鄒銘鎮(zhèn)

型號背景

M001是阿徹航空有限公司研發(fā)的一種可載人的電動(dòng)垂直起降飛行器，最大總起飛重量（質(zhì)量）為2948.35kg，并能夠搭載一名飛行員和4名乘客。該機(jī)具有上單翼和V形尾翼，配置固定式三輪起落架，使用12個(gè)由機(jī)載電池供電的電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)來推進(jìn)，而不是傳統(tǒng)的燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。主翼前緣安裝了6臺(tái)5葉變距螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)，每側(cè)3臺(tái)，能夠傾斜以提供垂直和前向推力。其他6臺(tái)電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)雙葉定距螺旋槳，安裝在主翼的后緣，每側(cè)3臺(tái)，僅提供垂直升力。后置發(fā)動(dòng)機(jī)僅在推力升力或半推力升力期間運(yùn)行；在機(jī)翼提供升力向前飛行中，這些發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，保持順槳姿態(tài)。飛機(jī)結(jié)構(gòu)和螺旋槳由復(fù)合材料制成。M001旨在用于FAR-91 部和 135 部的運(yùn)行，在目視飛行規(guī)則下可配備一名機(jī)載飛行員。

2022 年3月30日，阿徹航空有限公司為 M001 型電動(dòng)垂直起降飛行器申請了型號合格證。2022年12月20日，美國聯(lián)邦航空局公布本擬議規(guī)則。2023年1月19日，對本擬議規(guī)則的公共反饋關(guān)閉。

討論

由于美國聯(lián)邦航空局尚未在 14 CFR（即FAR）中建立電動(dòng)垂直起降飛行器適航標(biāo)準(zhǔn)。因此，美國聯(lián)邦航空局將電動(dòng)垂直起降飛行器認(rèn)定為特殊類別飛機(jī)。根據(jù) 14 CFR 21.17 （b） 條款，“特殊類別” 飛機(jī)的適航要求是由14 CFR-23、25、27、29、31、33、35各部中美國聯(lián)邦航空局認(rèn)為適用于特定型號設(shè)計(jì)的或者美國聯(lián)邦航空局認(rèn)為其他合適的適航標(biāo)準(zhǔn)組成，提供與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)等效的安全水平。該規(guī)則公布了根據(jù)第 21.17（b）條制定的適用法規(guī)和其他適航標(biāo)準(zhǔn)，用于 阿徹航空有限公司型號 M001型電動(dòng)垂直起降飛行器的型號認(rèn)證。

對應(yīng) 14 CFR 21.17 （b）、CAAC的 CCAR-21-R-4中21.17 有同樣的要求 “（二）特殊類別航空器指局方指定的尚未頒布適航規(guī)章的某些種類航空器，如滑翔機(jī)、飛艇、甚輕型飛機(jī)和其他非常規(guī)航空器。對于特殊類別航空器，包括安裝其上的發(fā)動(dòng)機(jī)、螺旋槳，其型號設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)符合《正常類、實(shí)用類、特技類和通勤類飛機(jī)適航規(guī)定》（CCAR-23）、《運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》（CCAR-25）、《正常類旋翼航空器適航規(guī)定》（CCAR-27）、《運(yùn)輸類旋翼航空器適航規(guī)定》（CCAR-29）、《載人自由氣球適航規(guī)定》（CCAR-31）、《航空發(fā)動(dòng)機(jī)適航規(guī)定》（CCAR-33）、《螺旋槳適航標(biāo)準(zhǔn)》（CCAR-35）中適用的要求或者民航局確認(rèn)適用于該具體的設(shè)計(jì)和預(yù)期用途且具有等效安全水平的其他適航要求?！?/p>

M001 型電動(dòng)垂直起降飛行器兼具旋翼飛機(jī)和固定翼飛機(jī)的特點(diǎn)。它的設(shè)計(jì)目的是在起飛和降落中的直升機(jī)，以及在飛行中以比直升機(jī)更快速度巡航的飛機(jī)。因此，擬議適航標(biāo)準(zhǔn)包含第 23、33 和 35 部分的標(biāo)準(zhǔn)，以及其他針對電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的電動(dòng)垂直起降飛行器的擬議適航標(biāo)準(zhǔn)。

