2022.01.15 闫振峰 马瑞欣
一、eVTOL行业简介
近年来,eVTOL(Electric Vertical Takeoff and Landing,电动垂直起降飞行器)吸引了包括航天企业、汽车行业、运输行业、政府、军方及学术界的广泛关注。eVTOL主要用于城市空中交通,通过多旋翼、倾转翼的构型设计,减少了起飞、降落场地对现有机场跑道的依赖;设计中引进的纯锂电池、串联混合动力、氢燃料电池、纯燃油动力等能源和动力系统,也为飞行器提供了多种动力解决方案;未来的潜在应用领域涉及了城市客运、区域客运、货运、个人飞行器、紧急医疗服务等多种场景模式。
2011 年,意大利的直升机制造商 August Westland 发布了一款名为 “零点项目”(Project Zero)的原型机,eVTOL 概念源首次以实际产品的形式被提出。
2014 年,美国直升机国际协会1、美国航空宇航协会2在弗吉尼亚大会上正式引入 eVTOL 概念。基于对行业的熟悉及判断,全球范围内传统航空企业和造机新势力开始启动 eVTOL 项目的研究。
2016年,出行巨头 Uber 提出的 “Uber Elevate”空中出租车计划,在欧美市场引发了 eVTOL 浪潮。垂直飞行协会3将 eVTOL 技术定义为直升机诞生以来航空业最重要的技术变革之一。
2017 年,VFS编制的第一份 eVTOL 飞机目录4对外发布,希望通过相关工作帮助业内的公司、研究人员和政府机构,共同突破技术、法规、基础设施、交通管理和安全性等问题在内的诸多商业障碍。
eVTOL 产业快速生长,eVTOL 飞机目录所收录的产品已由最初的 6 个激增到超过 300 个5。目前已吸引了波音、空客、贝尔、戴姆勒、丰田、吉利,现代等飞机汽车制造巨头入局。代表性初创企业中,有德国的Volocopter、Lilium,美国的Joby、Archer、Wisk、Beta、Zipline、Zenith Aerospace等,中国的亿航、峰飞、小鹏、沃兰特等,以及以色列的Urban Aeronautics。
以eVTOL技术为核心的未来“城市空中出行(UAM)6”蓝图,也为当前的航空领域法律监管体系提出了新挑战。美欧率先开始了商用飞行汽车的战略布局。中国由于北上广深等大城市的人口聚集效应更加显著,人们对便捷城市交通的需求较低人口密度的国家相比更加旺盛。
二、eVTOL适航监管的立法概况
1、欧洲航空安全局(EASA)的适航监管
EASA7在eVTOL的监管上体现为先行者的角色,计划从头开始建立一个全新的监管框架。EASA在2019年7月发布了针对小型VTOL特殊适航认证条款8。2019年12月9日,Volocopter获得设计组织机构批准(Design Organization Approval),成为第一家获得VTOL飞行器批准的eVTOL初创公司9。
2020年3月13日,EASA率先公布了全球第一个城市空中交通规则草案10。根据EASA的说明,在该草案的监管框架下,可以允许商用无人机服务与城市环境中的其他活动共存发展,其目的是确保安全运行,同时也为竞争激烈的城市服务市场奠定商业基础,并建立公众可接受的环境保护、安全和隐私水平。
2020年5月26日,EASA又公布了eVTOL适航认证的拟议符合性评审方法11,在之前的适航认证条款为eVTOL飞机确立了安全和设计目标,但并没有描述飞机开发人员如何才能证明符合这些设定的目标,该评审方法为如何证明eVTOL飞机和系统的安全性提供了详细的指导。
2、美国联邦航空局(FAA)的适航监管
FAA12对电动垂直起降飞行器的政策则倾于保守,倾向在现有的适航法规基础上,结合相应的专用条件来解决适航问题,即按现有的第23部适航标准13的第64号修正案14对国内的eVTOL项目进行审定。该框架下,目前有Joby15和Archer16的项目已经递交审查,并与FAA确认了G-1文件,即审定基础文件,在进展顺利的情况下,有望在2-3年内完成项目的审核。
3、中国民用航空局(CAAC)的适航监管
我国目前尚无针对eVTOL监管专项立法,近年来涉无人机监管的相关法律依据主要为民航局颁发的规范性文件,主要包括:
文件名称
机构
颁布时间
要点
m88 sport betting app指导意见
民航局适航司
2019-01-25
区别于传统无人机适航管理,民航局适航审定司提出m88 sport betting app,从实名登记、适航管理、指导原则、实施路线图等阐述适航审定。
关于促进民用无人驾驶航空发展的指导意见 (征求意见稿)
民航局空管办
2019-05-14
重点开展低空无人机公共航线划设和运行研究,组织开展垂直起降载人(VTOL)及物流无人机试运行,为制定适航、飞标、空管运行规则、标准提供依据。在安全运行的基础上,拓展无人驾驶航空商业运营模式,扩展无人驾驶航空经营许可范围。
