AF-F-044药箱底部应设计排液口(带阀门),支持快速排空残液和冲洗,排空时间≤30sP0实操测试维护清洗需求
AF-F-045药箱内壁应光滑无死角,便于清洗,防止药液残留和交叉污染P1清洗验证作业安全
AF-F-046药箱安装方式应为快拆设计(卡扣或快锁),支持不拆药箱直接清洗,也支持整箱拆下清洗/更换P1拆装测试维护性需求
AF-F-047药箱应设计防晃荡结构(内部挡板或防浪板),减少飞行中药液晃荡对飞行器姿态的影响P0飞行测试飞行稳定性需求

3.6 人因工程

编号需求描述优先级验证方式来源
AF-F-050飞行器空机状态(无电池无药液)应支持两人搬运,机身两侧应设计对称搬运把手,把手握持舒适且承重≥40kg/侧P0人因测试用户体验需求
AF-F-051田间快速展开时间(从折叠到展开、安装电池、检查完毕可飞)目标≤5分钟(单人操作)P1实操计时验收标准B-07
AF-F-052田间快速折叠时间(从断电到折叠、拆电池、可搬运状态)目标≤5分钟(单人操作)P1实操计时验收标准B-07
AF-F-053电池仓、药箱、飞控舱、电调等关键部件的检修应无需翻转飞行器,从飞行器顶部或侧面即可触达P0维护性评估维护性需求
AF-F-054机身应设计安全警示标识张贴区域,包括:高温警示(电机/电调区域)、夹手警示(折叠关节)、桨尖安全区域、电池操作须知、农药使用须知、电源警示等P0实物检查SYS-S-026, T100手册p70-72
AF-F-055机头/机尾应有明显的方向辨识设计(颜色或形状差异),配合指示灯实现飞行方向识别P0目视检查SYS-S-022

4. 性能需求

4.1 材料与工艺

编号性能指标我方目标值T100参考值优先级验证方式
AF-P-001主机架材料碳纤维复合材料(CFRP)+航空铝合金(6061-T6/7075)碳纤维+铝合金P0材料检测报告
AF-P-002机臂管材碳纤维缠绕管,壁厚≥1.5mm,外径[TBD]mm碳纤维P0力学测试
AF-P-003螺旋桨材质碳纤维复合材料碳纤维复材P0材料检测报告
AF-P-004螺旋桨直径[TBD] mm(目标与T100同级)1575 mmP0实物测量
AF-P-005表面防腐处理铝合金件:硬质阳极氧化(膜厚≥25μm)或达克罗处理;紧固件:不锈钢304/316或镀镍P0盐雾测试(≥500h)
AF-P-006密封件材质硅胶或氟橡胶,耐温-30°C~200°C,耐油耐药液P0材料兼容性测试
AF-P-007机臂折叠关节航空铝合金CNC加工,承受≥2倍满载弯矩不变形P0疲劳测试

4.2 整机重量预算分解表

空机重量目标:≤73 kg(对标T100: 73 kg),确保最大起飞重量≤150 kg(法规硬性要求)。

编号组件重量目标(kg)占比说明
AF-P-010中心体机架(含折叠关节)≤12.016.4%碳纤维+铝合金主框架
AF-P-011机臂×4(含电机座)≤8.011.0%碳纤维管+铝合金接头,每臂≤2.0kg
AF-P-012电机×4(V2: ×8)≤8.011.0%每电机≤2.0kg(含线缆),V2扩展至×8 ≤16.0kg
AF-P-013电调×4(V2: ×8)≤2.02.7%每电调≤0.5kg,V2扩展至×8 ≤4.0kg
AF-P-014螺旋桨×4(V2: ×8)≤2.02.7%碳纤维桨叶,每副≤0.5kg,V2扩展至×8 ≤4.0kg
AF-P-015起落架(含减震)≤4.05.5%碳纤维/铝合金
AF-P-016飞控系统(含减振板)≤1.01.4%飞控板+IMU+减振座
AF-P-017避障系统(雷达×3+视觉)≤3.04.1%前雷达+后雷达+下雷达+视觉系统
AF-P-018导航定位(含RTK天线)≤0.50.7%GNSS模块+RTK天线
AF-P-019喷洒系统(空药箱+喷杆+水泵+管路+喷头)≤10.013.7%含电磁流量计、不含药液
AF-P-020直连数据链图传天线+4G模块≤0.50.7%外置天线+模块
AF-P-021FPV相机≤0.30.4%
AF-P-022线束总成≤3.04.1%全机线缆+连接器
AF-P-023指示灯+夜航灯≤0.50.7%M1-M4指示灯+夜航灯
AF-P-024紧固件+密封件+保护盖≤2.02.7%螺栓、卡扣、密封圈等
AF-P-025预留裕度4.25.8%工程裕度,应对制造公差和未计入小件
合计≤73.0100%

:空机重量偏差≤±3%(参考T100重量重心章节),即实际空机重量应在70.8~75.2 kg范围内。最大起飞重量=空机重量+电池重量+载荷重量,必须≤150kg。