對于未經(jīng)修改的現(xiàn)有法規(guī)，本擬議的適航標(biāo)準(zhǔn)包括對現(xiàn)有第23、33和35部適航標(biāo)準(zhǔn)的所有修正案，這些修正案包括2022年3月30日型號認(rèn)證申請日起已經(jīng)有效的，即23部修正案23-64，33部修正案33-34，35部修正案35-10。

M001擬議的適航標(biāo)準(zhǔn)還包括新的基于性能的標(biāo)準(zhǔn)（Performance Based Criteria）。該標(biāo)準(zhǔn)由第23部修正案23-64組成，并根據(jù)需要進(jìn)行修改以滿足電動(dòng)垂直起降飛行器的過渡飛行模式（Transitional Flight Mode）。美國聯(lián)邦航空局制定了這些標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)闆]有現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)涵蓋電動(dòng)垂直起降飛行器的過渡飛行模式。擬議的標(biāo)準(zhǔn)還包含特定于電動(dòng)垂直起降飛行器的定義，例如，飛行模式、配置、速度和特定術(shù)語。此外，還提出了電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)和相關(guān)螺旋槳適航標(biāo)準(zhǔn)。特定于阿徹航空有限公司M001型號的新要求，使用“AM1.xxxx”編號方案。

無人機(jī)適航總體要求

美國聯(lián)邦航空局發(fā)布的擬定規(guī)則具體適航要求如下：

整機(jī)要求

駕駛艙語音和飛行數(shù)據(jù)記錄器的擬議安裝要求與23 部中的正常類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)保持不變。擬議的持續(xù)適航要求 （ICA，Instruction for Continuous Airworthiness） 給出了申請人安裝發(fā)動(dòng)機(jī)和螺旋槳的可選項(xiàng)，或者獨(dú)立安裝已經(jīng)型號認(rèn)可的發(fā)動(dòng)機(jī)或螺旋槳，或者安裝和整機(jī)一起取證的發(fā)動(dòng)機(jī)或螺旋槳。

通用要求

擬議的適航標(biāo)準(zhǔn)包括新的或修改后的定義，以解釋阿徹航空有限公司型號M001 的獨(dú)特能力和飛行階段，同時(shí)也包括條款中某些術(shù)語的含義。在發(fā)動(dòng)機(jī)功率損失的情況下，飛機(jī)和旋翼飛行器固有地分別具有滑翔或自轉(zhuǎn)的能力。盡管飛機(jī)可能會(huì)受到損壞，但滑翔或自轉(zhuǎn)的能力使飛機(jī)能夠合理地保護(hù)乘員。但是，并非所有的電動(dòng)垂直起降飛行器都具有這些功能。為了解決這個(gè)問題，美國聯(lián)邦航空局參考了持續(xù)安全飛行和著陸（Continued Safe Flight and Landing）的定義，針對阿徹航空有限公司的型號M001，修改了現(xiàn)有23部中 23.2000 條款中的定義。美國聯(lián)邦航空局建議使用一個(gè)新的定義，關(guān)于可控緊急著陸（Controlled Emergency Landing），應(yīng)對阿徹航空有限公司的型號 M001必須滿足等同于飛機(jī)的滑翔或直升機(jī)的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的性能水平。

此外，由于許多擬議的適航標(biāo)準(zhǔn)都是基于性能的 （Performance Based），如第 23 部分中的規(guī)定。美國聯(lián)邦航空局提議參考采用 23.2010條款。這將要求這些擬議的適航標(biāo)準(zhǔn)以合規(guī)方式 （Acceptable Means of Compliance，AMC） 被批準(zhǔn)。目前，由于尚未達(dá)成電動(dòng)垂直起降飛行器 航空器適航審定共識(shí)標(biāo)準(zhǔn)，因此，將通過問題文件 （Issue Paper） 流程批準(zhǔn)AM1 適航審定的AMC 要求。

第23部中基于性能 （Performance Based） 的適航條款，是按照23部第64條修正案要求取代了部分強(qiáng)制性設(shè)計(jì)要求（prescriptive design requirements）。23部第64條修正案的修正要求來自美國的小飛機(jī)振興法案（Small Airplane Revitalization Act of 2013）。有趣的是該法案的提出者是特朗普政府的國務(wù)卿蓬佩奧，批準(zhǔn)者是時(shí)任美國總統(tǒng)奧巴馬。由于是基于性能的適航要求，美國聯(lián)邦航空局要求以合規(guī)形式來滿足性能要求。

