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发布时间:2020-05-11 00:00:00
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全球先进空中交通AAM现状
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全球先进空中交通AAM现状

2022-04-10 13:48
Alberto Santos-Dumont——上世纪欧洲第一位制造出能转弯飞行飞艇的人,也是第一位驾驶飞艇绕埃菲尔铁塔飞行一周的人,他曾说过:“希望每个人都有属于自己的个人飞行器”。
 
2022年,这项交通方式似乎愈发多的出现在人们的视野——先进空中交通(Advanced Air Mobility)。与此同时,愈发多相关产品的初创企业喷涌而出,该类市场的体量愈发的大,投融资不断,新兴产品研发也在持续。
 

2021年到2022年间,美国众议院和参议院先后通过了《先进空中交通协调及领导力法案》(Advanced Air Mobility Coordination and Leadership Act),该法案指示交通部建立一个先进空中交通(AAM)机构间工作组,以计划和协调与安全、基础设施、人身安全、网络安全和联邦投资有关的工作,加强美国的AAM生态系统,特别是载客AAM飞机产品。

 

AAM的定义

罗兰贝格将AAM(先进空中交通)分为客运和非客运,客运包括RAM(区域空中交通)和UAM(城市空中交通),非客运则包括UAV(无人机)
 
NASA赋予AAM的本质是旨在帮助新兴航空市场能够安全建立起空中交通系统,并利用当下的革命性飞机产品,将其布局航空服务缺乏或不足的地方、区域、区域间或城市间,实现载人或货物运输。
 
FAA(美国联邦航空管理局)则认为,AAM是建立在UAM概念的基础上,纳入了不专门针对城市环境的使用案例,包括商业城际运营、物流、公共服务和个人服务。
 
罗兰贝格认为UAM包括城际按需航班的城市出租服务,航程约为15到50公里;以及机场周边指定航线的机场接送服务,航程同样约为15到50公里。RAM则是航程在50到250公里的城际空中交通服务;UAV则仅仅能在5公里航程内提供相关服务。

AAM的生态系统包含哪些?

 

在AAM飞机为商业运营做好准备之前,需要创建AAM生态系统(基础设施、充电、飞行运行、空域管理、MRO等)。

技术:技术证明实现商业运营。

  • 承担方:监管机构和飞机原始设备制造商;

  • 所需构建块:商业认证和产能提升。

 

商业:所有生态系统构建模块的有效结合创造卓越的客户价值,以尽可能低的成本提供最快的出行选择。

  • 承担方:基础设施供应商和运营商的支持型生态系统;

  • 所需构建块:

    首先,需要了解公众接受度、预订平台需求的同时,考虑客户体验;其次飞机操纵和充电、飞机运行,以及MRO等服务都是运营不可或缺的要素;最后便是机场设施、空中交通法律法规,以及相关服务和通信系统。

AAM的优势在何处?

 

AAM对城市而言,拥有诸多优势。AAM优势其一是省时,AAM服务能够在拥挤时间段和地段中选择出最优路线;
 
其二,多式联运,AAM服务整合了当前的私人和公共陆地交通方式,能够为出行提供多式联运服务;
 
其三,便捷性,班车或滴滴向的服务提供了足够的便捷服务;
 
其四,环保性,先进空中交通致力于打造零碳排放,与传统航空出行方式而言更具可持续性;
 
其五,舒适性,新型转子和将噪音足迹最小化的各类新兴技术,能够确保AAM服务在社区运营的可能性;
 
最后便是其安全性,经过商业航空的重重高认证标准,能够确保出行的安全保障。

AAM未来市场发展如何?

 

罗罗、罗兰贝格联合发布的《亚太地区先进空中交通(AAM)市场潜力研究报告》显示,2030年前,亚太国家AAM服务产品发展潜力可达数千架飞机。到2050年,亚太地区载人VTOL数量将达82,500架,涉及服务收入将达369亿美元。

 

踏入AAM商业领域的首要因素是什么?

