[摘要] 随着飞行汽车作为低空经济核心载体的快速发展，其应急着陆过程中的乘员安全成为关键挑战。本文围绕团体标准T/CPQS A0056—2026《飞行汽车应急着陆的乘员保护》（以下简称“标准”）的制定实践，系统构建了一套专为飞行汽车设计的乘员保护理论与试验验证体系。该体系深度融合汽车碰撞生物力学与航空适坠性理念，创新性地提出了 “静态—动态—整机”三级验证方法，涵盖结构强度、座椅冲击、整机跌落、水上迫降、储能系统安全、紧急呼叫与数据记录等多维度要求。通过理论分析与试验验证，论证了标准在载荷工况、伤害指标、场景覆盖等方面的科学性与可行性，并针对颈部、小腿等新增伤害风险提出完善建议。本研究为飞行汽车乘员保护标准的建立提供了全面框架，对促进低空交通安全与产业规范化发展具有重要参考价值。
[关键词] 应急着陆；乘员保护；适坠性；安全标准；试验验证；团体标准
前言
随着汽车工业的蓬勃发展，汽车已成为人们日常生活中不可或缺的交通工具，其带来的出行便利推动了社会经济与科技水平的提升。然而，汽车保有量的持续增长也导致城市道路拥堵问题日益严峻。在此背景下，低空经济在2024年成为中国经济领域的热点。作为一种融合空域、市场等要素并带动相关产业协同发展的综合性经济形态，低空经济为交通体系的升级提供了新的可能。飞行汽车作为低空经济的核心载体之一，不仅有望缓解地面交通压力，也成为开拓低空应用、引领产业变革的重要方向。
当前，城市空中交通（UAM）正推动交通体系不断升级，飞行汽车已成为全球科技与产业竞争的战略高地。飞行汽车作为一种兼具地面行驶与低空飞行功能的交通工具，其适航性、安全性及实用性问题一直备受关注。尤其在载人运行中，若遭遇动力失效、恶劣天气等紧急情况需要应急着陆时，乘员将面临较高的安全风险。如何通过合理的设计在着陆冲击中有效保护乘员、降低伤害程度，是飞行汽车研发中亟待解决的关键问题。
当前，全球地面交通基于碰撞生物力学已形成了成熟的乘员保护标准（如ECE R94《车辆正面碰撞乘员保护》、FMVSS 208《美国联邦机动车安全标准》）；航空领域则建立了以适坠性为核心的静动态强度规范（如CCAR 27/29《正常类/运输类旋翼航空器适航规定》）。但飞行汽车在运行模式、碰撞场景与能量管理方式上均与传统交通工具存在显著差异，简单套用现有标准无法充分应对其独特挑战，行业急需构建专门的安全解决方案。
为填补该领域相关空白，本研究基于标准的制定实践，系统解析一套针对飞行汽车的乘员保护理论与验证体系。该体系融合多学科方法，创新性地将汽车的量化伤害指标与航空的极限载荷工况、整机验证理念相结合，并引入针对动力电池等新型风险源的考核要求。
本文将从理论层面系统阐述标准中技术要求和试验方法的制定依据、方法合理性及预期效果，论证其科学性与可行性。具体分析遵循以下原则：一是理论先行，依据物理学原理、生物力学准则及工程力学理论；二是方法可靠，借鉴航空与汽车领域成熟标准的试验经验，确保可重复性与可靠性；三是条款可行，立足行业技术现状设置性能限值，兼顾安全底线与技术可达性。通过上述研究，以期为飞行汽车乘员保护技术规范的建立与实践提供支撑。
1 研究方法
本研究方法的核心在于构建一个“从部件到整机、从仿真到实景、从撞击到救援”的全方位、多层次验证体系。该体系通过一系列严谨的实验室测试与实体试验，科学模拟飞行汽车可能面临的各类应急着陆场景，并量化评估其乘员保护性能。体系由以下7个相互独立又有机联系的维度构成。
1.1 静态结构强度验证
基于航空适坠性理念，结构完整性是乘员保护的前提。本方法通过静态加载试验，验证座椅及机身结构在极限惯性载荷下的强度。标准依据飞行汽车坠撞动力学分析，定义了向上、向前、向下等多个方向的极限载荷系数（如座椅向下载荷为20g的加速度，g=9.8米/平方秒），旨在确保在动态冲击过程中乘员舱的生存空间不被侵入，座椅等约束系统基础牢固可靠。此方法是所有动态测试的基础前提[ 1，2 ]。
1.2 座椅动态冲击测试
本方法为评估乘员伤害风险的关键环节，如图1、图2所示，采用滑台模拟碰撞方式，精确复现标准定义的两种典型坠撞脉冲波形（如9.14米/秒的速度、30g加速度的严苛工况），以模拟应急着陆过程中的减速度环境。测试使用美国航空法规应用的FAA 男性假人，该假人配备符合航空标准的传感器，可准确测量头部损伤准则（HIC）、腰椎压缩力、大腿骨轴向压力（FAC）等关键生物力学指标。该方法具备高度可控性和可重复性，是设计迭代与合规性验证的有效工具[3，4，5，6 ]。
