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顶层政策:中央经济工作会议起带头作用,全国多省市陆续推进
2021年2月,“低空经济”概念首次被写入国家规划。中共中央、国务院印发《国家综合立体交通网规划纲要》提出,发展交通运输平台经济、枢纽经济、通道经济、低空经济。2023中央经济工作会议提出,要大力推进新型工业化,发展数字经济,加快推动人工智能发展。打造生物制造、商业航天、低空经济等若干战略性新兴产业,开辟量子、生命科学等未来产业新赛道,广泛应用数智技术、绿色技术,加快传统产业转型升级。
作为国内发展低空经济的先行者,多个地区已经出台多项支持低空经济发展的政策措施。2022年6月,深圳发布“20+8”产业政策,包含无人机在内的“智能机器人产业集群”被列为20个战略性新兴产业集群之一;8月,深圳继成为国家通用航空产业综合示范区、全国通用航空分类管理改革试点之后,又被确定为民用无人驾驶航空试验区;当年底,深圳出台《低空经济产业创新发展实施方案(2022-2025年)》,随后,宝安、龙华、龙岗、南山、福田、罗湖等区分别出台落实政策。2023年12月,深圳市交通运输局、工业和信息化局等七部门联合印发《深圳市支持低空经济高质量发展的若干措施》,政策支持力度前所未有。2023年12月29日深圳市第七届人民代表大会常务委员会第二十三次会议通过《深圳经济特区低空经济产业促进条例》,该条例自2024年2月1日起施行。《条例》设九章,共六十一条,包括总则、基础设施、飞行服务、产业应用、产业支持、技术创新、安全管理、法律责任和附则。
此外,《上海打造未来产业创新高地发展壮大未来产业集群行动方案》提出,“突破倾转旋翼、复合翼、智能飞行等技术,研制载人电动垂直起降飞行器,探索空中交通新模式”;成都市谋求打造“中国工业无人机第一城”;广州开发区(黄埔区)出台促进低空经济高质量发展的专项扶持政策等。
2023年11月27日,海南发布首张省域无人机适飞空域图。适飞空域图不仅有助于规范和引导无人驾驶航空器在海南地区的飞行活动,而且对于国内低空立体化空域规划具有示范性作用,为其他省份和地区提供了参考和借鉴的经验。通过分级分类管控空域划设规则以及试验机场空域立体化划设处理,发布的适飞空域占全岛面积的83%,与飞行热力区重合度高达80%以上,从而更好地满足产业和社会的需求。通过适飞空域的网格化处理,使无人机飞行更为合理和安全,也为各类无人机提供了明确的飞行指导。
据《中国低空经济发展(2022-2023)》(国家低空经济融合创新研究中心)统计,2023年全国共有15个省(自治区)将低空经济有关内容写入政府工作报告。
低空空域政策:空域陆续放开,利好民用飞行器放量
2023年12月21日,民航局发布《国家空域基础分类方法》,对我国空域划设和管理使用进行规范,依据航空器飞行规则和性能要求、空域环境、空管服务内容等要素,将空域划分为A、B、C、D、E、G、W等7类,其中,A、B、C、D、E类为管制空域,G、W类为非管制空域。《国家空域基础分类方法》对我国空域资源进行规范划设立,为充分利用和管理使用国家空域资源奠定基础。
对于G类空域,空管委规定的飞行要求为:①允许仪表和目视飞行;②平均海平面高度3000米以下,指示空速不大于450千米/小时;③仪表飞行的航空器和空中交通管理部门之间必须保持持续双向无线电通信,目视飞行在规定通讯频率上保持守听;④航空器必须安装或携带可被监视的设备;⑤必须报备飞行计划;⑥航空器驾驶员应具备仪表或目视飞行能力及相应资质。
