浅析无人机系统适航性

浅析无人机系统适航性
王春生 1，苏多 1，刘道庆 2 （1. 中航工业综合技术研究所；2. 中国人民解放军驻沈飞军代表室）
摘要：本文首先介绍了无人机系统适航性的基本概念以及国外无人机型号的适航性工作现 状，其次分析了美国、欧洲以及北约的军民用无人机系统适航性要求现状，最后从持续跟踪 研究国外无人机系统适航性要求、深入开展无人机系统适航性技术研究、借鉴有人机经验开 展无人机制造适航性控制技术研究、开展无人机持续适航性技术与管理体系研究与建设四个 方面提出了无人机系统适航性工作建议。 关键词：无人机系统、适航性、规章、持续适航性
2008
表 3 以色列航空工业公司(IAI/MATLA)无人机型号飞行批准工作现状
上述虽然只对美国的“全球鹰”型号以及以色列的无人机型号适航性工作进行了介绍，但是 足以看出，当今世界军用无人机型号开展适航性工作已经是大势所趋。
3 美国无人机系统适航性发展现状分析
3.1 美国军用无人机系统适航性发展现状
1概述
1.1 适航性基本概念
适航性（airworthiness）在英国牛津字典的解释为“适于安全飞行”。 军民机在适航性的定义上有所区别。民用航空器作为公共交通运输工具，其适航性更加 强调最低安全概念。军用航空器作为武器装备，其最终目标是战斗力的最大化，而通过开展 适航性工作以提高军机安全性水平和保障战斗资源最大化，是实现战绩指标的重要方面，军 机适航性是指特定构型的军用航空器（包括其部件和子系统）依据批准的用途和限制能够安 全地实现、保持和终止飞行的特性。军用航空器适航性是以保证其实现军事用途下的安全运 行为目标，通常以适航性审查的形式纳入到军用航空器采办的性能验证之中进行管理，而且 其工作的开展要先于其他性能验证工作（见图 1）。 军用航空器性能验证（Military Performance Qualification）是通过试验和试飞等手段， 以确定军用航空器各项性能指标达到既定的要求。其主要目的是验证军用航空器在使用环境 下完成性能指标的能力，其内容包括适航性、使用性能、可靠性、以及维修性等方面所规定
的要求。 军用航空器适航性审查（Military Airworthiness Certification）则是通过分析、设计、试
验等手段，以确定航空器系统、子系统以及部件的适航性。其主要目的是验证航空器在规定 的军事使用限制内具备满足运行安全水平，其内容包括型号适航性审查验证准则所规定的要 求。
图 1 军用航空器适航性审查与性能验证关系 民用航空器的适航性是指航空器能在预期环境中安全飞行（包括起飞和着陆）的固有特性， 这种固有特性需要在设计和制造阶段来实现，并在后续使用中通过合适的维护和维修而持续 保持。
Preliminary Analysis on the UAS Airworthiness
Wang Chunsheng1, Suo Duo1, Liu Daoqing2 (1,China Aero Poly-Technology establishment, Beijing； 2, the Representation Station of the
飞行速度 (kt)
不大于 55
不大于 55
重量 (lb) 小于 2
2-20
飞行高度 (ft)
不大于 1200
不大于 10000
灾难性事 故概率 1X10-3
1X10-4
无人机 型号 战场空中瞄准微型无人机 （BATMAV）
龙眼、杀人蜂、沙漠鹰等无人机
不大于 250 21-1320 不大于 18000 1X10-5 银狐、搜寻鹰等无人机
不大于 250 1321-12500 不大于 18000 1X10-5 扑食者 MQ-1B、MQ-1C
250 以上 12500 以上 不大于 18000 1X10-6
任何速度 12500 以上 大于 18000
1X10-7 全球鹰 RQ-4A、RQ-4B
表 1 各类型无人机灾难性事故要求
目前，由于无人机系统仍不具备与有人机相同的能力，还不能安全高效地进入国家空域系统。 因此，民无人机系统还没能获得广泛的使用，而军用无人机系统由于其军事战略价值，其适 航性技术的发展和应用速度和民用相比较为成熟。
瑞典(基律纳民 用航空站)
2002
加拿大国防部
加拿大
2003
美国国防部(DGA)/美国民航局，英国 国防部
美国 加拿大
2003
Eagle/Heron 新加坡
新加坡
2004、2006
加拿大运输部/SFOC
加拿大
2007-2008
澳大利亚民用航空安全局 (CASA)
澳大利亚
2008
西班牙空军
西班牙（民用/ 军用混合机场）
2006 年 1 月 25 日，诺思罗普•格鲁门公司生产的 RQ-4A“全球鹰”首次通过了美空军 的军用适航性审查。空军确认“全球鹰”系统具备安全和可靠运行的能力，并认可了 FAA 已经为其颁发的适航证。“全球鹰”无人机的适航性审查过程非常严格，以 MIL-HDBK-516B 为基础选取了 500 多条适航性技术条款作为审查基础，共计花费了 3 年的时间（累计 77000 人工时），使用了交付空军的 5 架无人机。除此之外，新的“全球鹰”RQ-4B 型无人机的适 航性审查过程已经在开展，其军用适航性审查工作已于 2007 年底完成。
