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    通用航空裝備:讓創新在應用中生長

    時間:2024年04月21日   來源:

    為推動通用航空制造業發展,促進通用航空裝備創新應用,近日,工業和信息化部、科學技術部、財政部以及民航局等四部門聯合印發了《通用航空裝備創新應用實施方案(2024-2030年)》(以下簡稱《方案》)?!斗桨浮访鞔_,到2027年,我國通用航空裝備供給能力、產業創新能力顯著提升,現代化通用航空基礎支撐體系基本建立,高效融合產業生態初步形成,通用航空公共服務裝備體系基本完善。到2030年,以高端化、智能化、綠色化為特征的通用航空產業發展新模式基本建立。如何讓通用航空裝備全面融入人民生產生活各領域,進而成為低空經濟增長的強勁引擎?在萬億元級的市場潛力面前,通用航空裝備應如何順勢而為,把握這一歷史性的發展契機?

    隨著技術不斷進步,新型通用航空器、無人機等裝備的性能得到了大幅提升,通用航空在更多領域得到了廣泛應用。例如,無人機正在農林植保、航拍、物流配送等領域發揮著重要作用。同時,通用航空裝備也在應急救援、城市管理等方面展現出巨大潛力。那么,我國通用航空裝備創新應用現狀如何?又面臨著哪些挑戰?

    孫衛國

    如今,通用航空器已經在許多場景得到應用,在民生、交通運輸、消費服務、社會生產等領域嶄露頭角,并在消防救援、低空旅游、航空運動、農林植保、巡檢巡線等場景廣泛應用。

    近年來,隨著我國農林植保、電力巡檢等傳統通航作業保持穩步增長,空中游覽、航空運動、醫療救護等新業態加速發展。在無人機應用于個人消費、地理測繪、影視航拍等領域的基礎上,應急救援、通信中繼、氣象探測等應用場景不斷拓展,無人機物流已經實現了規?;瘧?。

    在通用航空新裝備不斷涌現的同時,通用航空應用場景不斷拓展,通用航空裝備創新應用正面臨新挑戰。

    在新型航空器適航認證方面,無人機和eVTOL(電動垂直起降飛行器)等新型航空器在物流和城市空中交通等新場景應用沒有可借鑒的成熟樣本。需要不斷適應新形勢新要求,進一步加強無人機適航審定體系和能力建設,健全完善無人機相關技術規范標準,探索創新無人機適航審定模式,以更好地滿足無人機研發設計制造的適航審查需求。

    通航作業與民航商業運輸飛機的監管存在差異。隨著通航應用規模的持續擴大,通航的運行安全監管理念、方法、技術等都需要同步創新。最為重要的是,需要推動落實各方安全責任,確保運輸航空與通用航空低空飛行活動安全協調發展。

    曹賀

    近年來,我國通用航空裝備技術和應用創新持續加快,產品體系化、多元化發展態勢初顯。

    在傳統通航領域,我國已有近100家通航整機制造企業,國內自主研制的通用航空器取證產品超過20款,具備了研制生產多種型號直升機、輕型運動飛機、多用途飛機、特種飛機的能力,航空應急救援裝備體系初步建立。在無人機領域,我國較大規模的民用無人機生產企業已超過300家,消費級和工業級無人機產品已分別占據全球70%和68%的市場份額。其中,航空物流配送和城市空中交通整機制造企業超過20家,開發出近30款產品,自2019年以來融資規模達到50億元。據初步統計,2023年,我國通用航空制造業產值約320億元(其中無人機300億元),運營及服務收入1370億元(其中無人機1170億元)。

    制約我國通航產業發展的因素有空域、機場等客觀條件,但根本原因是尚未建成適合我國國情的大規模通航應用場景。國外比較成熟的私人飛行、短途運輸、航空培訓等典型通航應用場景,短期內在我國形成較大規模的難度較大。國務院辦公廳于2016年印發的《關于促進通用航空業發展的指導意見》提出的到2020年實現500個通用機場、5000架通用航空器、年飛行量200萬小時的目標,至今仍未實現,通用航空業與我國龐大的經濟體量并不相稱。

    胡金碩

    與粵港澳大灣區超過1000架次/天的中小型末端無人機物流市場相比,大型支線無人機物流賽道由于飛行頻率受空域限制、有效飛行量不高等,在運行方面并不“擁擠”。

    在噸級以上無人機領域,已經集聚了一批專業化企業。四川天域HY-100、航天飛鵬FH-98、中航通飛Y5U、航空工業西飛民機HH-100、微至航空Macro1.5、峰飛科技V2000CG等機型已在新疆、內蒙古、陜西、甘肅、上海等地的無人區、人口稀少的荒漠地帶和海島場景開展大型支線無人機物流運營試點、研發試飛測試和概念演示飛行。

