MATURITNÍ PRÁCE. Téma: Systémy pro pojíždění letadel bez použití hlavních motorů

Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola dopravní, Praha 1, Masná 18 Masná 18, 110 00 Praha 1

Obor vzdělání:

37-41-M/01 Provoz a ekonomika dopravy

Zaměření:

Letecká doprava

MATURITNÍ PRÁCE

Téma: Systémy pro pojíždění letadel bez použití hlavních motorů

Třída: DL4

Školní rok: 2013/2014

Daniel Stejskal

Prohlašuji, že maturitní práci jsem vypracoval samostatně na základě uvedeného seznamu použité literatury. Souhlasím, aby tato maturitní práce byla použita k výukovým účelům Vyšší odborné školy a Střední průmyslové školy dopravní, Praha 1, Masná 18.

Dne

………………………………… podpis žáka

Poděkování Tímto bych rád poděkoval všem, kteří mi nějakým způsobem pomohli k vytvoření mé práce. Především vedoucímu práce Ing. Janu Váňovi za vedení, věnovaný čas, odborné konzultace a za poskytnuté informace.

Shrnutí Cílem práce je shrnout a porovnat systémy pro pojíždění letadel bez použití hlavních motorů a popsat funkci a vývoj těchto systémů. V první části jsou stručně popsány veškeré projekty, které se zabývají problematikou pojíždění letadel za pomoci jiného zdroje, než jsou hlavní motory. Druhá, nejobsáhlejší část se detailněji zabývá nejperspektivnějším a nejrealističtějším systémem v tomto směru, kterým je systém WheelTug. V další, třetí části je detailněji popsán systém EGTS, který je konkurencí systému WheelTug, ale potýká se s velikým množstvím nedokonalostí. Ve čtvrté části jsou porovnávány dva nejperspektivnější projekty, kterými jsou WheelTug a EGTS. Poslední, pátá část popisuje přínosy použití těchto systémů na Letišti Václava Havla Praha a popisuje důsledky partnerství společností WheelTug a Letiště Praha.

Obsah Úvod: ................................................................................................................................. 1 1

2

Dominantní aktuálně vyvíjené a testované systémy ...................................................... 2 1.1

WheelTug................................................................................................................ 2

1.2

EGTS ...................................................................................................................... 2

1.3

GreenTaxi ............................................................................................................... 3

1.4

DLR electric taxi ..................................................................................................... 3

1.5

TaxiBot ................................................................................................................... 3

WheelTug ...................................................................................................................... 5 2.1

3

Technické řešení jednotlivých komponentů ........................................................... 6

2.1.1

Elektromotory .................................................................................................. 7

2.1.2

APU (Pomocná energetická jednotka) ............................................................ 7

2.1.3

Měniče napětí .................................................................................................. 8

2.1.4

Ovládací panel ................................................................................................. 9

2.1.5

Kabelová vedení ............................................................................................ 10

2.1.6

Software ......................................................................................................... 10

2.2

Instalace systému .................................................................................................. 11

2.3

Údržba ................................................................................................................... 11

2.4

Provozní výhody systému WheelTug ................................................................... 11

2.4.1

Úspory ........................................................................................................... 11

2.4.2

Zvýšení bezpečnosti ...................................................................................... 13

2.5

Přínos pro životní prostředí................................................................................... 13

2.6

Partneři společnosti ............................................................................................... 14

EGTS (Electric Green Taxiing System) ...................................................................... 15 3.1

Jednotlivé komponenty ......................................................................................... 16

3.1.1

Elektromotory ................................................................................................ 16

3.1.2

Řídící jednotka elektromotorů (WACU) ....................................................... 17

3.1.3

Měnič napětí .................................................................................................. 17

3.1.4

Ovládací panel ............................................................................................... 18

3.1.5

Kabelová vedení ............................................................................................ 19

3.1.6

Software ......................................................................................................... 19

3.2

Provozní výhody systému EGTS .......................................................................... 19

4

Porovnání systémů WheelTug a EGTS ....................................................................... 20

5

Použití systémů pro pojíždění letadel bez použití hlavních motorů na Letišti Václava

Havla Praha.......................................................................................................................... 21 5.1

Úspory paliva na Letišti Václava Havla Praha ..................................................... 21

5.2

Letiště Praha a WheelTug ..................................................................................... 21

