太陽能多功能通用航空機場地面車輛研究

尉藍天　馮霞

【摘 要】隨著通用航空的快速發展，通用航空機場數量迅速增長，機場地面車輛的需求不斷增多。然而現有機場車輛大多數仍采用汽油或柴油為燃料，其能源消耗大，廢棄污染等問題日漸突出。為了優化生態環境，真正實現機場車輛節能減排，本文開展了太陽能多功能通用航空機場地面車輛的研究與初步設計。該研究填補了機場地面車輛的市場空白，對構建綠色低碳通用航空機場具有十分積極重要的意義。

【關鍵詞】車輛；太陽能；通用航空機場；綠色機場

中圖分類號： TM914.4 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）12-0235-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.12.110

機場地面車輛是機場區域內保障飛行用的各種機場用車，其種類繁多且用途廣泛。在民用航空機場區域內根據服務對象和用途不同可以將其分為三類：一類是服務于飛機的地面保障車輛，如飛機牽引車、飛機加油車、飛機清水車、飛機除冰車等；另一類是為旅客服務的地面車輛，如人員擺渡車、行李托車、貨物裝載車等；第三類是保障機場正常運行和安全的地面車輛，包括巡視車、引導車、消防車、場道維護車等車輛。目前機場地面車輛絕大多數仍采用汽油或柴油為燃料，據不完全統計，機場地面車輛耗能占比已超13%。除了大量能源消耗以外，它們還是行業污染氣體排放的重要源頭之一。

近幾年來，作為民航業的“兩翼”之一，通用航空得到快速發展，通用航空機場數量迅速增長。據中國民用航空局運輸司發布的 《通用航空產業發展情況統計表》（數據截止2017年12月31日）中顯示，我國目前已取證的通用機場有81個，未取證的通用機場有220個，在建的通用機場有60個，規劃建設的通用機場有377個。[1]民航局印發的《通用航空“十三五”發展規劃》中提到，到2020年全國建設500個通用機場。[2]隨著通用航空機場的快速增長，通用航空機場地面車輛的需求必然增多，那么隨之而來的車輛耗能持續增長，廢氣排放持續污染的問題將更為突出。所以為了優化生態環境，在我國綠色發展的大背景下，進行太陽能多功能通用航空機場地面車輛的研究，對真正實現機場車輛節能減排，構建綠色低碳通用航空機場具有十分積極重要的意義。

太陽能是一種可再生的綠色資源，且能量巨大。太陽對地球每秒的輻射量如同500萬噸煤所產生的能量。假設將地表0.1%的太陽能轉化為電能，即便轉化率才5%，其每年發電量也相當于全世界能耗總量的40倍。而我國國土面積廣闊，2/3以上地區年日照時數超過2200h，太陽能資源豐富。加之太陽能技術不斷的進步，特別是20世紀以來，太陽能技術取得了許多重大突破。這些都為發展我國太陽能通用航空機場地面車輛提供了非常有利的條件。從通用航空機場特點來看，機場區域空曠而開闊，無高大障礙物遮擋，有利于車輛更好采光蓄能。與民用航空機場相比，通用航空機場具有規模小、作業量少、業務種類多等特點，如按照民用航空機場配備全套地面車輛無疑是浪費資源，因此通過功能整合優化設計的多功能機場車輛將更加實用。

1 初步研究設計概況

初步設計的太陽能多功能通用航空機場地面車輛是一款集人員擺渡、運輸貨物、小型飛機飛機牽引、場內巡視、引導等多種功能于一身的機場用車。車身總長3.8米，寬2米，高1.5米，軸距2.5米；整車重量500千克；車上設有座椅，可供6人乘坐；另根據功能需要配備拖掛、通訊、監控等設備。該車預計最大車速為50km/h，當車速20km/h行駛時，續航里程可達100km。

2 系統工作原理

該車采用太陽能附加蓄電池供電方式提供電能。陽光照射太陽能電池陣列，通過能量轉化產生電流。電流能傳輸到蓄電池貯存，也可以直接傳輸到電動機控制器為車輛提供動力，或者兩者的結合。當陽光充足光照較強的情況下，電流可直接驅動電機，多余電流由蓄電池儲存。當光照不足太陽能電池陣列不能產生足夠的能量時，蓄電池所儲存的能量將用來補充電池陣列。當然，當車輛靜止時，來自太陽能電池陣列的全部能量被儲存在蓄電池里。