 

目前市面上共有200多家公司正在参与AAM飞机的设计和制造工作,产品型号包括了垂直起降(VTOL)、短距起降(STOL)和常规起降(CTOL)等。如今电力推进和电池技术的突破性技术意味着未来AAM飞机的商业运营只是时间问题。除此之外,无论是多翼飞机、倾转翼飞机、倾转旋翼飞机、升力飞机还是吹气式翼飞机,都有望在UAM和RAM领域掀起一场革命。
 
那么,这场革命需要多长时间?为什么要花费这么长时间?答案则取决于认证过程的复杂程度。然而,AAM对于未来出行的意义重大,商业AAM飞机需要做到和传统客机一样安全,因此到目前为止还没有一架AAM飞机获得商业运营认证。这也意味着AAM的飞机产品需要经历一个漫长、艰巨,且花费巨大的认证过程。不仅仅是初进该领域的企业,FAA和EASA等监管机构也同样刚刚进入这一新兴领域。
 

什么是适航认证?

为什么AAM是一个特例?

 
顾名思义,适航认证确认的是飞机的适航性,根据FAA的规定,确保其商业应用足够安全。该认证还囊括了飞机制造商的设计和制造能力。几十余年来,EASA(欧洲航空安全局)和FAA等监管机构一直致力于传统飞机的认证工作。但AAM的飞机产品作为一个全新概念,其涵盖的全新的技术、飞机配置,例如全电动飞行系统、分布式电力推进和先进飞行控制等,无不让AAM飞机的适航认证充满着复杂和不确定性。
 

在没有先例的情况下,认证过程对于AAM公司及其投资者而言存在一定程度的不确定性和风险。而一家AAM公司正常情况下需要花费1到20亿美元开发经过适航认证的飞机。公司或许只能在假设整个认证过程足够快速和成功的同时,对整个布局的未来抱有足够的耐心和信心。

 

哪些认证与AAM相关?

 
  1. 型号认证 (The Type Certificate, TC)

 

TC设计了整个飞机产品的系统,也就是飞机技术最为密集的地方,因此TC是目前AAM公司选择最多的认证方向。除此之外,TC认证方向还涵盖了飞机的设计,例如电机、电池、螺旋桨、航电设备、飞控设备、导航设备以及子系统等。在经过一系列安全标准认证后,方可由航空局授予TC。
 
现有的常规飞行法规仅涵盖了两种主要机型:固定翼飞机和旋翼飞机。然而目前新型AAM飞机产品大都为两者结合体。例如,它们可以是矢量推力飞机,如Lilium Jet;倾翼飞机,如Dufour航空公司的Aero3;倾转旋翼飞机,如Archer的Maker和Joby的S4;或是Wisk Aero的Cora、空客的CityAirbus NextGen或Volocopter最近宣布的VoloConnect升降和巡航飞机。为妥善进行该类特殊飞机类别的认证工作,EASA 制定了 VTOL 的特殊条件 (Special Condition for VTOL)类别,FAA则选择继续使用现有的小型固定翼或旋翼飞机规定。
 
尽管电力推进技术能够保证航空的可持续性,但也带来了具体实施的困难。未来大多数AAM飞机将由电池电力或混合电力推进系统提供动力,但EASA CS-E和FAA第33部分等现有法规目前仅适用于使用传统化石燃料发动机的飞机。目前监管机构正在制定电力推进系统相关专用法规,或许能够对AAM飞机制造的认证产生进一步影响。型号认证取决于飞机设计和推进技术的成熟与否,全新的飞机概念(例如,升降和巡航eVTOL)和混合电力推进系统都具备了一定的风险,因此AAM制造商需要审时度势,尽可能避开风险。

 

  1. 航空器适航证(Airworthiness Certificate, AC)

 

任何一架商用飞机都必须获得航空器适航证(Airworthiness Certificate)。该适航认证验证了单架飞机的适航性及其是否符合TC中规定的型号设计。该证书由当地国家航空机构颁发。获得生产机构批准的制造商可以通过所谓的合格声明代表NAA(国家民航局)颁发证书。

 

  1. 设计机构批准(Design Of Approval, DOA)

 

EASA的机构批准包括设计机构批准(DOA)和生产机构批准(POA),允许为公司颁发特定的认证。生产商或许承担了更多的责任,但航空当局参与度的减少,使制造商获得了更多的自主权,提高了时间和成本效率。DOA旨在将重要的设计监督责任转移给原始设备制造商(OEM),保证了时间效率。航空管理局在对原始设备制造商的流程和资源进行广泛审查后予以批准,并在此之后继续监督该公司。DOA则是较为灵活,具备一定扩展性,例如,原始设备制造商可以自行为测试飞机签发飞行许可证。
 
DOA的必要性在何处?在获得型式认证之前,DOA作为一项强制性要求,只有具备DOA的机构才能完成TC认证。

 

  1. 生产机构批准(Production Of Approval, POA)

 

POA证明了OEM有能力根据特定和认证规则从事飞机制造,并能够确保其适航性。该认证还表明OEM有能力进行符合TC认证的飞机设计的批量生产。在授予批准之前,监管机构必须检查和审核生产质量,包括制造设施和生产线,以确保一致的标准和流程。
 
POA的优势在于持有POA的制造商可以通过合格声明自行签发适航认证。如果没有POA,飞机OEM将需要为每架制造的飞机单独向监管机构申请适航证。

 

适航认证需要花费多长时间?

