新能源機(jī)場(chǎng)消防車的發(fā)展趨勢(shì)分析

劉勇 李冰 張向輝 韓意

摘要：隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人口的劇增以及生活水平的不斷提升，世界能源的需求量持續(xù)增大，由此導(dǎo)致對(duì)能源資源的爭(zhēng)奪日趨激烈，環(huán)境污染嚴(yán)重以及環(huán)保壓力加大。因此，全球各國(guó)都在開(kāi)發(fā)新興能源。作為全球經(jīng)濟(jì)大國(guó)的中國(guó)提出，在2050年中國(guó)可再生能源占能源消費(fèi)比例60%以上。同樣，國(guó)內(nèi)“新興綠色機(jī)場(chǎng)”建設(shè)也緊跟環(huán)保的“步伐”，傳統(tǒng)燃油車輛正逐步被新能源車輛所替代，如行李輸送車、飛機(jī)牽引車、客梯車等都采用電動(dòng)形式。對(duì)于機(jī)場(chǎng)消防車來(lái)說(shuō)一直沒(méi)有強(qiáng)制性要求采用電動(dòng)模式，本文結(jié)合目前全球機(jī)場(chǎng)消防車的技術(shù)現(xiàn)狀以及未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，分析了新能源機(jī)場(chǎng)消防車發(fā)展的方向及相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：機(jī)場(chǎng)消防車;新能源;發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：U469.68

收篇日期：2021-11-15

DOI：10.19999/i.cnki.1004-0226.2022.03.005

1傳統(tǒng)形式機(jī)場(chǎng)消防車

目前全球最先進(jìn)的機(jī)場(chǎng)消防車主要以專用底盤改裝為主，其一般擁有高機(jī)動(dòng)性、高越野性、大載液量、高自動(dòng)化等特點(diǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)采用后置形式布置，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)底盤、消防泵以及液壓泵，以實(shí)現(xiàn)高速行進(jìn)中滅火的功能。部分車輛加裝有重型穿刺臂，可直接對(duì)客機(jī)機(jī)艙進(jìn)行穿刺滅火。其形式主要布置如圖1所示。

現(xiàn)有的專用底盤機(jī)場(chǎng)消防車由于要滿足整車總質(zhì)量約40t的前提下具備高加速能力，所以車輛的動(dòng)力基本全部采用內(nèi)燃機(jī)形式，發(fā)動(dòng)機(jī)功率集中在700～1400hp（雙發(fā)布置）之間。

采用內(nèi)燃機(jī)優(yōu)勢(shì)主要有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：

a.可持續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)。GB7956.1-2014《消防車第1部分：通用技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：在額定工況下消防車的持續(xù)作業(yè)能力不低于6h，且需要滿足車輛在行駛100k的情況下以額定工況工作不低于2h。現(xiàn)實(shí)滅火中部分消防車的持續(xù)作業(yè)能力可達(dá)40～70h（在持續(xù)不斷地補(bǔ)充燃油的情況下）。

b.環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)可以在-55C～70℃環(huán)境下正常工作，環(huán)境適應(yīng)范圍廣，可以適應(yīng)全天候、全地域穩(wěn)定工作。

c.車輛工作時(shí)安全性較高。內(nèi)燃機(jī)技術(shù)發(fā)展近百年歷史，依靠燃油在缸體內(nèi)燃燒獲得動(dòng)力，技術(shù)成熟度高，安全可靠。

2新能源機(jī)場(chǎng)消防車的技術(shù)現(xiàn)狀

在2021年第十九屆國(guó)際消防展上美國(guó)豪士科和四川消消防車輛制造有限公司都展出了新能源機(jī)場(chǎng)消防車，這兩款車型也代表了目前世界新能源機(jī)場(chǎng)車技術(shù)的較高水平。

