大型電動貨運無人機適航性研究

中國是世界上主要的無人機研發、制造基地，我國自主研制的無人機已經在農業植保、巡檢、測繪、貨物運送等領域廣泛應用，成為驅動低空經濟發展的重要裝備。隨著環保要求的逐漸提高，多數發達國家目前已明確提出碳中和時間表，2020年，我國宣布了碳達峰和碳中和目標愿景，并將“雙碳”目標提升到國家戰略層面。目前，工業界高度重視綠色能源裝備的發展，各種以綠色能源為動力的飛行器迎來長遠的發展機遇。由于能量密度高、能夠真正實現零碳排放，氫能源飛行器已成為業界重點發展的裝備之一。

作為民用航空器的一種屬性，適航性是指航空器在預期的使用環境中和在經申明并被核準的使用限制之內運行時，航空器及其分系統、部件應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營的重要屬性。

項目方案

總體技術方案

本文研究的大型電動貨運無人機詳見圖1。它是一種常規氣動布局固定翼無人機，采用大展弦比機翼、水滴型機身和前三點可收放起落架，垂尾、腹鰭及平尾安裝在機身尾部。分布式動力系統包括能源系統、電機、螺旋槳等。其中，能源系統是一種混合能源系統，由氫燃料電池、高能量密度鋰電池組成。左右機翼各配置一臺電機及一副前拉螺旋槳，機尾裝配了一臺電機及一副后推螺旋槳。項目團隊目前已完成該機詳細方案設計、主要風洞試驗、性能仿真等工作，按計劃，在2025年完成最大起飛重量為200kg的縮比樣機研制及驗證試驗，2030年前完成全尺寸樣機研制及適航審定工作。

動力系統

該機動力系統由混合能源系統、輕質供儲氫系統、散熱系統、綜合管理與配電系統、電機、電調、螺旋槳組成。其中，混合能源系統包含氫燃料電池、高能量密度鋰電池，液態氫氣及空氣在供給模塊匯合后發生化學反應，產生電能，鋰電池提供能源補充；散熱系統主要包括散熱器和冷卻液，對氫燃料發電系統進行充分冷卻；綜合管理與配電系統集電池綜合管理、二次配電等功能于一體；電機帶動前拉和后推螺旋槳旋轉，為全機提供動力。

主要性能指標

表1列出了大型電動貨運無人機的主要性能指標。最大平飛速度600km/h能夠體現該機快速、高效運送貨物的優勢。

適航性研究

現行主要法規

《中華人民共和國民用航空法》尚未對無人航空器從事各項民用航空活動提出具體規定。但其第二百一十四條指出，國務院、中央軍事委員對無人駕駛航空器管理另有規定的民用航空活動需從其規定。

《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，并按照性能指標對不同類型無人駕駛航空器進行了定義，以及對民用無人駕駛航空器及其操控員、空域及飛行活動等管理提出了明確要求。該條例第八條規定，從事中型、大型民用無人駕駛航空器系統設計、生產、進口、飛行和維修活動的單位，應當依法向國務院民用航空主管部門申請適航審定，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營等活動應該取得適航許可。

為落實《無人駕駛航空器飛行管理暫行條例》相關規定，確保民用無人駕駛航空器適航、操控員資質、飛行活動等管理形成閉環，中國民用航空局頒布了《民用無人駕駛航空器運行安全管理規則》（CCAR-92部）。該規則D章的適航管理章節對中型、大型民用無人駕駛航空器系統設計批準、生產批準、適航批準等內容進行了明確規定。應當注意的是，中型、大型民用無人駕駛航空器研制單位開展適航審定，應按要求建立設計保證系統。如果中型、大型民用無人駕駛航空滿足不用于載人飛行、不進入融合空域飛行且不在地面人員稠密區域的上空飛行這三個條件，可以按限用類民用無人駕駛航空器系統適航管理規定進行型號合格審定，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條件中的任一條件，則需要按照正常類或運輸類民用無人駕駛航空器系統適航管理規定進行型號合格審定，以及取得標準適航證。局方基于風險的原則，對民用無人駕駛航空器進行適航審定，而且綜合考慮民用無人駕駛航空器的性能、運行場景、新特征和技術復雜性等要素以及申請人能力、申請人既往型號合格審定過程中的表現，確定審查項目風險以及與風險相匹配的審查方式。申請人可以對審定基礎，局方審查范圍、深度等給出建議。