1.3 整机自由落体试验
为弥补座椅冲击测试在反映整机结构复杂响应方面的局限，本方法采用整机垂直跌落试验，将处于整备质量的飞行汽车从3米高度自由释放，冲击刚性地面。作为连接部件测试与真实场景的重要桥梁，本方法是验证“车—椅—人”系统在真实冲击环境中表现的关键环节。
1.4 水上迫降场景验证
针对跨水域运行场景，本标准创新性地引入水上迫降试验要求。试验同样采用3米跌落高度，但冲击面为水面，主要考核坠撞后飞行汽车的漂浮时间（≥30分钟）、姿态稳定性以及应急逃生通道（如舱门）的可达性与可开启性。该方法评估了飞行汽车在另一种常见应急场景下的可生存性，确保了标准覆盖场景的完备性。
1.5 储能系统极端冲击安全评估
针对飞行汽车的核心风险源——储能系统，标准设定了严于常规的考核条件：15.2米（50英尺）自由跌落测试。该极端工况旨在模拟最严苛的冲击场景，验证储能系统及其安装结构在巨大冲击能量下的完整性，核心安全目标是防止发生起火、爆炸或有毒电解液泄漏，避免对乘员造成二次伤害。
1.6 事故后紧急呼叫（E-CALL）系统功能验证
现代安全理念强调事故后生存。本研究将E-CALL系统功能纳入验证体系，要求在整机跌落试验后系统能自动或手动在60秒内建立紧急通话，并发送精准定位信息。此方法验证了飞行汽车从碰撞安全到救援支持的全链路安全能力。
1.7 飞行数据记录器（FDR）性能要求
为支持事故调查与持续改进，标准对FDR的安装位置、电源可靠性、数据采集精度以及容器防护（包括水下定位信标）等提出详细要求，确保其在事故中能够幸存并记录关键数据，体现了基于数据驱动持续完善的安全闭环理念。
2 创新性与先进性
2.1 超越简单拼接的交叉融合创新
标准的核心创新在于并非对汽车与航空标准进行简单叠加，而是基于飞行汽车事故场景的物理本质，实现了一次深度的重构与融合。
载荷工况的衍生：标准中所规定的静动态载荷系数（如电池包向前4g加速度、向下4g加速度）在CCAR 27/29部航空器适航规定中并未涉及，其设定充分考虑了电动飞行汽车更为普遍的现实背景，体现了场景驱动的设计原则。
伤害指标的兼容与取舍：标准引入了汽车领域成熟的头部HIC和大腿FAC等伤害指标，但并未全盘照搬。例如未将正面碰撞中常见的胸部压缩量列为核心要求，原因在于航空典型约束系统（如二点式安全带）及特定撞击姿态下，头部与下半身的伤害风险被评估为更高优先级。这一取舍反映了基于飞行汽车乘员动力学响应的生物力学特化分析。
试验层级的逻辑关联：标准构建了“静态—动态—整机”三级验证逻辑，结构清晰。其中，静态试验作为“从0到1”的基石，确保结构在极限载荷下不失效；动态仿真试验作为“从1到100”的精髓，在可控环境中精准量化伤害风险，高效指导设计迭代；整机试验则是“从100到∞”的集成验证，考察系统整体表现及潜在耦合风险。三级试验环环相扣，兼顾成本与效益，构成严谨的验证金字塔。
2.2 关键参数设定的科学依据与工程逻辑
标准中每一项关键参数的设定均基于充分的科学分析与工程考量。
3米跌落高度的能量等效性：整机3米跌落高度（产生约7.7 米/秒的冲击速度）的设定，是一项关键决策。其能量相当于一次严重的“硬着陆”，旨在覆盖极端但可生存的工况，为设计确定明确的安全边界。
15.2米电池跌落测试的极端严苛性：考虑到飞行汽车坠撞中电池包可能从任意高度和角度承受冲击， 15.2米模拟了最极端的部件级冲击工况。这是一种设计验证而非单纯合规性验证的思路。
水上迫降与漂浮时间：要求≥30分钟，这与国际海事组织（IMO）对大型船舶救生设备的要求一致。该时间窗口综合考虑了坠撞后乘员从震惊中恢复、解除约束、应对可能的障碍并最终完成有序撤离的全过程，是基于人因工程学分析的救援黄金时间。
2.3 实施挑战与应对策略
预计标准的落地实施将面临以下挑战：
一是高成本挑战。整机跌落、 15.2米电池跌落等试验耗费巨大。对此，可通过以下策略予以应对，即：推动建立行业共享测试平台以分担成本；在研发前期强化数值仿真，减少实物试验；探索分阶段实施路径，缓解企业初期投入压力。
二是技术融合挑战。飞行汽车厂商需同时掌握汽车碰撞安全与航空结构强度的设计与测试能力。这要求研发团队具备跨学科背景，并开发能处理金属塑性溃缩与复合材料断裂等复杂问题的CAE仿真流程。