 

AAM飞机开发商需要做好完全的准备,以确保在计划投入使用(EIS)日期前能够获得必要相关认证。在诸多认证过程中,TC认证的过程最为长时和复杂,通常需要3到8年。该过程还会涉及到正式申请前与监管机构的非正式交流。
 

如何做好最佳的适航认证准备?

 

与此同时,DOA和POA在飞机设计过程中是不可或缺的。其一是DOA必须在飞机OEM获得TC认证前到位;其二是在确保TC认证后,OEM所制造的飞机产品才能够最终获得POA认证。
 
当下的AAM公司都将EIS日期定在了2023年以后,这也侧面证明了适航认证迫在眉睫。在整个认证过程中,AAM公司还必须持续开发工作和试飞工作,并将该公司(通常是初创公司)转变为一家成熟且技术完备的航空航天公司。不成熟的行为会逐步被传统的航空航天所取代。协调飞机产品的设计流程、管理必要的认证流程的同时,对公司进行改革对于任何一家公司而言都不是一件易事,但其都是完成AAM商业运营的关键。
 
就风险而言,认证依旧是AAM商业化最大的风险,没有认证新兴的AAM行业将无法实现向投资者承诺的回报。

 

不同监管机构对AAM机型认证的不同方法有哪些?

 

FAA和EASA在AAM飞机认证方面处于全球领先地位。尽管两家现处于不同的船上,但为了未来AAM的发展,加之FAA对于现有法规的修改和EASA出台的新型AAM法规条例,两家的法规和其他NAA(如中国民航局)的法规最终会趋于一致。
 
  1. FAA认证方式
 
  • 在现有法规的基础上,FAA规定了乘客少于19人、重量少于19000磅(8620千克)的小型飞机基于性能(非规定性)的要求;

     

  • AAM飞机型号认证主要属于翼载升力或旋翼诱导升力;

     

  • “特殊类别”飞机,如倾转旋翼,暂未有具体标准,其适航标准可以从其他现有法规中得出。

 
  1. EASA认证方式
 
  • EASA于2019年发布了特殊条件垂直起降(SC-VTOL)规定。该规定适用于带有两个及以上推进装置、九名及以下乘客、最大起飞重量为7000磅(3175千克)的垂直起降飞机;

     

  • SC-VTOL比FAA法规更具规范性。例如,对于人口稠密地区的客运航班,它规定的安全级别与商用客机的安全级别相同,远高于通用航空部门可比性小型飞机的安全级别;

     

  • EASA最近发布了第二份合规手段(MOC)情况说明书,以帮助OEM满足其要求。

 

AAM飞机产品如何分类?

 

美国世界一流的工业企业派克汉尼汾公司表示,随着技术日渐发展,基础设施建设到位,监管及取证要求逐步确立,不同类型的AAM飞行器会逐步进入市场。其中包括混合动力AAM飞行器(HYBRID-ELECTRIC AIRCRAFT)全电AAM飞行器(FULL-ELECTRIC AIRCRAFT)
 
混合动力AAM飞行器采用机载发电设备(例如氢燃料电池或小型燃气轮机)产生电力,供推进系统和飞控系统、环控系统、电刹车和其他附件使用。区别于小区域内短途空中交通,混动飞行器更适合短途城际航线,可采用传统固定翼飞机的起落模式或垂直起降模式。混动飞行器或能为节能减排做出巨大贡献,是航运市场从传统动力飞机向全电飞机发展的重要过渡。

 

Ascence公司的ATEA飞机所装配的混合动力电源,能够飞行400公里,并在后期集成氢推进。

 

全电AAM飞行器主要由可充式电池组提供动力,可能采用电动垂直升降(eVTOL)模式和分布式电力推进系统架构。在这种结构下,推进电机和螺旋桨分布在飞行器四周,为飞行器提供升力、前进动力和飞行操控。

德国Volocopter公司eVTOL产品 VoloCity

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