INSKY | SVO：通往UAM自主飞行之路

本文主要内容来源于公开资产评估师资料，偏向FAA认证体系，部分内容结合狮尾智能实践经验编写。

在传统航空体系中飞行员是大多数系统和未三权分立知情况的失效安全（Failsafe）备份，举一个例子，线控（Fly-by-Wire）的直接模式（Direct Mode）就是这种情况。

在UAM场景下出于安全、易用、无人驾驶等需求驱动，SVO应运而生。SVO是航空业内“Simplified Vehicle Operations”的缩写，主要目的是基于飞行自动化技术来减少飞行员必须具备安全操控飞机的技能。

2015年后随着AAM/UAM场景发展，FAA、NASA和GAMA等机构推动了SVO技术标准的发展。

AAM最终实现不需要飞行员的全自动飞行目标01. SVO带来全新的航空安全理念传统的飞行控制组成示意图# FCL: Flight Control Law 飞行控制律

传统航空安全理念

● 设计需求制约飞行控制

● 失效严重性和概率制约飞行设备和系统的等级

● 根据搭载乘客的数量设定可靠性等级

● 发生事故后，总是假定飞行员可以正确的接管

● 飞行员是自动飞行控制系统的备份保障

SVO安全理念

● 所有的系统与元器件由失效严重性和概率制约（并非设计需求）

● 单个飞行员在正常运行下的失效率约为10的-5次方

● 紧急情况下的飞行员错误率更高

单个飞行员不能导致灾难性事故；

在单点故障发生后无需飞行员操作仍能安全飞行

● 飞行员并不是可接受的系统备份

SVO1，SVO2 和 SVO3的设计理念

SVO1：主要面向当前固定翼的飞行员

大幅降低学习VTOL和旋翼飞机运营的负担

改进现有自动化的可靠性来去除人工备份保障

使用已有的自动化运营数据来支持飞机取证

新的SVO1评分：现有飞行员更易操控，减少新手飞行员的训练

SVO2：为没有飞行经验的人设计

航线飞行指令

专注在导航而非飞机机动

自动化完成大多数飞行前计划

新的SVO2战国七雄分布图评分：现有飞行员更易操控，最低限度的新手飞行员的训练（目前1-2周时间完成）

SVO3：指点控制 – 指定目的地后完全自主运行

全自动化的飞行前计划

空管或操控员可以改变目的地或航路

无需飞行员驾照

02. SVO的分级路线图 SVO1标准特性 | 面向对象：现有飞行员

● 统一的控制方式（Unified Control）

- 很像飞机的操控，但是在eVTOL和悬停运行中大幅简化操作；

- 所有飞行条件下各个轴向都是稳定的

●扳手工具 飞行包线保护

● 典型玻璃驾驶舱和飞行仪表

● 使用自动飞行（autopilot）功能且保证线控（FBW）可靠性

● 使用当前玻璃驾驶舱爬升、巡航、下降 VNAV功能

● 去除人工指令确认，仪表进近飞行

● 飞行前的自动化处理包括

- 重量与重心、天气、航路、剩余能量、填报飞行计划、飞机性能检测等

● 自动系统保护 – 温度手指发麻是怎么回事限制、电流限制、转速限制等

● 地面机场导航和辅助运行

● 飞行层选择

SVO2标准特性 | 面向对象：非飞行员

● 简易飞行控制/显示/导航（Control/Display/Manager）

从零开始以人为中心的设计，不考虑之前机型或技术

飞控 - 在所有飞行条件下飞机运动是相同的

显示为导航而优化，而非控制

紧密集成控制、显示与导航功能

● 飞行包线保护

● 全自动慕尼黑惨案化的飞行计划和填报

● 自中国教育现状动气压调节和天气更新（航路重规划建议）

● 自动与空管（ATC）通信

● 全程仪表飞行

● 自动地面和空中防碰撞

● 自动起飞和降落

● 自动失效保护（动力失效、通信故障、低能量等）

● 极简单的飞行员培训

● 其他包含在SVO1中的特性

SVO3 | 面向对象：乘客

● 指点控制 – 在指定目的地后完全自主飞行模式

● 全自动飞行计划和运行

● 空管或操控员可以改变航线

● 无需飞行员驾照

● 面向未来的场景

特别注意：

1. 因为SVO3无需飞行驾照，安全责任不能依赖飞行员

2. SVO3仅仅在受控环境下作为135/121部的部分运营，安全责任在于运营方

03. SVO认证发展路线

在可预见的将来不太可能改写14 CFR 23部

这会导致

●为每个新的eV数字应用TOL/SVO设计独立特殊条例

●为每个新的eVTOL/SVO设计独立的特定模式训练和飞行员取证需求

提议认证路线发展Step 1:

创建一般的特殊条例能够应用于大多数eVTOL设计

创建可合并北一辉的自动化功能的最小集作为SVO-X打包，用于制定使用当前ACS/PTS的SVO飞机飞行员知识和技能的标准集

认证路线发展Step 2:

飞机取证：将一般特殊条例转成新部(14 CFR 53部?)

