飞行器平台的痛点与有效性：适航系统工程案例分析12

  本文以现代民用飞机的适航审定法规的范围，分析飞行平台的痛点与有效性，提出有关平台顶层需求的指导建议。

  关键词：航空平台，系统工程，适航审定，生命周期，痛点，有效性，案例分析。

  民用航空适航审定和审核条例的分类与实践，都是为了航空飞行运行的安全性，可靠性，完整性提供坚实的法律基础。由于适航范围是一个跨学科、多功能、多对象、多目标的法律体系，所以要对其相应的范围和有效性加以分析，为今后的平台研发与运营提供指导。

  民用航空器包括：固定翼航空器和旋翼航空器。通常又称为民用飞机和民用旋翼机。

  民用飞机是一种运人载物的交通工具。民用飞机分为商业飞机和通用飞机。商业飞机有国内和国际干线客机、货机或客货两用机以及国内支线运输机。通用飞机有公务机、农业机、林业机、轻型多用途机、巡逻救护机、体育运动机和私人飞机等。

  2中型机：指的是最大允许起飞全重大于7000千克，但小于136000千克的航空器；

  指空机重量小于0.25千克，最大飞行线米，最大平飞速度不超过40千米/小时，无线电发射设备符合微功率短距离技术方面的要求，全程可以每时每刻人工介入操控的无人驾驶航空器。

  指空机重量不超过4千克且最大起飞重量不超过7千克，最大平飞速度不超过100千米/小时，具备符合空域管理要求的空域保持能力和可靠被监视能力，全程可以每时每刻人工介入操控的无人驾驶航空器，但不包括微型无人驾驶航空器。

  指空机重量不超过15千克且最大起飞重量不超过25千克，具备符合空域管理要求的空域保持能力和可靠被监视能力，全程可以每时每刻人工介入操控的无人驾驶航空器，但不包括微型、轻型无人驾驶航空器。

  指最大起飞重量不超过150千克的无人驾驶航空器，但不包括微型、轻型、小型无人驾驶航空器。

  适航审定的条例按不同的类型来划分。比如，我国常用的23部是指7700kg以下的飞行器，而不是7000kg以下的飞行器（飞机）。

  在中国民航局发布的《轻小型无人机运行规定（试行）》中，首次把无人机进行细化分类，共9个等级。

  Ⅰ 类无人机，也称微型无人机是指空机重量小于0.25千克，设计性能同时满足飞行线米、最大飞行速度不超过40千米/小时、无线电发射设备符合微功率短距离无线电发射设备技术方面的要求且在视距内运行的遥控驾驶航空器。

  Ⅱ 类无人机，也称轻型无人机指同时满足空机重量不超过4千克，最大起飞重量不超过7千克，在视距内运行的无人机，但不包括微型无人机。

  Ⅲ 类无人机，既小型无人机是指空机重量不超过15千克或者最大起飞重量不超过25千克的无人机，但不包括微型、轻型无人机。

  Ⅳ 类无人机，既中型无人机指空机重量大于15千克但不超过116千克，最大起飞重量超过25千克不超过150千克。

  Ⅺ 类无人机是指空机重大于116千克不超过5700千克，最大重量大于150千克不超过5700千克的大型无人机。

  实际运行中，Ⅰ 、Ⅱ 、Ⅲ 、Ⅳ 、Ⅺ 类分类有交叉时，按照较高要求的一类分类。

  地方政府（例如当地公安部门）对于Ⅰ 、Ⅱ 类无人机重量界限低于本表规定的，以地方政府的具体实际的要求为准。

  分类等级排列顺序由低到高依次为：Ⅶ 、Ⅲ 、Ⅳ 、Ⅺ 、Ⅻ ，高分类等级执照可行使低分类等级执照权利（Ⅴ 、Ⅵ 分类等级不按重量级别划分）。

  5）国界线米范围的上方，军事管理区、设区的市级（含）以上党政机关、监管场所以及周边100米范围的上方；

  7）射电天文台以及周边3000米范围的上方，卫星地面站（含测控、测距、接收、导航站）等需要电磁环境特殊保护的设施以及周边1000米范围的上方，气象雷达站以及周边500米范围的上方；

  8）生产、储存易燃易爆危险品的大规模的公司和储备可燃重要物资的大型仓库、基地以及周边100米范围的上方，发电厂、变电站、加油站和大型车站、码头、港口、大型活动现场以及周边50米范围的上方，高速铁路以及两侧100米范围的上方，普通铁路和省级以上公路以及两侧50米范围的上方；

  6）国界线米范围的上方，边境线米范围的上方，军事管理区、设区的市级（含）以上党政机关、核电站、监管场所以及周边200米范围的上方；

  8）射电天文台以及周边5000米范围的上方，卫星地面站（含测控、测距、接收、导航站）等需要电磁环境特殊保护的设施以及周边2000米范围的上方，气象雷达站以及周边1000米范围的上方；

