EASA發布垂直起降飛行器的首批適航規章

陳明環/ 中國航空工業發展研究中心，北京市 朝陽區 100028

由于大城市人口密集區域的交通問題愈發令人擔憂，為解決前所未有的交通擁堵和日益嚴重的環境問題，城市空運的概念應運而生。同時，隨著城市空運概念的興起，分布式和電推進等技術的成熟，垂直起降飛行器越來越多地得到了人們的關注。據統計，僅美國就已有70多家公司開展此領域的研究工作，2018年一年的投資就已超過10億美元。在政策方面，EASA搶占先機，率先針對垂直起降飛行器發布適航審定文件，將助力整個行業的發展。

隨著城市空運模塊(UAM)概念的興起，分布式和電推進等技術的成熟，垂直起降飛行器(VTOL)越來越多地得到了人們的關注。在政策領域，EASA搶占先機，率先針對垂直起降飛行器發布適航文件，將助力整個垂直起降飛行器行業的發展。

垂直起降飛行器發展現狀

由于大城市人口密集區域的交通問題愈發令人擔憂，城市空運模塊得到了人們的大量關注，載人垂直起降飛行器作為其依賴的主要交通工具，迎來了一次發展的機遇，德國交通部長朔伊爾更是將飛行出租視為“大公司和初創企業的巨大機遇”。

價格、安全和噪聲是城市空運飛行器發展的幾大關鍵因素；分布式和電推進技術以高效率、低排放、低噪聲等顯著優勢，為垂直起降飛行器的未來發展指明了方向。目前，國外在這方面都進行了相關探索，并已經取得了一定成果、擁有了許多的產品。

英國

圖1 羅羅公司電動垂直起降飛機

在2018年英國范堡羅航展上，英國的羅羅公司推出一種電動垂直起降(eVTOL)飛機，并為其配備基于M250發動機的混合動力系統。該飛行器將利用M250渦軸發動機帶動發電機，為6個電動機供動力，并為電池充電?；贛250的混合動力系統功率從500kW到1MW不等，具備有串聯混動、并聯混動和混聯混動三種形式。這三種形式的混合動力系統都已于今年3月份成功通過地面測試，將為2021年上天試飛奠定基礎。

英國航空公司Vertical Arospace 于2018年9月10號，在英國西部的格洛斯特郡機場成功完成了本公司開發的電動垂直起降飛行器的試飛，這也是首次在英國進行飛行出租車試飛。這種電動飛行出租車配有四個旋翼，車身重量750kg， 最高時速可達300km/h， 最大飛行距離可達150km，載客數量約為2～4位，將在2022年之前完成商用的量產制造。

德國

慕尼黑創業公司Lilium完成開發一種無人駕駛垂直起降城市飛行器，這架名為Lilium Jet的飛機由電動涵道風扇式螺旋槳驅動，并已于2018年底完成了首飛。Lilium飛機在襟翼位置安裝了電動涵道風扇陣列，每個襟翼裝有3個風扇，共12個風扇；機翼上共有24個風扇。該飛機的設計指標為，在單個電池充電條件下，以高達300km/h的速度飛行1h。該型號飛行器預計于2020年初投入量產。

圖2 德國Lilium公司的電力推進垂直起降飛行器

圖3 德國Jetcopter公司最新推出的城市空中出租車

德國垂直起降飛行器制造商Jetcopter公司推出了一種5座的城市空中出租車。該飛行器由2臺500hp(368kW)電機提供動力，驅動2臺直徑200cm的空氣渦輪，以產生速度高達950km / h的氣流。氣流可以通過4個矢量射流裝置噴出，從而提供不同方向的動力。該垂直起降飛行器可滿足歐洲航空安全局(EASA)對新一代垂直起降飛機的要求，并將根據EASA規定進行適航認證。