高风险货运固定翼无人机系统适航标准(试行)
民航局适航司
2020-01-20
该标准规定了颁发和更改高风险货运固定翼无人机系统设计生产批准的适航标准;要适用于高风险运行条件下用于支线货运运输的固定翼无人机系统。
m88 sport betting app
民航局适航司
2020-05-11
该标准适用于中、高风险无人直升机系统,未标注适用性的条款,两类风险通用;该标准主要针对传统构型的无人直升机,包括单旋翼带尾桨、共轴双旋翼、纵列双旋翼、横列双旋翼;在运行期间,该标准的适用范围包括视距内飞行和超视距飞行,不包括人员运送、结冰条件下飞行和特技表演。
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民航局适航司
2020-05-26
该管理程序适用于按照国家规定纳入适航管理的民用无人机及其相关产品的设计/生产批准函和适航证明的申请、受理、审查和颁发,以及对证件持有人的管理和监督。
民用无人机系统适航审定项目风险评估指南(试行)
民航局适航司
2020-05-26
按照基于风险的适航管理理念,开展民用无人机系统的适航审定首先要进行风险评估。为了指导和规范有关的风险评估活动,以及为申请人编写项目风险评估报告提供指南,制定本咨询通告。
民用无人驾驶航空器系统适航审定管理程序(征求意见稿);
民航局适航司
2021-10-29
基于在前《m88 sport betting app》和《民用无人机系统适航审定项目风险评估指南(试行)》,结合无人机项目适航审定实践情况以及实名登记工作开展情况,组织修订完成《民用无人驾驶航空器系统适航审定管理程序(征求意见稿)》、《民用无人驾驶航空器系统安全性分析指南(征求意见稿)》和《民用无人驾驶航空器登记管理程序(征求意见稿)》三份行政规范性文件。
民用无人驾驶航空器系统安全性分析指南(征求意见稿)
民航局适航司
2021-10-29
根据《m88 sport betting app指导意见》,就民用无人机适航管理,民航局将针对无人机运行场景丰富、运行风险多样的特点,开展基于运行风险的适航管理;通过建立运行风险评估方法,合理划分风险等级,开展分级管理。局方审查方式将从条款审查向制造厂家体系审查转变,引导厂家建立、完善适航体系,使得无人机制造厂家主动承担起适航主体责任。同时,将贯彻正向审定的原则,依照“工业标准→行业标准→适航标准”的路径,建立我国自主的无人机适航标准体系。厂家满足体系要求,无人机符合适航标准后,可颁发适航证件。从而形成“一种方法、一个体系、一套标准、一份证件”、基于运行风险的民用无人机适航管理模式。
根据《关于促进民用无人驾驶航空发展的指导意见》,民航局将重点开展低空无人机公共航线划设和运行研究,组织开展垂直起降载人(VTOL)及物流无人机试运行,为制定适航、飞标、空管运行规则、标准提供依据。在安全运行的基础上,拓展无人驾驶航空商业运营模式,扩展无人驾驶航空经营许可范围。
三、eVTOL制造商的适航管理
1、适航管理要求
航空器运行期间具有高空高速特征,决定了高危属性,载人航空器的危险属性更高,因此航空器的适航管理一直严格监管。《民用航空法》第34条规定,设计民用航空器及其发动机、螺旋桨和民用航空器上设备,应当向国务院民用航空主管部门申请领取型号合格证书。经审查合格的,发给型号合格证书。
当飞行器自身重量越低、飞行高度越低、飞行速度越低,其危险系数也会逐渐降低。根据《一般运行和飞行规则》,对于如无动力驱动、空机重量小于71千克超轻型飞行器,以及有动力驱动、空机重量小于116千克、且满足特定条件的超轻型飞行器不纳入适航管理17。
根据《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例(征求意见稿)》,最大起飞重量超过25千克且空机重量超过15千克的无人机应当进行适航管理18。
2、适航管理标准
考虑无人机因为重量、用途、结构、飞行高度、飞行速度等差异会形成多种型号类型,所以民航局适航管理司在《m88 sport betting app指导意见》中明确了基于风险的适航管理思路。虽然民航局已经颁布了《中高风险无人直升机系统适航标准》、《中高风险无人直升机系统适航标准(试行)》,但是民航局适航管理部门在《关于发布高风险货运固定翼无人机系统适航标准(试行)的通知》19、《关于发布m88 sport betting app的通知》20中均明确,对于不属上述类别的无人机,申请人可以提出适航标准建议,经局方研究并接受后,作为局方可接受的审定标准。因此,对于eVTOL制造商而言,完全有可能将自身关于eVTOL产品的适航标准上升成为局方关于同类产品的适航审定标准。
3、适航审定程序
