中國(guó)是世界上主要的無人機(jī)研發(fā)、制造基地，我國(guó)自主研制的無人機(jī)已經(jīng)在農(nóng)業(yè)植保、巡檢、測(cè)繪、貨物運(yùn)送等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，成為驅(qū)動(dòng)低空經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要裝備。隨著環(huán)保要求的逐漸提高，多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家目前已明確提出碳中和時(shí)間表，2020年，我國(guó)宣布了碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)愿景，并將“雙碳”目標(biāo)提升到國(guó)家戰(zhàn)略層面。目前，工業(yè)界高度重視綠色能源裝備的發(fā)展，各種以綠色能源為動(dòng)力的飛行器迎來長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展機(jī)遇。由于能量密度高、能夠真正實(shí)現(xiàn)零碳排放，氫能源飛行器已成為業(yè)界重點(diǎn)發(fā)展的裝備之一。

作為民用航空器的一種屬性，適航性是指航空器在預(yù)期的使用環(huán)境中和在經(jīng)申明并被核準(zhǔn)的使用限制之內(nèi)運(yùn)行時(shí)，航空器及其分系統(tǒng)、部件應(yīng)具有安全性和物理完整性。適航性是民用無人航空器安全運(yùn)營(yíng)的重要屬性。

項(xiàng)目方案

總體技術(shù)方案

本文研究的大型電動(dòng)貨運(yùn)無人機(jī)詳見圖1。它是一種常規(guī)氣動(dòng)布局固定翼無人機(jī)，采用大展弦比機(jī)翼、水滴型機(jī)身和前三點(diǎn)可收放起落架，垂尾、腹鰭及平尾安裝在機(jī)身尾部。分布式動(dòng)力系統(tǒng)包括能源系統(tǒng)、電機(jī)、螺旋槳等。其中，能源系統(tǒng)是一種混合能源系統(tǒng)，由氫燃料電池、高能量密度鋰電池組成。左右機(jī)翼各配置一臺(tái)電機(jī)及一副前拉螺旋槳，機(jī)尾裝配了一臺(tái)電機(jī)及一副后推螺旋槳。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)目前已完成該機(jī)詳細(xì)方案設(shè)計(jì)、主要風(fēng)洞試驗(yàn)、性能仿真等工作，按計(jì)劃，在2025年完成最大起飛重量為200kg的縮比樣機(jī)研制及驗(yàn)證試驗(yàn)，2030年前完成全尺寸樣機(jī)研制及適航審定工作。

動(dòng)力系統(tǒng)

該機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)由混合能源系統(tǒng)、輕質(zhì)供儲(chǔ)氫系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)、綜合管理與配電系統(tǒng)、電機(jī)、電調(diào)、螺旋槳組成。其中，混合能源系統(tǒng)包含氫燃料電池、高能量密度鋰電池，液態(tài)氫氣及空氣在供給模塊匯合后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電能，鋰電池提供能源補(bǔ)充；散熱系統(tǒng)主要包括散熱器和冷卻液，對(duì)氫燃料發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行充分冷卻；綜合管理與配電系統(tǒng)集電池綜合管理、二次配電等功能于一體；電機(jī)帶動(dòng)前拉和后推螺旋槳旋轉(zhuǎn)，為全機(jī)提供動(dòng)力。

主要性能指標(biāo)

表1列出了大型電動(dòng)貨運(yùn)無人機(jī)的主要性能指標(biāo)。最大平飛速度600km/h能夠體現(xiàn)該機(jī)快速、高效運(yùn)送貨物的優(yōu)勢(shì)。

適航性研究

現(xiàn)行主要法規(guī)

《中華人民共和國(guó)民用航空法》尚未對(duì)無人航空器從事各項(xiàng)民用航空活動(dòng)提出具體規(guī)定。但其第二百一十四條指出，國(guó)務(wù)院、中央軍事委員對(duì)無人駕駛航空器管理另有規(guī)定的民用航空活動(dòng)需從其規(guī)定。

