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          通用航空裝備:讓創(chuàng)新在應(yīng)用中生長

          時間:2024年04月21日   來源:

          為推動通用航空制造業(yè)發(fā)展,促進通用航空裝備創(chuàng)新應(yīng)用,近日,工業(yè)和信息化部、科學(xué)技術(shù)部、財政部以及民航局等四部門聯(lián)合印發(fā)了《通用航空裝備創(chuàng)新應(yīng)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(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力顯著提升,現(xiàn)代化通用航空基礎(chǔ)支撐體系基本建立,高效融合產(chǎn)業(yè)生態(tài)初步形成,通用航空公共服務(wù)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(chǎn)業(yè)發(fā)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(chǎn)生活各領(lǐng)域,進而成為低空經(jīng)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(yīng)如何順勢而為,把握這一歷史性的發(fā)展契機?

          隨著技術(shù)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(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。例如,無人機正在農(nóng)林植保、航拍、物流配送等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。同時,通用航空裝備也在應(yīng)急救援、城市管理等方面展現(xiàn)出巨大潛力。那么,我國通用航空裝備創(chuàng)新應(yīng)用現(xiàn)狀如何?又面臨著哪些挑戰(zhàn)?

          孫衛(wèi)國

          如今,通用航空器已經(jīng)在許多場景得到應(yīng)用,在民生、交通運輸、消費服務(wù)、社會生產(chǎn)等領(lǐng)域嶄露頭角,并在消防救援、低空旅游、航空運動、農(nóng)林植保、巡檢巡線等場景廣泛應(yīng)用。

          近年來,隨著我國農(nóng)林植保、電力巡檢等傳統(tǒng)通航作業(yè)保持穩(wěn)步增長,空中游覽、航空運動、醫(yī)療救護等新業(yè)態(tài)加速發(fā)展。在無人機應(yīng)用于個人消費、地理測繪、影視航拍等領(lǐng)域的基礎(chǔ)上,應(yīng)急救援、通信中繼、氣象探測等應(yīng)用場景不斷拓展,無人機物流已經(jīng)實現(xiàn)了規(guī)?;瘧?yīng)用。

          在通用航空新裝備不斷涌現(xiàn)的同時,通用航空應(yīng)用場景不斷拓展,通用航空裝備創(chuàng)新應(yīng)用正面臨新挑戰(zhàn)。

          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(yīng)用沒有可借鑒的成熟樣本。需要不斷適應(yīng)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(shè),健全完善無人機相關(guān)技術(shù)規(guī)范標準,探索創(chuàng)新無人機適航審定模式,以更好地滿足無人機研發(fā)設(shè)計制造的適航審查需求。

          通航作業(yè)與民航商業(yè)運輸飛機的監(jiān)管存在差異。隨著通航應(yīng)用規(guī)模的持續(xù)擴大,通航的運行安全監(jiān)管理念、方法、技術(shù)等都需要同步創(chuàng)新。最為重要的是,需要推動落實各方安全責(zé)任,確保運輸航空與通用航空低空飛行活動安全協(xié)調(diào)發(fā)展。

          曹賀

          近年來,我國通用航空裝備技術(shù)和應(yīng)用創(chuàng)新持續(xù)加快,產(chǎn)品體系化、多元化發(fā)展態(tài)勢初顯。

          在傳統(tǒng)通航領(lǐng)域,我國已有近100家通航整機制造企業(yè),國內(nèi)自主研制的通用航空器取證產(chǎn)品超過20款,具備了研制生產(chǎn)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(yīng)急救援裝備體系初步建立。在無人機領(lǐng)域,我國較大規(guī)模的民用無人機生產(chǎn)企業(yè)已超過300家,消費級和工業(yè)級無人機產(chǎn)品已分別占據(jù)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(yè)超過20家,開發(fā)出近30款產(chǎn)品,自2019年以來融資規(guī)模達到50億元。據(jù)初步統(tǒng)計,2023年,我國通用航空制造業(yè)產(chǎn)值約320億元(其中無人機300億元),運營及服務(wù)收入1370億元(其中無人機1170億元)。