Závěr: ................................................................................................................................... 23

Seznam vyobrazení Obrázek 1 - Tahač Taxibot při testech s německým dopravcem Lufthansa .......................... 4 Obrázek 2: Rozmístění jednotlivých komponentů na letadle ................................................ 6 Obrázek 3: Schéma zabudování elektromotorů do kol příďového podvozku ....................... 7 Obrázek 4: APU Boeingu 737 ............................................................................................... 8 Obrázek 5: Měniče napětí ...................................................................................................... 9 Obrázek 6: Ovládací panel systému WheelTug .................................................................... 9 Obrázek 8: Možnost manévrování letadla se systémem WheelTug .................................... 12 Obrázek 9: Bezpečnostní zóna B 737 .................................................................................. 13 Obrázek 10: Vliv spalin za letadlem při pojíždění .............................................................. 14 Obrázek 10: Schéma rozmístění jednotlivých komponentů na letadle................................ 16 Obrázek 11: Umístění elektromotoru .................................................................................. 17 Obrázek 12: Řídící jednotka motorů (WACU).................................................................... 17 Obrázek 13: EGTS Controller ............................................................................................. 18 Obrázek 14: Ovládací panel systému EGTS ....................................................................... 18

Seznam tabulek Tabulka 1: Srovnání systémů WheelTug a EGTS ............................................................... 20

Seznam zkratek Zkratka

Význam v angličtině

APU

Auxiliary Power Unit

DLR

German Aerospace Center

FAA

LRU

MMEL

MTOW

Význam v češtině Pomocná energetická jednotka Německé centrum pro letectví a kosmonautiku.

Federal Aviation

Federální úřad pro letectví.

Administration

USA

Line Replecable Unit

V provozu vyměnitelná součástka

Master Minimum

Základní seznam

Equipment List

minimálního vybavení

Maximum Take-off Weight

Maximální vzletová hmotnost Nová generace (označení

NG

New Generation

letounů Boeing 737-600. 700. -800. -900

POA

STC

TWY WACU

Production Organization

Oprávnění organizace k

Approval

výrobě

Supplementary Type

Doplňkové typové

Certificate

osvědčení

Taxiway

Pojezdová dráha

Wheel Actuator Controller

Řídící jednotka ovládání

Unit

kola

Systémy pro pojíždění letadel bez použití hlavních motorů Daniel Stejskal – DL4

2013/2014

Úvod: Téma systémů pro pojíždění letadel bez použití hlavních motorů jsem si vybral, protože letecká doprava patří k nejrychleji se rozvíjejícím druhům dopravy a po skončení hospodářské krize se počítá s velikým nárůstem poptávky právě po tomto druhu dopravy. Aby bylo možné tento předpokládaný nárůst poptávky uspokojit a zároveň splnit požadavky na vývoj, ochranu životního prostředí a ekonomiku, je potřeba vymýšlet nová technická řešení a začít je zavádět do provozu co nejdříve. Globální touha po ropě, jejíž zásoby nám v budoucnu začnou být nedostatečné způsobila, že už dnes se musí celý svět zajímat problémem čím ropu nahradit, nebo alespoň potlačit její spotřebu a to především v dopravě. Z hlediska ekonomického je veliký problém v množství spotřebovaného paliva, kterého letecká doprava spotřebuje zhruba 12% z globální spotřeby. Tím pádem jde i o problém ekologický díky množství emisí vyprodukovaných motory letadel, které činí asi 3% z celkových emisí skleníkových plynů. Většina letišť se dále potýká s problémem hluku nejen na letišti, ale i v jeho okolí. Díky těmto problémům se začal vyvíjet a používat elektromotor. Po použití elektromotoru v automobilech je smysluplné implementovat toto řešení i pro pohon letadel na zemi, čímž se zvýší efektivita a ekologičnost letecké dopravy. Použití elektromotorů při pojíždění na letištích přinese nespočet výhod pro letecké dopravce, kterým ušetří mnoho finančních nákladů a částečně vyloučí všechny již zmíněné problémy. Tato práce pojednává o systémech, které díky elektromotoru umístěnému v kolech podvozku umožní letadlu pojíždět s vypnutými hlavními motory v prostoru letiště.