飛行

盡管第23部采用更容易適應(yīng)新技術(shù)的基于性能的規(guī)則 （performance based rules） 要求取代了規(guī)定性的設(shè)計(jì)要求（prescriptive design requirements），這些基于性能的規(guī)則是用于傳統(tǒng)的飛行器中起飛和著陸可逆的飛控系統(tǒng)。為了適應(yīng)阿徹航空有限公司的飛行器進(jìn)行垂直起飛和著陸操作的能力，這些擬議的適航標(biāo)準(zhǔn)也同時(shí)采用了27 部和 29 部的描述，并在適當(dāng)?shù)那闆r下進(jìn)行了更改，以允許 AM1 在機(jī)翼失速速度 （stall speed of wing） 以下安全運(yùn)行。美國聯(lián)邦航空局?jǐn)M議了適航標(biāo)準(zhǔn)來解決交替升力源的整合問題：推力升力 （Thrust Borne）、半推力升力 （Semi Thrust Borne） 和機(jī)翼升力 （Wing Borne）。雖然美國聯(lián)邦航空局在審定間接飛行控制系統(tǒng)擁有經(jīng)驗(yàn)，例如電傳飛控系統(tǒng)方面，但 AM1 采用了飛行和推力混合控制方案。這需要新的適航標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)于推力升力、半推力升力、和機(jī)翼升力，請參考 AM1.2000 （b） （3） 條款的解釋。

此外，美國聯(lián)邦航空局提出了新的AM1.2105，其中包含所有23.2105條款，并在新的（f）和（g）段中添加了適航標(biāo)準(zhǔn)。擬議的AM1.2105（f）和（g）將確保飛行員能夠在失去動(dòng)力或推力的情況下執(zhí)行受控緊急著陸，無論是通過飛機(jī)的滑翔或自轉(zhuǎn)能力，還是通過等效方式合理地保護(hù)乘員。

動(dòng)力裝置

第23部（修正案23-64）涉及電力推進(jìn)，但僅適用于使用推進(jìn)力提供前推力的常規(guī)配置飛機(jī)。阿徹航空有限公司的新穎設(shè)計(jì)使用分布式推進(jìn)系統(tǒng)（distributed propulsion system） 來提供前向推力、升力和控制。雖然其中一些設(shè)計(jì)特征可以通過23部和27部中的現(xiàn)有適航標(biāo)準(zhǔn)解決，但其他特征需要制定新的適航標(biāo)準(zhǔn)。擬議的適航標(biāo)準(zhǔn)解決了以下獨(dú)特和新穎的動(dòng)力裝置安裝特點(diǎn)：

（1）分布式推進(jìn)系統(tǒng)中 （Distributed Propulsion System） 的多發(fā)動(dòng)機(jī)隔離；

（2）分布式推進(jìn)的簡化控制；

（3）將推進(jìn)系統(tǒng)集成到飛機(jī)飛行控制中；

（4）與垂直起降能力相關(guān)的能源系統(tǒng)耐撞性。

AM1.2405 中提議的適航標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合了23.2405條款和23.2425條款中的發(fā)動(dòng)機(jī)和螺旋槳控制功能，并修改了其應(yīng)用以包含所有動(dòng)力裝置控制功能，包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制、螺旋槳控制和短艙旋轉(zhuǎn) 。擬議的 AM1.2430 中的能源系統(tǒng)適航標(biāo)準(zhǔn)將包括防撞性要求以滿足27.952條款，并將刪除特定于液體燃料系統(tǒng)的要求。擬議的 AM1.2440 中的動(dòng)力裝置防火適航標(biāo)準(zhǔn)將取代23.2440條款中針對指定火區(qū)的規(guī)定描述，使用通用的火區(qū)描述來要求與動(dòng)力裝置相關(guān)的火災(zāi)威脅。電力推進(jìn)系統(tǒng)引入了來自高壓電力和電池系統(tǒng)的火災(zāi)威脅。已有的火區(qū)假設(shè)是基于煤油的火災(zāi)威脅，這與電力裝置的火災(zāi)威脅不一致。這些提議的適航標(biāo)準(zhǔn)旨在允許使用全電動(dòng)分布式推進(jìn)系統(tǒng)的電動(dòng)垂直起降飛行器安全運(yùn)行于推力、半推力和翼載飛行。

