新型垂直起降（VTOL）航空器適航審定規(guī)則研究及建議

□ 孫 濱 付雙檢 牟浩蕾/文

近年來，小型電動(dòng)多旋翼垂直起降（vertical take-off and landing， VTOL）載人航空器逐漸成為航空器發(fā)展的新熱點(diǎn)。VTOL航空器作為一種新型的中短途空中交通工具，與傳統(tǒng)的直升機(jī)和固定翼飛機(jī)相比，具有靈活性好、安全性高、噪音小、運(yùn)營成本低、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，能在城市空中交通（UAM）廣泛應(yīng)用，進(jìn)行人員或物資在低空城市內(nèi)或短距城際間的運(yùn)送。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前世界范圍內(nèi)已有超過300家企業(yè)投身于小型VTOL航空器的研發(fā)，僅歐洲航空安全局（EASA）公布的數(shù)據(jù)就已超過150個(gè)相關(guān)型號(hào)。

目前，各國民航局還未針對(duì)VTOL航空器發(fā)布成熟的規(guī)章層面的標(biāo)準(zhǔn)，面對(duì)VTOL航空器全球井噴式的發(fā)展現(xiàn)狀以及我國VTOL航空器發(fā)展現(xiàn)實(shí)，開展VTOL航空器適航審定規(guī)則研究具有重要現(xiàn)實(shí)意義——能夠解決國內(nèi)VTOL航空器的適航審定中遇到的實(shí)際問題，拉動(dòng)國內(nèi)VTOL航空器產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新。

VTOL航空器的定義和分類

為便于開展針對(duì)性研究，綜合全球VTOL航空器產(chǎn)品的發(fā)展動(dòng)態(tài)、技術(shù)特點(diǎn)及民航業(yè)規(guī)律，初步對(duì)VOTL航空器進(jìn)行定義及分類。本文研究的VTOL航空器是指非中國民用航空規(guī)章第23部飛機(jī)和第27部直升機(jī)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)布局的航空器，能夠垂直起降、有人駕駛、乘客數(shù)0-9人、最大起飛重量等于或小于3180kg，與23部飛機(jī)和27部直升機(jī)具有相當(dāng)?shù)陌踩剑軌蚣骖檭烧叩倪\(yùn)行場(chǎng)景。

美國垂直飛行協(xié)會(huì)從2016年起對(duì)全球的VTOL制造商和機(jī)型信息進(jìn)行收集、整理、分類，在其發(fā)布的全球VTOL航空器名錄中對(duì)VTOL機(jī)型進(jìn)行了分類。保時(shí)捷咨詢?cè)?018年也對(duì)VTOL構(gòu)型進(jìn)行了分類，其中未有超出垂直飛行協(xié)會(huì)定義的部分。綜合國內(nèi)外VTOL航空器構(gòu)型、動(dòng)力等特征，總結(jié)了典型VTOL航空器類型，主要分為矢量推力構(gòu)型、復(fù)合翼構(gòu)型、多旋翼構(gòu)型，如表1和圖1所示。

圖1 ：典型VTOL航空器構(gòu)型

VTOL航空器最大優(yōu)點(diǎn)是可以垂直起降，對(duì)起降場(chǎng)地的要求低，在滿足一定適航安全水平時(shí)，適合在城市內(nèi)運(yùn)行。此外，VTOL航空器還具有靈活性高、成本低、安全性高、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。美國Joby公司曾發(fā)布一項(xiàng)不同機(jī)型巡航階段的噪聲測(cè)試對(duì)比，如圖2所示。圖中可以明顯對(duì)比出采用分布式電推進(jìn)技術(shù)的VTOL航空器在噪聲方面具有巨大優(yōu)勢(shì)。

圖2 ：不同航空器噪聲測(cè)試對(duì)比

國內(nèi)外VTOL航空器適航審定動(dòng)態(tài)

（一）美國適航審定動(dòng)態(tài)

Joby公司從2015年開始和FAA討論Joby S4取證相關(guān)工作，從2018年開始正式提出取證申請(qǐng)，在2020年第一個(gè)完成了G-1審定基礎(chǔ)的工作，預(yù)計(jì)在2022年完成G-2符合性方法的制定工作，根據(jù)目前的審定進(jìn)度，Joby S4預(yù)計(jì)2023年將獲得FAA型號(hào)合格證，該機(jī)型申請(qǐng)的是FAR-23部正常類飛機(jī)，審定基礎(chǔ)同時(shí)參考了27、33、35部中適用條款。

2021年9月，美國電動(dòng)飛機(jī)初創(chuàng)企業(yè)Archer公司宣布，F(xiàn)AA已簽發(fā)了該公司正在研制的Archer Maker五座VTOL航空器的G-1審定基礎(chǔ)文件，這是該機(jī)型按照FAR-23部適航審定的第一個(gè)重要文件。后續(xù)Archer公司將與FAA共同制定下一步所需的更重要的G-2文件，該文件將建立滿足G-1所列要求的具體的符合性方法。Archer公司的目標(biāo)是2024年獲得FAA的型號(hào)合格證，開始商業(yè)運(yùn)營。截至目前，Archer公司是第二個(gè)獲得FAA G-1文件的VTOL企業(yè)。