1


1

2013/2014

Dominantní aktuálně vyvíjené a testované systémy

S novým řešením, které zabezpečí pojíždět letadlům bez použití hlavních motorů přichází hned několik společností a každá vyvíjí svůj systém založený hlavně na elektromotorech.

1.1

WheelTug

Jednou ze společností, která se snaží spojit zvyšující se poptávku a snížení spotřeby paliva, emisí a hluku, se stala společnost WheelTug registrovaná v Gibraltaru. V roce 2005 se uskutečnila první větší událost společnosti. Jednalo se o sérii testů konceptu jejich systému. Testy probíhali v Arizoně ve spolupráci s výrobcem letadel Boeing a leteckým dopravcem Air Canada, která poskytla k testování svůj Boeing 767-200. Dalším zásadním krokem bylo testování trakce systému. V roce 2010 proběhl test trakce na sněhu a o dva roky později i na plochách s různým charakterem tření, např. olejové skvrny. Oba dva testy proběhly v Praze. Aktuálně má společnost WheelTug podepsané dohody se 14-ti dopravci, kteří plánují používat systém téměř v 800 letadlech. Certifikace, po které bude systém připraven se již plně zapojit do letecké dopravy, by měl WheelTug dokončit u Federálního úřadu pro letectví (FAA) dokončit v polovině roku 2015. Ze všech systému se WheelTug jeví jako nejrealističtější.

1.2

Electric Green Taxiing System

Dalším vyvíjeným systémem je Electric Green Taxiing System (EGTS). Tento systém je společným dílem společnosti Safran a Honeywell. Stejně jako WheelTug se tento systém snaží pomocí elektromotorů nahradit hlavní motory při pojíždění. Na rozdíl od systému WheelTug se společnost rozhodla umístit elektromotory na kola hlavního podvozku. Systém je však pořád ve fázi vývoje a potýká se s množstvím problémů, které jsou především zapříčiněny umístěním elektromotorů na kola hlavních podvozkových noh, kde se nacházejí i brzdy a může tak docházet k přehřívání celého systému a zejména brzd letadla. Prvním testem bylo ověření technologie v květnu roku 2011 na letišti Montpellier ve Francii a bylo použito letadlo Airbus A320. Druhý test proběhl v květnu roku 2012 na stejném letišti jako tomu bylo o rok dřív, ale tento test proběhl na letadle Boeing 737-800 německého dopravce TUIfly a sloužil k vyhodnocení vlivu vlastností povrchu TWY.

2


2013/2014

Výrobce plánuje certifikovat systém v roce 2016-2017 a první leteckou společností, která bude systém používat by měla být společnost EasyJet.

1.3

GreenTaxi

Za dalším projektem stála technologická společnost L-3 s Lufthansou, Crane Aerospace a s výrobcem letadel Airbus. Společně vyvíjely systém pojmenovaný GreenTaxi, který využíval dvou elektromotorů umístěných v kolech hlavního podvozku a byl velice podobný systému EGTS. Tím pádem se systém též potýkal s problémem přehřívání elektromotorů. V roce 2011 systém prošel sérií úspěšných testů na letišti ve Frankfurtu. Testování probíhalo na letadle Airbus A320, ale momentálně projekt nepokračuje. Jeho možné použití v praxi je již nereálné. Důvod pro ukončení projektu společnosti nesdělily.

1.4

DLR electric taxi

Posledním systémem, který je zabudován v konstrukci letadla je DLR electric taxi, který je vyvíjen Německým centrem pro letectví a kosmonautiku DLR. V jejich systému jde o dva elektromotory umístěné v kolech příďového podvozku. Není však poháněný pomocí APU, jako je tomu u ostatních systémů, ale energii tento systém získává z nízkoteplotního palivového článku. Palivový článek spotřebovává vodík a kyslík a produkuje vodu, tím přeměňuje chemickou energii na elektrickou. DLR se především zabývá vývojem samotného palivového článku a ne systému jako celku. Využít palivový článek k získání energie na pojíždění je jen jedno z možných využití. V budoucnu by mohl palivový článek nahradit APU, čímž by se ušetřila hmotnost. Vývoj systému začal v roce 2008, kdy palivový článek byl schopný vyvinout energii 25kW. Při prvním testu na letadle Airbus A320, který proběhl v roce 2011 v Hamburku byl výkon palivového článku již 100 kW.