法國

圖4 賽峰的eVTOL座艙設計

在2 0 1 9年舉辦的第三屆“提升”(Elevate)峰會上，法國賽峰集團與優步展示了一種通用電動垂直起降飛行器座艙，能夠適用于任何飛行器制造商的產品，確保始終如一的乘客體驗。座艙座椅和舷窗設計可以最大化每個乘客的腿部空間、私密性與視野。這一設計由位于加利福尼亞州的賽峰座艙設計與創新工作室研制，其將大型客機與小型公務機內飾設計的經驗相結合， 根據常見的電動垂直起降飛行器規范設計了完整的一體化座艙內飾。該工作室執行副總裁斯科特表示，通過與優步公司合作的整個過程，工作室完成了6個全尺寸模型， 每個模型都經過多次迭代，希望盡量減少多余的重量和成本，同時保證任務的安全性、舒適的用戶體驗以及無縫互動性。

歐盟

2019年3月11日，空客公司“城市空中巴士”(City Airbus)可垂直起降無人駕駛驗證機成功完成了首次起飛測試。該垂直起降無人機外觀非常像大號的四軸飛行器，僅比普通乘用車略大，最多可以搭載四名乘客，并且能和直升機一樣垂直起降。City Airbus標準飛行速度為120km/h，選用了純電動設計，以滿足低噪聲、無排放的環保要求，并搭載了四枚140kWh的動力電池，可確保50km的最大航程，且具備全自動駕駛功能。空客方面表示，CityAirbus 未來的試飛將進一步擴展飛行包線。

美國

圖5 空客公司“城市巴士”

圖6 優步公司與貝爾公司合作開發的Nexus城市空運飛行器

圖7 波音極光公司UAM飛行器

優步公司2019年5月份在洛杉磯舉辦了第三屆“提升”(Elevate)峰會，其中一架貝爾Nexus電動垂直起降飛行器的原型機成為了該峰會上最大、最亮眼的展品。Nexus是貝爾聯合優步公司共同發展的城市空中交通飛行器，安裝有6個涵道風扇，能夠90°傾轉，以電推進系統公司的電池和賽峰制造的渦輪發動機組成的混合動力推進系統作為動力，計劃在2021開始飛行測試。Nexus現在可搭載4名乘客和1名飛行員，未來的目標是用自主飛行系統取代飛行員。

2019年1月23日，波音旗下的極光飛行科學公司研發的自主客運飛機(PAV) 原型機完成首飛。該飛行器為電推進，設計目標是具備從起飛到著陸的全自主飛行能力，航程可達50nm.(80.47km)。該原型機長30ft(9.14m)，寬28ft(8.53m)，共有9個旋翼，機身兩側各有4個，尾部1個，但在近期的試飛中墜毀。

日本

由NEC與豐田投資的初創公司CARTIVATOR合作研制的電動垂直起降飛機驗證機于2019年8月5日首次公開試飛，此次試飛為非載人飛行，在NEC位于東京的一個10m×20m的封閉空間進行。公開的試飛視頻可見該機離地約3m，持續約1min。

該驗證機空重150kg，采用四個電機加螺旋槳。該機的機輪尺寸很大，為前三點式布局，不僅可以垂直起降，還可以在地面行駛。日本UAM項目的特點是采用PPP模式(即政府和社會資本合作)，由通產省牽頭，提供部分資金，協調日本民航局、多家企業和院校參與研究和具體實施。目前，參加該UAM項目的企業包括優步日本子公司、空客、波音、豐田、斯巴魯、全日空、日航、NEC、大和運輸等。日本九州大學和日本航天局(JAXA)等機構也各自開展電動航空和電動垂直起降飛行器研究并與通產省主導的該UAM項目合作。

巴西

EmbraerX(巴航工業的一個子公司)在華盛頓舉辦的2019年“優步空中出租車”峰會上推出了首款電動垂直起降飛行器概念產品。這款擁有垂直起降能力的飛行器設計理念，是EmbraerX正在研究的眾多項目中的一個。該飛行器概念的提出，是基于大量的測試及模擬實驗，尋求在城市環境中運營的最佳效果，充分考慮了高可靠性、低運營成本和更低的噪聲排放及全電力驅動和高度自動化等因素，采用了內部集成系統達到最佳安全性，采用了八個旋翼設計降低噪聲同時可實現垂直起降。