蓄電池為整車提供總的動力來源，如同車輛額心臟，因此至關重要。該車采用雙組電池串聯組成，額定電壓48V，并配有電池保護器，避免電池出現過放電現象。系統通過電機控制器對電壓和電流進行控制得合適的電壓和電流，進而使車輛得到合適的動力。系統采用DC-DC轉換器，轉變輸入電壓后有效輸出固定電壓，支持車載用電設備的使用。

3 太陽能電池陣列

綜合考慮太陽能電池轉化率、尺寸、重量、成本等因素，該車選用了單晶硅太陽能電池。 單晶硅的太陽能電池板轉化率在17%到18%之間，大部分的平均轉化率在17.5%左右，是目前為止轉化率比較高的材質。在車輛頂棚可鋪設太陽能電池板的尺寸為2750mm×1380mm。選取125mm×125mm×18mm規格的單晶硅太陽能電池板，電池板之間的橫向與縱向間距均為1.5mm。整個頂棚工鋪設200塊電池板。單片單晶硅太陽能電池板面積為S=125mm×125mm=15625mm2，則實際功率P=1000w/m2×1.5625×10-2m2×17.5%×200×95%=519.53125w。該車太陽能電池陣列方案可提供超過500w的功率。

4 太陽能多功能通用航空機場地面車輛優勢分析

（1）從環境保護方面分析：太陽能多功能通用航空機場地面車輛以光電代油，可有效節約燃油資源；車輛不用燃油，沒有有害氣體排放，使用過程無污染；不需要使用內燃機，在行駛時就不會有像燃油汽車那樣巨大的內燃機轟鳴聲，所以噪音小，不會對環境產生噪音污染等。

（2）從能源利用方面分析：根據卡諾循環的規律，在能量轉換過程中燃油車熱效率比較低，只有1/3左右的能量消耗在推動車輛前進上。而太陽能多功能通用航空機場地面車輛不受該規律限制，90%的能量都用于推動車輛前進，因此對能源利用更為有效。

（3）從功能結構方面分析：太陽能多功能通用航空機場地面車不需要內燃機、變速箱、離合器、散熱器、傳動軸、排氣管等零部件，結構設計簡單，制造難度也相對降低。該車功能多樣，局部采用模塊化設計，功能模塊轉換便捷，可靈活應對通用航空機場多種工作需求。該車可以作為擺渡車，承載旅客往返機場與候機廳；將座椅模塊摘除，安裝載物托盤模塊后可以運載行李及貨物；既可以拖掛小型飛機，也可以拖掛燃油加注設備或是農化作業藥劑設備等。

（4）從使用維護方面分析：該車操作界面和控制系統均進行進了簡化設計，更易于工作人員的操作，可降低因操作失誤造成的事故率。另外車輛日常維護便捷，除了定期更換蓄電池以外，無需像燃油車那樣時常需要更換機油，添加冷卻液。

（5）從外觀設計方面分析：太陽能多功能通用航空機場地面車外觀新型，造型美觀大方，形態親切宜人，更易于融入通用航空機場環境。

通過該研究初步實現了太陽能多功能通用航空機場地面車輛的小型化、輕量化、安全化、環保化、節能化、控制智能化、能源光電化、技術高新化、多用途化……以夠滿足通用航空機場的使用的實際需要。雖然從目前市場情況來看機場地面車輛仍然只是整個車輛市場一個很小的分支，與通用航空機場配套的地面車輛尚屬空白，但隨著我國通用航空事業的蓬勃發展，通用航空機場建設與投入使用，其需求量必然大幅增長，未來市場前景廣闊！

【參考文獻】

[1]中國民用航空局運輸司，《我國通用航空產業發展情》，IB-TR-2018-02，2018-3-19.

[2]中國民用航空局，《通用航空“十三五”發展規劃》，2016-12.