1.5

TaxiBot

Zatímco zmíněné systémy jsou přímo zabudované do konstrukce letadla, tak poslední systém zabývající se problematikou pojíždění letadel je systém TaxiBot, který nijak nesouvisí s konstrukcí letadla, ale také nahradí hlavní motory letounu z procesu pojíždění. Systém TaxiBot je vyvíjený společností Israel Aerospace Industries ve spolupráci se společnostmi Lufthansa a výrobcem letadel Airbus. Jedná se o poloautomatizovaný tahač, který umožní letadlu pohybovat se po plochách letiště bez hlavních motorů a přitom 3


2013/2014

ponechat pilotovi kontrolu nad letadlem. Tahač uchopí příďový podvozek letounu na otočnou plošinu a nepatrně ho zdvihne, aby nebyl příďový podvozek v kontaktu se zemí. I přes to, že tahač bude ovládán pilotem, je nezbytné, aby v tahači byl přítomen řidič, který by po odpojení od letadla odvezl TaxiBot zpět na stojánku. Výkon přes 500 koní tahači postačí k roztlačení plně naloženého Boeingu 747, nebo Airbusu A380. Tento systém je však výhodný pro spíše dálková letadla a doba pojíždění se využitím tohoto systému neurychlí. V současnosti jsou prototypy systému testovány dopravcem Lufthansa na letišti ve Frankfurtu.

Obrázek 1 - Tahač Taxibot při testech s německým dopravcem Lufthansa

4


2

2013/2014

WheelTug

Společnost WheelTug je dceřinou společností firmy Chorus Motors a zaměřuje se na vývoj asynchronních elektromotorů. Jejich produktem je systém, jehož základem jsou dva elektromotory zabudované do kol příďového podvozku. Použití speciálních elektromotorů Chorus Motors/WheelTug je velice výhodné, jelikož dokážou vyvinout veliký točivý moment a nějak výrazně se neprojevují na hmotnosti letadla. Celý systém určený pro Boeing 737 nové generace váží zhruba 140 kg a je možno ho použít pro všechna letadla s maximální vzletovou hmotností (MTOW) do 100 tun. Avšak pro společnost WheelTug jsou prioritními letadla Airbus A320 family a Boeing 737NG, které jsou největší segmenty na trhu. Zatím však nebylo rozhodnuto, na jakém z těchto letadel se systém objeví jako první. Jeho výkon je závislý především na výkonu APU. Počítá se s tím, že zařízení bude buď montováno přímo na výrobních linkách výrobců letadel, ale primárně bude montáž probíhat na již používaná letadla na některém z autorizovaných servisních středisek. Ty namontují systém na letadlo zhruba za dvě směny. Při montáži na letadlo, které je již v provozu není třeba nijak zasahovat do konstrukce, protože příďový podvozek s namontovaným systémem se bez problémů vejde do podvozkové šachty letadla. Letadlo je schopno vyvinout rychlost 45 km/h vpřed a při jízdě dozadu 8 km/h. Systém WheelTug bude pro letecké společnosti nabízen formou leasingu, který bude zahrnovat: -

montáž systému na letadlo

-

pravidelný servis

-

aktualizace a modernizace systému

-

náhradní díly

-

všechny potřebné manuály

-

výcvik pilotů

5


2013/2014

Letecké společnosti budou za WheelTug platit měsíčně polovinu úspor, které jim WheelTug přinese. Díky zvolenému technickému řešení celého systému a dále i tomu, že namontovaný systém zůstane pořád ve vlastnictví společnosti WheelTug bude možné ho kdykoliv demontovat z letadla letecké společnosti, která již o WheelTug nebude mít zájem a namontovat ho na jiné letadlo.

2.1

Technické řešení jednotlivých komponentů

Obrázek 2: Rozmístění jednotlivých komponentů na letadle

Komponenty systému WheelTug: -

elektromotory

-

APU

-

měniče napětí

-

ovládací panel

-

kabelová vedení

-

software

6


2.1.1

2013/2014

Elektromotory

Základním prvkem celého systému jsou dva asynchronní elektromotory Chorus Meshcon namontované do kol příďového podvozku. Jde o patentovaný motor, který přes malé rozměry dokáže vyvinout veliký krouticí moment a zároveň zabezpečit dostatečnou trakci. Vyvinutá technologie motoru dokáže měnit parametry střídavého proudu. Díky této technologii motor zajišťuje dostatečný krouticí moment jak při malých, tak i při vyšších rychlostech, což u standartního elektromotoru není možné. Elektromotory jsou navržené tak, že jsou součástí kola příďového podvozku.

