机场LED 嵌入式灯具的优势及应用分析

冷广武

（新疆机场（集团）有限责任公司，乌鲁木齐830016）

1 引言

近年来，我国民航运输业大力发展，“十四五”期间要求加快建设民航重大基础设施项目，到2025 年全国运输机场新增30 个以上。由此将要面临的是民用机场服务水平、飞行安全保障能力和机场饱和运量等要求的提升，尤其是机场安全管理面临着较大的生产压力。其中，目视助航灯光系统与飞行安全密切相关[1]，据不完全统计，70%的飞行事故发生在进近着陆阶段[2]，因此，目视助航灯光系统是航空器着陆、地面滑行的重要参考。

目前，规范对机场助航灯光系统的要求也较为严格：二类和三类运行条件下，任何时间必须保证跑道中线灯的完好率为95%、跑道边灯的完好率为95%，滑行道中线灯的完好率要达到90%，进近灯的完好率达到95%，跑道入口灯和末端灯都只能有1 盏灯具不亮。在民航业迅速发展与助航灯光要求严格的条件下，原来的助航灯光被动工作方式已逐渐不能适应发展要求，相应的传统卤素式灯具、立杆式灯具在应用过程中局限性明显[3]。

面对机场运行效率不断提升的前提下，本文着重对助航灯光系统中的LED 嵌入式灯具进行分析，详细论述LED 灯具相对卤素式灯具的优势，并从巡检时长、维修时长、除冰雪效率等方面提出嵌入式灯具相对于立杆式灯具的特点。最后，通过乌鲁木齐国际机场实际案例，验证LED 嵌入式灯具的应用效果。研究结果可为提高助航灯光系统的可靠性及保障飞行区运行安全提供技术参考。

2 LED 灯具的优势

灯具的光学结构通常是由光源、内部光学部件和投光窗口棱镜组成。考虑到较低的凸出道面高度，通常采用折射率高的玻璃材质制作窗口棱镜，光损耗一般比较大。传统的卤素灯具是利用钨丝发光，而LED 灯具是由二极管直接发光，且二极管本身可发出白、黄、红、绿、蓝等颜色灯光，避免了加装滤色片所产生的折射和反射等光损，较嵌入式卤素光源的折射发光更加直接，由发光口直接投射出来（见图1）。

图1 卤素滑边灯和LED 滑边灯

LED 灯的原理就是透过内部LED 芯片发光，灯光属于冷色系，穿透力较弱，够亮，节能，性能稳定，寿命长，启动迅速没有延迟。LED 灯具对比传统卤素灯具，在运行稳定性、光源寿命、颜色、发光的均匀性、节能方面的优势明显，其故障率低，成为减少维护人员工作量、提高助航灯光系统运行稳定性、转移工作重心的较佳选择。

3 嵌入式灯具的优势

嵌入式灯具属于半固定式灯具，灯具由底座和上盖2 部分组成（见图2）。基座安装在道面内部，主要起固定、二次接线穿线等作用，发光部分由灯具上盖完成。相比立式灯具，嵌入式LED 光源灯具的色品图及色温更好，既提高了灯具的光效和光学稳定性，也降低了能耗和温升。由于光源的特性，嵌入式灯具具有更好的机械结构和性能，更稳定可靠的光学构造，现在的投光窗口尺寸已经很小，可以有效减少或完全避免窗口前的凹槽，减少或避免因积水、积雪、积冰、风沙等导致的光学性能降低和改变的现象。

图2 嵌入式灯具的上盖与灯具底座

除此之外，嵌入式灯具在巡检时长、维修时长以及除冰雪效率方面也有明显的优势。

3.1 巡检时长对比

对于立柱式灯具，开展一次灯光巡检工作需要准备维修材料、对车辆检查、空地联系、等待批准、巡检作业等流程，不仅携带的维修构件数量众多，且花费时间至少在25～45 min以上。

而嵌入式跑道边灯因为在道肩外侧布置，因空间体积小、构件耐用、强度高并且力学性能优良，不会发生航空器尾流或道面脱落石子等导致的构件破损但灯具正常发光情况。维修工作只携带整套灯具和维修工具，对比立式灯具可降低车辆行驶中FOD 的产生，将精力均匀地分布在其他跑道灯具上，巡检时长也会因前期准备时间、行驶时间减少至10～30 min。

3.2 维修时长对比

对于立柱式跑道边灯排故时间最短的灯罩更换工作，需要打开灯罩卡口，取下破损灯罩、内部清洁、安装密封圈、安装新灯罩、找准朝向、固定卡口这6 步，平均时长40 s 左右。冬季一场积雪厚度为2～3 cm 的降雪，需要更换的灯罩就能多达10 个。对于灯泡和整套灯具的更换，则需要5 min 左右。