《無人駕駛航空器飛行管理暫行條例》于2024年1月1日開始施行，并按照性能指標(biāo)對(duì)不同類型無人駕駛航空器進(jìn)行了定義，以及對(duì)民用無人駕駛航空器及其操控員、空域及飛行活動(dòng)等管理提出了明確要求。該條例第八條規(guī)定，從事中型、大型民用無人駕駛航空器系統(tǒng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、進(jìn)口、飛行和維修活動(dòng)的單位，應(yīng)當(dāng)依法向國(guó)務(wù)院民用航空主管部門申請(qǐng)適航審定，并取得適航許可，即最大起飛重量超過25kg的民用無人駕駛航空器開展運(yùn)營(yíng)等活動(dòng)應(yīng)該取得適航許可。

為落實(shí)《無人駕駛航空器飛行管理暫行條例》相關(guān)規(guī)定，確保民用無人駕駛航空器適航、操控員資質(zhì)、飛行活動(dòng)等管理形成閉環(huán)，中國(guó)民用航空局頒布了《民用無人駕駛航空器運(yùn)行安全管理規(guī)則》（CCAR-92部）。該規(guī)則D章的適航管理章節(jié)對(duì)中型、大型民用無人駕駛航空器系統(tǒng)設(shè)計(jì)批準(zhǔn)、生產(chǎn)批準(zhǔn)、適航批準(zhǔn)等內(nèi)容進(jìn)行了明確規(guī)定。應(yīng)當(dāng)注意的是，中型、大型民用無人駕駛航空器研制單位開展適航審定，應(yīng)按要求建立設(shè)計(jì)保證系統(tǒng)。如果中型、大型民用無人駕駛航空滿足不用于載人飛行、不進(jìn)入融合空域飛行且不在地面人員稠密區(qū)域的上空飛行這三個(gè)條件，可以按限用類民用無人駕駛航空器系統(tǒng)適航管理規(guī)定進(jìn)行型號(hào)合格審定，并取得特殊適航證。若中型、大型民用無人駕駛航空不能滿足前述三個(gè)條件中的任一條件，則需要按照正常類或運(yùn)輸類民用無人駕駛航空器系統(tǒng)適航管理規(guī)定進(jìn)行型號(hào)合格審定，以及取得標(biāo)準(zhǔn)適航證。局方基于風(fēng)險(xiǎn)的原則，對(duì)民用無人駕駛航空器進(jìn)行適航審定，而且綜合考慮民用無人駕駛航空器的性能、運(yùn)行場(chǎng)景、新特征和技術(shù)復(fù)雜性等要素以及申請(qǐng)人能力、申請(qǐng)人既往型號(hào)合格審定過程中的表現(xiàn)，確定審查項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)以及與風(fēng)險(xiǎn)相匹配的審查方式。申請(qǐng)人可以對(duì)審定基礎(chǔ)，局方審查范圍、深度等給出建議。

已取證大型貨運(yùn)無人機(jī)的審定基礎(chǔ)

目前，中國(guó)民用航空局尚未頒布大型貨運(yùn)無人機(jī)通用適航標(biāo)準(zhǔn)。FP-98無人運(yùn)輸機(jī)型號(hào)合格審定采用了《高風(fēng)險(xiǎn)貨運(yùn)固定翼無人機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（以下簡(jiǎn)稱試行標(biāo)準(zhǔn)）作為審定基礎(chǔ)。V2000CG型無人機(jī)型號(hào)合格審定則以《V2000CG型無人駕駛航空器系統(tǒng)專用條件》作為審定基礎(chǔ)。