Obrázek 3: Schéma zabudování elektromotorů do kol příďového podvozku

2.1.2

APU

Pomocná energetická jednotka (APU) je zařízení, které zabezpečuje dodávku elektrické energie na palubě letadla, zatímco hlavní motory nejsou v chodu. Jedná se o turbohřídelový motor, ke kterému je přes reduktor otáček připojen generátor elektrické energie a ve většině případů také hydraulické čerpadlo. Základním úkolem APU je zabezpečit dostatečně velké množství energie pro spuštění hlavních motorů, jelikož palubní akumulátory nemají dostatečnou kapacitu, a proto slouží jen pro spuštění APU. Jakmile jsou hlavní motory v chodu, tak se APU vypíná a všechny jeho funkce přebírají hlavní motory.

7


2013/2014

Ohledně APU se během vývoje systému objevovaly pochybnosti, zda-li bude výkon APU dostatečný pro pohon elektromotrů a zároveň plnit funkce pro které byla původně určená. Po zdokonalení motoru Chorus Meshcon bylo zapotřebí dodat výkon 40 kVA a maximální výkon APU u B737NG dosahuje 90 kVA. Zátěžový test APU, které napájí WheelTug byl proveden na Boeingu 737NG společnosti Delta Airlines a dokázal, že výkon APU je dostatečný.

Obrázek 4: APU Boeingu 737

2.1.3

Měniče napětí

Měniče napětí jsou další velice důležitou součástí systému. Jejich úkolem je přizpůsobit elektrickou energii, kterou poskytuje APU na takovou, kterou potřebují pro svůj pohon elektromotory a zároveň slouží jako řídící jednotka elektromotorů. Dalším jejich úkolem je regulování výkonu v případě prokluzovaní a rozpojení statoru a rotoru na základě signálu od zátěžového čidla umístěného na podvozku. Díky tomu nemůže být systém náhodně zapnut, dokud podvozek letadla nebude v kontaktu s provozními plochami letiště. Také se předejde poškození elektromotoru při vyšší rychlosti, než je maximální provozní rychlost systému. Díky malým rozměrům mohou být měniče umístěny v podvozkové šachtě příďového podvozku. Měniče napětí, které jsou součástí systému WheelTug dodává jedna z partnerských firem, kterou je ICE Corporation.

8


2013/2014

Obrázek 5: Měniče napětí

2.1.4

Ovládací panel

Celý systém WheelTug bude ovládaný piloty z kokpitu a to pomocí panelu, který bude v případě Boeingu 737NG umístěn na středovém panelu mezi piloty. Ovládací panel však není nijak závislý na ostatních palubních systémech a ani je neovlivňuje. Partnerem pro vývoj a výrobu ovládacího panelu je společnost Gables Engineering.

2.1.4.1 Jednotlivé prvky ovládacího panelu

Obrázek 6: Ovládací panel systému WheelTug

1. MASTER PWR (hlavní vypínač) – slouží k zapnutí a vypnutí systému 2. PŘEPÍNAČ FUNKCÍ – přepínání různých pracovních režimů systému TEST – slouží pro test systému, po kterém se rozsvítí jedna z kontrolek.

9


2013/2014

-

Pokud se rozsvítí červená kontrolka je v systému chyba a není možné zahájit pojíždění Rozsvítí-li se kontrolka žlutá, funkce systému je dočasně omezena Při zelené kontrolce je systém plně funkční a lze zahájit pojíždění

OFF – systém není zapnutý TAXI – mód určený pro pojíždění ORIDE – krátkodobé zvýšení výkonu 3. BAREVNÉ KONTROLKY ZELENÁ – systém je plně funkční ŽLUTÁ – systém dočasně nefunguje (při nedostatečné dodávce elektrické energie, prokluzem kol, vysokou rychlostí, nebo nezatížení podvozku) ČERVENÁ – systém není funkční 4. SPD HLD (Speed Hold) – zabezpečuje udržování konstantní rychlosti. Obdobná funkce jako u tempomatu používaného v automobilech 5. OVLÁDÁNÍ SMĚRU – přepínač určuje směr pojíždění (vpřed a vzad) 6. PORT NA SD KARTU – umožňuje zapisovat veškerá data o provozu systému

2.1.5

Kabelová vedení

Všechny komponenty, které WheelTug obsahuje, musí být nějakým způsobem propojeny, aby byl systém schopen fungovat. Proto je zde kabeláž, která propojuje APU s měničem napětí, měnič napětí s elektromotory a měnič napětí s ovládacím panelem. Partnerem pro vývoj a výrobu kabeláže je společnost Co-Operative Industries Aerospace.