飞行员取证：创建 SVO特定的飞行驾照和SVO1/2评级的ACS集

当前FAR P中山大学护理学院art 1电子书下载网对取证载人飞机定义有：

Airplane/ Rotorcraft/ Powered L职场达人ift

未来可能新增一项：

SVO (Special Condition)

SVO由安全性、自动化程度和飞行特性定义，SVO1, SVO2和SVO3分别满足特定标准（23部/27部等）,飞机可以是固定翼、旋翼机或者其他类别。重点不在于使用的能源形式、发动机数量以及产生升力方式，而是从驾驶员视角来看的不同飞行操控特性。

04. 如何管理认证过程

当前飞机和飞行员认证方法

固定翼和旋翼机设计的取证方式已经稳定很多年了，当开发对飞机运行特性上的改动相对较少时，当前的规范会升级容纳这些运行特性。

定制化飞机和飞行员认证方法

新技术创造转融通了改变飞机运营基础的机会，这些改变会与当前规范和理念有冲突。

FAA有使用特殊条例(Special Condition)方法容纳此类飞机设计的改变。每个申请方将和FAA一起开发特定模型的飞行员训练和取证需求。相对于标准化认证，这些方法需要申请者和FAA花费更多时间并消耗大量的资源。

标准的SVO/eVTOL飞机和飞行员认证方法

新的适用SVO/eVTOL的规范已经在发展，这些飞行器的取证流程将和现有的很相似。

颜色浓度代表使用不同认证方法的飞机数量

当前取证方法与SVO认证方法相似之处在于，都是在过去发展出来的规则上去容纳新的规则。

定制化认证方法代表了当前技术已经取得一定发展的情形，目前的规则已不太适用飞机取证和飞行员取证，定制化认证是使用特殊条例来给飞机和飞行员走特殊取证流程。

当前正是发展面向技术新进展的认证路径的窗口

● 降低因飞行员失误造成事故的需求—更安全，增加公众接受度

● 低成本的航电系统—降低安全特性的成本、更广泛的使用

● 降低训练成本的需求—解决当下飞行员短缺问题，进行更广泛的推广使用

● 线控新构型的需求

05. SVO系统特性的革命性变化

● 无需姿态指示，飞控可以完全搞定姿态

● 无需飞行指引，飞机沿着飞行航路标志或者飞行计划飞行，飞行员不控制姿态

● 无需空速或者高度趋势显示，飞控可以完全搞定高度和空速管理，有数字空速和高度显示（空管有时候会问询）

● 在升力旋翼未介入时，飞行员无法操控速度比进近速度更慢

全推进情况下，飞机将趋于最大爬升速度

没有失速（Stall Speed）

● 显示无需侧向和垂直偏离指示，飞控跟随期望轨迹

● 无需自动驾驶模式控制面板或者模式告示面板

没有自动飞行（Autopilot）模式

飞行员不再选择模式

● 无需机械备份或者“直接”模式

新的操控方式需要新的显示（D&G）概念和飞控系统（FC），随着新的显示系统开发，很明显导航系统需要被撒娇女人最好命集成到显示和控制系统中。随着导航系统的开发，很明显三要素（控制、显示、导航）需要高度集成，任一方面的设计更改会改变其他两软件可用性个的设计。

06. 市面SVO技术概览 (1) Honeywell（霍尼韦尔）

Honeywell作为全球最大的航电供应商，全力拓展UAM相关业务，2020年9月发布了面向无人机系统（UAS网站工具）和城市空中交通（UAM）下一代航电系统，国外eVTOL主机厂很多都选择了Honeywell作为航电飞控供应商

包括：Lilium、Vertical Aerospace、Pipistrel、Faradair、Eviation、Airflow 等

Honeywell SVO飞行面板Honeywell下一代飞控 Anthem飞行面板（2）Fligh二级注册结构工程师t Level Enginneering

FAA资助项目验证SVO飞行场景

FLE SVO驾驶舱（3）Skyryse

由Skyryse开发的FlightOS，是一个飞行自动化技术堆栈，飞行员可以通过触摸屏平板电脑和操纵杆实现飞行控制操作。

FlightOS07. INSKY城市自动飞行系统

狮尾智能致力于先进航电飞控技术的研发，为空中全自动飞行提供解决方案。在载人飞行器（UAM）领域，狮尾智能融合航电飞控、智能感知等技术，推出了全新的城市4D自动飞行控制系统，针对eVTOL研发面向适航的自动飞行控制系统，推动空中交通工具的革新。

在城市工业无人机（UAS）领域，狮尾智能开发了空中数据自动捕获、分析以及可视化管理平台，通过智能网联、航线规划和自主感知避障等技术实现在城市复杂环境下的超视距自动作业，最大化的发挥无人飞行器在复杂场景下的应用能链接代码力，形成一套自动化的城市玩具消毒飞巡解决方案。

参考文献:

[1] Simplified Vehicle Operations - Electric VTOL Flight Test Council

[2] GAMA, A Rational Construct for Simplified Vehicle Operations (SVO), 2019

[3] Honeywell Unveils Next-Generation Avionics Lab联想x201i for Unmanned Aerial Systems and UAM

aerospace.honeywell/us/en/learn/about-us/press-release/2020/09/honeywell-unveils-next-gen-avionics-lab-uas-uam

[4] Skyryse-Technology-Designed for simplicity, developed for safety

skyryse/technology