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飞机牵引车 没了它可没法倒机?

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出品|网易新闻

导语:汽车倒车依靠发动机带动轮子,挂个倒挡就可以实现,飞机一旦降落到地面,由于飞机上的机轮没有动力源后退,就只能由飞机牵引车来帮助。特别是航母舰载机牵引车,号称“单车价值百万美元相当于20辆劳斯莱斯”,今天来聊聊飞机牵引车为什么这么贵。

一、 牵引车这么贵,可以让飞机自己倒车吗?

1)飞机发动机向后喷,飞机不就可以后退了吗?

现实中还真有这样的飞机。麦道公司的MD-80系列飞机就能实现反推倒车,这个叫做发动机反推装置。但是这个其实并不是用来倒车的,它的功能应该是刹车,仅在飞机降落到跑道上时用上20秒左右,让部分气流往前吹,帮助飞机减速,实现刹车。


叶栅式反推力装置的工作原理

这个发推倒车功能在很多飞机上都有,但是目前已经被很少使用了,这是因为在反推过程中扬起的杂物和产生的乱流对飞机发动机的寿命并不太友好,而且燃料的消耗也非常巨大,有可能造成追尾或溜机等问题,客机大都禁止用反推装置倒车的,起降条件相对苛刻的C-17、运20等大型运输机,在野外没有飞机牵引车的情况下,能够利用反推进行倒车。


C-17运输机倒车

2)飞机轮子装上动力,能自己倒车吗?

其实关于给飞机轮子加动力的研究已经有很多了,1943年的时候美国就已经率先开始这方面的研究,并且还申请了专利。

2010年一家德国公司研制出了一款飞机电动前轮,不用牵引车,不启用主发动机就能自己在地面行走。但是目前关于飞机机轮真正加装动力设施的消息却基本没有了,原因的就在于尚没有很成熟的技术。

基于现在的科技水平,一套电机对于“斤斤计较”的飞机设计重量可不轻。为了助力飞机在地面行驶,就要飞机全程带着电机来个“免费飞行”,这是妥妥的无效重量,总体来看得不偿失。

再者,机轮要想加装动力装置,位置大概率是在起落架上。但是起落架作为飞机上的一个关键部位,不仅要起到支撑的作用,飞机降落时更需要帮助飞机缓冲吸能使机轮刹车,其内部结构复杂,零部件众多,如果再加装一套动力装置,其出现故障的概率恐怕会大大增加。所以想要飞机轮子依靠自己的力量行走,现在基本是玩不转,所以这个吃力不讨好的活,就只能留给地面上的飞机牵引车来完成了。

二、 拖拉机,成为人类历史上第一辆飞机牵引车

你没有看错,就是拖拉机。

拖拉机以其良好的环境适应性和强大的扭力输出一直被广泛应用于农业耕种。但在第二战期间的一部分拖拉机被“应征入伍”,用来牵引飞机和大炮,甚至在建造航空母舰的工程中也起到了巨大的作用。

1940年应英国皇家空军要求,大卫布朗公司专门研发用于飞机牵引的拖拉机,这种拖拉机有别于传统用途的拖拉机。它们需要能适应较大速度区间的变速箱以及需要额外的配重。


德国舒赫拖拉机

在同时期德国有一种叫做舒赫(Scheuch-Schlepper)的小车,原本是一种结构简单且经济实用的农用拖拉机,可以在后方用螺栓固定一只小轮,变成三轮拖拉机,也可以在车体前后安装钩犁等农机设备。

大约是在1943年前后,德国空军将舒赫拖拉机开发成军用牵引车,可以用它在机场牵引弹药车,更重要的是牵引没有常规起落架的Me-163火箭战斗机。


舒赫拖拉机开发成军用牵引车

在二战中的约克城号航母上也出现了拖拉机的身影,由于当时的舰载机很轻,可以说拖拉机当牵引车非常好用。


约克城号航母上的拖拉机

其实拖动一架几百吨的飞机并不需要上百吨的力量。需要的只是克服轮胎与地面之间的摩擦力,飞机的重力乘以地面的摩擦系数,而摩擦力远小于飞机的重力。因此就有了大力士徒手拉飞机的娱乐表演。除此之外一些汽车厂商为了展示自家汽车的性能,也会进行汽车拖飞机的表演性实验。

三、牵引杆从有到无

专业的车干专业的事, 飞机牵引车按与飞机的牵引连接方式分为有杆式和无杆式两种。

1)有杆式技术在逐渐被淘汰

有杆式是飞机牵引车早期技术,需要根据不同机型的牵引杆才能与飞机连接在一起,而且还需要由自身配重来保证轮胎与地面有足够的摩擦力,空驶时油耗较高。当推着飞机后退时,有杆牵引车在操控难度方面比无杆牵引车要高得多,对驾驶员控制水平要求较高,但是有托杆的牵引车比无托杆的牵引车的适应能力强,不仅可以使用硬式牵引杆,还能使用软式钢索来牵引飞机,可以在一些特殊场合大展神威。