2.1.6

Software

Kromě jednotlivých součástí systému je správná funkce plně závislá na softwaru, který celý systém řídí. Počítá se s tím, že jednotlivá zdokonalování se budou uskutečňovat za pomocí dat, které se budou získávat už z reálného provozu. Partnerem pro vývoj softwaru je společnost Resource Group.

10


2.2

2013/2014

Instalace systému

Autorizované servisní středisko by mělo být schopno namontovat systém WheelTug na letadlo, během dvou pracovních směn. Jednotlivé kroky instalace: 1.

svěšení příďového podvozku

2.

posílení příďového podvozku

3.

montáž již posíleného podvozku s koly opatřenými elektromotory

4.

instalace měničů napětí do podvozkové šachty

5.

instalace ovládacího panelu do kokpitu

6.

propojení všech komponentů kabely

Provozování letadla se systémem WheelTug bude možné díky STC, které musí být společnosti WheelTug vydáno.

2.3

Údržba

Veškerá údržba systému WheelTug bude zabezpečena pomocí autorizovaných servisních středisek, které budou oprávněny systém instalovat, provádět pravidelnou údržbu, opravovat a demontovat systém. Obrovskou výhodou systému WheelTug je, že letadlo je možné provozovat bez fungujícího systému, jelikož je kompletně vyjmut z MMEL – Master Minimum Equipment List. WheelTug používá údržbu typu LRU, která spočívá ve výměně poškozených komponentů za nové, což umožní úsporu času.

2.4

Provozní výhody systému WheelTug

Zavedení systému WheelTug do reálného provozu přinese veliké množství výhod. Výhodný je především z hlediska úspor, snížení nebezpečí při manévrování letadla na letištích a snížení ekologické zátěže.

2.4.1

Úspory

Nejdůležitější úspory: 11


-

úspora paliva

-

úspora za vytlačení letadla

-

úspora času

-

úspora nákladů za opotřebení brzd

-

úspora emisní povolenky

2013/2014

Systém vyloučí z procesu pojíždění hlavní motory a díky tomu spotřebovává palivo jen APU. Spotřeba APU je zhruba 2,2 litrů paliva za minutu a spotřeba obou hlavních motorů při pojíždění u B737 je zhruba 13 litrů za minutu, čímž uspoříme necelých 11 litrů paliva za minutu. Při pojíždění s jedním motorem je spotřeba zhruba 10 litrů za minutu. Tato úspora bude nejvíce viditelná na letadlech létajících krátké tratě a bude velice zásadní pro letecké společnosti. Náklady na palivo jsou totiž velikou zátěží pro letecké společnosti a tvoří 30% – 40% přímých provozních nákladů. WheelTug dále eliminuje nutnost použití tahače pro vytlačení letadla ze stojánky. Tím se uspoří poplatek za pushback, který průměrně stojí okolo 2000 Kč a bude možné snížit počet pracovníků pozemního personálu. Další úsporu přinese fakt, že připojení a odpojení tahače zabere zhruba 2-3 minuty. Velikou úsporou je myšlenka, že by letadlo stálo paralelně s terminálem. Tím by byl umožněn výstup a nástup cestujících dvěma nástupními. Takové uspořádání letadel by přineslo velikou úsporu času, ale realizace by byla možná jen na některých letištích.

Obrázek 7: Možnost manévrování letadla se systémem WheelTug

12


2.4.2

2013/2014

Zvýšení bezpečnosti

Pohyb letadla pomocí elektromotorů snižuje ohrožení pozemního personálu, vozidel pohybujících se po plochách letiště a ostatních letadel. Největším nebezpečím je silný proud výfukových plynů od motorů, který přináší plno omezení a nutnost dodržovat mnoho bezpečnostních opatření. Častým problémem je také nasátí cizího předmětu do motorů a tím hrozí minimálně poškození motoru.

