柳永波 馬慶林

摘要：隨著無人機的廣泛應用，許多企業(yè)開展通用航空飛機改型無人機系統(tǒng)的研制，按國內外適航當局的適航管理要求，對此類無人機系統(tǒng)進行適航審定。而審定基礎是適航審定的基礎和核心，對其進行研究很有應用價值。介紹了國內外適航當局對審定類無人機系統(tǒng)的適航管理要求和適航標準，分析了中國民用航空局（CAAC）發(fā)布的高風險固定翼無人機系統(tǒng)的適航標準，結合通用飛機改型無人機系統(tǒng)的技術特點，給出制定此類改型無人機系統(tǒng)合格審定基礎需考慮的要素，為其審定基礎的編制提供參考。

關鍵詞：通用飛機；無人機系統(tǒng)；適航；審定基礎

中圖分類號：V279文獻標識碼：ADOI：10.19452/j.issn1007-5453.2021.10.008

隨著控制技術和計算通信技術的不斷發(fā)展，無人機（UAV）應用也在大范圍擴展，從軍用領域發(fā)展到通信中繼、農業(yè)植保、航拍測繪等民用領域。尤其近幾年來多款通用飛機改型為大型無人機系統(tǒng)，在遙感探測、物流快遞等應用場景下研制或首飛，使得此類改型無人機系統(tǒng)的安全運行管理成為各個國家民航管理部門要面臨的重要問題[1-2]。根據(jù)適航當局對大型無人機的定義[3]，通用飛機改型無人機一般都歸類于大型無人機，這類無人機起飛重量大，飛行高度高，一旦失效，其安全影響和危害都將非常嚴重。基于維護公眾利益的要求，各個國家民用航空管理部門對此類無人機均提出適航審定要求[4]。

通用飛機數(shù)量巨大，機型很多，通過對通用飛機的改型，可以衍生出經(jīng)濟性好、安全水平高的無人機[5]。在通用飛機平臺上改型無人機，飛機平臺本身的氣動外形和結構的主要布置不需做大的改動，如果是選用已經(jīng)取得CCAR-23部型號合格證的通用飛機改無人機，其平臺安全性將得到充分保證。由于無人機系統(tǒng)（UAS）既包含無人機平臺本身，又包含相關的控制站（臺）、所需的指揮和控制鏈路系統(tǒng)，因此，此類無人機系統(tǒng)的適航審定和原通用飛機的適航審定存在較大差異。無人機系統(tǒng)的審定基礎是指對民用無人機產品進行審定依據(jù)的適航和環(huán)保標準及專用條件、豁免和等效安全[6]。因此，確定審定基礎是無人機系統(tǒng)適航審定的首要工作，研究此類無人機系統(tǒng)的適航審定基礎，對國內通用飛機改型無人機系統(tǒng)的適航審定工作有重要意義。

1國內外無人機系統(tǒng)適航管理要求及標準

1.1國外無人機系統(tǒng)適航管理及標準

根據(jù)歐洲航空安全局（EASA）頒布的無人機適航性管理政策A-NPA No.16-2005《無人機適航性合格審定政策》，包括三部無人機適航規(guī)章[7]：（1）CS-LUAV，適用小于750kg的輕型無人機；（2）CS-UAV23，適用750～5700kg單發(fā)和雙發(fā)無人機以及5700～25000kg多發(fā)無人機；（3）CSUAV25，適用25000kg以上的雙發(fā)無人機，如圖1所示。

根據(jù)歐盟規(guī)章EC 216/2008附件2規(guī)定，最大起飛重量大于150kg的無人機由EASA負責審定，小于150kg的無人機則由歐洲各國民航當局負責審定。按照歐盟基于安全風險的審查原則，將大型民用無人機劃分到審定類，對于此類無人機的適航要求，采用與有人駕駛飛機相同的方式進行適航審定[7]。由EASA發(fā)起的無人系統(tǒng)規(guī)則制定聯(lián)合工作組（JARUS）分別在2016年11月和2019年9月發(fā)布了JARUS-CS-LAUS和JARUS-CS-UAS的最終修訂版[8-9]，給出了輕型和標準型無人機系統(tǒng)可參考的適航標準，其中JARUS-CS-UAS主要用于審定此類無人機系統(tǒng)。