4.3 结构强度与刚度

编号性能指标我方目标值T100参考值优先级验证方式
AF-P-030最大轴距[TBD] mm(目标与T100同级)2330 mmP0实物测量
AF-P-031机臂弯曲刚度满载飞行时机臂尖端挠度≤15mmP0静力测试
AF-P-032机臂扭转刚度满载飞行时扭转角≤1°P0静力测试
AF-P-033折叠关节锁定强度承受≥3倍正常飞行弯矩不脱扣P0锁定力测试
AF-P-034起落架冲击耐受满载(150kg)自由落体0.5m无永久变形P0跌落测试
AF-P-035结构疲劳寿命满载作业≥500小时无结构件开裂/变形(种子用户版验证≥50小时)P0疲劳测试+田间验证

4.4 环境适应性

编号性能指标我方目标值T100参考值优先级验证方式
AF-P-040整机防护等级IP56IP56P0IEC 60529标准测试
AF-P-041核心模块(飞控舱)防护等级IP67IP67P0IEC 60529标准测试
AF-P-042工作温度范围0°C ~ 45°C0°C ~ 40°CP0高低温环境测试
AF-P-043存储温度范围-20°C ~ 60°CP1环境存储测试
AF-P-044抗风等级≥6级风(10.8~13.8 m/s)正常作业最大可承受风速6 m/sP0风洞测试+实地验证
AF-P-045盐雾耐受金属件通过500小时盐雾测试(GB/T 10125)P1盐雾试验
AF-P-046紫外线老化非金属外露件通过1000小时紫外线加速老化测试,无明显粉化/开裂P1UV老化测试
AF-P-047运输振动通过GB/T 4857运输包装件振动测试(随机振动+扫频振动)P1振动台测试
AF-P-048抗电磁干扰结构设计配合EMC屏蔽,整机抗电磁干扰能力≥10 V/m10 V/mP1EMC测试

5. 安全需求

编号安全需求描述触发条件系统响应优先级验证方式
AF-S-001机臂折叠关节应设计防夹手结构,折叠/展开过程中操作者手指不应进入夹持区域人员展开/折叠操作结构防护+警示标识P0人因安全评估
AF-S-002螺旋桨安装应具备防飞脱设计,桨夹螺母应有防松措施(自锁螺母或开口销),防止高速旋转时桨叶飞出电机高速旋转结构防松设计P0振动+离心力测试
AF-S-003电池仓应设计物理锁止机构,防止飞行中电池意外脱落;锁止状态下应承受≥5g纵向加速度不松脱飞行中振动/冲击卡扣锁定P0加速度冲击测试
AF-S-004药箱安装应设计防脱落锁止,满载飞行中药箱不应松动或脱落满载飞行+机动锁止机构P0振动测试
AF-S-005机身应避免锐利边角和毛刺,所有人员可触及的边缘应做倒角/圆角处理(R≥1mm)人员搬运/维护结构设计P0实物检查
AF-S-006电机/电调高温区域(工作温度可达80°C以上)应设计防烫隔热结构或警示标识,防止人员意外触碰烫伤飞行后立即检修隔热+警示P0温度测量+标识检查
AF-S-007结构设计应确保坠机时电池仓不被穿刺破坏,电池仓周围应有缓冲保护结构飞行器坠落结构保护P0跌落冲击测试

6. 合规需求

编号法规/标准需求描述优先级认证周期预估
AF-C-001国务院令第761号整机最大起飞重量≤150kg,空机重量控制是满足此法规的基础P0(硬性)
AF-C-002GB/T 43071-2023结构设计满足植保无人飞机通用技术要求中的机体结构、防护等级相关条款P0约2个月
AF-C-003IEC 60529整机IP56 / 核心模块IP67防护等级测试P0约1个月
AF-C-004RoHS (GB/T 26572)结构材料及表面处理不含超标有害物质(铅、汞、镉、六价铬等)P1约1个月
AF-C-005GB/T 4857运输包装件跌落、堆码、振动测试P1约1个月

7. 接口需求

机身结构系统通过机械接口与所有其他子系统连接,无专属电子ICD文档,接口定义如下:

接口编号对端子系统接口类型接口描述
AF-I-001飞控系统 (FC)机械安装飞控舱安装座,含减振软垫,M3螺丝×4固定,预留USB/串口线缆出口
AF-I-002电调系统 (ESC)机械安装4个电调安装座(机臂上),含散热硅胶垫,M3螺丝×2固定/个(V2扩展为8个)
AF-I-003动力电池 (PS)机械接口双电池仓滑轨+卡扣,含电源连接器安装座(XT90/定制),尺寸匹配电池外壳
AF-I-004喷洒系统 (SP)机械安装药箱挂载座+快锁、喷杆固定夹×2、水泵安装座、管路卡扣、电磁流量计安装座
AF-I-005避障系统 (OA)机械安装前雷达安装座、后雷达安装座、下雷达安装座、视觉系统安装座(含角度调节)
AF-I-006导航定位 (NAV)机械安装机载D-RTK天线安装座(顶部中心,远离电磁干扰源)
AF-I-007指示灯/夜航灯机械安装M1-M4机臂LED指示灯安装位、夜航灯安装位
AF-I-008FPV相机机械安装FPV相机安装座(机头下方,视角朝前下方)
AF-I-009图传天线机械安装外置直连数据链图传天线安装座

