飛機地面滑行/推進系統研究

占新民

摘要：通過對比分析市場上已有或在研的、非發動機動力滑行的不同飛機地面滑行/推進系統的優缺點，為國內類似系統的研發提出參考意見和建議。

關鍵詞：飛機地面滑行；滑行系統；拖車；輔助滑行系統；電動綠色滑行

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

0 引言

目前，行業中對飛機地面滑行/推進系統（AGPS）或輔助滑行系統（ATS）的研究方向主要為避免使用發動機從停機位（登機位）滑行到跑道頭而研發的以電為動力的可替代裝置，AGPS可安裝在飛機上，也可在地面使用，以降低飛機滑行時的燃油消耗，提高飛機滑行效率，達到減少碳排放、降低維修成本的目的（見圖1）。

1 地面滑行/推進系統（AGPS）的優點

使用地面滑行/推進系統將為運營人帶來節省燃油成本、排放成本、維護成本和時間成本四個方面的益處。

1.1 燃油成本

根據ICAO中對于飛機滑行階段的油耗估算建議值7%，假定飛機滑行中發動機工作處在7%的性能狀態，相當于慢車，那么窄體機（A320）燃油消耗率為0.1kg/s。對于4發的A380飛機，燃油消耗率為1.2kg/s。飛機在繁忙機場的滑行和等待時間經常會超過一個小時甚至更久（見圖2），耗油將更多，采用AGPS后將大大降低燃油成本。

1.2 時間成本

采用AGPS系統的飛機，完全無需常規的復雜耗時的“推出”（PUSH-BACK）程序，當其他飛機向塔臺報告完畢等待拖車時，采用AGPS的飛機可以掛上“倒擋”先滑行出去，從而節省寶貴的時間。

1.3 排放成本

排放可分為噪聲和污染，很多機場對噪聲有時段限制，如規定早上6點前不得超過所限定的分貝，使用AGPS的飛機因先行推出有可能排上更早的班次，例如，某飛機5：45推出，6點滑到跑道入口剛好可以起動發動機起飛。在污染控制方面，目前歐洲對民航飛機的碳排放稅約為每噸4歐元，每節省一噸燃油可實現碳減排3.15噸。由于航空發動機工作狀態是針對高空巡航狀態進行優化的，地面慢車狀態時的排放參數表現較差（見表1），因而其碳排放表現不如使用AGPS的飛機。

1.4 維護成本

據統計，正常發動機的維護成本在100美元/飛行小時，使用AGPS后，由于減少了發動機的工作時間，也就降低了發動機的維護成本。此外，滑行期間不使用發動機將極大降低FOD（機場跑道異物）對發動機造成損害的可能，而目前由FOD造成的維護成本一般估計為22美元/每航班。考慮到常規滑行期間對飛機碳剎車盤的磨損，預計應用AGPS后剎車組件的使用時間可延長20%～30%。

綜上，AGPS的應用有望帶來可觀的成本節省，尤其是應用于繁忙的大型機場，市場前景看好。

2 地面滑行/推進系統（AGPS）類型介紹

拖車除了常規的“拖車+拖把”或“無拖把（抱輪式）”方式外出現了新的類型，下面介紹4種新的典型飛機地面滑行/推進系統/方式（見表2）。

2.1 Taxibot半自動滑行拖車（前輪驅動型）

在常規抱輪式拖車基礎上，改進了抱輪機構（見圖3、圖4），并在拖車上增設了能感知前輪轉彎和飛機剎車動向的傳感器。這種設計使得飛行員可以在駕駛艙直接操控飛機滑行。

Taxibot具有以下優勢：

1）無需對飛機系統進行改裝；

2）無需更改APU；

3）對飛機沒有增重，無需減載；

4）使用柴油發動機，動力足，適合各種機型的快速和長距離拖行和滑行。滑行速度快，接近正常飛機自滑行的速度，約20～23節。試驗中，拖行74噸的A320飛機可以達到41km/h（23節）；

5）飛行員可以在駕駛艙與平時一樣通過前輪轉彎手柄和剎車腳踏直接操控滑行；常規推出動作由拖車司機完成，當推出程序結束后，操縱權交由飛行員開始滑行；到達跑道入口后，拖車脫離，由司機駕駛返回，也可以拖行另一架落地飛機滑行回停機坪；