北約分別在2007年和2014年發(fā)布了標準化規(guī)范NATO STANAG 4671《無人機系統(tǒng)適航性要求》、NATO STANAG 4702《旋翼無人機系統(tǒng)適航要求》和NATO STANAG 4703《輕型無人機系統(tǒng)適航性要求》，覆蓋了從固定翼到旋翼、從輕型到大中型無人機系統(tǒng)的適航標準。其中，STANAG 4671參考CS-23的章節(jié)內容，針對最大起飛重量在150～20000kg范圍內的固定翼無人機，補充了無人機系統(tǒng)特有的數(shù)據(jù)鏈路、地面控制站、任務設備和載荷安全的適航性要求，旨在確保無人機在空域中的飛行安全，同時保證無人機在飛行過程中不對空中其他飛行器或地面人員造成危害[10-11]。

美國聯(lián)邦航空局（FAA）也組建了無人航空器系統(tǒng)項目辦公室，構建無人機監(jiān)管體系，按ORDER 8130.34《無人航空器系統(tǒng)適航性審查》對特定無人機進行適航檢查并頒發(fā)試驗類特殊適航證，對應大型民用無人機在未頒布適航規(guī)章的情況下，以特定無人機系統(tǒng)特殊規(guī)則進行管理[12]。美國國家標準協(xié)會（ANSI）在2020年6月發(fā)布了最新的無人機系統(tǒng)標準化路線圖2.0版，其中第6章Airworthiness Standards-WG1給出了無人機系統(tǒng)可參考的適航標準構成[13]。

1.2 CAAC無人機系統(tǒng)適航管理及標準

中國民用航空局（CAAC）在2012年1月13日發(fā)布《民用無人機適航管理工作會議紀要》（ALD-UAV-01）中明確了單機檢查以AP-21-AA-2008-05程序為基礎，對民用無人機開展適航管理工作，在《民用無人駕駛航空器系統(tǒng)適航管理要求》將大型民用無人機劃分到標準類，應滿足《民用航空產品和零部件合格審定程序》（CCAR-21）中規(guī)定的獲得標準適航證航空器所遵守的相關要求[14]。之后，在2019年1月25日發(fā)布的《基于運行風險的無人機適航審定指導意見》中提出開展民用無人機適航審定，目的是從設計制造源頭，確保民用無人機滿足公眾可接受的最低安全水平。將針對無人機不同運行場景，開展基于運行風險的民用無人機適航審定[15]。

2020年1月，CAAC發(fā)布了《高風險貨運固定翼無人機系統(tǒng)適航標準》（試行）[16]，為大型民用無人機系統(tǒng)的適航審定基礎制定提供依據(jù)；隨后，在充分調研國內民用無人機產業(yè)現(xiàn)狀和企業(yè)審定需求的基礎上，于2020年5月發(fā)布《民用無人機產品適航審定管理程序》（試行）[6]，明確了基于風險的適航審定原則，對大型民用無人機產品開展適航審定。

通過分析國內外適航管理部門對大型民用無人機的適航管理要求，可以看出對此類無人機均以適航審定的方式開展。因此，研究CAAC關于此類無人機系統(tǒng)的適航標準，可為國內通用飛機改型無人機系統(tǒng)的合格審定基礎提供參考。

2 CAAC高風險固定翼無人機系統(tǒng)的適航標準

2.1標準內容

《高風險貨運固定翼無人機系統(tǒng)適航標準》（以下簡稱《標準》）分8章，共334項條款。該標準結構清晰，層次分明，覆蓋了總體、性能、結構、材料、動力系統(tǒng)（包括燃油、進排氣、防火等）、設備（包括操縱伺服、飛控、電氣、液壓等）、適用限制和資料（包括持續(xù)適航文件、飛行手冊等）、數(shù)據(jù)鏈路、地面指揮與控制站（包括無人機機組）等所有與無人機系統(tǒng)相關的適航標準內容。表1給出了《標準》的主要章節(jié)內容。由于篇幅所限，本文對于具體條款描述不進行贅述，僅從無人機系統(tǒng)區(qū)別于其他有人駕駛飛機的特點出發(fā)，對數(shù)據(jù)鏈路、地面指揮與控制站兩方面的標準進行簡要介紹。