Obrázek 8: Bezpečnostní zóna B 737

2.5

Přínos pro životní prostředí

Co se týče pojíždění letadel, tak největším problémem pro veřejnost a ekology je produkce emisí a hluku v okolí letišť. Oba tyto problémy jsou použitím systému WheelTug potlačeny na nejnižší možnou úroveň. APU u letadla Boeingu 737NG vyprodukuje necelých 6 kg emisí za minutu, zatímco hlavní motory při pojíždění vyprodukují téměř 32 kg emisí za minutu. Kromě zvýšení čistoty ovzduší, dojde také ke zvýšení čistoty vzduchu uvnitř samotných letadel. Při pojíždění několika letadel v řadě nasávají klimatizační jednotky vzduch, který může obsahovat splodiny od motorů letadel jedoucích před ním.

13


2013/2014

Obrázek 9: Vliv spalin za letadlem při pojíždění

2.6

Partneři společnosti

Díky skutečnosti, že společnost WheelTug nemá svoji vlastní továrnu a ani v budoucnu se nepočítá s jejím vybudováním, je proto pochopitelné, že WheelTug spolupracuje s velikým množstvím společností. Partnerské společnosti se zdaleka nepodílejí jen na výrobě, ale také na testování systému. Každá společnost, která se podílí na vývoji, nebo výrobě musí být držitelem oprávnění Production Organization Approval (POA). Seznam partnerů: -

Newport Aeronautical Development (www.newportaero.com)

-

Co-Operative Industries Aerospace (www.coopind.com)

-

ICE corporation (www.ice-ks.com)

-

Prague Airport (www.prg.aero)

-

Endeavor Analysis (www.endeavoranalysis.com)

-

Dynetic Systems (www.dynetic.com)

-

Resource group (www.resourcegroup.co.uk)

-

Gables engineering (www.gableseng.com)

-

ETA Global (www.etaglobal.com)

-

Parker Aerospace (www.parker.com)

14


3

2013/2014

EGTS

EGTS je jedním ze systémů, který při pojíždění letadla po plochách letiště nahradí hlavní motory. Dle mého názoru se jedná o jeden ze systémů, který se v budoucnu uplatní v letadlech na krátkých a středních tratích, pro které je optimalizován. Vyvíjen je společností Safran, která je registrovaná ve Francii a druhou společností je Honeywell, která je registrovaná ve Spojených státech amerických, přesněji ve státě Arizona. Zmíněné společnosti se pro tento projekt staly partnery v roce 2011 a obě jsou v leteckém průmyslu již dobře známé. Systém používá elektromotory, které získávají energii z APU, ale na rozdíl od systému WheelTug jsou zde elektromotory umístěny mezi koly hlavních podvozkových noh. Umístění na hlavním podvozku bylo zvoleno kvůli maximalizaci výkonu, trakci a agilnosti, jelikož na příďový podvozek působí jen 10% hmotnosti letadla. Toto umístění sebou nepřináší jen výhody, ale také veliké množství nevýhod. První zásadní nevýhodou je fakt, že na kolech hlavního podvozku jsou umístěné také brzdy a to by mohlo způsobit přehřívání elektromotorů a problémy s chlazením brzd. Další nevýhodou je, že EGTS zasahuje do konstrukce letadla a proto bude složitější a náročnější systém certifikovat. Systém je určen jak pro letadla Airbus A320 Family, což zahrnuje A318, A319, A320 a A321, tak i pro letadla Boeing 737NG. Jako prioritní řešení je instalovat systém do nových letadel, ale později bude následovat možnost dodatečné instalace systému i do letadel, které jsou již v provozu. Letadlo opatřené tímto systémem bude schopné pojíždět rychlostí 37 km/h a této rychlosti dosáhne za 90 sekund. Při maximální vzletové hmotnosti letadla bude systém schopný vyvinout rychlost 33,5 km/h. Očekává se, že hmotnost bude 150 kg v každém kole a celý systém by měl mít celkovou hmotnost zhruba 400 kg.

15


3.1

2013/2014

Jednotlivé komponenty

Obrázek 10: Schéma rozmístění jednotlivých komponentů na letadle

Komponenty systému EGTS: -

elektromotory

-

řídící jednotka elektromotorů (WACU)

-

APU

-

měnič napětí

-

ovládací panel

-

kabelová vedení

-

software

3.1.1

Elektromotory

Systém bude vybaven permanentními elektromotory, každý bude mít výkon 50 kW a bude umístěn mezi koly hlavního podvozku.