2.1美國(guó)豪士科混合動(dòng)力機(jī)場(chǎng)消防車

美國(guó)豪士科混合動(dòng)力機(jī)場(chǎng)消防車（圖2）的動(dòng)力采用柴油機(jī)+蓄電池組混合動(dòng)力形式，混合動(dòng)力形式的車輛集成了純電動(dòng)車輛和內(nèi)燃機(jī)車輛的優(yōu)勢(shì)于一體：車輛出庫(kù)或者候場(chǎng)時(shí)由蓄電池提供動(dòng)力;需要進(jìn)行高速行駛或者持續(xù)滅火時(shí)則由內(nèi)燃機(jī)提供動(dòng)力;低溫環(huán)境使用時(shí)若蓄電池?zé)o法提供動(dòng)力則可以依靠?jī)?nèi)燃機(jī)提供動(dòng)力。

該車進(jìn)行消防作業(yè)時(shí)主要工作模式如下：

a.車輛啟動(dòng)出庫(kù)時(shí)，電動(dòng)模式自動(dòng)響應(yīng)，此時(shí)車輛動(dòng)力由蓄電池組提供。

b.車輛在跑道邊長(zhǎng)時(shí)間候場(chǎng)時(shí)，先由電池組提供空調(diào)或者暖風(fēng)用電，零排放運(yùn)行，此時(shí)蓄電池提供動(dòng)力時(shí)噪聲值最小;當(dāng)持續(xù)候場(chǎng)時(shí)間較長(zhǎng)，蓄電池完全放電后，此時(shí)由底盤柴油機(jī)提供動(dòng)力。

c.車輛需要加速到達(dá)起火點(diǎn)時(shí)，混動(dòng)模式開(kāi)始發(fā)揮作用，內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)同時(shí)工作，0～80km/h加速時(shí)間小于25s。

d.車輛減速接近著火現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，制動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為電動(dòng)進(jìn)行存儲(chǔ)。

e.車輛高速行駛的同時(shí)滅火時(shí)，由內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)提供雙動(dòng)力供底盤和消防泵使用。

f.車輛駐車實(shí)施持續(xù)作業(yè)滅火時(shí)，僅由底盤內(nèi)燃機(jī)提供動(dòng)力給消防泵。

2.2川消消防車輛有限公司的純電動(dòng)機(jī)場(chǎng)消防車

川消消防車輛有限公司的純電動(dòng)機(jī)場(chǎng)消防車（圖3）由中國(guó)民用航空飛行學(xué)院科研團(tuán)隊(duì)組織科研項(xiàng)目攻關(guān)，聯(lián)合清華大學(xué)和四川川消消防車輛制造有限公司，在創(chuàng)新全電驅(qū)動(dòng)、動(dòng)力傳動(dòng)匹配、多電機(jī)分布式驅(qū)動(dòng)協(xié)同控制、整車熱安全控制等關(guān)鍵技術(shù)上進(jìn)行突破，破解機(jī)場(chǎng)專用消防車滿載高加速及重載高速動(dòng)態(tài)平衡的技術(shù)難題。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)車輛設(shè)計(jì)、性能模擬、部件研發(fā)、整車集成等環(huán)節(jié)，研制出具有國(guó)內(nèi)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全球首輛高性能純電動(dòng)機(jī)場(chǎng)消防車。目前搜集到的車輛整車參數(shù)如下：

a.滿載39t時(shí)，0～80km/h的加速時(shí)間為19.1s。

b.最大行駛速度為125km/h。

c.全功率噴射消防行駛速度超過(guò)50km/h，兼具主力泡沫車的高載液能力和快調(diào)車的高動(dòng)力性能。

3新能源機(jī)場(chǎng)消防車的發(fā)展趨勢(shì)

純電動(dòng)形式的車輛在低噪音、加速時(shí)間、排放、經(jīng)濟(jì)性等方面都能迎合“綠色機(jī)場(chǎng)”的建設(shè)發(fā)展，但是以下幾方面需要進(jìn)行提升。

