陈明环/ 中国航空工业发展研究中心，北京市 朝阳区 100028

由于大城市人口密集区域的交通问题愈发令人担忧，为解决前所未有的交通拥堵和日益严重的环境问题，城市空运的概念应运而生。同时，随着城市空运概念的兴起，分布式和电推进等技术的成熟，垂直起降飞行器越来越多地得到了人们的关注。据统计，仅美国就已有70多家公司开展此领域的研究工作，2018年一年的投资就已超过10亿美元。在政策方面，EASA抢占先机，率先针对垂直起降飞行器发布适航审定文件，将助力整个行业的发展。

随着城市空运模块(UAM)概念的兴起，分布式和电推进等技术的成熟，垂直起降飞行器(VTOL)越来越多地得到了人们的关注。在政策领域，EASA抢占先机，率先针对垂直起降飞行器发布适航文件，将助力整个垂直起降飞行器行业的发展。

垂直起降飞行器发展现状

由于大城市人口密集区域的交通问题愈发令人担忧，城市空运模块得到了人们的大量关注，载人垂直起降飞行器作为其依赖的主要交通工具，迎来了一次发展的机遇，德国交通部长朔伊尔更是将飞行出租视为“大公司和初创企业的巨大机遇”。

价格、安全和噪声是城市空运飞行器发展的几大关键因素；分布式和电推进技术以高效率、低排放、低噪声等显著优势，为垂直起降飞行器的未来发展指明了方向。目前，国外在这方面都进行了相关探索，并已经取得了一定成果、拥有了许多的产品。

英国

图1 罗罗公司电动垂直起降飞机

在2018年英国范堡罗航展上，英国的罗罗公司推出一种电动垂直起降(eVTOL)飞机，并为其配备基于M250发动机的混合动力系统。该飞行器将利用M250涡轴发动机带动发电机，为6个电动机供动力，并为电池充电。基于M250的混合动力系统功率从500kW到1MW不等，具备有串联混动、并联混动和混联混动三种形式。这三种形式的混合动力系统都已于今年3月份成功通过地面测试，将为2021年上天试飞奠定基础。

英国航空公司Vertical Arospace 于2018年9月10号，在英国西部的格洛斯特郡机场成功完成了本公司开发的电动垂直起降飞行器的试飞，这也是首次在英国进行飞行出租车试飞。这种电动飞行出租车配有四个旋翼，车身重量750kg， 最高时速可达300km/h， 最大飞行距离可达150km，载客数量约为2～4位，将在2022年之前完成商用的量产制造。

德国

慕尼黑创业公司Lilium完成开发一种无人驾驶垂直起降城市飞行器，这架名为Lilium Jet的飞机由电动涵道风扇式螺旋桨驱动，并已于2018年底完成了首飞。Lilium飞机在襟翼位置安装了电动涵道风扇阵列，每个襟翼装有3个风扇，共12个风扇；机翼上共有24个风扇。该飞机的设计指标为，在单个电池充电条件下，以高达300km/h的速度飞行1h。该型号飞行器预计于2020年初投入量产。

图2 德国Lilium公司的电力推进垂直起降飞行器

图3 德国Jetcopter公司最新推出的城市空中出租车

德国垂直起降飞行器制造商Jetcopter公司推出了一种5座的城市空中出租车。该飞行器由2台500hp(368kW)电机提供动力，驱动2台直径200cm的空气涡轮，以产生速度高达950km / h的气流。气流可以通过4个矢量射流装置喷出，从而提供不同方向的动力。该垂直起降飞行器可满足欧洲航空安全局(EASA)对新一代垂直起降飞机的要求，并将根据EASA规定进行适航认证。