根据《民用无人机产品适航审定管理程序》第1.4条,局方将民用无人机产品适航审定项目的风险分为低、中、高三个等级。在项目审查过程中,局方根据项目的风险等级确定介入程度或检查频度。对于判定为低风险等级的审定项目,符合性确认工作由申请人承担,局方接受申请人的符合性声明,采取事后监管和诚信管理的模式监督。对于判定为高风险等级的审定项目,申请人完成能力清单内的符合性确认工作,清单外的符合性确认工作由局方完成。对于判定为中等风险等级的审定项目,相比高风险项目,申请人能力清单的范围更大,局方介入的更少。进口民用无人机产品和零部件的批准,以及出口民用无人机产品的适航性证明,应当结合有关双边适航协议、备忘录或技术性协议确定管理方式。
无人机的设计生产批准分为申请、受理、审查、批准四个环节,每个环节涉及的工作简述如下:
环节
工作内容
申请
申请人应当向局方提交设计/生产批准函申请书和申请资料。
受理
局方应当在收到申请人提交的申请书后的五个工作日内,组织完成对申请资料的审查。对于申请资料不齐全或者不符合格式要求的,局方应当一次性书面通知申请人需要补正的全部内容。申请资料齐全或者申请人按照补正通知提交全部补正材料的,局方应当受理申请,并向申请人发出《受理申请通知书》。
审查
确认收到申请人交纳的相关费用后,局方将委托无人机适航审定技术支持机构开展具体审查工作。按照基于风险的审查原则,民用无人机产品适航审定工作分为对申请人适航管理体系的审查和产品合格审定,体系审查包括设计和生产的过程控制、机构职能、人员职责、设施设备、内审改进机制等,产品合格审定是审查民用无人机产品对审定基础的符合性。
批准
局方在收到最终审查报告和颁发设计/生产批准函的建议后二十个工作日内作出是否颁发设计/生产批准函的决定。不予颁发的,应当书面说明理由。颁发设计/生产批准函前,审查组应当确认申请人的适航管理体系已符合申请之日有效适用的局方适航管理体系要求,《适航管理体系手册》已获得批准。
2019年12月31日,民航局航空器适航审定司发布《关于开展民用无人机适航审定工作的通知》,从2020年1月1日正式开展民用无人机适航审定工作,对无人机设计制造企业进行适航审查21。
4、项目风险评估
(1)项目风险等级矩阵
民用无人机系统适航审定项目的风险评估综合考虑申请人管理体系风险评估、产品风险评估两个方面,项目风险等级矩阵中的黄色区域为低风险,棕色区域为中等风险,红色区域为高风险。但是,载人无人机系统的适航审定项目无须进行风险评估,均视为高风险。
(2)管理体系风险评估
管理体系风险评估包括六大项,又进一步分解为22个小项,总分分值大于等于70分为低风险;总分分值大于等于35分但小于70 分为中等风险;总分分值小于35分为高风险。
要素 | 分值 | |
组织机构 | 是否有合适的组织架构和管理层,各部门职责权限是否明晰。(是:5分。否:0分) | |
是否具有能够承担适航管理职能的部门。(是:6分。否:0分) | ||
人员 | 是否有数量和经验足够的专业人员。(是:5分。否:0分) | |
人员是否能胜任承担的职责。(是:5分。否:0分) | ||
对无人机适航要求的熟悉程度。(熟悉:6分。一般:3分。不熟悉:0分) | ||
专业技术人员和适航管理人员是否接受过相关培训。(是:5分。否:0分) | ||
设施设备 | 是否拥有固定或控制的设计生产、验证与展示符合性的场所。(是:3分。否:0分) | |
是否有用于设计生产、验证与展示符合性的测试设备和设施。(是:3分。否:0分) | ||
是否拥有记录保存设施或设备。(是:3分。否:0分) | ||
过程控制 | 是否明确各过程的作用、输入、输出以及各过程之间的接口。(是:5分。否:0分) | |
过程控制是否根据设计、生产、适航验证的不同活动特点而设置。(是:5分。否:0分) | ||
是否具备对设计、设计更改、符合性证明、供应商控制、持续适航等与设计相关的过程控制。(是:5分。否:0分) | ||
是否具备对设计资料控制、设计生产协调、制造过程、检验试验过程、不合格品控制、供应商控制、航空产品交付前维护、持续适航等与生产相关的过程控制。(是:5分。否:0分) | ||
文件控制 | 是否具备文档管理能力。(是:5分。否:0分) | |
是否有对系统予以描述的文件,一般是适航管理体系手册。(是:6分。否:0分) | ||
项目记录、设计/更改资料、符合性验证资料及其符合性核查工作文件的记录是否完备。(是:5分。否:0分) | ||
授权人员的工作范围方面的记录是否完备。(是:3分。否:0分) | ||
内审及与 局方的接口 | 是否有确保过程得到合理控制和实现预期目的的内部评审和改进机制。(是:5分。否:0分) | |
以上机制是否包括事件收集、风险识别、缓解措施、绩效指标等必要管理手段。(是:5分。否:0分) | ||
