飞机地面滑行/推进系统研究

占新民

摘要：通过对比分析市场上已有或在研的、非发动机动力滑行的不同飞机地面滑行/推进系统的优缺点，为国内类似系统的研发提出参考意见和建议。

关键词：飞机地面滑行；滑行系统；拖车；辅助滑行系统；电动绿色滑行

Keywords： aircraft ground taxiing；taxiing system；towing cart；alternative taxiing system；electric green taxiing system

0 引言

目前，行业中对飞机地面滑行/推进系统（AGPS）或辅助滑行系统（ATS）的研究方向主要为避免使用发动机从停机位（登机位）滑行到跑道头而研发的以电为动力的可替代装置，AGPS可安装在飞机上，也可在地面使用，以降低飞机滑行时的燃油消耗，提高飞机滑行效率，达到减少碳排放、降低维修成本的目的（见图1）。

1 地面滑行/推进系统（AGPS）的优点

使用地面滑行/推进系统将为运营人带来节省燃油成本、排放成本、维护成本和时间成本四个方面的益处。

1.1 燃油成本

根据ICAO中对于飞机滑行阶段的油耗估算建议值7%，假定飞机滑行中发动机工作处在7%的性能状态，相当于慢车，那么窄体机（A320）燃油消耗率为0.1kg/s。对于4发的A380飞机，燃油消耗率为1.2kg/s。飞机在繁忙机场的滑行和等待时间经常会超过一个小时甚至更久（见图2），耗油将更多，采用AGPS后将大大降低燃油成本。

1.2 时间成本

采用AGPS系统的飞机，完全无需常规的复杂耗时的“推出”（PUSH-BACK）程序，当其他飞机向塔台报告完毕等待拖车时，采用AGPS的飞机可以挂上“倒挡”先滑行出去，从而节省宝贵的时间。

1.3 排放成本

排放可分为噪声和污染，很多机场对噪声有时段限制，如规定早上6点前不得超过所限定的分贝，使用AGPS的飞机因先行推出有可能排上更早的班次，例如，某飞机5：45推出，6点滑到跑道入口刚好可以起动发动机起飞。在污染控制方面，目前欧洲对民航飞机的碳排放税约为每吨4欧元，每节省一吨燃油可实现碳减排3.15吨。由于航空发动机工作状态是针对高空巡航状态进行优化的，地面慢车状态时的排放参数表现较差（见表1），因而其碳排放表现不如使用AGPS的飞机。

1.4 维护成本

据统计，正常发动机的维护成本在100美元/飞行小时，使用AGPS后，由于减少了发动机的工作时间，也就降低了发动机的维护成本。此外，滑行期间不使用发动机将极大降低FOD（机场跑道异物）对发动机造成损害的可能，而目前由FOD造成的维护成本一般估计为22美元/每航班。考虑到常规滑行期间对飞机碳刹车盘的磨损，预计应用AGPS后刹车组件的使用时间可延长20%～30%。

综上，AGPS的应用有望带来可观的成本节省，尤其是应用于繁忙的大型机场，市场前景看好。

2 地面滑行/推进系统（AGPS）类型介绍

拖车除了常规的“拖车+拖把”或“无拖把（抱轮式）”方式外出现了新的类型，下面介绍4种新的典型飞机地面滑行/推进系统/方式（见表2）。

2.1 Taxibot半自动滑行拖车（前轮驱动型）

在常规抱轮式拖车基础上，改进了抱轮机构（见图3、图4），并在拖车上增设了能感知前轮转弯和飞机刹车动向的传感器。这种设计使得飞行员可以在驾驶舱直接操控飞机滑行。

Taxibot具有以下优势：

1）无需对飞机系统进行改装；

2）无需更改APU；

3）对飞机没有增重，无需减载；

4）使用柴油发动机，动力足，适合各种机型的快速和长距离拖行和滑行。滑行速度快，接近正常飞机自滑行的速度，约20～23节。试验中，拖行74吨的A320飞机可以达到41km/h（23节）；