法国

图4 赛峰的eVTOL座舱设计

在2 0 1 9年举办的第三届“提升”(Elevate)峰会上，法国赛峰集团与优步展示了一种通用电动垂直起降飞行器座舱，能够适用于任何飞行器制造商的产品，确保始终如一的乘客体验。座舱座椅和舷窗设计可以最大化每个乘客的腿部空间、私密性与视野。这一设计由位于加利福尼亚州的赛峰座舱设计与创新工作室研制，其将大型客机与小型公务机内饰设计的经验相结合， 根据常见的电动垂直起降飞行器规范设计了完整的一体化座舱内饰。该工作室执行副总裁斯科特表示，通过与优步公司合作的整个过程，工作室完成了6个全尺寸模型， 每个模型都经过多次迭代，希望尽量减少多余的重量和成本，同时保证任务的安全性、舒适的用户体验以及无缝互动性。

欧盟

2019年3月11日，空客公司“城市空中巴士”(City Airbus)可垂直起降无人驾驶验证机成功完成了首次起飞测试。该垂直起降无人机外观非常像大号的四轴飞行器，仅比普通乘用车略大，最多可以搭载四名乘客，并且能和直升机一样垂直起降。City Airbus标准飞行速度为120km/h，选用了纯电动设计，以满足低噪声、无排放的环保要求，并搭载了四枚140kWh的动力电池，可确保50km的最大航程，且具备全自动驾驶功能。空客方面表示，CityAirbus 未来的试飞将进一步扩展飞行包线。

美国

图5 空客公司“城市巴士”

图6 优步公司与贝尔公司合作开发的Nexus城市空运飞行器

图7 波音极光公司UAM飞行器

优步公司2019年5月份在洛杉矶举办了第三届“提升”(Elevate)峰会，其中一架贝尔Nexus电动垂直起降飞行器的原型机成为了该峰会上最大、最亮眼的展品。Nexus是贝尔联合优步公司共同发展的城市空中交通飞行器，安装有6个涵道风扇，能够90°倾转，以电推进系统公司的电池和赛峰制造的涡轮发动机组成的混合动力推进系统作为动力，计划在2021开始飞行测试。Nexus现在可搭载4名乘客和1名飞行员，未来的目标是用自主飞行系统取代飞行员。

2019年1月23日，波音旗下的极光飞行科学公司研发的自主客运飞机(PAV) 原型机完成首飞。该飞行器为电推进，设计目标是具备从起飞到着陆的全自主飞行能力，航程可达50nm.(80.47km)。该原型机长30ft(9.14m)，宽28ft(8.53m)，共有9个旋翼，机身两侧各有4个，尾部1个，但在近期的试飞中坠毁。

日本

由NEC与丰田投资的初创公司CARTIVATOR合作研制的电动垂直起降飞机验证机于2019年8月5日首次公开试飞，此次试飞为非载人飞行，在NEC位于东京的一个10m×20m的封闭空间进行。公开的试飞视频可见该机离地约3m，持续约1min。

该验证机空重150kg，采用四个电机加螺旋桨。该机的机轮尺寸很大，为前三点式布局，不仅可以垂直起降，还可以在地面行驶。日本UAM项目的特点是采用PPP模式(即政府和社会资本合作)，由通产省牵头，提供部分资金，协调日本民航局、多家企业和院校参与研究和具体实施。目前，参加该UAM项目的企业包括优步日本子公司、空客、波音、丰田、斯巴鲁、全日空、日航、NEC、大和运输等。日本九州大学和日本航天局(JAXA)等机构也各自开展电动航空和电动垂直起降飞行器研究并与通产省主导的该UAM项目合作。

巴西

EmbraerX(巴航工业的一个子公司)在华盛顿举办的2019年“优步空中出租车”峰会上推出了首款电动垂直起降飞行器概念产品。这款拥有垂直起降能力的飞行器设计理念，是EmbraerX正在研究的众多项目中的一个。该飞行器概念的提出，是基于大量的测试及模拟实验，寻求在城市环境中运营的最佳效果，充分考虑了高可靠性、低运营成本和更低的噪声排放及全电力驱动和高度自动化等因素，采用了内部集成系统达到最佳安全性，采用了八个旋翼设计降低噪声同时可实现垂直起降。