基于“運(yùn)”五有人運(yùn)輸機(jī)，航天時(shí)代飛鵬有限公司采用無人化改型技術(shù)研制了FP-98無人運(yùn)輸機(jī)。2023年5月，該公司向局方提交了FP-98無人運(yùn)輸機(jī)型號(hào)合格審定申請(qǐng)，2024年4月，獲得型號(hào)合格證。FP-98無人運(yùn)輸機(jī)試行標(biāo)準(zhǔn)以《CCAR-23-R3正常類、實(shí)用類、特技類和通勤類飛機(jī)適航規(guī)定》（以下簡(jiǎn)稱23部R3版）為審定基礎(chǔ)，增加了地面控制站適航規(guī)定。該試行標(biāo)準(zhǔn)中的無人機(jī)飛行性能、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)等要求基本與23部R3版保持一致，但是基于無人機(jī)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，部分要求有所降低。例如，對(duì)于安全系數(shù)這一典型指標(biāo)，23部R3版的規(guī)定是，除非另有規(guī)定，結(jié)構(gòu)安全系數(shù)必須取1.5；而試行標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定是，對(duì)于引起危險(xiǎn)的或更為嚴(yán)重的失效情況的結(jié)構(gòu)，其安全系數(shù)不能小于1.5，其他結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)不能小于1.25，指標(biāo)有所降低。另外，23部R3版要求每臺(tái)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)必須至少有兩個(gè)分開的進(jìn)氣口，即一個(gè)主進(jìn)氣口、一個(gè)及以上備用進(jìn)氣口，而試行標(biāo)準(zhǔn)則不強(qiáng)制要求發(fā)動(dòng)機(jī)采用備用進(jìn)氣口設(shè)計(jì)。

上海峰飛航空科技有限公司研制的V2000CG型電動(dòng)垂直起降（eVTOL）無人機(jī)采用復(fù)合翼布局設(shè)計(jì)，最大起飛重量2000kg，最大載重400kg。2024年3月，該公司取得電動(dòng)垂直起降（eVTOL）無人機(jī)型號(hào)合格證，目前的取證型號(hào)為不載人機(jī)型。在型號(hào)合格審定過程中，局方以專用條件的方式，確定了V2000CG型無人機(jī)的審定基礎(chǔ)?！禫2000CG型無人駕駛航空器系統(tǒng)專用條件》以《CCAR-23-R4正常類飛機(jī)適航規(guī)定》（以下簡(jiǎn)稱23部R4版）為基礎(chǔ)，增加了地面控制站適航規(guī)定。該專用條件中的無人機(jī)飛行性能、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)等要求基本與23部R4版保持一致。

適航頂層策略

最大起飛重量為5000kg的大型電動(dòng)貨運(yùn)無人機(jī)屬于《無人駕駛航空器飛行管理暫行條例》定義的大型無人駕駛航空器，該機(jī)主要性能達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，能夠真正實(shí)現(xiàn)零碳排放，具有廣闊的應(yīng)用前景。

該機(jī)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、進(jìn)口、飛行和維修活動(dòng)應(yīng)當(dāng)取得適航許可。為加快后續(xù)適航審定進(jìn)程，該型無人機(jī)研制應(yīng)當(dāng)遵循23部R4版中的適用要求，地面控制站研制可以參考已取證大型貨運(yùn)無人機(jī)的試行標(biāo)準(zhǔn)和專用條件中的相關(guān)規(guī)定。飛行性能、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、設(shè)計(jì)、構(gòu)造、設(shè)備等考核可以充分按照23部R4版的適用要求；螺旋槳、功率控制系統(tǒng)、危害性等考核可以遵循23部R4版中有關(guān)動(dòng)力裝置的規(guī)定。氫能源電池、高能量密度鋰電池的適航規(guī)定可以借鑒23部R4版中關(guān)于電動(dòng)飛機(jī)動(dòng)力裝置的補(bǔ)充規(guī)定。

對(duì)于大型電動(dòng)貨運(yùn)無人機(jī)適航審定，局方要求工業(yè)方建立符合《民用無人駕駛航空器系統(tǒng)適航審定管理程序》的設(shè)計(jì)保證系統(tǒng)。首先，在充分論證的前提下，工業(yè)方需提前研究無人機(jī)的審定基礎(chǔ)和審定計(jì)劃，以23部R4版為基礎(chǔ)，增加地面控制站適航規(guī)定，形成無人機(jī)研制和適航審定頂層輸入文件；其次，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)存在的可能性和潛在后果的嚴(yán)重性兩個(gè)方面進(jìn)行綜合評(píng)估，確定項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)以及審查需要重點(diǎn)關(guān)注的項(xiàng)目，提高適航審定效率；最后，鑒于動(dòng)力系統(tǒng)具有新穎性，工業(yè)方需與局方重點(diǎn)關(guān)注動(dòng)力系統(tǒng)適航審定。