5）飞行员可以在驾驶舱与平时一样通过前轮转弯手柄和刹车脚踏直接操控滑行；常规推出动作由拖车司机完成，当推出程序结束后，操纵权交由飞行员开始滑行；到达跑道入口后，拖车脱离，由司机驾驶返回，也可以拖行另一架落地飞机滑行回停机坪；

6）操作使用十分方便，飞行员仅需进行很短时间的电子文件学习培训（无需使用模拟器培训）；

7）可以保护前起落架，使其始终不超过最大允许转弯角度和最大允许的疲劳负载（过大的刹车或加速带来的受力）；

8）在容易打滑和结冰道面滑行比传统方式更安全。

使用Taxibot将飞机滑行到跑道头带来的挑战包括：

1）对现有大型机场滑行运行规则将产生重大改变，需要航空公司/机场/空管多方进行协调；

2）拖车返回时与其他飞机在滑行道上有冲突的可能；

3）需要在跑道头设置“发动机启动区”；

4）在跑道头区域因飞机故障无法自身滑行或臨时改变起飞方向时，需要制定应急方案；

5）虽然滑行过程节省了燃油使航空公司获益，但拖车的投入可能是多方的，行业方面需要平衡协调多方利益。

该型AGPS的远期发展包括：柴油发动机改为更加经济的锂电池或氢燃料电池；通过遥控方式进行无人驾驶；智能自动驾驶（需依赖机场精确定位技术和自动驾驶技术的同步支持）。

Taxibot已經在德国法兰克福机场、印度德里机场等部分国外机场试用，并已获得EASA、FAA和DGCA等机构的认证，还取得了中国民航局的A320系列的认证，正在进行波音737的认证。

Taxibot类型设备是未来拖车主要发展方向。

2.2 Mototok遥控电动拖车（前轮驱动型）

与常规抱轮式拖车比较，Mototok使用锂电池作为动力，电—液压抬轮/抱轮，通过无线电遥控器操控（见图5）。

Mototok外观尺寸较小，无线电遥控器精准控制，适合在维修区域移动飞机场合或在登机廊桥的飞机推出场合应用。但是，Mototok是由地面人员使用遥控器进行操作的，移动速度较慢，不适合飞机快速滑行应用。

2.3 WheelTug前轮加装电驱动设备

WheelTug由集成电机的新型前轮以及相应控制组件、驾驶舱控制面板组成，APU供电（见图6）。优势在于飞行员可以在滑行期间操控自如，完全掌控飞机的速度及方向。不足包括：需要对飞机进行改装，需要STC取证，研发投入较大；改装对飞机增重；因受APU供电能力以及前轮电机尺寸限制影响，滑行速度较慢。

2.4 EGTS主轮加装电驱动设备

EGTS系统借由辅助动力装置（APU）的发电机驱动安装于主起落架上的电动马达，进而带动主轮滑行（见图7）。飞行员可以在滑行期间自如操控，完全掌控飞机的速度及方向。但受APU供电能力影响，滑行速度较慢。同样地，需要对飞机进行改装取得STC认证，改装会带来重量的增加；可能涉及 APU的换装；系统研发投入大。

由于油价长期走低以及需要APU换装，EGTS项目（霍尼韦尔公司和赛峰集团联合研制）已在2016年下马。

2.5 其他类型拖车

1）常规拖车：将柴油发动机改为电池，拖车小型化（见图8、图9）。

2）简易型拖车：适合短距离拖行通航小飞机（见图10）。

3 建议

1）Taxibot类型设备是目前具有较高的滑行速度和较强动力的设备，应是未来拖车主要发展方向。该类型设备可考虑作为重点研发方向之一，实现国产替代。

2）Mototok类型设备体积小巧、控制灵活，适合在维修区域移动飞机或在登机位飞机推出场合使用。可考虑作为重点研发方向之一，实现国产替代。

3）WheelTug和EGTS类型设备投入大，涉及飞机改装，STC取证程序复杂。滑行效率受APU供电能力限制的影响，在增重/减载、节省燃油以及滑行效率上需要权衡考虑。对于目前市场上运营的机型不建议研发投入。

参考文献

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