    在全國范圍內,已取得型號合格證的支線物流無人機申請人就占據了全部已取證廠家的3/5。除峰飛科技V2000CG具有典型的eVTOL特征外,其他機型主要為“固定翼+活塞發動機”構型,對支線場景的適配度更高。各主機研制廠商憑借其研發測試梯隊、技術積累迭代和供應商配套能力,已在場景實踐、適航取證等方面彰顯實力。

    但固定翼構型的支線物流無人機需要借助跑道型通用機場完成起降,航線開辟在很大程度上受已有通用機場布局約束,較難形成支線網格結構。在純電動構型的電池能量密度尚無進一步升級的前提下,動力形式的調整和優化對支線物流“大載重、長航程”的運營目標提出了技術挑戰。兼顧電推進系統的靈活性和傳統動力系統的大航程,實現支線物流無人機的“垂起化”,將帶來技術革新和場景延伸。

    《通用航空裝備創新應用實施方案(2024-2030年)》提出,通用航空裝備發展要滿足工農作業需求的低空生產作業網絡安全高效運行,全面融入人民生產生活各領域。高端化、智能化、綠色化作為通用航空裝備創新應用的重要發展方向,將有助于提升我國通用航空產業的國際競爭力,滿足工農作業和其他領域的多樣化需求,推動經濟高質量發展。通用航空裝備的高端化、智能化、綠色化具體體現在哪些方面呢?

    孫衛國

    我認為“高端化”主要體現在三個方面:一是技術含量高,表現為知識、技術密集,體現多學科和多領域高精尖技術的繼承;二是處于價值鏈高端,具有高附加值的特征;三是在產業鏈上占據核心地位,其發展水平決定產業鏈的整體競爭力。先進的工具引領生產生活方式變革,促進社會現代化發展,離不開高新技術引領。

    “智能化”意味著知識技術、數字技術、傳感技術等智能學科的高度集成化,能夠搜集與理解環境信息和自身信息,并進行分析判斷和自身行為規劃。航空智能化的核心是使飛行器具備自主感知、自主決策、自主執行、自主進化能力。自主感知使飛行器通過各類傳感器與數據融合完成復雜環境和目標的分類、識別;自主決策可充分發揮人工智能在信息處理速度和處理量方面的優勢,在各種復雜場景中快速作出利益最大化的決策;自主執行能使機器自主進行任務規劃,并在執行過程中實時調整;基于自主遺傳進化算法,自主進化可使智能飛行器具有生命體特征,通過不斷學習提升認知決策水平,以應對全新環境。應該說,智能化將大幅提高飛行器在不同環境中的感知、決策、執行、學習能力,將為未來航空打開更大的想象空間。

    “綠色化”就是節能環保、新能源、再制造與高效、清潔、集約、循環的綠色低碳發展的結合,如eVTOL、氫燃料飛機等??沙掷m航空燃料的應用被認為是最具潛力的技術,對助力實現碳達峰、碳中和目標以及保障能源安全具有不可替代的作用,可實現航空動力系統的重大變革。未來,民用航空動力系統如使用可持續燃料作為渦輪發動機燃料或直接使用燃料電池為飛機提供動力,將大幅減少航空業碳排放。

    曹賀

    未來一個時期,以高端化、智能化、綠色化為技術特征的新型通用航空裝備將逐步實現場景大規模應用,建立通用航空產業發展新模式。

    就綠色化而言,通用航空裝備主要包括采用電機驅動的具備垂直起降能力的飛行器,其中電機由電動力驅動,電動力包含電池、燃料電池等不同能源形式。智能化主要是通過高級自動控制功能設計、深度學習等方法,實現一鍵自主起降、智能避障等,提高電動垂直起降飛行器自動駕駛和智能化水平。分布式電推進技術使得電動垂直起降飛行器的構型突破了傳統架構限制,具有廣闊的設計空間,使之前許多不可能、不可行的飛行器構型成為可能,多旋翼、矢量推力、復合翼等新構型蓬勃發展。

    我認為,通用航空產業發展的新模式主要體現在兩點:一方面,裝備數量將迎來可觀的增長。截至2023年底,我國注冊登記的無人機達到126.7萬架?!岸掏具\輸+電動垂直起降”客運網絡、“干—支—末”的無人機配送網絡以及滿足各種工農作業需求的生產網絡建立后,我國無人機將在數量級上迎來提升。另一方面,運行質量將有效提升。以數字化、網絡化、智能化為基本特征的低空智聯網的構建,將支撐起百萬乃至千萬量級的無人機安全高效運行。

    胡金碩

    對于大型支線物流無人機,因其較大的起飛重量、飛行動能和航程,在保障飛行安全方面尤其依賴先進的技術手段,通過持續優化無人化改裝/系統設計解決方案,集中體現高端化、智能化技術路徑。