图8 由NEC与丰田投资的初创公司CARTIVATOR合作研制的电动垂直起降飞机验证机

此外，EmbraerX还关注未来城市空运的交通管理系统。该项目负责人罗特布拉特表示，如果城市空运行业按照预期发展，目前使用的基于语音通信的空域管理系统将无法满足无人飞行器的相关需求，需要建立新的交通管制系统，并为此提出了“发展城市空中交通所需的六种能力”：空域程序设计，动态空域管理，飞机流量管理(空间上)，系统用户之间的信息交换，监控确保飞行符合飞行计划和飞行授权。

中国

图9 Embraer X发布首款电动垂直起降飞行器概念产品“飞行汽车”

亿航智能是国内一家全球领先的智能自动驾驶飞行器科技企业。2016年1月6日，亿航在美国拉斯维加斯举办的2016 CES国际消费类电子产品展览会上，全球首发全电力低空自动驾驶载人飞行器“亿航”184。“亿航”184能够实现垂直起降，最高时速达80nm/1h，飞行时间为25min，无需飞行驾驶员，只需在机内电脑中选择目的地附近的固定起降点，即可安心乘坐。亿航已在2017年与迪拜签署了一项无人驾驶空中出租车服务协议，并在2018年实现亿航184常态化载人飞行。

2018年底，亿航智能与全球领先的奥地利航空集团FACC在广州亿航智能总部签署了战略合作协议，双方将携手围绕亿航自动驾驶飞行器(AAV)展开进一步产品优化和量产合作，共同推行智慧城市空中交通解决方案。亿航智能是全球自动驾驶飞行器解决方案的创新者和专家，尤其关注在相关软件系统技术以及联网运行体系方面。FACC将在高科技飞行器硬件方面提供包括研制、认证、生产和全球售后服务在内的强力支持。FACC和亿航智能将共同推进城市空中立体交通解决方案的落地，加快空中智能出行的相关标准与法规制定，并将在奥地利建立飞行测试基地。

政策现状

城市空运已经成为了未来交通的发展趋势，而目前针对其主要交通工具—垂直起降飞行器的相关规章、制度等还不完善，处于探索阶段。

针对垂直起降飞行器的政策的需求主要存在于两方面，一方面是用于型号审定的适航规章，一方面是针对新的非传统垂直起降飞行器及城市空运所建立的新的空中管制系统。目前，以美国联邦航空管理局(FAA)、欧洲航空安全局(EASA)、中国民航局(CAAC)为代表的局方、民航组织机构都早已积极布局这一领域。

适航规章

目前，除EAS A于2019年7月2日发布了正式的适航规章外，其他组织、机构对载人垂直起降飞行器的适航还都停留在探索和研究阶段，并未发布任何正式的适航审定文件。在EASA发布该适航审定文件之前，垂直起降飞行器一直存在适航空白区域，局方只能通过借鉴小型固定翼飞机、小型直升机或无人机的适航规章来进行相关的审定工作。

由于具有分布式、垂直起降等相同的特点，载人垂直起降飞行器的适航与无人机适航有很多共同点。尤其对于电推进的垂直起降飞行器，随着电推进技术在无人机领域和电动飞机领域的应用越来越多，该特点更加明显。以FAA、JARUS为代表的局方、民航组织机构虽然在垂直起降飞行器领域并没有发布正式的适航审定规章，但其在无人机适航领域已有正式发布的成果，这也是发展垂直起降飞行器适航规章的重要积累。

美国FAA于2016年发布了针对无人机的FAR-107部规章终稿，即55lb.(约25kg)以下商业、非娱乐性质的小型无人机使用规章。该规章于2016年8月底生效，规定只能在无人机操作者视距范围内进行昼间飞行，超视距飞行和在人群上空飞行无人机都被要求申请107部的豁免权。该适航规章使得美国的企业、非营利机构及政府部门使用无人机更加便利，同时也为下一步载人垂直起降飞行器的适航打下了基础。