三是假人标定与数据一致性。美国航空法规应用的FAA 男性假人广泛使用，依赖高精度标定和统一的数据处理流程。这需要建立实验室之间的对标机制，确保不同测试机构所获数据的可比性与权威性，为标准的公正实施提供保障。
3 结论与展望
本研究围绕标准系统提出了一套专为飞行汽车量身打造的乘员安全保护理论与试验验证体系。主要结论如下：
设立的必要性。飞行汽车独特的垂直起降、低空运行模式及复合碰撞场景，使其面临的风险远超传统地面交通工具或航空器。因此，其安全标准不能简单照搬现有规范，必须进行独立、针对性的构建。
体系的先进性。标准实现了跨领域的深度融合与创新。它不仅科学地融合了汽车量化生物力学伤害指标与航空适坠性极限载荷工况及整机验证理念，还前瞻性地引入了针对动力电池安全、水上迫降以及事故后救援通道等新型风险的考核方法，构建覆盖“人—机—环”的多维度、全场景安全验证框架。
依据的科学性。标准核心参数与载荷工况的设定，基于深入的场景动力学分析与生物力学伤害机理研究，具备坚实的科学基础。通过验证试验进一步发现，在基于CCAR 27.562航空法规滑台试验的应急着陆工况下，假人（乘员）颈部和小腿存在不可忽视的损伤风险。这表明，在现有重点关注头部、脊柱、大腿等部位的基础上，有必要将颈部和小腿伤害评价纳入指标体系，以提升乘员安全评价的完整性与精确性，为旋翼类航空器的安全设计提供更全面的参考。
路径的实践性。本研究构建的“静态—动态—整机”递进式三级验证逻辑，兼顾了技术验证的严谨性与工程研发的经济性，为飞行汽车从部件、子系统到整机的安全设计迭代、符合性验证与适航认证提供了清晰、可操作的实施路径。
基于当前研究成果，未来可在以下方向持续深化与拓展。
一是在仿真驱动设计上，亟须发展适用于飞行汽车复杂坠撞场景的高保真度数字仿真模型，攻克涵盖复合材料结构渐进失效、动力电池包机械滥用诱发的短路与热失控、乘员二次碰撞等高度非线性问题的多物理场耦合仿真技术，以提升设计阶段的预测与优化能力。
二是在标准体系扩展与细化上，随着技术演进与新型布局的出现，需进一步研究针对非传统坐姿（如躺姿）的约束系统保护策略，并制定针对氢燃料电池等新型储能系统的专项安全标准，以保持标准的先进性与覆盖性。
三是在轻量化与安全性协同优化上，在满足严苛安全标准的前提下，需研究通过新型材料（如高性能复合材料、多功能材料）和先进结构设计实现轻量化与被动安全性协同提升的技术路径，以解决飞行汽车对重量极为敏感的固有矛盾。
四是在全球标准协调上，应积极参与国际标准化组织的相关工作，推动本研究所形成的、经过验证的“中国方案”融入国际标准体系，促进全球飞行汽车产业技术互联互通与安全共识建立。
参考文献
[1]中国民用航空局航空器适航审定司.正常类旋翼航空器审定: AC-27-AA-2025-01R1[S]. 2025.
[2] 中国民用航空局航空器适航审定司. 运输类旋翼航空器审定: AC-29-AA-2023-01[S]. 2023.
[3]SAE International. Performance standard for seats in civil rotorcraft, transport , and general aircraft : SAE 8049B[S]. 2023.
[4]United Nations Economic Commission for Europe (ECE). Uniform provisions concerning the approval of vehicles with regard to the protection of the occupants in the event of a frontal collision: ECE R94[S].
[5]National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA).Occupant crash protection: FMVSS 208[S].
[6]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会. 汽车正面碰撞的乘员保护: GB 11551—2014[S]. 北京: 中国标准出版社, 2014.
