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)致對能源資源的爭奪日趨激烈，環(huán)境污染嚴(yán)重以及環(huán)保壓力加大。因此，全球各國都在開發(fā)新興能源。作為全球經(jīng)濟(jì)大國的中國提出，在2050年中國可再生能源占能源消費(fèi)比例60%以上。同樣，國內(nèi)“新興綠色機(jī)場”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形式。對于機(jī)場消防車來說一直沒有強(qiáng)制性要求采用電動模式，本文結(jié)合目前全球機(jī)場消防車的技術(shù)現(xiàn)狀以及未來發(fā)展的趨勢，分析了新能源機(jī)場消防車發(fā)展的方向及相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：機(jī)場消防車;新能源;發(fā)展趨勢

中圖分類號：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)場消防車

目前全球最先進(jìn)的機(jī)場消防車主要以專用底盤改裝為主，其一般擁有高機(jī)動性、高越野性、大載液量、高自動化等特點(diǎn)。發(fā)動機(jī)采用后置形式布置，可同時驅(qū)動底盤、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，所以車輛的動力基本全部采用內(nèi)燃機(jī)形式，發(fā)動機(jī)功率集中在700～1400hp（雙發(fā)布置）之間。

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

a.可持續(xù)工作時間長。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?，F(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)燃燒獲得動力，技術(shù)成熟度高，安全可靠。

2新能源機(jī)場消防車的技術(shù)現(xiàn)狀

在2021年第十九屆國際消防展上美國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)場消防車，這兩款車型也代表了目前世界新能源機(jī)場車技術(shù)的較高水平。

2.1美國豪士科混合動力機(jī)場消防車

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

該車進(jìn)行消防作業(yè)時主要工作模式如下：

a.車輛啟動出庫時，電動模式自動響應(yīng)，此時車輛動力由蓄電池組提供。

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

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

d.車輛減速接近著火現(xiàn)場時，制動能量轉(zhuǎn)化為電動進(jìn)行存儲。

e.車輛高速行駛的同時滅火時，由內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)提供雙動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，僅由底盤內(nèi)燃機(jī)提供動力給消防泵。

2.2川消消防車輛有限公司的純電動機(jī)場消防車

川消消防車輛有限公司的純電動機(jī)場消防車（圖3）由中國民用航空飛行學(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、動力傳動匹配、多電機(jī)分布式驅(qū)動協(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)場專用消防車滿載高加速及重載高速動態(tài)平衡的技術(shù)難題。在此基礎(chǔ)上，通過車輛設(shè)計(jì)、性能模擬、部件研發(fā)、整車集成等環(huán)節(jié)，研制出具有國內(nèi)自主知識產(chǎn)權(quán)的全球首輛高性能純電動機(jī)場消防車。目前搜集到的車輛整車參數(shù)如下：

a.滿載39t時，0～80km/h的加速時間為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50km/h，兼具主力泡沫車的高載液能力和快調(diào)車的高動力性能。

3新能源機(jī)場消防車的發(fā)展趨勢

純電動形式的車輛在低噪音、加速時間、排放、經(jīng)濟(jì)性等方面都能迎合“綠色機(jī)場”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)場消防車持續(xù)作業(yè)能力不低于6h，對電動消防車的持續(xù)作業(yè)能力則要求不低于1h。若飛行器或者機(jī)場建筑物發(fā)生大型火災(zāi)，需要長時間持續(xù)攻堅(jiān)作戰(zhàn)時，電動形式的車輛持續(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)幾十小時以上，所以電動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

我國地域面積大，南北相差約50個緯度，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。目前市場上純電動形式的家用轎車在東北三省等寒冷地區(qū)基本沒有，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形式的話，很可能在滅火過程中發(fā)生“火還沒有撲滅，車輛已經(jīng)沒有動力”的問題。

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)，因此電動汽車自燃的現(xiàn)象屢見不鮮。如果大型機(jī)場車輛電池組發(fā)生自燃，整車基本報(bào)廢。另外，機(jī)場消防車作為動力性和越野型最好的車輛之一，緊急出動時可能越過跑道的壕溝、高速轉(zhuǎn)彎等，這樣電池在振動中或者車輛側(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)候場能力有待提升

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

4結(jié)語

混動模式是目前機(jī)場消防車發(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)能力差的問題，又解決了內(nèi)燃機(jī)長時間工作帶來的環(huán)境污染問題。純電動形式的機(jī)場消防車則會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，純電動機(jī)場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。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉勇.專用底盤機(jī)場消防車結(jié)構(gòu)簡析[J].專用汽車，2018（11）：82-86.

[2]劉勇，孟程芳，王福金，等.淺談我國機(jī)場消防車的技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展[J].專用汽車，2018（4）：70-73.

[3]GB7956.1-2014消防車第1部分通用技術(shù)條件2014[S].

作者簡介：

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