有杆/无杆式飞机牵引车机构对比

2)无杆式:个头不大,力量大,轻松“抱起”大飞机

无杆式的牵引车只通过液压夹持-举升装置抱住并且提升飞机的前轮,牵引车本身将作为飞机的前轮实现飞机的移动。这样不仅可以自由转向,而且能够向飞机提供牵引力,牵引质量比大,可高达20,而常规飞机牵引车仅在5~10之间;驾驶员一人即可完成全部操作,进退操控调度飞机更为灵活准确,最重要的一点,无杆牵引车可以由飞机自身重量为牵引车轮胎提供足够的地面摩擦力。所以车子本体可以做的比较轻,减少了车辆空驶时的能量消耗,简单来说就是把牵引车当成一个带动力的轮子。用它替代了飞机的前轮,这样就能拖着飞机走了,操作简单而且消耗小。


飞机牵引车的的几种基本形态和专业状态

无杆牵引是目前主流飞机牵引车技术,源于军事航空,起初用于调度舰载机,增强飞机的快速反应能力。美英的航母和大型两栖攻击舰上都普遍使用无杆式牵引车。

国外20世纪80年代后出现的大型全功能无杆牵引车,已可用30km/h的高速安全牵引400T的巨型客机,在作业效率、安全性等方面取得了良好的成绩,经济效益明显,在欧美国家已普遍使用。


飞机牵引车典型的机轮夹持-举升机构

全球飞机牵引车主要厂商有TLD group、TUG和TREPEL等,目前主流专用的抱轮式飞机牵引车还是大多被德、法、英、美等欧美公司垄断,不过中国制造也开始崭露头角。

四、 液压机构是飞机牵引车的核心技术壁垒

飞机牵引车是隐形的“土豪车”。在实现进口替代以前,一辆进口牵引车的售价往往在千万元级别,几条轮胎的价格就相当于一辆豪华汽车。其液压机构这块具备一定的经验积累的技术壁垒,更是加高了其的售价。

我国目前只有北京金轮、山东威海广泰等少数几家企业生产飞机牵引车。随着我国电池机动系统和电机驱动系统的快速发展,在关键技术电液混动传动系统实现了突破,国产飞机牵引车性能全面达到了国际标准,倒逼其售价普遍降到了百万级别——这就是“中国制造”的巨大威力。


国产GTL160无杆牵引车

无杆式牵引(抱轮)技术、电力驱动及传动技术、混合动力技术等新技术和新的设计思想被不断应用到飞机牵引车中,从而带来飞机牵引车结构和动力系统的不断开展和变革。

早期的纯机械传动已基本退出了使用舞台,使用电力传动的也不多,混合动力技术目前只限于中小型牵引车上使用。

在民航飞机牵引车领域,由于配套元件、 空间、技术限制等原因,还没有混合动力形式的无杆式飞机牵引车出现。目前飞机牵引车主要采用的是液力传动和液压传动,而且有向后者开展的趋势。液压传动方式由于具有更好的控制性能、更宽的无级变速范围更快的响应速度和更优越的过载保护,布置起来更加灵活方便,特别适宜车身高度低矮、轴距短的飞机牵引车的设计要求,从而替代了液力传动成为了当前飞机牵引车的主要传动方式

国产大飞机C919从总装下线到成功试飞、再到正式商业运营,就有国产无杆牵引车的身影。威海广泰无杆牵引车参与了C919的NTO认证试验过程,完成了匹配试验,成功取得中国商飞签发的第一张无杆牵引车NTO认证(即牵引无技术障碍验证),为大飞机的研制作出了贡献。


国产牵引车为国产大飞机C919护航

随着液压技术的迅速发展,更宽的无级变速范围、更好的动力制动特性、更优越的过载保护和变矩器所没有的连续变换输出动力(大小和方向)的能力,使液压传动方式正逐渐成为大中型飞机牵引车的主流传动方式。

威海广泰研发的双电机直驱“虎跃”飞机牵引车,是一种全桥驱动的中型飞机牵引车,具有多种转向模式、电液智能控制等优势,可服务320吨以下的客、货机。它采用世界首创双电机直驱动力系统,依靠双电机直驱动技术及控制方法,运用线控制动技术、安全冗余控制,辅以车联网等先进技术,在海内外市场广受赞誉。


“虎跃”双电机直驱电动牵引车

结语:国产飞机牵引车起步较晚,但近几年开展迅速。虽然飞机牵引车的覆盖范围、作业能力等方面与国外产品还有一定的差距,但在结构性能上的差距逐渐在减小,从输入国到输出国,从全面落后到换道超车,以我国的“大飞机”为契机,将自主研发出更多具有世界先进水平的飞机牵引车。

参考文献:

[1]《卷宗》飞机牵引车现状分析. 徐红波、李家宇

[2] 飞机牵引车结构及动力传动系统的发展.闫岷、赵立军、姜继海、刘涛

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