太阳能多功能通用航空机场地面车辆研究

尉蓝天　冯霞

【摘 要】随着通用航空的快速发展，通用航空机场数量迅速增长，机场地面车辆的需求不断增多。然而现有机场车辆大多数仍采用汽油或柴油为燃料，其能源消耗大，废弃污染等问题日渐突出。为了优化生态环境，真正实现机场车辆节能减排，本文开展了太阳能多功能通用航空机场地面车辆的研究与初步设计。该研究填补了机场地面车辆的市场空白，对构建绿色低碳通用航空机场具有十分积极重要的意义。

【关键词】车辆；太阳能；通用航空机场；绿色机场

中图分类号： TM914.4 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）12-0235-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.12.110

机场地面车辆是机场区域内保障飞行用的各种机场用车，其种类繁多且用途广泛。在民用航空机场区域内根据服务对象和用途不同可以将其分为三类：一类是服务于飞机的地面保障车辆，如飞机牵引车、飞机加油车、飞机清水车、飞机除冰车等；另一类是为旅客服务的地面车辆，如人员摆渡车、行李托车、货物装载车等；第三类是保障机场正常运行和安全的地面车辆，包括巡视车、引导车、消防车、场道维护车等车辆。目前机场地面车辆绝大多数仍采用汽油或柴油为燃料，据不完全统计，机场地面车辆耗能占比已超13%。除了大量能源消耗以外，它们还是行业污染气体排放的重要源头之一。

近几年来，作为民航业的“两翼”之一，通用航空得到快速发展，通用航空机场数量迅速增长。据中国民用航空局运输司发布的 《通用航空产业发展情况统计表》（数据截止2017年12月31日）中显示，我国目前已取证的通用机场有81个，未取证的通用机场有220个，在建的通用机场有60个，规划建设的通用机场有377个。[1]民航局印发的《通用航空“十三五”发展规划》中提到，到2020年全国建设500个通用机场。[2]随着通用航空机场的快速增长，通用航空机场地面车辆的需求必然增多，那么随之而来的车辆耗能持续增长，废气排放持续污染的问题将更为突出。所以为了优化生态环境，在我国绿色发展的大背景下，进行太阳能多功能通用航空机场地面车辆的研究，对真正实现机场車辆节能减排，构建绿色低碳通用航空机场具有十分积极重要的意义。

太阳能是一种可再生的绿色资源，且能量巨大。太阳对地球每秒的辐射量如同500万吨煤所产生的能量。假设将地表0.1%的太阳能转化为电能，即便转化率才5%，其每年发电量也相当于全世界能耗总量的40倍。而我国国土面积广阔，2/3以上地区年日照时数超过2200h，太阳能资源丰富。加之太阳能技术不断的进步，特别是20世纪以来，太阳能技术取得了许多重大突破。这些都为发展我国太阳能通用航空机场地面车辆提供了非常有利的条件。从通用航空机场特点来看，机场区域空旷而开阔，无高大障碍物遮挡，有利于车辆更好采光蓄能。与民用航空机场相比，通用航空机场具有规模小、作业量少、业务种类多等特点，如按照民用航空机场配备全套地面车辆无疑是浪费资源，因此通过功能整合优化设计的多功能机场车辆将更加实用。

1 初步研究设计概况

初步设计的太阳能多功能通用航空机场地面车辆是一款集人员摆渡、运输货物、小型飞机飞机牵引、场内巡视、引导等多种功能于一身的机场用车。车身总长3.8米，宽2米，高1.5米，轴距2.5米；整车重量500千克；车上设有座椅，可供6人乘坐；另根据功能需要配备拖挂、通讯、监控等设备。该车预计最大车速为50km/h，当车速20km/h行驶时，续航里程可达100km。