          制約我國通航產(chǎn)業(yè)發(fā)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(guī)模通航應(yīng)用場景。國外比較成熟的私人飛行、短途運輸、航空培訓(xùn)等典型通航應(yīng)用場景,短期內(nèi)在我國形成較大規(guī)模的難度較大。國務(wù)院辦公廳于2016年印發(fā)的《關(guān)于促進通用航空業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》提出的到2020年實現(xiàn)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(xiàn),通用航空業(yè)與我國龐大的經(jīng)濟體量并不相稱。

          胡金碩

          與粵港澳大灣區(qū)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(lǐng)域,已經(jīng)集聚了一批專業(yè)化企業(yè)。四川天域HY-100、航天飛鵬FH-98、中航通飛Y5U、航空工業(yè)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(nèi)蒙古、陜西、甘肅、上海等地的無人區(qū)、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(fā)試飛測試和概念演示飛行。

          在全國范圍內(nèi),已取得型號合格證的支線物流無人機申請人就占據(jù)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(fā)動機”構(gòu)型,對支線場景的適配度更高。各主機研制廠商憑借其研發(fā)測試梯隊、技術(shù)積累迭代和供應(yīng)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(gòu)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(wǎng)格結(jié)構(gòu)。在純電動構(gòu)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(diào)整和優(yōu)化對支線物流“大載重、長航程”的運營目標提出了技術(shù)挑戰(zhàn)。兼顧電推進系統(tǒng)的靈活性和傳統(tǒng)動力系統(tǒng)的大航程,實現(xiàn)支線物流無人機的“垂起化”,將帶來技術(shù)革新和場景延伸。

          《通用航空裝備創(chuàng)新應(yīng)用實施方案(2024-2030年)》提出,通用航空裝備發(fā)展要滿足工農(nóng)作業(yè)需求的低空生產(chǎn)作業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全高效運行,全面融入人民生產(chǎn)生活各領(lǐng)域。高端化、智能化、綠色化作為通用航空裝備創(chuàng)新應(yīng)用的重要發(fā)展方向,將有助于提升我國通用航空產(chǎn)業(yè)的國際競爭力,滿足工農(nóng)作業(yè)和其他領(lǐng)域的多樣化需求,推動經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展。通用航空裝備的高端化、智能化、綠色化具體體現(xiàn)在哪些方面呢?

          孫衛(wèi)國

          我認為“高端化”主要體現(xiàn)在三個方面:一是技術(shù)含量高,表現(xiàn)為知識、技術(shù)密集,體現(xiàn)多學(xué)科和多領(lǐng)域高精尖技術(shù)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(chǎn)業(yè)鏈上占據(jù)核心地位,其發(fā)展水平?jīng)Q定產(chǎn)業(yè)鏈的整體競爭力。先進的工具引領(lǐng)生產(chǎn)生活方式變革,促進社會現(xiàn)代化發(fā)展,離不開高新技術(shù)引領(lǐng)。

          “智能化”意味著知識技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、傳感技術(shù)等智能學(xué)科的高度集成化,能夠搜集與理解環(huán)境信息和自身信息,并進行分析判斷和自身行為規(guī)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(zhí)行、自主進化能力。自主感知使飛行器通過各類傳感器與數(shù)據(jù)融合完成復(fù)雜環(huán)境和目標的分類、識別;自主決策可充分發(fā)揮人工智能在信息處理速度和處理量方面的優(yōu)勢,在各種復(fù)雜場景中快速作出利益最大化的決策;自主執(zhí)行能使機器自主進行任務(wù)規(guī)劃,并在執(zhí)行過程中實時調(diào)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(xué)習(xí)提升認知決策水平,以應(yīng)對全新環(huán)境。應(yīng)該說,智能化將大幅提高飛行器在不同環(huán)境中的感知、決策、執(zhí)行、學(xué)習(xí)能力,將為未來航空打開更大的想象空間。