6）操作使用十分方便，飛行員僅需進行很短時間的電子文件學習培訓（無需使用模擬器培訓）；

7）可以保護前起落架，使其始終不超過最大允許轉彎角度和最大允許的疲勞負載（過大的剎車或加速帶來的受力）；

8）在容易打滑和結冰道面滑行比傳統方式更安全。

使用Taxibot將飛機滑行到跑道頭帶來的挑戰包括：

1）對現有大型機場滑行運行規則將產生重大改變，需要航空公司/機場/空管多方進行協調；

2）拖車返回時與其他飛機在滑行道上有沖突的可能；

3）需要在跑道頭設置“發動機啟動區”；

4）在跑道頭區域因飛機故障無法自身滑行或臨時改變起飛方向時，需要制定應急方案；

5）雖然滑行過程節省了燃油使航空公司獲益，但拖車的投入可能是多方的，行業方面需要平衡協調多方利益。

該型AGPS的遠期發展包括：柴油發動機改為更加經濟的鋰電池或氫燃料電池；通過遙控方式進行無人駕駛；智能自動駕駛（需依賴機場精確定位技術和自動駕駛技術的同步支持）。

Taxibot已經在德國法蘭克福機場、印度德里機場等部分國外機場試用，并已獲得EASA、FAA和DGCA等機構的認證，還取得了中國民航局的A320系列的認證，正在進行波音737的認證。

Taxibot類型設備是未來拖車主要發展方向。

2.2 Mototok遙控電動拖車（前輪驅動型）

與常規抱輪式拖車比較，Mototok使用鋰電池作為動力，電—液壓抬輪/抱輪，通過無線電遙控器操控（見圖5）。

Mototok外觀尺寸較小，無線電遙控器精準控制，適合在維修區域移動飛機場合或在登機廊橋的飛機推出場合應用。但是，Mototok是由地面人員使用遙控器進行操作的，移動速度較慢，不適合飛機快速滑行應用。

2.3 WheelTug前輪加裝電驅動設備

WheelTug由集成電機的新型前輪以及相應控制組件、駕駛艙控制面板組成，APU供電（見圖6）。優勢在于飛行員可以在滑行期間操控自如，完全掌控飛機的速度及方向。不足包括：需要對飛機進行改裝，需要STC取證，研發投入較大；改裝對飛機增重；因受APU供電能力以及前輪電機尺寸限制影響，滑行速度較慢。

2.4 EGTS主輪加裝電驅動設備

EGTS系統借由輔助動力裝置（APU）的發電機驅動安裝于主起落架上的電動馬達，進而帶動主輪滑行（見圖7）。飛行員可以在滑行期間自如操控，完全掌控飛機的速度及方向。但受APU供電能力影響，滑行速度較慢。同樣地，需要對飛機進行改裝取得STC認證，改裝會帶來重量的增加；可能涉及 APU的換裝；系統研發投入大。

由于油價長期走低以及需要APU換裝，EGTS項目（霍尼韋爾公司和賽峰集團聯合研制）已在2016年下馬。

2.5 其他類型拖車

1）常規拖車：將柴油發動機改為電池，拖車小型化（見圖8、圖9）。

2）簡易型拖車：適合短距離拖行通航小飛機（見圖10）。

3 建議

1）Taxibot類型設備是目前具有較高的滑行速度和較強動力的設備，應是未來拖車主要發展方向。該類型設備可考慮作為重點研發方向之一，實現國產替代。

2）Mototok類型設備體積小巧、控制靈活，適合在維修區域移動飛機或在登機位飛機推出場合使用。可考慮作為重點研發方向之一，實現國產替代。

3）WheelTug和EGTS類型設備投入大，涉及飛機改裝，STC取證程序復雜。滑行效率受APU供電能力限制的影響，在增重/減載、節省燃油以及滑行效率上需要權衡考慮。對于目前市場上運營的機型不建議研發投入。

參考文獻

[1] 知乎.2020-2026全球與中國機場電動牽引車市場現狀及未來發展趨勢[EL/OL]. https：//zhuanlan.zhihu.com/ p/336819547.

[2] J Hospodka.Taxibot_system. Electric taxiing–Taxibot system [EL/OL]. https：//www.researchgate.net/publication/304584474_Electric_taxiing_-_Taxibot_system.

[3] M N Postorino et al. Integration between aircraft and handling vehicles during taxiing procedures to improve airport sustainability [EL/OL]. https：// www.witpress.com/elibrary/tdi-volumes/1/1/1114.

[4] TaxiBot Plays Integral Role in Emissions Reduction at Delhi’s IGI Airport[EL/OL]. https：//www.smart-airportsystems.com/news/.

[5] AirAsia Commences TaxiBot Passenger Operations in India [EL/OL].https：//www.smart-airport-systems.com/news/.

[6] Mototok easy moving [EL/OL]. https：//towflexx.de/download/TowflexxBrochure-TF4_EN.pdf.

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