按照FAA的現(xiàn)有規(guī)章要求，VTOL航空器可以通過FAR-23部飛機(jī)、FAR-27部正常類旋翼航空器以及FAR-21.17（b）特殊類航空器進(jìn)行適航審定。大多數(shù)飛機(jī)制造商傾向于按照FAR-23部結(jié)合相應(yīng)的專用條件來解決其適航審定問題，利用FAR-23部重組后的靈活性來滿足VTOL航空器的行業(yè)發(fā)展，而不需要制定新的規(guī)章。

（二）歐洲適航審定動(dòng)態(tài)

德國Lillium公司的Lilium Jet航空器最早從2017年開始適航申請(qǐng)流程，2020年EASA簽發(fā)了CRI-A01審定基礎(chǔ)文件，計(jì)劃于2024年取得型號(hào)合格證并投入運(yùn)營。

德國的Volocopter公司于2020年12月同步向FAA申請(qǐng)了VoloCity航空器的型號(hào)合格審定，其計(jì)劃在2023年前開始商業(yè)飛行，目前，EASA已經(jīng)簽發(fā)了CRI-A01審定基礎(chǔ)文件。

在適航審定規(guī)章和標(biāo)準(zhǔn)建立方面，EASA于2018年率先發(fā)布針對(duì)VTOL航空器專用條件建議稿，并在2019年正式發(fā)布了VTOL航空器適航審定的專用條件，并分別于2020年5月和2021年6月分兩批發(fā)布了該專用條件的符合性方法。該專用條件是在CS-23部正常類飛機(jī)適航規(guī)章基礎(chǔ)上發(fā)展而成，將CS-27部小型旋翼航空器適航規(guī)章中的適用條款整合在一起。圖3給出了EASA VTOL航空器適航審定標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)文件發(fā)布?xì)v程。

圖3 ：EASA VTOL航空器適航審定標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)文件發(fā)布?xì)v程

（三）我國適航審定動(dòng)態(tài)

我國目前還沒有發(fā)布新的法規(guī)或?qū)Ｓ脳l件等文件用于VTOL航空器的適航審定。但目前國內(nèi)正在開展的適航審定的載人無人機(jī)系統(tǒng)與本文研究的VTOL航空器的研究范圍具有極大的相似性，從構(gòu)型上屬于VTOL航空器中的多旋翼（無機(jī)翼）構(gòu)型，目前國內(nèi)還沒出現(xiàn)有人駕駛VTOL航空器適航審定的先例。億航在無人機(jī)載人系統(tǒng)領(lǐng)域已經(jīng)走在世界前列，目前億航已在全球多地完成無人自動(dòng)駕駛載人飛行，億航是我國首個(gè)無人機(jī)載人系統(tǒng)適航審定試點(diǎn)單位。億航公司于2020年12月向民航局適航司正式遞交了EH216-S載人無人機(jī)系統(tǒng)型號(hào)合格證（TC）申請(qǐng)，并獲得受理。這是中國首個(gè)載人無人駕駛航空器型號(hào)合格審定項(xiàng)目。民航局適航司授權(quán)民航中南地區(qū)管理局作為審查組長單位，負(fù)責(zé)組織開展型號(hào)審查工作，目前已完成了審定工作組的組建，2021年4月在廣州組織召開了型號(hào)合格審定首次會(huì)，同年12月民航局針對(duì)該型號(hào)合格審定項(xiàng)目專用條件公開征求意見。

峰飛公司自主研發(fā)的自動(dòng)駕駛VTOL載人航空器V1500M成功完成首飛測(cè)試，其采用的垂直起降固定翼構(gòu)型，兼具直升機(jī)與固定翼飛機(jī)的優(yōu)勢(shì)，既可垂直起飛又可快速巡航。2021年6月28日，民航局正式受理峰飛航空科技關(guān)于V400貨運(yùn)型的適航審定申請(qǐng)。

時(shí)的公司正在研發(fā)的E20電動(dòng)垂直起降載人航空器是傾轉(zhuǎn)旋翼構(gòu)型，相較于多旋翼或復(fù)合翼構(gòu)型可以挖掘更多的有效載荷和航程。時(shí)的官方網(wǎng)站顯示，2021年11月，民航華東地區(qū)管理局到時(shí)的公司考察指導(dǎo)，對(duì)空中出行領(lǐng)域的探索予以肯定，并對(duì)時(shí)的科技自主研發(fā)的純電動(dòng)傾轉(zhuǎn)旋翼VTOL產(chǎn)品E20的創(chuàng)新表示支持并寄予厚望，同時(shí)宣貫講解了目前VTOL航空器的審定路徑和審定資源以及飛行員資質(zhì)與培訓(xùn)、超視距運(yùn)行、空域管理和公共安全等方面的要求。但目前時(shí)的公司還未針對(duì)其E20提交型號(hào)合格證申請(qǐng)。