          “綠色化”就是節(jié)能環(huán)保、新能源、再制造與高效、清潔、集約、循環(huán)的綠色低碳發(fā)展的結(jié)合,如eVTOL、氫燃料飛機等。可持續(xù)航空燃料的應(yīng)用被認為是最具潛力的技術(shù),對助力實現(xiàn)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(xiàn)航空動力系統(tǒng)的重大變革。未來,民用航空動力系統(tǒng)如使用可持續(xù)燃料作為渦輪發(fā)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(yè)碳排放。

          曹賀

          未來一個時期,以高端化、智能化、綠色化為技術(shù)特征的新型通用航空裝備將逐步實現(xiàn)場景大規(guī)模應(yīng)用,建立通用航空產(chǎn)業(yè)發(fā)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(qū)動的具備垂直起降能力的飛行器,其中電機由電動力驅(qū)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(shè)計、深度學(xué)習(xí)等方法,實現(xiàn)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(shù)使得電動垂直起降飛行器的構(gòu)型突破了傳統(tǒng)架構(gòu)限制,具有廣闊的設(shè)計空間,使之前許多不可能、不可行的飛行器構(gòu)型成為可能,多旋翼、矢量推力、復(fù)合翼等新構(gòu)型蓬勃發(fā)展。

          我認為,通用航空產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新模式主要體現(xiàn)在兩點:一方面,裝備數(shù)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(wǎng)絡(luò)、“干—支—末”的無人機配送網(wǎng)絡(luò)以及滿足各種工農(nóng)作業(yè)需求的生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)建立后,我國無人機將在數(shù)量級上迎來提升。另一方面,運行質(zhì)量將有效提升。以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為基本特征的低空智聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)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(shù)手段,通過持續(xù)優(yōu)化無人化改裝/系統(tǒng)設(shè)計解決方案,集中體現(xiàn)高端化、智能化技術(shù)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(wù)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(fā)動機模態(tài)調(diào)度、能源管理、自動油門、變距控制等。在故障診斷與恢復(fù)方面,對機載電氣設(shè)備的智能監(jiān)管較為常見,主要包括電氣負載狀態(tài)及設(shè)備參數(shù)采集、周期BIT管理、故障信號源切換,以及地面站對飛行態(tài)勢的監(jiān)控、異常飛行狀態(tài)處置、地面控制權(quán)限移交、鏈路切換等。

          分布式電推進技術(shù)應(yīng)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(fā)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(shù)的電能是否完全來源于光、風(fēng)等清潔能源,仍需要長期探索其綠色環(huán)保屬性。此外,運用電機降噪技術(shù)可顯著降低燃油發(fā)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(yè)環(huán)境的影響。

          《通用航空裝備創(chuàng)新應(yīng)用實施方案(2024-2030年)》明確提出了2027年與2030年兩個關(guān)鍵時間節(jié)點的發(fā)展目標,對于推動通用航空產(chǎn)業(yè)規(guī)?;l(fā)展具有重要意義。未來,通用航空裝備領(lǐng)域應(yīng)如何在核心技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)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(chǎn)業(yè)的規(guī)?;l(fā)展和強鏈補鏈進程?

          孫衛(wèi)國

          積極布局智能化、數(shù)字化、綠色化航空技術(shù),提升技術(shù)創(chuàng)新能力,要加強關(guān)鍵技術(shù)裝備產(chǎn)品的研發(fā)攻關(guān)。推動數(shù)字技術(shù)與產(chǎn)業(yè)深度融合,催生更多新技術(shù)、新產(chǎn)品、新業(yè)態(tài)、新模式。集聚創(chuàng)新資源,強化產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同創(chuàng)新體系建設(shè),加強關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)、重大科技成果轉(zhuǎn)化和自主創(chuàng)新產(chǎn)品迭代應(yīng)用,提升新技術(shù)、新產(chǎn)品、新服務(wù)供給質(zhì)量和水平。