  9）生产、储存易燃易爆危险品的大规模的公司和储备可燃重要物资的大型仓库、基地以及周边150米范围的上方，发电厂、变电站、加油站和中大型车站、码头、港口、大型活动现场以及周边100米范围的上方，高速铁路以及两侧200米范围的上方，普通铁路和国道以及两侧100米范围的上方；

  未经批准，微型及轻型无人机不得在上述管控空域内飞行，管控空域外，无特殊情况均可划设为微、轻型无人机适飞空域。

  （3）植保无人机适飞空域位于轻型无人机适飞空域以内，且线米，需在农林牧区域上方。

  这里的物流飞行平台的经济性能指标是按民用航空飞行平台的经济效益来评估的。民用客机的效益是按单位海里/座位的全飞机平台生命周期的费用来折合的。比如，如果按波音公司民用飞机的设计性能指标，每位乘客运载重量是120千克，每单位海里/座位的成本是$0.19,则每千克海里的成本为：$0.19/120千克=$0.00159（海里/千克），近似为$0.855公里/吨，或者，$1 = ￥7.3，近似为￥6.24公里/吨。

  如果按中国民航经营成本估算，￥0.5公里/座位，近似为：￥0.5/120千克=0.00417（公里/千克），近似为￥4.17公里/吨。注意到这里的数据是经营成本。如果再加上全生命周期的费用，估计可与波音飞机的性能指标接近或者持平。

  至于民用大型货机和客改货，运营效率的提高和飞机成本的下降的差异，其基本的物流性能指标也在￥5.00公里/吨上下。

  以上假设飞机平台都是在民用机场的基础设施条件下运营，也就是从机场到机场的物流运营性能指标。这个指标就决定了创新物流飞机平台的基本生存空间。

  不论民用客机，还是货机，在平台系统的顶层设计时就要验卡这样的顶层需求KPP（Key Performance Parameter，核心性能参数）。

  仅仅采用了这个顶层KPP还不够，还要留有一定的增长空间。比如说，未来每隔3-5年，运营改进或者提效更新可以增长1-3个百分点。

  从系统工程的全生命周期的分析来看，整个经营成本由以下几个方面构成：设计开放，生产制造，运营管理，回收报废。平台的研发和制造是个大头。

  研发与制造选址：要考虑地域优势，人才优势，资本优势，环境优势，以及市场与法规方面的优势。比如，气候、温度、交通、基础设施等。就像要建一个酒庄，那么土地、盐碱度、气温、水源、纬度等等，是不是接近世界上最好的酒庄的环境条件，温度是不是适应产品的生存特性。

  当物流端点不是在大机场，或者其一端没有机场跑道时，物流的运营指标就另有判别方式。比如说，当需要有垂直悬停的物流条件下，我们就可能不能充分的利用飞机的升阻特性。如图4所示。飞机的升阻特性能够达到10-20多倍，效率远大于旋翼机。

  由图4可知，对于这类旋翼机、飞行汽车、直升飞机、倾转飞机，民用运输机的成本大约在$0.75到$2.70（整机），飞行速度在147节到300节之间。换算成公制单位，也就是272.2千米/小时至555.6千米/小时。如果整机在1-2.5吨，经营成本可以逼近民用固定翼大飞机的物流成本。但是，实际过程中，这么重的旋翼机很难达到这个运营指标。

  如果特种无人机可以在成本、效益、方便、安全等方面得到充分的张显，还是具有一定的市场潜力的。

  新就是以创新为引领，质就是要在质量上要有极大的突破。不是1+1，而是以10倍，百倍的数量级上有独到的改进和增强。也就是从0到1，或者是从10到100的飞跃。

  比如，防火灭火方面，反应速度要快，楼层要探得高，覆盖面要广，减损要明显，人员要安全，等等。这不妨也以10倍的效益提高为新质指标。

  微型化指标的含义是：如果用较小的飞行平台能够实现的任务，就不需要搞大而全的平台；如果用1元钱可以搭建的就不要化2元钱。特别是如果成本效益比能够达到1/10的产品就可以开发。经济账是长期可持续发展的核心理念。小型化才能市场化。

  比如，某省的小型卫星，一旦它的造价降到原有的1/10，它就有了使用价值，市场化动力，拥有了广阔的应用场景。

  在民用航空电子系统的顶层需求中，往往也非常强调系统的增长空间。比如老旧的航空电子系统的增长空间，会被一直更新的内容渐渐吃掉。导航数据库在不断地增大，辅助功能在不断地充填，以致飞行管理计算机的通道数、CPU机时、存储器空间等增长空间慢慢的变少。其结果就是FMCS经常不同步，飞行计划计算延迟，屏幕相应迟钝，以致机毁人亡的事故逐渐增多。

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