結(jié)構(gòu)

電動(dòng)垂直起降飛行器飛行和地面載荷通常由三種類型的飛行構(gòu)型組成：垂直、過渡和前向。擬議的適航標(biāo)準(zhǔn)不僅僅取自23 部（正常類飛機(jī)）的前向飛行要求或27 部（正常類旋翼飛機(jī)）的垂直飛行要求。電動(dòng)垂直起降飛行器 還依賴于過渡型飛行構(gòu)型，其中可能包括前向和垂直飛行載荷的組合。在過渡飛行期間，電動(dòng)垂直起降飛行器周圍的氣動(dòng)流場可能與傳統(tǒng)上在向前和垂直飛行期間觀察到的有很大不同。在某些飛行構(gòu)型中，電動(dòng)垂直起降飛行器可能會(huì)經(jīng)歷向前和垂直飛行載荷的組合。在其他構(gòu)型中，飛機(jī)可能會(huì)經(jīng)歷一種全新的空氣動(dòng)力流場，這在嚴(yán)格的向前或垂直飛行中沒有經(jīng)歷過。傳統(tǒng)的現(xiàn)有適航標(biāo)準(zhǔn)不能充分代表用于電動(dòng)垂直起降飛行器 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的氣動(dòng)載荷。因此，美國聯(lián)邦航空局認(rèn)為，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要額外的適航標(biāo)準(zhǔn)。美國聯(lián)邦航空局通過修訂23.2200條款和23.2225條款制定了AM1.2200和AM1.2225，以解決電動(dòng)垂直起降飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包線。美國聯(lián)邦航空局通過修訂23.2240條款刪除了4級飛機(jī)要求，創(chuàng)建了 AM1.2240，因?yàn)锳M1不是4級飛機(jī)。

此外，美國聯(lián)邦航空局提出了新的 AM1.2320，其中包含了23.2320條款除了（b） 條款的所有內(nèi)容。提議的AM1.2320（b）包含針對申請人設(shè)計(jì)的新鳥擊要求。美國聯(lián)邦航空局認(rèn)識(shí)到在飛機(jī)預(yù)期運(yùn)行的環(huán)境中，鳥擊的威脅比旋翼飛機(jī)或23部固定翼飛機(jī)更嚴(yán)重。AM1固有的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和預(yù)期的操作，可能使飛機(jī)更容易受到鳥類的影響。

AM1 將在與旋翼機(jī)相似的高度運(yùn)行，美國聯(lián)邦航空局預(yù)計(jì)它將以與旋翼機(jī)相同或更高的空速巡航。然而，與旋翼機(jī)相比，AM1懸停時(shí)間將減少，從而增加高速飛行時(shí)間。美國聯(lián)邦航空局還認(rèn)識(shí)到，AM1將比傳統(tǒng)由渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)和旋翼驅(qū)動(dòng)的直升機(jī)更安靜。因此，鳥類對其存在的警覺會(huì)更低。

所有這些因素加起來增加了鳥擊的機(jī)會(huì)。因此，美國聯(lián)邦航空局對AM1提出了更全面的鳥擊要求。正如航空規(guī)則制定咨詢委員會(huì)（ARAC）旋翼機(jī)鳥擊工作組（RBSWG）報(bào)告中所引用的那樣，對旋翼飛機(jī)鳥擊威脅的分析表明，破壞性撞擊的鳥類的平均體重為1.125kg?；谠撗芯颗c旋翼飛機(jī)行業(yè)測試一致，美國聯(lián)邦航空局提出1.0kg的鳥擊重量。申請人必須在整機(jī)層面進(jìn)行評估，以確定飛機(jī)的哪些部分暴露在潛在的鳥擊風(fēng)險(xiǎn)中。

美國聯(lián)邦航空局還提出了對鳥類威懾裝置的要求，以減少鳥擊的可能性。鳥類威懾技術(shù)的研究、測試和使用已證明可有效減少鳥類襲擊。提醒鳥類注意飛機(jī)的存在可以讓鳥類避免撞擊飛機(jī)。鳥類威懾系統(tǒng)可能包括幫助鳥類意識(shí)到和避開飛機(jī)的燈光技術(shù)等。