我国原有的空域划分根据《飞行基本规则》分为A、B、C、D四类。①A类空域为高空管制空域,在我国境内标准大气压高度6000米以上的空间划设,在此空域内飞行的航空器必须按照仪表飞行规则飞行,并接受空中交通管制服务。②B类空域为中低空管制空域,在我国境内标准大气压高度6000米(含)至其下某指定高度的空间划设,在此空域内飞行的航空器,可以按照仪表飞行规则飞行,并接受空中交通管制服务;对符合目视气象条件的,经航空器驾驶员申请,并经过相应的管制单位批准,也可以按照目视飞行规则飞行,并接受空中交通管制服务。③C类空域为进近管制空域,通常指在一个或者几个机场附近的航路、航线汇合处划设的、便于进场和离场航空器飞行的管制空域,是高空管制空域或者中低空管制空域与机场管制地带之间的连接部分,在此空域内飞行的航空器,可以按照仪表飞行规则飞行,并接受空中交通管制服务;对符合目视气象条件的,经航空器驾驶员申请,并经相应的管制单位批准,也可以按照目视飞行规则飞行,并接受空中交通管制服务。④D类空域为机场管制地带,通常包括起落航线和最后进近定位点之后的航段以及第一个等待高度层(含)以下至地球表面的空间和机场机动区,在此空域内飞行的航空器,可以按照仪表飞行规则飞行,并接受空中交通管制服务;对符合目视气象条件,经航空器驾驶员申请,并经塔台管制室批准,也可以按照目视飞行规则飞行,并接受空中交通管制服务。
适航取证:国内认证进度全球领先,亿航智能取得首个适航证
根据我国民航局规定,为了确保民用航空产品和零部件在投入使用前具备“适航”状态,需要开展适航审定活动,包括:型号合格审定、生产许可审定和适航合格审定,申请主体分别为型号设计人、制造人、运营人。
型号合格审定:是中国民用航空局(CAAC)对民用航空产品(指民用航空器、航空发动机或者螺旋桨)和零部件进行设计批准的过程。民用航空产品符合相应适航规章和环保要求,CAAC会根据《民用航空产品和零部件合格审定规定》(CCAR-21)颁发型号合格证(Type Certificate,简称TC)。TC包括型号设计、使用限制、数据单、有关适航要求和环境保护要求,以及对民用航空产品规定的其他条件或限制。
生产许可审定:CAAC对已获得民用航空产品型号设计批准并欲重复生产该民用航空产品的制造人所进行的资格性审定,以保证该民用航空产品符合经批准的设计。生产许可审定的最终批准形式是颁发生产许可证(Production Certificate,简称PC)。
适航合格审定:适航检查人员对航空器完成适航检查、确认航空器符合经批准的型号设计并处于安全可用状态后,完成适航证(Airworthiness Certificate,简称AC)的签发。包括标准适航证、特殊适航证、出口适航证和特许飞行证等。单机适航证的作用在于确认每架航空器都是按照批准的设计和经批准的质量体系制造的。
运营合格审定:使用除微型以外的民用无人驾驶航空器从事飞行活动的单位,向国务院民用航空主管部门或地区民用航空管理机构申请取得民用无人驾驶航空器运营合格证(Operations Certificate,简称OC)。
2023年12月21日,亿航智能宣布,其EH216-S无人驾驶载人航空器获得由中国民用航空局颁发的标准适航证,成为全球首个获得适航证的无人驾驶载人eVTOL航空器。取得认证的EH216-S由亿航智能云浮生产基地生产,符合中国民航局于2023年10月颁发的型号合格证,并在中国民航局的监管下执行标准生产程序。
为什么eVTOL是低空经济不可忽视的拼图?
什么是eVTOL?
eVTOL即电动垂直起降飞行器(electric Vertical Take-off and Landing),顾名思义,eVTOL的核心在于电动+垂直起降。eVTOL最早的概念机型出现在2010年前后。2009年,全球第一家eVTOL企业JOBY成立。2011年,世界直升机巨头意大利August Westland提出eVTOL概念。2014年,美国直升机国际协会(AHA)和美国航空宇航协会(AIAA)在弗吉尼亚大会上正式将eVTOL概念引入。2016年,Uber提出Uber Elevate空中出租车计划,引发eVTOL在欧美市场的浪潮。2016年1月,亿航智能在美国CES发布全球首款无人驾驶载人 eVTOL航空器“亿航 184”。2017年,由垂直飞行协会编制的第一份eVTOL飞机目录对外发布。2019年,欧洲航空安全局(EASA)发布了全新的航空管理规定,应用于小型eVTOL飞行器的适航认证工作。自此,eVTOL概念正式得到官方认可,初创公司、汽车、航空产业巨头等玩家开始纷纷进入eVTOL市场。2019年,中国亿航智能在纳斯达克上市,成为全球首家上市的UAM(城市空中交通)企业。2021年,美国Joby、德国Lilium、美国Archer、英国Vertical Aerospace等公司陆续上市,eVTOL商业化加速。
