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民航上海审定中心完成无人机与飞机碰撞首次试验

中国民用航空网通讯员张柱国报道:11月30日,民航局在航空工业航宇襄北试验基地进行了无人机与客机碰撞首次试验。此次试验旨在研究无人机与民航客机碰撞的安全风险,研究结果将作为无人机运行管理规章以及设计制造的技术指导和决策依据。

随着无人机相关技术的成熟以及人们日益增加的兴趣,无人机在工作、生活中的使用日趋广泛。目前,民用无人机在应急救援、环境监测、电力巡线、航拍测绘、农业植保等多个领域得到广泛应用。

然而,无人机数量的迅猛增长也导致了安全事故的增加,国外曾经发生过民用无人机与民用客机险些相撞的事件。欧洲航空安全局(EASA)2010-2016年统计报告显示,欧洲范围内的无人机碰撞飞机或险些碰撞事件近1000起,其中有3起已确认为无人机碰撞的事件,并造成不同程度的飞机结构损伤和经济损失。美国联邦航空局(FAA)的统计数据表明无人机和飞机的危险接近事件从2014年之后逐年飙升,截至2016年8月已多达?650起。

国内近几年也有多家机场多次发生无人机等飞行物入侵机场净空保护区、妨碍航班运行安全的事件。无人机“黑飞”问题愈演愈烈,其无序飞行极易干扰军民飞行器正常运行,甚至可能酿成飞行事故,给国家和人民生命财产造成损失。

无人机乱闯多地机场的“黑飞”事件挑起公众敏感的安全神经。从接二连三的“黑飞”威胁事件,到相关政府收紧政策的回应,厂商与用户在权限和责任之间的权衡以及厂商与上级管理机构的合作和沟通等方面可以看到,无人机市场的规范化不再是一个简单的行业问题,已经上升到社会群体事件的范畴。无人机违规飞行不仅影响人们的生命财产安全、公共安全、飞行安全甚至是国家安全。从航空器本体安全运行和乘客的出行安全方面来看,无人机对民航运行安全的影响不可估量,已经引起政府部门、研究机构、学者们的广泛关注。虽然国内外适航当局从安全风险的角度对无人机的安全运行开展了初步的试验和仿真分析研究,为各国无人机适航管理和运行政策的制定提供初步的技术支持,但如何制定合适的无人机审定和运行规章还缺乏必要的技术依据,尤其在无人机与飞机碰撞损伤评估方面,缺少持续的试验证据和充分的理论分析支撑。

中国民用航空适航审定中心根据民航局领导的安排和民航局适航审定司的要求,指派中国民用航空上海航空器适航审定中心(以下简称:民航上海审定中心)成立项目组,借鉴国外在飞机研制和运行阶段已经开展的相关试验和分析研究结果,对无人机与飞机碰撞相关的事项进行立项研究,启动《运输类飞机与无人机碰撞后果及安全风险研究》工作。据此,民航上海审定中心联合航空工业航宇救生装备有限公司、南京航空航天大学、西北工业大学、上海飞机设计研究院、成飞民机公司、大疆创新科技有限公司、江苏铁锚玻璃公司等单位组建了课题研究团队,共同开展无人机与国产运输类飞机结构(含风挡)的碰撞试验研究。碰撞试验所用的试验件为国产某型民机机头结构和由国内最大的旋翼无人机制造商大疆创新科技有限公司提供的真实无人机。

由于无人机与飞机碰撞工况的复杂性、随机性以及高昂的试验成本和严酷的试验要求,根据国际惯例首先应用动态仿真进行先行先试研究。由南京航空航天大学、西北工业大学以及上海飞机设计研究院共同开展的无人机与飞机风挡、机头结构碰撞仿真分析结果表明:无人机的制造材质、飞行姿态、飞行速度、体积重量以及飞机被碰撞位置等因素均对飞机机体结构的碰撞损伤产生不同程度的影响。课题研究团队对无人机碰撞速度、碰撞部位、碰撞姿态、测试参数、试验判据以及无人机悬挂安装方式等方面多次组织专家进行研讨,并结合仿真分析结果,编制并组织专家评审了碰撞试验大纲。中航工业航宇救生装备有限公司等单位通过周密的试验设计和精密的预试试验动态响应测试,调整弹道轨道上各测点的输出响应,使得试验碰撞过程尽可能地与实际运行工况和试验设计情况一致。大疆创新科技有限公司的技术团队根据课题的要求,完成了对无人机在开机状态下的悬挂方案研究,保证了无人机处于运行状态下在预定的碰撞点与飞机相撞。

经过前期的充分准备,11月30日在航空工业航宇救生装备有限公司的襄北试验基地进行了中等质量的旋翼无人机与某型飞机风挡在典型速度下的碰撞试验,无人机精准碰撞在左右主风挡的中间和边角部位特定区间内,通过测试设备采集的动态响应和现场碰撞结果查看和分析,确认风挡外层玻璃破碎,但内层玻璃完好,满足风挡鸟撞试验的符合性判据。同时通过与仿真分析结果进行比较,验证了试验方法的准确性和仿真结果的有效性,试验达到了预期目的。

此次无人机碰撞飞机的首次试验完全按照适航验证试验程序开展,上海审定中心确认了碰撞试验大纲,并对试验件和试验设施进行了制造符合性检查。此次试验填补了国内空白,和国际上的相关试验研究处于齐头并进的地位,并处于领先水平。上海审定中心领导的该课题研究团队后续还将进行一系列的无人机与飞机碰撞试验,充分研究无人机与飞机碰撞的潜在风险,为规范无人机制造商设计制造产品和适航局方制定无人机运行管理方面的适航规章提供技术指导和决策依据。

民航适航审定中心陈维副主任、民航局适航司审定处刘薇薇、工信部装备司张永杰、民航中南地区管理局适航审定处刘运科、上海审定中心、沈阳审定中心、南京航空航天大学、西北工业大学、上海飞机设计研究院、大疆创新科技有限公司、中国民航科学技术研究院、民航管理干部学院等国内适航局方、工业界、航空院校、科研院所等单位的领导和专家应邀到现场观摩了该试验。


飞机驾驶舱左右风挡无人机碰撞后


高速摄像机拍摄的无人机碰撞瞬间

无人机入侵机场、袭扰民航航班案例:

2013年12月,首都机场发生无人机“黑飞”导致多架次民航飞机避让、延误,最后空军出动直升机将其击落。

2014年12月24日,广州白云机场使用02跑道降落的两架飞机均报告五边发现无人机活动,造成空中进近的飞机避让,而改用20号跑道落地,并致使地面飞机全部暂停起飞。

2015年,空军在河北涿州处置一起无人机“黑飞”事件。

2017年1月,杭州萧山机场出现无人机“黑飞”事件。

2017年2月,昆明长水国际机场发现4起无人机干扰事件,最严重的1起事件中,无人机飞行距离空中客机仅50-70米。

2017年4月,成都双流机场遭到无人机干扰事件达9起,导致多架航班备降其他机场,并伴有航班延误,数万人出行受阻。

2017年4月,南京禄口机场一架无人机飞入机场净空保护区,禄口机场立即中止起降,紧急关闭半小时,14个航班受到影响。

2017年5月10日,珠海金湾机场遭遇到不明飞行物入侵,致使机场关闭,共有8架航班备降海口、揭阳、深圳三地。

2017年5月,重庆江北机场两次受无人机干扰,共造成重庆机场40余个航班备降,60余个航班取消,140余个航班延误,上万旅客出行受到影响。由此造成的航班调整、避让、备降、延误甚至停飞,对民航机场运行产生一定影响,造成较大经济损失。