3.1持續(xù)作業(yè)能力有待加強(qiáng)

GB7956.10《機(jī)場(chǎng)消防車》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，普通的內(nèi)燃機(jī)形式的機(jī)場(chǎng)消防車持續(xù)作業(yè)能力不低于6h，對(duì)電動(dòng)消防車的持續(xù)作業(yè)能力則要求不低于1h。若飛行器或者機(jī)場(chǎng)建筑物發(fā)生大型火災(zāi)，需要長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)攻堅(jiān)作戰(zhàn)時(shí)，電動(dòng)形式的車輛持續(xù)工作能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足滅火需求，而燃油形式的車輛可以持續(xù)幾十小時(shí)以上，所以電動(dòng)形式的消防車在持續(xù)作業(yè)能力的層面需要提升。

3.2環(huán)境適應(yīng)性有待提升

我國(guó)地域面積大，南北相差約50個(gè)緯度，溫度范圍覆蓋-55～70℃。目前車輛常用的磷酸鐵鋰電池在高溫環(huán)境下還可以適應(yīng)，但是在低溫環(huán)境下電池放電速度減慢，駕駛里程及持續(xù)作業(yè)能力大大縮減。目前市場(chǎng)上純電動(dòng)形式的家用轎車在東北三省等寒冷地區(qū)基本沒(méi)有，其根本原因是在低溫環(huán)境下蓄電池的續(xù)航使用能力不滿足要求，因?yàn)樵诘蜏丨h(huán)境下消防車若采用純電動(dòng)形式的話，很可能在滅火過(guò)程中發(fā)生“火還沒(méi)有撲滅，車輛已經(jīng)沒(méi)有動(dòng)力”的問(wèn)題。

3.3電池組自身的安全性有待提高

電池組放電需要內(nèi)部的電解質(zhì)等物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此電動(dòng)汽車自燃的現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮。如果大型機(jī)場(chǎng)車輛電池組發(fā)生自燃，整車基本報(bào)廢。另外，機(jī)場(chǎng)消防車作為動(dòng)力性和越野型最好的車輛之一，緊急出動(dòng)時(shí)可能越過(guò)跑道的壕溝、高速轉(zhuǎn)彎等，這樣電池在振動(dòng)中或者車輛側(cè)翻以后由于內(nèi)部介質(zhì)不穩(wěn)定，有發(fā)生爆燃的隱患，出現(xiàn)這種情況將導(dǎo)致整車燒毀。

3.4車輛持續(xù)候場(chǎng)能力有待提升

現(xiàn)有純電動(dòng)車輛可能只考慮從車庫(kù)里出發(fā)直接奔赴起火現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行滅火作業(yè)，而像軍用機(jī)場(chǎng)或者有重大飛行任務(wù)需要車輛長(zhǎng)時(shí)間（10～20h）候場(chǎng)保障的時(shí)候，車輛的電池性能在長(zhǎng)時(shí)間耗電后是否具備滅火能力還有待考證。

4結(jié)語(yǔ)

混動(dòng)模式是目前機(jī)場(chǎng)消防車發(fā)展的方向，因?yàn)檫@種模式既解決了蓄電池?zé)o法持久作業(yè)和低溫環(huán)境的適應(yīng)能力差的問(wèn)題，又解決了內(nèi)燃機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工作帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題。純電動(dòng)形式的機(jī)場(chǎng)消防車則會(huì)隨著蓄電池蓄能的提升以及環(huán)境適應(yīng)性的提升，成為最終發(fā)展的方向，隨著蓄電池各項(xiàng)性能指標(biāo)的提升，純電動(dòng)機(jī)場(chǎng)消防車將逐步提升自身的各項(xiàng)性能指標(biāo)，最終滿足全天候、全地域和持續(xù)作戰(zhàn)的需求。

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作者簡(jiǎn)介：

劉勇，男，1985年生，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)橄儡嚨难邪l(fā)設(shè)計(jì)。