2.1.1數(shù)據(jù)鏈路

由于無人機系統(tǒng)采取人機分離的指揮控制方式，數(shù)據(jù)鏈作為連接空中無人機和地面指揮的重要紐帶，對無人機系統(tǒng)的安全至關重要?！稑藴省分嘘P于無人機數(shù)據(jù)鏈路的適航標準有9條，總則里要求無人機系統(tǒng)必須至少包括一個用于控制無人機的指揮和數(shù)據(jù)鏈路，實現(xiàn)無人機和地面控制站的雙向通信，以保證無人機在飛行全周期內的通信保持；對指揮和控制數(shù)據(jù)鏈的架構，要求不能出現(xiàn)導致危險或更嚴重事件的單點失效，應按照標準HY.1309條要求對數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)進行安全性分析，要求數(shù)據(jù)鏈路的設計和操作不能對飛行安全有影響，且數(shù)據(jù)鏈路應設計成免受電磁干擾（EMI）及靜電、雷電和電磁輻射危害。

無人機系統(tǒng)飛行手冊中應規(guī)定指揮和控制數(shù)據(jù)鏈路中的時間延遲，延遲不得在已考慮的所有可能的運行場景下導致不安全狀況；在完全喪失數(shù)據(jù)鏈時，無人機系統(tǒng)不能出現(xiàn)發(fā)生空中相撞的風險，也不應該危害地面的公民和財產安全，必須建立和批準應對指揮與控制數(shù)據(jù)鏈路缺失的策略，并將該策略納入無人機系統(tǒng)飛行手冊。

無人機天線裕度必須能夠維持充足的鏈路預算，提高數(shù)據(jù)鏈路的抗遮蔽能力，并且需要在無人機系統(tǒng)飛行手冊中對遮蔽現(xiàn)象進行說明。

指揮和控制數(shù)據(jù)鏈路的切換不應導致不安全的情況，在切換的整個過程中，無人機必須處于連續(xù)可控的安全狀態(tài)。指揮和控制數(shù)據(jù)鏈路必須具有防侵入和劫持的能力，以確保無人機不會產生不受控制地飛行和撞擊。

2.1.2地面指揮與控制站

無人機地面控制站（UCS）是無人機系統(tǒng)的指揮中心，具備任務規(guī)劃、數(shù)字地圖、通信、圖像處理能力在內的集控制、通信、處理于一體的綜合復雜單元，是無人機系統(tǒng)的重要組成部分?？刂普镜倪m航標準在一定程度上規(guī)定了整個無人機系統(tǒng)的安全水平。

《標準》在UCS適航要求的總則里提出，對移動平臺上適用的地面控制站應建立特殊條件，對地面控制站明確規(guī)定了基礎設施要求，指出機組工作場所的環(huán)境要求（溫度、濕度、振動、噪聲、燈光等）不得妨礙飛行任務的安全執(zhí)行；明確應按與無人機運行相關的因素規(guī)定最小飛行機組，以保證系統(tǒng)的安全運行；同時，也規(guī)定UCS必須配備和安裝審查機構同意的語音、數(shù)據(jù)記錄器，以便記錄無人機系統(tǒng)運行期間的語音和數(shù)據(jù)記錄。

對UCS的數(shù)據(jù)顯示、控制、指示與告警、信息標記和標牌等適航標準，也在《標準》中給出詳細規(guī)定；針對無人機在兩臺UCS中的切換，UCS對多無人機的指揮、控制和監(jiān)控，無人機在同一無人機地面控制站中控制權切換均給出明確要求，力求從各個方面保證UCS的安全可靠，從而進一步保證無人機在UCS控制下始終能安全運行。

數(shù)據(jù)鏈路、地面指揮與控制站作為無人機系統(tǒng)的重要組成部分，關系到無人機飛行安全。因此，對通用飛機改無人機系統(tǒng)而言，此部分屬于新增的適航標準要求，應在編制審定基礎時重點考慮，為后續(xù)符合性驗證提供基礎。