无人机规章联合制定机构(JARUS)于2016年开展了开展了针对无人航空器系统监管办法的文件征求意见。该组织提出了一种基于风险的无人航空器系统管理方法，在此基础上，描述了无人航空器系统运营分类的概念，并将无人航空器系统运营分为三类：

类别A：低风险运营；

类别B：特定风险运营；

类别C：高风险运营。

在安全风险中主要考虑了地面人员、其他空域使用者和关键设施，针对无人航空器运营中可能造成的风险大小，针对三类运营类别给出了相应的解决措施。该规章的体系建立及分类的思想都可作为载人处置起降飞行器适航规章的重要参考。

我国也在积极布局这一领域，今年5月14日，中国民航局发布了《关于促进民用无人驾驶航空器发展的指导意见》的征求意见稿，其中提到：在2035年之前，建立包括载人在内的无人驾驶航空交通运输系统。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及物流无人机试运行，为制定适航、飞标、空管运行规则和标准提供依据。在安全运行的基础上，完善无人驾驶航空商业运营模式，扩大无人驾驶航空经营许可范围。

新的空中交通管制系统

空中交通管制系统(ATM)是飞行器在空域中安全、有效运行的必要条件。随着城市空运的兴起，无人机和载人垂直起降飞行器的不断发展，目前使用的基于语音通信的空域管理系统将无法满足空域中飞行器的相关需求，因此以美国和欧盟为代表的各政府、机构及正在积极进行相关探索，为应对未来城市交通的空域管理探索新的空中管制系统。

(1) 美国

为了建立低空空域(1000m以下的飞行区域)无人机空中交通管制系统，美国宇航局(NASA)主导了“无人机系统空中交通管制系统”(UTM)项目，该项目目前已经开始了最后阶段的测试。最后的测试任务为“无人机系统交通管理技术能力水平(TCL)4”的无人机空管系统能力验证。该任务在内华达州里诺和德克萨斯州科珀斯克里斯蒂进行，这是美国航空史上第一次在高人口密度的城市，进行超视距条件下的无人机系统测试。该测试着眼于无人机系统在高人口密度城市地区，执行新闻收集、包裹运送和大规模应急缓解等任务中的表现。

随后NASA将把该项技术转交到FAA，由FAA来完成无人机空管系统的演示试验。FAA今年年初在弗吉尼亚州、内华达州和北达科他州设计了三个无人机系统测试站，专门用于这项测试。

(2) 欧盟

芬兰湾的U-space项目是“单一欧洲天空空中管理研究(SESAR)”的首次尝试。该试验将于今年6月开始，首先会在赫尔辛基展示“警察干预下的城市无人机群行动”，之后将展示同时兼顾有人驾驶飞机和无人机的七种空中管制方案，其中包括将于8月22日在芬兰的托巴克和爱沙尼亚的穆拉斯特展示的无人机快递配送演示。

“欧洲单一天空空管研究计划”联合执行体(该组织创立于2007年，由欧盟与欧洲管制(又称欧洲航空安全组织)联合资助，主要职责是研究与开发可以推进空管现代化的相关技术与运营模式。现有3000名空管方面的专家在为SESAR提供技术支持，目前该机构拥有超过300个研究课题，其表示U-Space是为确保大量无人机安全、高效的进入空域所设计的一套新的服务和特定程序，这些服务依赖于高度的功能数字化和自动化。

EASA发布首个适航审定规章

2019年7月2日，欧盟航空安全局(EASA)发布了针对小型垂直起降飞行器运行安全的“专用条件”，这是世界上首个针对垂直起降飞行器发布的适航审定文件，属于审定基础，是垂直起降飞行器适航规章中重要的组成部分。

图10 无人机系统交通管理技术能力水平(TCL)定义表

图11 EASA此次发布的4个文件

专用条件是指，如果适航部门认为提交进行型号合格审定的产品具有新颖或独特的设计特点，而且有关安全性要求、营运的特殊适航要求及环境保护要求没有包含在现行的适航标准中，适航部门将制定专用条件及修正案。专用条件在征求公众意见后颁发，与适航标准具有同等效力。