圖8 由NEC與豐田投資的初創公司CARTIVATOR合作研制的電動垂直起降飛機驗證機

此外，EmbraerX還關注未來城市空運的交通管理系統。該項目負責人羅特布拉特表示，如果城市空運行業按照預期發展，目前使用的基于語音通信的空域管理系統將無法滿足無人飛行器的相關需求，需要建立新的交通管制系統，并為此提出了“發展城市空中交通所需的六種能力”：空域程序設計，動態空域管理，飛機流量管理(空間上)，系統用戶之間的信息交換，監控確保飛行符合飛行計劃和飛行授權。

中國

圖9 Embraer X發布首款電動垂直起降飛行器概念產品“飛行汽車”

億航智能是國內一家全球領先的智能自動駕駛飛行器科技企業。2016年1月6日，億航在美國拉斯維加斯舉辦的2016 CES國際消費類電子產品展覽會上，全球首發全電力低空自動駕駛載人飛行器“億航”184?！皟|航”184能夠實現垂直起降，最高時速達80nm/1h，飛行時間為25min，無需飛行駕駛員，只需在機內電腦中選擇目的地附近的固定起降點，即可安心乘坐。億航已在2017年與迪拜簽署了一項無人駕駛空中出租車服務協議，并在2018年實現億航184常態化載人飛行。

2018年底，億航智能與全球領先的奧地利航空集團FACC在廣州億航智能總部簽署了戰略合作協議，雙方將攜手圍繞億航自動駕駛飛行器(AAV)展開進一步產品優化和量產合作，共同推行智慧城市空中交通解決方案。億航智能是全球自動駕駛飛行器解決方案的創新者和專家，尤其關注在相關軟件系統技術以及聯網運行體系方面。FACC將在高科技飛行器硬件方面提供包括研制、認證、生產和全球售后服務在內的強力支持。FACC和億航智能將共同推進城市空中立體交通解決方案的落地，加快空中智能出行的相關標準與法規制定，并將在奧地利建立飛行測試基地。

政策現狀

城市空運已經成為了未來交通的發展趨勢，而目前針對其主要交通工具—垂直起降飛行器的相關規章、制度等還不完善，處于探索階段。

針對垂直起降飛行器的政策的需求主要存在于兩方面，一方面是用于型號審定的適航規章，一方面是針對新的非傳統垂直起降飛行器及城市空運所建立的新的空中管制系統。目前，以美國聯邦航空管理局(FAA)、歐洲航空安全局(EASA)、中國民航局(CAAC)為代表的局方、民航組織機構都早已積極布局這一領域。

適航規章

目前，除EAS A于2019年7月2日發布了正式的適航規章外，其他組織、機構對載人垂直起降飛行器的適航還都停留在探索和研究階段，并未發布任何正式的適航審定文件。在EASA發布該適航審定文件之前，垂直起降飛行器一直存在適航空白區域，局方只能通過借鑒小型固定翼飛機、小型直升機或無人機的適航規章來進行相關的審定工作。

由于具有分布式、垂直起降等相同的特點，載人垂直起降飛行器的適航與無人機適航有很多共同點。尤其對于電推進的垂直起降飛行器，隨著電推進技術在無人機領域和電動飛機領域的應用越來越多，該特點更加明顯。以FAA、JARUS為代表的局方、民航組織機構雖然在垂直起降飛行器領域并沒有發布正式的適航審定規章，但其在無人機適航領域已有正式發布的成果，這也是發展垂直起降飛行器適航規章的重要積累。

美國FAA于2016年發布了針對無人機的FAR-107部規章終稿，即55lb.(約25kg)以下商業、非娛樂性質的小型無人機使用規章。該規章于2016年8月底生效，規定只能在無人機操作者視距范圍內進行晝間飛行，超視距飛行和在人群上空飛行無人機都被要求申請107部的豁免權。該適航規章使得美國的企業、非營利機構及政府部門使用無人機更加便利，同時也為下一步載人垂直起降飛行器的適航打下了基礎。