噪聲

全電動(dòng)的 AM1 比同級別的直升機(jī)最多可降噪45dB，令機(jī)上乘客尊享前所未有的空中寧靜，而城市地面的行人幾乎感覺不到飛行的存在。

電動(dòng)發(fā)電機(jī)

建議安裝在AM1上的發(fā)動(dòng)機(jī)使用電動(dòng)而不是空氣和燃油燃燒來推動(dòng)飛機(jī)。這些電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)、制造和控制不同于使用航空燃料運(yùn)行的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)。這些發(fā)動(dòng)機(jī)由高壓系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)和控制器構(gòu)成。高壓系統(tǒng)從電力存儲(chǔ)或發(fā)電系統(tǒng)中獲取電能。高壓系統(tǒng)是電線、功率調(diào)節(jié)組件和連接器的組合，可將電源耦合到電動(dòng)機(jī)、相關(guān)電機(jī)和控制器。AM1的發(fā)動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置，電流流過電機(jī)中的線圈會(huì)產(chǎn)生磁場，該磁場與旋轉(zhuǎn)電樞軸上的磁鐵相互作用。控制器是由兩個(gè)主要功能件組成的系統(tǒng)——電機(jī)控制器和電力逆變器，以驅(qū)動(dòng)與電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián)的電機(jī)。

通過這些高壓和大電流電子元件提供能量的技術(shù)引入了使用航空燃料運(yùn)行的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中不存在的潛在危險(xiǎn)。例如，高壓傳輸線、電磁場、磁性材料和高速電氣開關(guān)構(gòu)成了電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的物理特性。在這些高功率水平下運(yùn)行還會(huì)使電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)面臨潛在故障，這可能會(huì)對安全產(chǎn)生不利影響，而這對于使用航空燃料運(yùn)行的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)來說并不常見。

螺旋槳

14CFR的35部包含螺旋槳適航標(biāo)準(zhǔn)，以確保未安裝的螺旋槳滿足美國聯(lián)邦航空局認(rèn)為可接受的最低安全水平。35部的要求適用于安裝在根據(jù)第23部或25部獲得型號認(rèn)證的常規(guī)飛機(jī)上的螺旋槳。這些螺旋槳適應(yīng)此類飛機(jī)上常見的結(jié)構(gòu)和槳距驅(qū)動(dòng)方法。

新興的電動(dòng)和混合電動(dòng)飛機(jī)，特別是用于在城市和附近空域進(jìn)行“空中出租車”運(yùn)營，并能夠垂直和短距起降的電動(dòng)升降機(jī)，通常配備用于水平推力和垂直升力螺旋槳。此外，與根據(jù)第 23部或第 25 部審定的傳統(tǒng)飛機(jī)相比，此類飛機(jī)的螺旋槳槳距驅(qū)動(dòng)通常是電動(dòng)執(zhí)行的，并且更廣泛地集成到飛機(jī)的推進(jìn)和飛行控制系統(tǒng)中。

螺旋槳是各種飛機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)的組成部分，在電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)之前，螺旋槳一直受到以化石燃料為動(dòng)力的往復(fù)式和渦輪內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動(dòng)。由于增加的扭矩和可能更高的轉(zhuǎn)數(shù)，針對電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)提出了不同的考慮。

對于所有常規(guī)23 部和 25 部飛機(jī)以及AM1，最基本的要求是將螺旋槳故障或飛出碎片損傷乘客和關(guān)鍵飛機(jī)結(jié)構(gòu)、部件的風(fēng)險(xiǎn)降低到可接受的水平。螺旋槳的特性必須確保它們對于適航審定是安全的。

這些擬議的適航標(biāo)準(zhǔn)將需要發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行功能演示，包括順槳、負(fù)扭矩、負(fù)推力和反向推力操作，酌情使用樣本螺旋槳。申請人可以將這些演示作為耐久性演示的一部分進(jìn)行。

適用性

這些適航標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù) 21.17（b） 條款的規(guī)定制定的，適用于阿徹航空有限公司的型號 M001。如果阿徹航空有限公司希望將這些適航標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于其他動(dòng)力升降機(jī)模型，則必須提交新的型號合格證申請。