发布说明

发布该“专用条件”的同时，EASA总共公布了4个与此相关的文件，除了政策性的“专用条件”文件外，还有一个规章解读文件，一个用于公众咨询的规章初稿和通过公众咨询所收集到的意见和建议汇总文件。这些文件为制造商设计和制造相关的垂直起降飞行器、理解此次发布的文件内涵提供了重要的参考。

EASA一直很关注无人起降飞行器的发展，致力于垂直起降飞机的安全运行和欧洲城市空运的发展。EASA执行董事帕特里克宣称：“我们正积极与业界合作，通过制定合适的技术审定标准，使得新技术(垂直起降、电动飞机等)在保障安全性的同时可以为人们的生活带来便利。此次为垂直起降飞行器建立一套体系化的适航认证规章，将有助于实现相关行业在欧洲市场的公平竞争，也有助于相关制造商和投资者更加明确未来的发展方向。”同时，EASA也与国际上的相关组织机构建立了密切的联系，致力于国际化统一标准的制定。

规章由来及规章结构

为满足飞行器市场新的潜在需求，EASA回顾了150多个处于不同成熟度阶段的垂直起降飞行器项目。数据表明，除了垂直起降和分布式推进之外，这些项目的共同点很少，并且CS-23(小型固定翼飞机)和CS-27(小型直升机)的规章具有显著的差异，对于垂直起降飞行器来说，应用任何一个规章(CS-23/27)来进行型号审定工作都是不合适的，它可能有利于某种结构形式的垂直起降飞行器，而不利于其他潜在的创新概念在市场上竞争。

该“专用条件”是在CS-23部修正案5(最新版CS-23，针对小型固定翼飞机)的基础上，结合公众咨询获得的建议，并主要参考CS-27(针对小型旋翼飞行器)和FAA的FAR-23部，完善而来的。该“专用条件”在结构上也参考CS-23部，由序言和A-G的7个分部组成。(A分部 总则，B分部 飞行，C分部 结构，D 分部 设计与构造，E分部动力装置，F分部设备，G分部使用限制和资料)。

通过为垂直起降飞行器建立一套通用的适航审定规章，将为潜在的申请者明确垂直起降飞行器未来的发展方向和提供公平的竞争环境。此外，它将使EASA 能够不必依赖固定翼飞机或旋翼飞行器的适航规章，对垂直起降飞行器进行独立的型号审定。

适用性

EASA将垂直起降飞行器“专用条件”的使用范围限定为CS-27部(针对小型旋翼飞行器)的极限情况(成员数量，起飞重量)，最大乘客数为9，最大认证起飞质量小于等于3175kg(7000lbs)。在此之前，2018年10月，EASA就无人起降飞行器的“专用条件”开展了公众咨询，并与全球相关的从业人员进行了广泛的探讨。

该“专用条件”仅适用于重于空气的小型载人垂直起降飞行器(使用升力/推力装置来产生动力和提供控制)的型号审定认证。这种飞行器和传统固定翼飞行器的区别是具有垂直起降能力；和传统旋翼飞行器的区别是使用分布式推进技术，具体地来讲就是使用多于两个的升力/推力单元来在垂直起降期间提供升力。

同时，EASA还参考CS-23部进行1～3级别智能化认证，并为未来与无人机安全标准的对接打下基础。该决定是根据公众咨询中所收到的意见所制定的。该“专用条件”也涉及远程驾驶能力和不同级别自主可控能力的审定，但在此次规章中这些问题并没有得到解决。当增加远程驾驶和自主驾驶模块后，机组成员部分的相关规章将仅作为参考。

目前使用的监管框架和适航体系最初是为传统的固定翼飞机、旋翼类航空器、气球和滑翔机而设计的，主要围绕由使用化石燃料的活塞或涡轮发动机作为动力的飞行器。随着新技术的应用和航空运输新概念的发展，现在需要对此进行相应的修改。EASA目前正与其顾问团队就制定新的适航规章(RMT.0731)进行磋商，期望通过扩展或修订现有规章，来应对新技术和航空运输新概念所带来的监管和审定上的变化。此次针对垂直起降飞行器特殊适航条件的制定所积累的经验，将有助于EASA在未来建立完备的、体系化的垂直起降飞行器适航审定规章。