無人機規章聯合制定機構(JARUS)于2016年開展了開展了針對無人航空器系統監管辦法的文件征求意見。該組織提出了一種基于風險的無人航空器系統管理方法，在此基礎上，描述了無人航空器系統運營分類的概念，并將無人航空器系統運營分為三類：

類別A：低風險運營；

類別B：特定風險運營；

類別C：高風險運營。

在安全風險中主要考慮了地面人員、其他空域使用者和關鍵設施，針對無人航空器運營中可能造成的風險大小，針對三類運營類別給出了相應的解決措施。該規章的體系建立及分類的思想都可作為載人處置起降飛行器適航規章的重要參考。

我國也在積極布局這一領域，今年5月14日，中國民航局發布了《關于促進民用無人駕駛航空器發展的指導意見》的征求意見稿，其中提到：在2035年之前，建立包括載人在內的無人駕駛航空交通運輸系統。重點開展低空無人機公共航線劃設和運行研究，組織開展垂直起降載人及物流無人機試運行，為制定適航、飛標、空管運行規則和標準提供依據。在安全運行的基礎上，完善無人駕駛航空商業運營模式，擴大無人駕駛航空經營許可范圍。

新的空中交通管制系統

空中交通管制系統(ATM)是飛行器在空域中安全、有效運行的必要條件。隨著城市空運的興起，無人機和載人垂直起降飛行器的不斷發展，目前使用的基于語音通信的空域管理系統將無法滿足空域中飛行器的相關需求，因此以美國和歐盟為代表的各政府、機構及正在積極進行相關探索，為應對未來城市交通的空域管理探索新的空中管制系統。

(1) 美國

為了建立低空空域(1000m以下的飛行區域)無人機空中交通管制系統，美國宇航局(NASA)主導了“無人機系統空中交通管制系統”(UTM)項目，該項目目前已經開始了最后階段的測試。最后的測試任務為“無人機系統交通管理技術能力水平(TCL)4”的無人機空管系統能力驗證。該任務在內華達州里諾和德克薩斯州科珀斯克里斯蒂進行，這是美國航空史上第一次在高人口密度的城市，進行超視距條件下的無人機系統測試。該測試著眼于無人機系統在高人口密度城市地區，執行新聞收集、包裹運送和大規模應急緩解等任務中的表現。

隨后NASA將把該項技術轉交到FAA，由FAA來完成無人機空管系統的演示試驗。FAA今年年初在弗吉尼亞州、內華達州和北達科他州設計了三個無人機系統測試站，專門用于這項測試。

(2) 歐盟

芬蘭灣的U-space項目是“單一歐洲天空空中管理研究(SESAR)”的首次嘗試。該試驗將于今年6月開始，首先會在赫爾辛基展示“警察干預下的城市無人機群行動”，之后將展示同時兼顧有人駕駛飛機和無人機的七種空中管制方案，其中包括將于8月22日在芬蘭的托巴克和愛沙尼亞的穆拉斯特展示的無人機快遞配送演示。

“歐洲單一天空空管研究計劃”聯合執行體(該組織創立于2007年，由歐盟與歐洲管制(又稱歐洲航空安全組織)聯合資助，主要職責是研究與開發可以推進空管現代化的相關技術與運營模式?，F有3000名空管方面的專家在為SESAR提供技術支持，目前該機構擁有超過300個研究課題，其表示U-Space是為確保大量無人機安全、高效的進入空域所設計的一套新的服務和特定程序，這些服務依賴于高度的功能數字化和自動化。

EASA發布首個適航審定規章

2019年7月2日，歐盟航空安全局(EASA)發布了針對小型垂直起降飛行器運行安全的“專用條件”，這是世界上首個針對垂直起降飛行器發布的適航審定文件，屬于審定基礎，是垂直起降飛行器適航規章中重要的組成部分。

圖10 無人機系統交通管理技術能力水平(TCL)定義表

圖11 EASA此次發布的4個文件

專用條件是指，如果適航部門認為提交進行型號合格審定的產品具有新穎或獨特的設計特點，而且有關安全性要求、營運的特殊適航要求及環境保護要求沒有包含在現行的適航標準中，適航部門將制定專用條件及修正案。專用條件在征求公眾意見后頒發，與適航標準具有同等效力。