纠正措施的实施效果。(良好:5分。一般:3分。否:0分) | ||
是否具有满意的向局方报告的机制程序。(是:5分。否:0分) | ||
总分 |
(3) 产品风险评估
a) 产品风险等级矩阵
产品风险评估基于民用无人机的能量等级和在预期运行环境飞行的碰撞可能等级两个维度,风险等级矩阵中的黄色区域为低风险,棕色区域为中等风险,红色区域为高风险。
b) 产品能量等级
民用无人机的能量等级从动能角度出发,通过最大起飞重量和最大平飞速度来确定,根据计算得到的动能进行分级,分级标准如下:
等级
动能
等级1
34千焦<动能≤1084千焦
等级2
1084千焦<动能≤8134千焦
等级3
8134千焦<动能≤67787千焦
等级4
动能>67787千焦
c) 飞行碰撞可能
民用无人机在预期运行环境飞行的碰撞可能等级通过以下流程图来判断,EC代表碰撞可能等级,其严重程度从EC1至EC4依次递减:
四、CAAC关于eVTOL的适航审定实践
1、亿航智能EH216-S
2020 年 12 月 28 日,亿航智能设备(广州)有限公司于向民航局适航司提交了 EH216-S 型无人驾驶航空器系统型号合格证(TC)申请书22。
2021年1月,民航局正式受理了EH216-S型号合格证首次申请项目,受理编号 NATC0102Q23。
2021年4月14日,民航局中南地区管理局召开了EH216-S型号合格审定首次会议暨集中审查工作24。
2021年12月2日,民航局适航司就亿航EH216-S型无人驾驶航空器系统型号合格审定项目专用条件公开征求意见25。
2、峰飞航空V400
2021年6月28日,民航局正式受理峰飞航空关于V400的适航审定申请, 受理编号为UAS2021016。V400是中国民航局正式受理适航审定申请的首款纯电动垂直起降固定翼自动驾驶飞行器。
3、大疆创新多旋翼植保无人机
2020年11月和2021年3月,深圳市大疆创新科技有限公司分别于向民航局适航司递交T16和T20型、T10和T30型多旋翼植保无人机系统设计生产批准函的申请26。
2021年4月28日,民航局适航司就多旋翼植保无人机系统适航要求专用条件公开征求意见27。
1. American Helicopter Association,简称AHA
2. American Institute of Aeronautics and Astronautics,简称AIAA
3. Vertical Flight Society,简称VFS
4. World eVTOL Aircraft Directory, https://dev.vtol.org/aircraft/
5. https://dev.vtol.org/aircraft/
6. Urban Aerial Mobility
7. European Union Aviation Safety Agency,简称EASA
8. Special Condition for Small-category VTOL aircraft,代号SC-VTOL-01,https://www.easa.europa.eu/sites/default/files/dfu/SC-VTOL-01.pdf
9. https://www.volocopter.com/newsroom/volocopter-first-evtol-startup-to-receive-design-organisation-approval-by-easa/
10. High-level regulatory framework for the U-space, https://www.easa.europa.eu/downloads/111303/en
11. Proposed means of compliance with the special condition VTOL(MOCs), https://www.easa.europa.eu/downloads/114733/en
12. Federal Aviation Administration,简称FAA
13. 即Part 23 - Airworthiness Standards: Normal Category Airplanes
14. Amendment 23-64,FAA Accepted Means of Compliance for Part 23 Airplanes,https://www.faa.gov/aircraft/air_cert/design_approvals/small_airplanes/small_airplanes_regs/media/part_23_moc.pdf