已取證大型貨運無人機的審定基礎

目前，中國民用航空局尚未頒布大型貨運無人機通用適航標準。FP-98無人運輸機型號合格審定采用了《高風險貨運固定翼無人機適航標準（試行）》（以下簡稱試行標準）作為審定基礎。V2000CG型無人機型號合格審定則以《V2000CG型無人駕駛航空器系統專用條件》作為審定基礎。

基于“運”五有人運輸機，航天時代飛鵬有限公司采用無人化改型技術研制了FP-98無人運輸機。2023年5月，該公司向局方提交了FP-98無人運輸機型號合格審定申請，2024年4月，獲得型號合格證。FP-98無人運輸機試行標準以《CCAR-23-R3正常類、實用類、特技類和通勤類飛機適航規定》（以下簡稱23部R3版）為審定基礎，增加了地面控制站適航規定。該試行標準中的無人機飛行性能、結構設計、動力系統設計等要求基本與23部R3版保持一致，但是基于無人機運行風險，部分要求有所降低。例如，對于安全系數這一典型指標，23部R3版的規定是，除非另有規定，結構安全系數必須取1.5；而試行標準的規定是，對于引起危險的或更為嚴重的失效情況的結構，其安全系數不能小于1.5，其他結構的安全系數不能小于1.25，指標有所降低。另外，23部R3版要求每臺活塞發動機必須至少有兩個分開的進氣口，即一個主進氣口、一個及以上備用進氣口，而試行標準則不強制要求發動機采用備用進氣口設計。

上海峰飛航空科技有限公司研制的V2000CG型電動垂直起降（eVTOL）無人機采用復合翼布局設計，最大起飛重量2000kg，最大載重400kg。2024年3月，該公司取得電動垂直起降（eVTOL）無人機型號合格證，目前的取證型號為不載人機型。在型號合格審定過程中，局方以專用條件的方式，確定了V2000CG型無人機的審定基礎。《V2000CG型無人駕駛航空器系統專用條件》以《CCAR-23-R4正常類飛機適航規定》（以下簡稱23部R4版）為基礎，增加了地面控制站適航規定。該專用條件中的無人機飛行性能、結構設計、動力系統設計等要求基本與23部R4版保持一致。

適航頂層策略

最大起飛重量為5000kg的大型電動貨運無人機屬于《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，該機主要性能達到國內先進水平，能夠真正實現零碳排放，具有廣闊的應用前景。

該機設計、生產、進口、飛行和維修活動應當取得適航許可。為加快后續適航審定進程，該型無人機研制應當遵循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無人機的試行標準和專用條件中的相關規定。飛行性能、結構強度、設計、構造、設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、危害性等考核可以遵循23部R4版中有關動力裝置的規定。氫能源電池、高能量密度鋰電池的適航規定可以借鑒23部R4版中關于電動飛機動力裝置的補充規定。

對于大型電動貨運無人機適航審定，局方要求工業方建立符合《民用無人駕駛航空器系統適航審定管理程序》的設計保證系統。首先，在充分論證的前提下，工業方需提前研究無人機的審定基礎和審定計劃，以23部R4版為基礎，增加地面控制站適航規定，形成無人機研制和適航審定頂層輸入文件；其次，對風險存在的可能性和潛在后果的嚴重性兩個方面進行綜合評估，確定項目風險以及審查需要重點關注的項目，提高適航審定效率；最后，鑒于動力系統具有新穎性，工業方需與局方重點關注動力系統適航審定。