發布說明

發布該“專用條件”的同時，EASA總共公布了4個與此相關的文件，除了政策性的“專用條件”文件外，還有一個規章解讀文件，一個用于公眾咨詢的規章初稿和通過公眾咨詢所收集到的意見和建議匯總文件。這些文件為制造商設計和制造相關的垂直起降飛行器、理解此次發布的文件內涵提供了重要的參考。

EASA一直很關注無人起降飛行器的發展，致力于垂直起降飛機的安全運行和歐洲城市空運的發展。EASA執行董事帕特里克宣稱：“我們正積極與業界合作，通過制定合適的技術審定標準，使得新技術(垂直起降、電動飛機等)在保障安全性的同時可以為人們的生活帶來便利。此次為垂直起降飛行器建立一套體系化的適航認證規章，將有助于實現相關行業在歐洲市場的公平競爭，也有助于相關制造商和投資者更加明確未來的發展方向?！蓖瑫r，EASA也與國際上的相關組織機構建立了密切的聯系，致力于國際化統一標準的制定。

規章由來及規章結構

為滿足飛行器市場新的潛在需求，EASA回顧了150多個處于不同成熟度階段的垂直起降飛行器項目。數據表明，除了垂直起降和分布式推進之外，這些項目的共同點很少，并且CS-23(小型固定翼飛機)和CS-27(小型直升機)的規章具有顯著的差異，對于垂直起降飛行器來說，應用任何一個規章(CS-23/27)來進行型號審定工作都是不合適的，它可能有利于某種結構形式的垂直起降飛行器，而不利于其他潛在的創新概念在市場上競爭。

該“專用條件”是在CS-23部修正案5(最新版CS-23，針對小型固定翼飛機)的基礎上，結合公眾咨詢獲得的建議，并主要參考CS-27(針對小型旋翼飛行器)和FAA的FAR-23部，完善而來的。該“專用條件”在結構上也參考CS-23部，由序言和A-G的7個分部組成。(A分部 總則，B分部 飛行，C分部 結構，D 分部 設計與構造，E分部動力裝置，F分部設備，G分部使用限制和資料)。

通過為垂直起降飛行器建立一套通用的適航審定規章，將為潛在的申請者明確垂直起降飛行器未來的發展方向和提供公平的競爭環境。此外，它將使EASA 能夠不必依賴固定翼飛機或旋翼飛行器的適航規章，對垂直起降飛行器進行獨立的型號審定。

適用性

EASA將垂直起降飛行器“專用條件”的使用范圍限定為CS-27部(針對小型旋翼飛行器)的極限情況(成員數量，起飛重量)，最大乘客數為9，最大認證起飛質量小于等于3175kg(7000lbs)。在此之前，2018年10月，EASA就無人起降飛行器的“專用條件”開展了公眾咨詢，并與全球相關的從業人員進行了廣泛的探討。

該“專用條件”僅適用于重于空氣的小型載人垂直起降飛行器(使用升力/推力裝置來產生動力和提供控制)的型號審定認證。這種飛行器和傳統固定翼飛行器的區別是具有垂直起降能力；和傳統旋翼飛行器的區別是使用分布式推進技術，具體地來講就是使用多于兩個的升力/推力單元來在垂直起降期間提供升力。

同時，EASA還參考CS-23部進行1～3級別智能化認證，并為未來與無人機安全標準的對接打下基礎。該決定是根據公眾咨詢中所收到的意見所制定的。該“專用條件”也涉及遠程駕駛能力和不同級別自主可控能力的審定，但在此次規章中這些問題并沒有得到解決。當增加遠程駕駛和自主駕駛模塊后，機組成員部分的相關規章將僅作為參考。

目前使用的監管框架和適航體系最初是為傳統的固定翼飛機、旋翼類航空器、氣球和滑翔機而設計的，主要圍繞由使用化石燃料的活塞或渦輪發動機作為動力的飛行器。隨著新技術的應用和航空運輸新概念的發展，現在需要對此進行相應的修改。EASA目前正與其顧問團隊就制定新的適航規章(RMT.0731)進行磋商，期望通過擴展或修訂現有規章，來應對新技術和航空運輸新概念所帶來的監管和審定上的變化。此次針對垂直起降飛行器特殊適航條件的制定所積累的經驗，將有助于EASA在未來建立完備的、體系化的垂直起降飛行器適航審定規章。