目前各大主机厂采用的eVTOL按飞行原理分类可分为多旋翼型、复合翼型、倾转旋翼型三种。多旋翼型原理类似于传统民用无人机和直升机,研制难度相对较小,设计构型简单,稳定性更强,且体积较小,可以在城市内环境灵活部署,基建要求更低;复合翼型有两套旋翼,一套垂直旋翼控制起飞降落,一套水平推进旋翼控制巡航,复合型的起飞降落与推进动力系统分离因此飞行安全性高;倾转旋翼型原理类似于传统的倾转旋翼直升机,在起飞阶段,旋翼像直升机螺旋桨一样提供升力,到了平飞阶段,旋翼会向前倾转,提供向前的推力,倾转旋翼型在速度和航程上优势最大,但因机械设计过于复杂,高速飞行中旋翼倾转易发生故障,沿袭了传统的倾转旋翼直升机的高事故率。
eVTOL各技术路线齐头并进,各自锚定适用需求场景
多旋翼型原理类似于传统民用无人机,效率较低,目前飞行里程较短,短时间内无法大规模应用于低空交通出行领域,多旋翼型具有冗余度高,稳定安全,可灵活部署,基建要求低,适航风险低,经济性好等优点,市场准入较快,有望率先在eVTOL密度较低、航程需求较小的旅游观光市场放量。
复合翼型起降与推进系统相独立,在飞行中遇到风切变、失控、失速等情况时,能够立即启动独立升力系统,把eVTOL在空中悬停并且受控下降着陆,动力系统的准备和响应时间非常短,因此安全性高,同时噪声低、航程可观,复合翼型综合性能优良,相比其他类型安全系数高, 有望在短时救援、医药紧急运送等领域放量。
据《不同构型电动垂直起降飞行器动力系统的安全性评估》(刘巨江,【哈尔滨工程大学学报】,2023年),倾转机翼构型eVTOL动力系统具有动力冗余不足的特征,任意一侧丧失两个推力之后,不足以进行推力配平完成垂直着陆;在飞行中遇到风切变、失控、失速等情况时,倾转机翼型需要数秒到数十秒的倾转过程,倾转机翼速度慢,无法实现保护功能,失效概率为1.265×10-6,远高于航空业确立的对于大型客机和大型通航飞机10-9飞行小时的特征事故率标准,若倾转机翼型eVTOL解决飞行安全问题,凭借其航速快的优势,倾转旋翼和复合翼型eVTOL是日后大规模低空城市交通出行优异的主力军,有望在低空出行政策进一步释放后打开较大市场,潜力高。
多旋翼型eVTOL:原理来源于多旋翼型无人机,易实现升降巡航,多旋翼设计稳定安全
根据《2022电动垂直起降飞行器主要进展》(韩玉琪,【航空动力】,2023年),多旋翼型的eVTOL由多个旋翼提供升力,通过调整各旋翼转速来控制姿态及巡飞,无机翼,原理来源于传统的多旋翼型民用无人机,技术难度最小。以小型四旋翼无人机为例,通过控制不同旋翼转速可实现悬停、垂直升降、仰俯或滚转、偏航运动等功能。多旋翼型eVTOL多为四轴或六轴布局,EH216-S采用共轴双桨16旋翼布局,冗余度高,飞行灵活稳定安全。
复合翼型eVTOL:起源于复合式垂直起降固定翼直升机,电动化驱动下效率提升
根据《复合式直升机技术发展分析》(李建波,【南京航空航天大学学报】,2016年),早在1954年,前苏联卡莫夫公司Ka-22发明了复合式直升机,该复合直升机采用双旋翼横列布局,旋翼下方的发动机同时驱动推进螺旋桨,在1961年取得了356km/h的飞行记录,这类复合式垂直起降固定翼直升机即是复合翼型eVTOL的灵感来源。受益于轻量化的电机,复合翼型eVTOL死重相对传统复合式直升机减小,飞行效率提高。
倾转旋翼型eVTOL:气动、动力学、飞行控制问题亟待解决
1972年,美国航空航天局和陆军开展倾转旋翼机计划,贝尔直升机公司于1973年获得研制合同,并将原型机取名为XV-15(V-22“鱼鹰”飞机的雏形),该飞机即为倾转旋翼型直升机的鼻祖;倾转旋翼型eVTOL的飞行原理和倾转旋翼型直升机类似,同时也沿袭了倾转旋翼型直升机高事故率的特点,自测试以来V-22“鱼鹰”飞机已发生5起机身损坏事故,总共导致54人死亡,主要原因是倾转旋翼型飞行器在飞行过程中存在旋翼-机翼的气动干扰、旋翼倾转过程中的气动特性、飞行动力学、过渡走廊的飞行控制等一系列难题。
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