2 系统工作原理

该车采用太阳能附加蓄电池供电方式提供电能。阳光照射太阳能电池阵列，通过能量转化产生电流。电流能传输到蓄电池贮存，也可以直接传输到电动机控制器为车辆提供动力，或者两者的结合。当阳光充足光照较强的情况下，电流可直接驱动电机，多余电流由蓄电池储存。当光照不足太阳能电池阵列不能产生足够的能量时，蓄电池所储存的能量将用来补充电池阵列。当然，当车辆静止时，来自太阳能电池阵列的全部能量被储存在蓄电池里。

蓄电池为整车提供总的动力来源，如同车辆额心脏，因此至关重要。该车采用双组电池串联组成，额定电压48V，并配有电池保护器，避免电池出现过放电现象。系统通过电机控制器对电压和电流进行控制得合适的电压和电流，进而使车辆得到合适的动力。系统采用DC-DC转换器，转变输入电压后有效输出固定电压，支持车载用电设备的使用。

3 太阳能电池阵列

综合考虑太阳能电池转化率、尺寸、重量、成本等因素，该车选用了单晶硅太阳能电池。 单晶硅的太阳能电池板转化率在17%到18%之间，大部分的平均转化率在17.5%左右，是目前为止转化率比较高的材质。在车辆顶棚可铺设太阳能电池板的尺寸为2750mm×1380mm。选取125mm×125mm×18mm规格的单晶硅太阳能电池板，电池板之间的横向与纵向间距均为1.5mm。整个顶棚工铺设200块电池板。单片单晶硅太阳能电池板面积为S=125mm×125mm=15625mm2，则实际功率P=1000w/m2×1.5625×10-2m2×17.5%×200×95%=519.53125w。该车太阳能电池阵列方案可提供超过500w的功率。

4 太阳能多功能通用航空机场地面车辆优势分析

（1）从环境保护方面分析：太阳能多功能通用航空机场地面车辆以光电代油，可有效节约燃油资源；车辆不用燃油，没有有害气体排放，使用过程无污染；不需要使用内燃机，在行驶时就不会有像燃油汽车那样巨大的内燃机轰鸣声，所以噪音小，不会对环境产生噪音污染等。

（2）从能源利用方面分析：根据卡诺循环的规律，在能量转换过程中燃油车热效率比较低，只有1/3左右的能量消耗在推动车辆前进上。而太阳能多功能通用航空机场地面车辆不受该规律限制，90%的能量都用于推动车辆前进，因此对能源利用更为有效。

（3）从功能结构方面分析：太阳能多功能通用航空机场地面车不需要内燃机、变速箱、离合器、散热器、传动轴、排气管等零部件，结构设计简单，制造难度也相对降低。该车功能多样，局部采用模块化设计，功能模块转换便捷，可灵活应对通用航空机场多种工作需求。该车可以作为摆渡车，承载旅客往返机场与候机厅；将座椅模块摘除，安装载物托盘模块后可以运载行李及货物；既可以拖挂小型飞机，也可以拖挂燃油加注设备或是农化作业药剂设备等。

（4）从使用维护方面分析：该车操作界面和控制系统均进行进了简化设计，更易于工作人员的操作，可降低因操作失误造成的事故率。另外车辆日常维护便捷，除了定期更换蓄电池以外，无需像燃油车那样时常需要更换机油，添加冷却液。

（5）从外观设计方面分析：太阳能多功能通用航空机场地面车外观新型，造型美观大方，形态亲切宜人，更易于融入通用航空机场环境。

通过该研究初步实现了太阳能多功能通用航空机场地面车辆的小型化、轻量化、安全化、环保化、节能化、控制智能化、能源光电化、技术高新化、多用途化……以够满足通用航空机场的使用的实际需要。虽然从目前市场情况来看机场地面车辆仍然只是整个车辆市场一个很小的分支，与通用航空机场配套的地面车辆尚属空白，但随着我国通用航空事业的蓬勃发展，通用航空机场建设与投入使用，其需求量必然大幅增长，未来市场前景广阔！

【参考文献】

[1]中国民用航空局运输司，《我国通用航空产业发展情》，IB-TR-2018-02，2018-3-19.

[2]中国民用航空局，《通用航空“十三五”发展规划》，2016-12.