探测、感知&规避 指令、控制和通信 飞行终端 空域风险分析 提高可见性 无人航空器控制站－操作员指南 对当前和历史技术的评估 与 UAS 维修相关的研发 无人机维修的人为因素 目前，FAA 按照“无危害”（DO NOT HARM）的管理原则对无人机进行适航管理，经过单 机适航审定为其颁发特殊适航证，没有型号合格审定和生产审定的要求。对于公共用途的无 人机，FAA 为其颁发授权或者豁免证（COA），每年颁发的 COA 的数量在 80 至 100 之间。 对于民用用途的无人机，由制造检查地区办公室（MIDO）依据 ORDER 8130.34 “无人机 系统适航性审查”为其颁发试验类特殊适航证，从 2005 年 8 月至 2008 年 6 月期间，FAA 颁发了 31 个试验类特殊适航证，还有 8 个项目正在审批过程中。无人机的运行参照 AC 91-57 “模型航空器运行标准”进行管理。但是，为了适应未来发展的需要，FAA 委托航空无线 电协会（RTCA）正在制定无人机的最低航空系统性能标准（MASPS），包括：
Chinese People’s Liberation Army in Shenyang Aircraft Corporation) Abstract：The basic concepts about the UAS airworthiness and the airworthiness development status of the foreign UAS is firstly introduced in this paper, then the USA, Europe and NATO’s airworthiness requirements to UAS are analyzed. At last, the UAS airworthiness development recommendations are given from 4 aspects as follow: continually track and research the airworthiness requirements about foreign UAS, deeply carry out the UAS airworthiness technique research, using the experience relevant manned aircraft to carry out the airworthiness manufacture control technique of the UAS, carry out the UAS continual technique and management system research and construction. Key Words：UAS；Airworthiness；Regulation；Continual Airworthiness
审查准则”。其原版颁布于 2002 年 10 月，规定了军用飞机适航性审查条款，仅适用于空军； 2004 年 2 月和 2005 年 9 月先后颁布了 A 版和 B 版，其适用范围从原版只适用于空军扩大 到适用于空军、海军和陆军；2008 年 2 月 29 日美国国防部又对其 B 版进行了第一次更改 （Chang 1）。
MIL-HDBK-516B 规定了美国固定翼／旋翼、有人驾驶／无人机各类型军用航空器适航 性的通用要求。该手册是工程管理者、首席工程师和主承包商联合定义各类型军用航空器适 航性审查基础的顶层文件，主要内容包括系统工程、结构、飞行技术、推进系统和推进系统 安装、航空器子系统、机组人员系统、诊断系统、航空电子、电气系统、电磁环境效应、系 统安全性、计算机资源、维修、武器/外挂综合、乘客安全性以及材料等，共约 800 项适航 性审查条款。适航性审查条款的内容除含有条款要求外，还提供了 220 份执行条款的标准或 指导性文件。这些文件是以美国军用标准规范的技术要求为基础，适度参考了美国联邦航空 条例的条款要求。
2 国外无人机型号适航性工作
美国军方最先于上世纪 80 年代后期提出军机适航性概念，至 90 年代中后期基本成熟， 进入二十一世纪以来，世界各主要军事大国也正逐步认识到军机适航性问题，在不断追求更 高性能的同时，更加注重航空武器装备安全要求，强调军机“性能设计要求”与“适航性安 全要求”的融合，并将军机适航性审查纳入军机性能验证之中。目前，美国、英国、法国、 意大利、以色列等国军方均已开展了军用无人机的适航性工作。
1.2 无人机系统适航性
与有人驾驶航空器相比，无人机系统在研制和生产过程中，必须建立与有人驾驶航空器 相当的安全水平，并通过持续适航性活动来保证使用的安全水平，以确保其运行不能产生对 地面人员伤害和财产损失（参见图 2）。