8. 约束与假设

8.1 设计约束

  • 重量硬约束:空机重量≤73kg,任何单项组件超重必须从其他项等量削减,总量不可突破
  • 模具约束:2025年10月交付100台样机,结构设计需在[TBD]前冻结以满足模具开发周期(碳纤维模具约6-8周,铝合金CNC约2-4周)
  • 成本约束:种子用户版单机结构件BOM成本目标 [TBD] 元,需在碳纤维和铝合金之间平衡成本与性能
  • 供应链约束:碳纤维管/板需确认供应商产能,100台量级需提前[TBD]周下单
  • 工艺约束:种子用户版优先采用CNC加工+碳纤维模压/缠绕工艺,暂不使用注塑件(量产版V1.5考虑)

8.2 假设条件

  • 假设电池外形尺寸与当前样机电池包一致(18S1P,外壳尺寸待电池供应商确认)
  • 假设喷洒系统沿用当前喷杆长度方案(参考T100: 1840mm喷杆),最终长度随喷洒PRD确定
  • 假设V1.0版本不支持播撒系统和吊运系统,但机身预留安装接口
  • 假设种子用户测试区域为平原大田,不考虑高海拔(>3000m)结构强度降额

9. 验收标准

9.1 种子用户版(V1.0,10月交付)必须通过项

测试项通过标准对应需求编号
空机称重≤73 kg(偏差±3%)AF-P-010~025
满载起飞重量≤150 kgAF-C-001, SYS-P-001
展开尺寸≤3300×3300×1000 mmAF-F-011
折叠尺寸≤1200×1300×1000 mmAF-F-012
IP56防护测试通过IEC 60529 IP56AF-P-040
飞控舱IP67通过IEC 60529 IP67AF-P-041
机臂锁定强度≥3倍正常飞行弯矩不脱扣AF-P-033
满载着陆冲击0.5m自由落体无永久变形AF-P-034
结构耐久性满载作业50小时无开裂/变形AF-P-035
电池仓防脱落≥5g纵向加速度不松脱AF-S-003
药箱液位传感器精度±5%FSAF-F-042
重心偏差满载x轴偏差≤120mmAF-F-005

9.2 应当通过项

测试项通过标准对应需求编号
展开/折叠时间单人操作各≤5分钟AF-F-051, AF-F-052
机臂快拆单臂更换≤10分钟AF-F-004
盐雾测试金属件500小时AF-P-045
维护工具种类≤5种AF-F-036
药箱排空≤30sAF-F-044

9.3 可延后项

测试项计划版本对应需求编号
紫外线老化1000hV1.5AF-P-046
运输包装振动测试V1.5AF-P-047
播撒系统安装接口验证V1.5AF-F-006, AF-F-033

10. 待决事项 (TBD)

编号事项描述责任人期望决定日期影响范围
TBD-AF-001螺旋桨直径确定(AF-P-004),需配合动力系统选型结构+动力团队[TBD]机臂长度、折叠尺寸、气动效率
TBD-AF-002最大轴距确定(AF-P-030),需平衡尺寸与喷幅需求结构团队[TBD]展开尺寸、折叠尺寸、喷幅
TBD-AF-003药箱容积最终确定:50L vs 75L 已决议:75L(对标T100)产品+结构已决议重量预算、单次作业面积
TBD-AF-004电池外壳尺寸确认(依赖电池供应商最终方案)电池团队[TBD]电池仓尺寸设计
TBD-AF-005结构设计冻结日期(影响模具开发周期)项目经理[TBD]10月交付时间线
TBD-AF-006单机结构件BOM成本目标产品+采购[TBD]材料选型、工艺方案
TBD-AF-007起落架方案选型:固定式 vs 可折叠式结构团队[TBD]折叠尺寸、重量、成本

附录

附录A:需求追溯矩阵

子系统需求编号系统级需求来源验证方式验证状态
AF-F-001SYS-P-001 (MTOW≤150kg)设计审查未验证
AF-F-005T100手册p46重心数据重心测量未验证
AF-F-011SYS-P-001, T100手册p28实物测量未验证
AF-F-040SYS-P-004 (作业箱≥75L)容积测量未验证
AF-F-042SYS-S-012 (药液不足告警)校准测试未验证
AF-F-054SYS-S-026 (安全警示标识)实物检查未验证
AF-P-040SYS-P-041 (IP56)IP测试未验证
AF-P-044SYS-P-013 (抗风≥6m/s)风洞测试未验证
AF-S-003SYS-S-030 (电池安全)冲击测试未验证
AF-C-001SYS-C-001 (≤150kg法规)称重测试未验证

文档结束

菲航户外事业部产品知识库