          促進創(chuàng)新鏈與產(chǎn)業(yè)鏈深度融合,支持龍頭企業(yè)向產(chǎn)業(yè)鏈上游進軍,提升產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈的安全水平和競爭力。優(yōu)先瞄準當前產(chǎn)業(yè)鏈的薄弱環(huán)節(jié),通過供需牽引打通創(chuàng)新鏈與產(chǎn)業(yè)鏈之間的堵點,圍繞創(chuàng)新鏈與產(chǎn)業(yè)鏈精準配置資金和人才要素,加快構(gòu)建“科技—產(chǎn)業(yè)—人才”的良性循環(huán)生態(tài)圈。

          打造梯次接續(xù)的企業(yè)矩陣。強化鏈主企業(yè)的引領(lǐng)作用,支持前沿探索、前瞻布局,統(tǒng)籌整合產(chǎn)業(yè)鏈資源,引導(dǎo)關(guān)聯(lián)企業(yè)向重點區(qū)域集聚,加快形成產(chǎn)業(yè)體系和產(chǎn)業(yè)鏈條。構(gòu)建大中小企業(yè)創(chuàng)新協(xié)同、產(chǎn)能共享、供應(yīng)鏈互通的產(chǎn)業(yè)發(fā)展生態(tài)。提升中小企業(yè)專業(yè)化能力,培育一批專精特新“小巨人”企業(yè)。整合市場資源,強化要素保障,推進產(chǎn)業(yè)規(guī)模化、集群化、專業(yè)化發(fā)展。

          曹賀

          通用航空裝備實現(xiàn)規(guī)?;乾F(xiàn)階段的主要任務(wù)。因此,應(yīng)以應(yīng)用場景創(chuàng)新和大規(guī)模示范應(yīng)用為牽引,加快通用航空技術(shù)和裝備迭代升級。

          我認為,應(yīng)通過四個層面推動通用航空產(chǎn)業(yè)的規(guī)?;l(fā)展和強鏈補鏈進程。首先,通過航空應(yīng)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(yīng)用,提升通用航空裝備的經(jīng)濟性、可靠性,實現(xiàn)裝備好用耐用,客戶愛用。其次,鼓勵龍頭企業(yè)整合資源,強化對產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈和創(chuàng)新鏈的引領(lǐng)和組織協(xié)同,不斷增強企業(yè)競爭力,提升產(chǎn)業(yè)鏈韌性和安全水平。再次,支持電池、電機等優(yōu)勢企業(yè)加大研發(fā)投入力度,提升產(chǎn)品性能,培育一批知名品牌產(chǎn)品。最后,引導(dǎo)通用航空裝備相關(guān)企業(yè)提升競爭力,打造一批專精特新“小巨人”和制造業(yè)單項冠軍企業(yè)。

          胡金碩

          航空支線物流的貨運體量大,應(yīng)用場景相對簡單,運行環(huán)境風(fēng)險偏小,無人機平臺技術(shù)路徑與傳統(tǒng)航空研發(fā)配套、適航審定體系關(guān)聯(lián)緊密。面向大載重、長航程平臺特點的專業(yè)團隊應(yīng)在主機研制、質(zhì)量控制、運營成本、人員保障、國產(chǎn)化率等多個環(huán)節(jié)持續(xù)提升綜合競爭力,實現(xiàn)長效增值。

          大型無人機支線物流應(yīng)在低風(fēng)險場景中實現(xiàn)常態(tài)化運營保障,對相關(guān)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(shè)計、成本控制、運營服務(wù)等方面體現(xiàn)出更多優(yōu)勢,在維持正常的安全、市場機制的前提下,應(yīng)加快國有體系設(shè)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(xù)助力戰(zhàn)略設(shè)備國產(chǎn)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(chǔ)設(shè)施,呈現(xiàn)一種基于航線運力的集中布局,這種結(jié)構(gòu)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(shù)架構(gòu),使支線物流無人機從較高的起降適應(yīng)性向垂起特性過渡,構(gòu)建基于市場需求的起降點網(wǎng)絡(luò),降低基礎(chǔ)設(shè)施的使用、維護和人力成本,形成高頻次、大體量、分布式和規(guī)?;倪\輸格局。

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