2.2與CCAR-23部的差異分析

國內的通用類有人駕駛民用飛機大都以CCAR-23部作為制定合格審定基礎的依據(jù)[17]。對于通用飛機改型無人機系統(tǒng)審定基礎，可結合《標準》與CCAR-23-R3的差異，根據(jù)改型無人機系統(tǒng)的技術方案，選擇制定適合于系統(tǒng)的適航審定基礎。

通過對比，《標準》在“總體要求”章節(jié)刪除了CCAR-23部中與載人和通勤類飛機相關的要求；在“結構”章節(jié)刪除了駕駛艙內與人有關的如“增壓座艙”“應急出口”“駕駛艙操縱器件”等要求，增加“飛行包線保護”與無人機相關的內容；在“設備”章節(jié)刪除了“電子顯示儀表系統(tǒng)”“氧氣系統(tǒng)”“燈”與人有關的適航要求，增加了“動力操縱系統(tǒng)”“飛行控制與管理”等要求；在“使用限制和資料”章節(jié)刪除了“客座量布置”“空速指示器”“燃油油量表”等與人有關的要求，增加了“數(shù)據(jù)鏈信息”“數(shù)據(jù)鏈路限制”等無人機特有的要求。增加“數(shù)據(jù)鏈路”和“地面指揮與控制站”兩章無人機系統(tǒng)特有的適航標準內容。此外，相比CCAR-23部，《標準》沒有設置“設計與構造”章節(jié)，而將CCAR-23部的此章節(jié)拆分為兩個部分，與結構相關的部分納入“結構”章節(jié)，與系統(tǒng)相關的部分納入“設備”章節(jié)，從而保證整個標準的完整性要求?！稑藴省放cCCAR-23部的主要條款差異見表2。

3通用飛機改型無人機系統(tǒng)的技術特點

3.1無人機平臺及系統(tǒng)改裝

通用飛機改無人機系統(tǒng)，一般氣動布局及氣動特性基本保持與原機不變，機體主承力結構也保持不變，對原機中與機組成員及乘客相關的如駕駛艙儀表板、內飾及生活施等設備及構件直接拆除，并對相關物理、結構接口予以完善性修補，因此無人機平臺的總體載荷、總體傳力和承載特性與原機結構基本相當。

航電系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)以及液壓系統(tǒng)根據(jù)無人機系統(tǒng)運行需求，對不適用于改裝或取消不用的系統(tǒng)設備（如座艙照明系統(tǒng)等）進行拆除，更換新的系統(tǒng)和設備；對重要系統(tǒng)的改裝，如由非電傳飛控系統(tǒng)改裝為電傳飛控系統(tǒng)架構，就必須重點考慮其適航性設計要求[18]，并與原機及部分改裝的機電設備交聯(lián)，實現(xiàn)機載系統(tǒng)控制與管理功能；動力推進系統(tǒng)一般保持發(fā)動機不變，僅根據(jù)無人機系統(tǒng)需求對部分發(fā)動機操控系統(tǒng)設備進行適應性更改或更換，以保證飛發(fā)匹配的可靠和運行穩(wěn)定性。

3.2加裝的系統(tǒng)

數(shù)據(jù)鏈路和地面指揮與控制站為改型無人機系統(tǒng)新增系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)構成飛機平臺和地面系統(tǒng)之間的連接及數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)將地面站的飛行控制指令、任務載荷控制指令、鏈路控制指令等遙控指令實時發(fā)送至機載系統(tǒng)；同時，將無人機平臺的系統(tǒng)工作狀態(tài)信息、飛行參數(shù)、任務載荷工作狀態(tài)、圖像信息以及鏈路工作狀態(tài)等遙測信息實時發(fā)送至地面站。

4改型無人機系統(tǒng)的審定基礎

分析通用飛機改型無人機的技術特點，可以得出通用飛機改型無人機系統(tǒng)在總體氣動、結構強度方面基本保持與原通用飛機機型不變，僅是針對無人機系統(tǒng)的技術特點和運行需求，對部分系統(tǒng)和設備進行加改裝。因此，在考慮改型無人機系統(tǒng)的審定基礎時，應結合此類特殊性，在保證適航標準完整覆蓋的前提下，按最小化驗證的思路，編制其適航審定基礎。