圖4 ：億航公司EH216-S載人無人機(jī)系統(tǒng)

國內(nèi)目前主要是在載人無人機(jī)系統(tǒng)領(lǐng)域開展了適航審定活動(dòng)，并積極部署低空民用航空產(chǎn)業(yè)?；赩TOL航空器的UAM已成為美國、歐盟等國家航空運(yùn)輸發(fā)展的重要方向，國外的重視和支持力度空前，我國工業(yè)方應(yīng)投入更多精力在有人駕駛VTOL航空器領(lǐng)域加快研發(fā)投入與科技創(chuàng)新，民航局方應(yīng)在該領(lǐng)域盡快開展預(yù)先研究，梳理有人駕駛VTOL航空器與載人無人機(jī)系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，根據(jù)國內(nèi)VTOL航空器發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)適時(shí)出臺(tái)適航審定相關(guān)政策文件促進(jìn)行業(yè)發(fā)展。

（四）VTOL航空器適航審定標(biāo)準(zhǔn)制定思路

目前中國民航適航規(guī)章體系中還不能夠涵蓋VTOL航空器的類別，比較接近的是23部正常類飛機(jī)和27部正常類旋翼航空器，目前VTOL航空器在國內(nèi)處于萌芽狀態(tài)，還沒有正式申請(qǐng)的型號(hào)，現(xiàn)階段可以按照技術(shù)成熟度分階段推進(jìn)VTOL航空器適航規(guī)章和標(biāo)準(zhǔn)的建立工作?，F(xiàn)階段可以采用“21.17適用規(guī)章的確定”中制定專用條件通過申請(qǐng)?zhí)厥忸惡娇掌鞯姆绞介_展適航審定，借鑒歐美目前的做法，現(xiàn)階段如有VTOL航空器申請(qǐng)取證，可以按照21.17特殊類航空器建立專用條件的方式開展適航審定工作，可以依據(jù)新23部基于性能和安全要求的適航規(guī)章以及27部正常類直升機(jī)中適用的條款建立專用條件。

VTOL航空器適航標(biāo)準(zhǔn)建立的方式可以參考近年23部規(guī)章重組的思路開展。VTOL航空器適航標(biāo)準(zhǔn)的建立，應(yīng)該充分參考23部和27部適航規(guī)章。目前，F(xiàn)AA和EASA已經(jīng)在2017年完成了23部適航規(guī)章的重組，我國民航局在2019年啟動(dòng)了23部重組工作，目前已完成重組后的23部規(guī)章初稿，并向工業(yè)界和公眾征求了兩輪意見。新的23部規(guī)章重組的思路是只保留對(duì)安全性要求的內(nèi)容，具體的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求全部被轉(zhuǎn)移到作為新規(guī)章普遍接受的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，形成了規(guī)章與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合的形式，能夠更好地接納新技術(shù)在23部飛機(jī)中的應(yīng)用，以便適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展并降低審定成本。VTOL航空器適航標(biāo)準(zhǔn)的建立應(yīng)充分借鑒23部規(guī)章重組的思路，可考慮將VTOL航空器納入到23部規(guī)章體系進(jìn)行適航管理，現(xiàn)有的23部規(guī)章具有拓展適用范圍包含VTOL航空器適航要求的可能性。

總結(jié)及建議

本文梳理了國內(nèi)外的VTOL航空器發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)了VTOL航空器技術(shù)特點(diǎn)，研究了FAA、EASA和我國民航局關(guān)于VTOL航空器適航審定動(dòng)態(tài)并提出國內(nèi)VTOL航空器適航標(biāo)準(zhǔn)建立思路。建議國內(nèi)制定VTOL航空器技術(shù)和政策發(fā)展路線和遠(yuǎn)景規(guī)劃，主要包括適航審定、運(yùn)行規(guī)則、配套保障等方面的規(guī)劃。全面落實(shí)民航局“五個(gè)融合”的理念，建議適航審定部門、工業(yè)部門、科研院校、運(yùn)營機(jī)構(gòu)等相關(guān)單位共同組建VTOL航空器適航審定標(biāo)準(zhǔn)研究小組，以適航審定部門政策指導(dǎo)、工業(yè)部門產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)、科研院校技術(shù)支持、運(yùn)營機(jī)構(gòu)使用預(yù)判的多方聯(lián)動(dòng)形式開展研究，共同推進(jìn)國內(nèi)VTOL航空器的適航審定發(fā)展。此外，建議在適墜性、電推進(jìn)系統(tǒng)、能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)、先進(jìn)飛控（電傳飛控/自動(dòng)飛行/無人駕駛）、安全性、人為因素、噪聲等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域開展深入研究，促進(jìn)國內(nèi)VTOL航空器的快速發(fā)展。