15. https://www.jobyaviation.com/news/joby-aviation-generates-first-revenue-takes-key-step-towards-certifying-aircraft/, “The company also announced that it has agreed to a “G-1” certification basis for its aircraft with the Federal Aviation Administration (“FAA”). This agreement lays out the specific requirements that need to be met by Joby’s aircraft for it to be certified for commercial operations.”
16. https://archer.com/news/faa-approves-g-1-certification-basis-for-archer-propelling-it-forward-on-its-path-to-faa-type-certification, “Archer is pleased to announce that the FAA G-1 Issue Paper: Certification Basis ("G-1 Certification Basis") has been approved and signed, enabling Archer to move further down the runway towards its goal of obtaining an FAA Type Certification for its eVTOL aircraft.”
17.《一般运行和飞行规则》第91.1301条,适用范围
本章规定了管理超轻型飞行器在中华人民共和国境内运行的规则。在本章中,超轻型飞行器是指由单人驾驶、仅用于娱乐或体育活动、不需要任何适航证的空中飞行器具,并且符合下列条件之一:
(a) 如无动力驱动,空机重量小于71千克(155磅);
(b) 如有动力驱动,应当满足下列限制:
(1) 空机重量小于116千克(254磅),不包括在遇险时使用的飘浮和安全器械;
(2) 燃油容量不超过20升(5美制加仑);
(3) 全马力平飞中,校正空速小于100千米/小时(55海里/小时);
(4) 发动机停车后的失速速度不超过校正空速45千米/小时(24海里/小时)。
《一般运行和飞行规则》第91.1307条,合格证和登记:
(a) 超轻型飞行器及其部件和设备不要求按航空器适航审定标准进行审定,也不要求具有适航证。
18.《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例(征求意见稿)》第八条第二款,
根据运行风险大小,民用无人机分为微型、轻型、小型、中型、大型。其中:
……
……
……
中型无人机,是指最大起飞重量超过25千克不超过150千克,且空机重量超过15千克的无人机。
大型无人机,是指最大起飞重量超过150千克的无人机。
《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例(征求意见稿)》第九条第二款,中型、大型无人机,应当进行适航管理。
19.http://www.caac.gov.cn/XXGK/XXGK/ZFGW/202005/t20200511_202468.html
20.http://www.caac.gov.cn/XXGK/XXGK/ZFGW/202102/t20210226_206609.html
21.http://www.aopa.org.cn/Content_Detail.asp?Column_ID=37684&C_ID=20015136
22.http://www.caac.gov.cn/HDJL/YJZJ/202112/P020211203312757258337.pdf
23. 同注23
24.http://zn.caac.gov.cn/ZN_DQYW/202104/t20210416_207187.html
25.http://www.caac.gov.cn/HDJL/YJZJ/202112/t20211203_210396.html
26.http://www.caac.gov.cn/HDJL/YJZJ/202104/P020210430584007599504.doc
27.http://www.caac.gov.cn/HDJL/YJZJ/202104/t20210430_207425.html