對于已經(jīng)取得CCAR-23部TC證的原型機，在制定適航審定基礎時，可參考原機的審定基礎內容對比《標準》，對于原機適航條款要求高于無人機標準要求的，可直接進行引用相關的《標準》內容，并在后續(xù)的符合性驗證方面直接引用原機符合性結論，以利于后續(xù)相應條款符合性的最小化乃至取消驗證；對于無人機標準要求高于原機標準的條款，需結合改型無人機系統(tǒng)的技術特點，按照所申請的運行風險等級進行裁剪或補充，以保證整個無人機系統(tǒng)的審定基礎完整無缺。

考慮到改型無人機改裝結構、設備或新增系統(tǒng)大多選用材料新穎、技術先進的零部件或設備，存在適航標準不能有效覆蓋的情況，可以在審定基礎中增加作為專用條件的補充項目要求，為適航驗證及無人機系統(tǒng)的安全性提供保證。如某改型無人機系統(tǒng)增加了分布式飛行控制管理系統(tǒng)，對此項新技術的在無人機系統(tǒng)的應用，需開展技術分析，評估該項技術對無人機系統(tǒng)的安全性影響，并選用適用的國內外行業(yè)標準修訂為相應的專用條件，作為審定基礎的補充要求。

對于環(huán)境保護要求，可參考原通用飛機的所選的適航標準，如改型無人機系統(tǒng)因技術原因不能滿足要求，可向適航當局申請豁免，對部分選用新設備或新系統(tǒng)的技術應用，如不能表明符合適航標準的字面要求，但通過補償措施可達到等效的安全水平，則可向適航當局申請等效安全，從而在保證改型無人機系統(tǒng)安全性的基礎上，減低研制成本，提高市場競爭力，推動無人機系統(tǒng)產業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

5結論

無人機越來越廣泛的應用場景和市場發(fā)展前景，使得不少企業(yè)或單位開始參與到無人機系統(tǒng)的研制中來，而選用經(jīng)過實踐充分檢驗過的通用飛機為平臺，衍生出不同種類的大型無人機系統(tǒng)，成為不少無人機系統(tǒng)制造商重點關注并開始研發(fā)的型號目標。而此類改型無人機系統(tǒng)的安全性，也成為各個國家適航當局、無人機系統(tǒng)制造商和公眾都不得不面對的問題。對此類無人機系統(tǒng)的適航審定是保證其基本安全的重要方法和手段?；趯彾ɑA對無人機系統(tǒng)適航審定的重要性，本文在介紹了國內外適航當局對審定類無人機系統(tǒng)的適航管理要求和適航標準的基礎上，重點分析了CAAC發(fā)布的高風險固定翼無人機系統(tǒng)的適航標準，并結合通用飛機改型無人機系統(tǒng)的技術特點，給出此類改型無人機系統(tǒng)確定合格審定基礎時需考慮的要素，為其制定審定基礎及后續(xù)的適航符合性驗證提供參考。

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Research of Airworthiness Certification Basis for Unmanned Aircraft System Modified from General Aircraft

Liu Yongbo，Ma Qinglin

AVIC The First Aircraft Institute，Xian 710089，China

Abstract： With the extensive use of Unmanned Aerial Vehicle （UAV）， many UAVs are modified from General Aircraft（GA）. According to Chinese and foreign airworthiness authorities requirements on airworthiness management， are researching and manufacturing，their airworthiness certification should be conducted. Certification basis is the basis and core of the airworthiness certification， which has great values. Chinese and foreign airworthiness authorities requirements on airworthiness management and standard for certificated Unmanned Aircraft System （UAS） are introduced， whose emphasis is put on the analysis of high risk fixed wing UAS airworthiness standard promulgated by CAAC. Certification basis is studied combined with typical technical characteristics of UAV modified from GA， which can provide great reference to draw up airworthiness certificate basis for UAS.

Key Words： general aircraft； unmanned aircraft system； airworthiness； certification basis