嵌入式灯具的现场维修一般较为简单，不存在冬季除冰雪导致的灯罩破损问题。通常是采用现场更换灯具上盖部分，一人独立使用电动扳手，更换时间为2 min 左右，较立式整套灯具的更换时间能节省至少60%以上。

3.3 除冰雪效率对比

相比于嵌入式灯具，立柱式灯具直接影响除冰雪工作效率：（1）立式滑行道边灯的蓝色灯罩体积较大，导致除冰雪作业过程中灯罩极易被吹起的雪块、冰块击碎；（2）在滑行道转弯段立柱式灯具，极大地限制了作业车辆的转弯半径，导致冬季积雪不能彻底有效清除在道肩线以外的土面区，致使除雪作业时间延长；（3）立柱式灯具边灯易折件、法兰底盘、法兰底盘固定螺栓、灯具二次线等部位损坏的情况发生。

4 LED 嵌入式灯具的应用案例分析

4.1 乌鲁木齐国际机场的应用

乌鲁木齐国际机场自2011 年开始，对20 世纪八九十年代所采用的卤素光源灯具进行逐步替换，首先对立式滑行道边灯进行分区域分批次地替换，将立式卤素滑行道边灯更换为立式LED 光源滑行道边灯。由于乌鲁木齐冬季漫长，具有降雪频繁、降雪持续时间长、降雪量大的气候特点，除冰雪效率直接影响机场正常运行效率。鉴于嵌入式灯具对除冰雪效率的提升及长期实践经验，2018 年8 月，乌鲁木齐国际机场在跑道盖被灯光改造工程中启用了嵌入式LED 跑道边灯、嵌入式LED 跑道入口末端灯、嵌入式LED 翼排灯，共更换灯具214 套（跑边118 套、入口末端76 套，翼排灯20 套）。

4.2 灯具故障数量的下降

对2013—2019 年乌鲁木齐国际机场的灯具故障数据进行统计，如图3 所示。跑道边灯灯具因2018 年改造后，故障数量呈现明显的下降趋势。立式跑道边灯的主要故障依次为灯泡失效、冬季除雪作业中的灯罩损坏、整套灯具的故障。而2018 年8月更换完成嵌入式LED 跑道边灯后，故障类型仅剩灯具上盖更换这一项，有效改善了从业人员的工作时长和工作效率。

4.3 灯具维修成本的下降

2014—2019 年跑边灯具的直接维修成本的数据统计如图4 所示。可以明显地看出，2019 年跑道边灯的维修直接成本最低，并且故障的3 套灯具尚在保修期内，灯具维修不产生费用。可见，采用LED 灯具在维修成本上具有明显的优势。

表4 2014—2019 年跑道边灯维修情况统计

4.4 除冰雪效率的提升

采用LED 嵌入式灯具前（2017 年）后（2018 年）效果对比分析如图5 所示。使用LED 嵌入式灯具后，单次除雪时间由80 min 减低至40 min，减低幅度达到50%，且未发生因除冰雪作业造成边灯损坏的非正常事件。这有利于在除雪过程中编队车辆能将积雪一次性清除至土面区，避免二次清扫，同时减少吹雪车、抛雪车使用。

图5 采用LED 嵌入式灯具前（2017 年）后（2018 年）效果对比分析

另外，2017 年共计开展跑道除冰雪作业32 次，用时2 552min，可能影响1 117 航班；2018 年共计开展跑道除冰雪作业68次，用时3 198 min，可能影响1 120 航班。根据比对发现，在除冰雪作业时间增加的同时受影响的航班数量并无增长，这主要归功于除冰雪作业时间缩短，在一定程度上，缩短对跑道的占用时间，极大地缓解了因车辆巡视而侵占机场的饱和运量，也降低了因此所产生的相关管理费用。

5 结语

机场LED 灯具在运行稳定性、光源寿命、颜色、发光的均匀性、节能方面的优势明显。在具体使用过程中，按照指令准确地开启、调整光级等方面需要与管制、飞行员进行充分对接。嵌入式灯具巡检时间、整套更换时间可节省时间成本达60%以上，并具有更好的机械结构和使用性能。通过乌鲁木齐国际机场LED 嵌入式灯具的实施应用，从节能减排、巡检时间、维修时间、维修成本、除冰雪效率都得到大幅提高。因此，LED 嵌入式灯具具备一定的推广应用价值。