    在飛行控制方面,主要是余度管理與容錯控制、飛行任務管理、鏈路失效管理、無動力著陸管理、飛行邊界管理等。在動力裝置方面,重點面向發動機模態調度、能源管理、自動油門、變距控制等。在故障診斷與恢復方面,對機載電氣設備的智能監管較為常見,主要包括電氣負載狀態及設備參數采集、周期BIT管理、故障信號源切換,以及地面站對飛行態勢的監控、異常飛行狀態處置、地面控制權限移交、鏈路切換等。

    分布式電推進技術應用于大型支線物流無人機,可以減少對化石燃料的依賴,符合推進碳達峰、碳中和的航空貨運發展趨勢。但從飛行器全生命周期來看,適用分布式電推進技術的電能是否完全來源于光、風等清潔能源,仍需要長期探索其綠色環保屬性。此外,運用電機降噪技術可顯著降低燃油發動機噪聲水平,并通過進離場噪聲控制,逐步減少飛行器對周邊居住、作業環境的影響。

    《通用航空裝備創新應用實施方案(2024-2030年)》明確提出了2027年與2030年兩個關鍵時間節點的發展目標,對于推動通用航空產業規?;l展具有重要意義。未來,通用航空裝備領域應如何在核心技術研發、產業鏈協同、政策與市場對接以及國際合作與交流等方面下功夫,共同推動通用航空產業的規?;l展和強鏈補鏈進程?

    孫衛國

    積極布局智能化、數字化、綠色化航空技術,提升技術創新能力,要加強關鍵技術裝備產品的研發攻關。推動數字技術與產業深度融合,催生更多新技術、新產品、新業態、新模式。集聚創新資源,強化產學研用協同創新體系建設,加強關鍵核心技術攻關、重大科技成果轉化和自主創新產品迭代應用,提升新技術、新產品、新服務供給質量和水平。

    促進創新鏈與產業鏈深度融合,支持龍頭企業向產業鏈上游進軍,提升產業鏈、供應鏈的安全水平和競爭力。優先瞄準當前產業鏈的薄弱環節,通過供需牽引打通創新鏈與產業鏈之間的堵點,圍繞創新鏈與產業鏈精準配置資金和人才要素,加快構建“科技—產業—人才”的良性循環生態圈。

    打造梯次接續的企業矩陣。強化鏈主企業的引領作用,支持前沿探索、前瞻布局,統籌整合產業鏈資源,引導關聯企業向重點區域集聚,加快形成產業體系和產業鏈條。構建大中小企業創新協同、產能共享、供應鏈互通的產業發展生態。提升中小企業專業化能力,培育一批專精特新“小巨人”企業。整合市場資源,強化要素保障,推進產業規?;?、集群化、專業化發展。

    曹賀

    通用航空裝備實現規?;乾F階段的主要任務。因此,應以應用場景創新和大規模示范應用為牽引,加快通用航空技術和裝備迭代升級。

    我認為,應通過四個層面推動通用航空產業的規?;l展和強鏈補鏈進程。首先,通過航空應急救援、航空物流配送、城市空中交通、新型通用航空消費等示范應用,提升通用航空裝備的經濟性、可靠性,實現裝備好用耐用,客戶愛用。其次,鼓勵龍頭企業整合資源,強化對產業鏈、供應鏈和創新鏈的引領和組織協同,不斷增強企業競爭力,提升產業鏈韌性和安全水平。再次,支持電池、電機等優勢企業加大研發投入力度,提升產品性能,培育一批知名品牌產品。最后,引導通用航空裝備相關企業提升競爭力,打造一批專精特新“小巨人”和制造業單項冠軍企業。

    胡金碩

    航空支線物流的貨運體量大,應用場景相對簡單,運行環境風險偏小,無人機平臺技術路徑與傳統航空研發配套、適航審定體系關聯緊密。面向大載重、長航程平臺特點的專業團隊應在主機研制、質量控制、運營成本、人員保障、國產化率等多個環節持續提升綜合競爭力,實現長效增值。

    大型無人機支線物流應在低風險場景中實現常態化運營保障,對相關制造單位予以政策、資金支持。隨著更多民營研制單位在總體設計、成本控制、運營服務等方面體現出更多優勢,在維持正常的安全、市場機制的前提下,應加快國有體系設備配套的市場化趨勢,在制造端加快向低空大市場全面延伸,持續助力戰略設備國產化率提升。

    當前通過大型無人機開展支線物流,仍然依賴跑道型通用機場等大型基礎設施,呈現一種基于航線運力的集中布局,這種結構對下游的放射性、覆蓋面相對不足。因此,可采用“分布式電推進+混合動力”技術架構,使支線物流無人機從較高的起降適應性向垂起特性過渡,構建基于市場需求的起降點網絡,降低基礎設施的使用、維護和人力成本,形成高頻次、大體量、分布式和規?;倪\輸格局。

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