与作业类型的关系

为了使规章的审定要求与垂直起降飞行器进行作业活动的特点和风险相匹配，该“专用条件”中根据预期的业务类型引入了两个认证级别，即“基础型”和“增强型”。通过这种分类，有助于安全性和操作经济性间的灵活调整，在飞越拥挤区域和载人的商业航空运输时，采用“增强型”审定规章，为第三方(地面或机上人员)提供将最高安全级别的安全保护。

“基础型”参考了现行的适航规章，特别是CS-25(运输类飞机)、CS-27/29(小/大型直升机)和CS-23(小型固定翼飞机)。同时，EASA在飞行器分类，ASTM(美国材料实验协会)标准中的“评估级别”，每飞行小时最大灾难性故障率等方面也参考了美国FAA的类似规章--AC23.1309-1E。EASA的结论是，由分布式推进和相应的先进飞行控制引入的系统复杂性水平被认为是非常不寻常的和新颖的，即当前的 CS-23可接受的遵守方法已不再被认为适合于确定飞行器和系统的安全目标。

“增强型”认证的飞行器具有最高运营风险，即通过向第三方提供服务或通过客运而收取报酬。因此，无论乘客人数有多少，都会按照最严格的系统安全目标来要求。这些安全性要求建立在EASA对许多类似案例进行分析总结后，得出的两个补充的评估文件之上。是否属于“增强型”主要根据申请人提供的业务概念和对未来市场预测分析。总共有两种运营理念属于“增强型”认证，即用于城市内和城市间的城市客运。

解析和启示

随着分布式、电推进等技术的不断成熟，“城市空运”概念热度的不断上升，垂直起降飞行器的发展前景非常广阔。为了解决城市的拥堵问题，同时也是为了迎合未来“城市空运”的发展趋势，德国政府甚至在翻新慕尼黑中央火车站的竞标要求中加入了飞行出租车停车场的要求。

根据美国纽约的国际金融服务公司“摩根士丹利”的预测，到2040年，全球城市空中交通市场规模将达到29亿美元。即使谨慎估算，未来10年内这一市场规模也将达到数千万美元。德国咨询机构“霍华德合伙管理咨询公司”(Horvath& Partners)也曾预测，2025到2049年，全球将有240个城市大规模应用飞行出租；2035年时，全球飞行出租的数量可能超过23000架。

实际上，航空巨头们早已进入了这一领域。不论是空客、波音、贝尔、赛风等老牌的航空企业，还是优步、亿航等新兴的科技公司，都早已经布局垂直起降飞行器的市场，并已经有了相应的产品。其中Uber公司最早提出“空中出租车共享”的概念，并计划在2023年开展全面运营。这些产品大多还停留在测试阶段，虽然还不具备大规模使用的条件，但是为其日后的发展奠定了重要的基础。

在政策方面，美国和欧盟走在世界的最前列，目前也还是处于探索阶段。由于适航法规属于海洋法系，因此对实践经验非常依赖。据统计，平均每周都会有一个新的申请人或公司对包括电动和多旋翼空中出租车在内的垂直起降飞行器的审定相关事宜与EASA在德国科隆的总部联系。基于这些新产品的审定经验，EASA率先发布了首个针对垂直起降飞行器的适航审定文件，对各国建立完善各自的适航规章体系具有重要意义，同时也对制造商提供了重要的相关参考。

城市空运和垂直起降飞行器已经成为了未来发展的重要方向。各飞行器制造商需要尽早的进行产业布局，进行行业占位，掌握发展先机。对于局方，也应在制度领域及早布局，进行研究并制定相关规章。同时，法规的研究和行业的发展应相辅相成，在实践中总结经验完善法规，同时用法规去指导、规范行业的发展。