與作業類型的關系

為了使規章的審定要求與垂直起降飛行器進行作業活動的特點和風險相匹配，該“專用條件”中根據預期的業務類型引入了兩個認證級別，即“基礎型”和“增強型”。通過這種分類，有助于安全性和操作經濟性間的靈活調整，在飛越擁擠區域和載人的商業航空運輸時，采用“增強型”審定規章，為第三方(地面或機上人員)提供將最高安全級別的安全保護。

“基礎型”參考了現行的適航規章，特別是CS-25(運輸類飛機)、CS-27/29(小/大型直升機)和CS-23(小型固定翼飛機)。同時，EASA在飛行器分類，ASTM(美國材料實驗協會)標準中的“評估級別”，每飛行小時最大災難性故障率等方面也參考了美國FAA的類似規章--AC23.1309-1E。EASA的結論是，由分布式推進和相應的先進飛行控制引入的系統復雜性水平被認為是非常不尋常的和新穎的，即當前的 CS-23可接受的遵守方法已不再被認為適合于確定飛行器和系統的安全目標。

“增強型”認證的飛行器具有最高運營風險，即通過向第三方提供服務或通過客運而收取報酬。因此，無論乘客人數有多少，都會按照最嚴格的系統安全目標來要求。這些安全性要求建立在EASA對許多類似案例進行分析總結后，得出的兩個補充的評估文件之上。是否屬于“增強型”主要根據申請人提供的業務概念和對未來市場預測分析?？偣灿袃煞N運營理念屬于“增強型”認證，即用于城市內和城市間的城市客運。

解析和啟示

隨著分布式、電推進等技術的不斷成熟，“城市空運”概念熱度的不斷上升，垂直起降飛行器的發展前景非常廣闊。為了解決城市的擁堵問題，同時也是為了迎合未來“城市空運”的發展趨勢，德國政府甚至在翻新慕尼黑中央火車站的競標要求中加入了飛行出租車停車場的要求。

根據美國紐約的國際金融服務公司“摩根士丹利”的預測，到2040年，全球城市空中交通市場規模將達到29億美元。即使謹慎估算，未來10年內這一市場規模也將達到數千萬美元。德國咨詢機構“霍華德合伙管理咨詢公司”(Horvath& Partners)也曾預測，2025到2049年，全球將有240個城市大規模應用飛行出租；2035年時，全球飛行出租的數量可能超過23000架。

實際上，航空巨頭們早已進入了這一領域。不論是空客、波音、貝爾、賽風等老牌的航空企業，還是優步、億航等新興的科技公司，都早已經布局垂直起降飛行器的市場，并已經有了相應的產品。其中Uber公司最早提出“空中出租車共享”的概念，并計劃在2023年開展全面運營。這些產品大多還停留在測試階段，雖然還不具備大規模使用的條件，但是為其日后的發展奠定了重要的基礎。

在政策方面，美國和歐盟走在世界的最前列，目前也還是處于探索階段。由于適航法規屬于海洋法系，因此對實踐經驗非常依賴。據統計，平均每周都會有一個新的申請人或公司對包括電動和多旋翼空中出租車在內的垂直起降飛行器的審定相關事宜與EASA在德國科隆的總部聯系?；谶@些新產品的審定經驗，EASA率先發布了首個針對垂直起降飛行器的適航審定文件，對各國建立完善各自的適航規章體系具有重要意義，同時也對制造商提供了重要的相關參考。

城市空運和垂直起降飛行器已經成為了未來發展的重要方向。各飛行器制造商需要盡早的進行產業布局，進行行業占位，掌握發展先機。對于局方，也應在制度領域及早布局，進行研究并制定相關規章。同時，法規的研究和行業的發展應相輔相成，在實踐中總結經驗完善法規，同時用法規去指導、規范行業的發展。