16


2013/2014

Obrázek 11: Prototyp elektromotoru z roku 2012

3.1.2

Řídící jednotka ovládání kol (WACU)

WACU mění velikost elektrického proudu na ovládací signál elektrického motoru proporcionálně v závislosti na pokynu pilota, který pilot zadává na ovládacím panelu EGTS.

Obrázek 12: Řídící jednotka ovládání kol (WACU)

3.1.3

Měnič napětí

Měnič napětí dostává elektrickou energii, kterou převádí dle požadavků systému. Měl by být umístěný v podvozkové šachtě příďového podvozku.

17


2013/2014

Obrázek 13: EGTS Controller

3.1.4

Ovládací panel

Umožňuje pilotovi ovládat a kontrolovat chod celého systému z kokpitu letadla.

Obrázek 14: Prototyp ovládacího panelu systému EGTS

1. OVLÁDÁNÍ SMĚRU A RYCHLOSTI POJÍŽDĚNÍ – pilot zvolí pojíždění vpřed, nebo vzad a požadovanou rychlost pojíždění. 2. PŘEPÍNAČ FUNKCÍ – slouží k přepínání chodu elektromotoru na levé, nebo na pravé podvozkové noze. Jestliže je přepínač v prostřední poloze jsou v chodu oba elektromotory. Tato funkce slouží především k snadnějšímu zatáčení letadla.

18


2013/2014

3. BAREVNÉ KONTROLKY – tyto kontrolky slouží k signalizaci stavu celého systému. 4. TLAČÍTKO POWER – slouží k zapnutí systému 5. TLAČÍTKO VYPNUTÍ SYSTÉMU – po stisknutí se celý systém vypne

3.1.5

Kabelová vedení

Vzhledem k rozmístění komponentů po celém letadle, je nezbytně důležitá kabeláž, která všechny komponenty propojí.

3.1.6

Software

Stejně jako u systému WheelTug, tak i zde je správný chod systému závislý na softwaru.

3.2

Provozní výhody systému EGTS

Zavedení systému do reálného provozu přinese veliké množství výhod, podobných jako tomu bude při zavedení systému WheelTug. Systém EGTS se bude lišit menším množstvím úspor, což je způsobeno konstrukčním řešením systému. Systém EGTS je znatelně těžší a neumožní zrychlení obrátky letadla na zemi, jelikož přispívá k zahřívání brzd. Z hlediska zvýšení bezpečnosti budou výhody naprosto identické, jako u systému WheelTug. (viz kapitola 2.4)

19


4

2013/2014

Porovnání systémů WheelTug a EGTS

Ačkoliv jsou oba systémy stejné z hlediska provozních výhod a vykonávané funkce, z konstrukčního hlediska jsou naprosto rozdílné. WheelTug

EGTS

Umístění elektromotorů

Kola příďového podvozku

Kola hlavních podvozků

Druh motorů

Asynchronní elektromotory

Permanentní elektromotory

Motory jsou schopny

Degradace účinnosti při

pracovat při teplotě vyšší

80°C a konec funkčnosti při

než 200°C

16O°C

Teplotní limity elektromotorů

Montáž mezi kola hlavních Konstrukční změny na

Montáž do kol příďového

podvozků a nutnost

letadle

podvozku

mechanického spojení s brzdami

Hmotnost systému

140 kg

400 kg

Žádné nevytvářejí

Vytvářejí magnetické pole

Rok 2005

Rok 2011

Polovina roku 2015

V letech 2016 - 2017

Vytváření magnetického pole při přerušení napájení elektromotorů Počátek vývoje systému Uvedení systému do provozu

Tabulka 1: Srovnání systémů WheelTug a EGTS

20


5

2013/2014

Použití systémů pro pojíždění letadel bez použití hlavních

motorů na Letišti Václava Havla Praha Možné použití těchto systému na Letišti Václava Havla Praha je velmi pravděpodobné, jelikož letečtí dopravci, kteří se rozhodli tyto systémy v budoucnu instalovat do svých letadel jsou k vidění i na Pražském letišti. V případě systému WheelTug by se mohlo v současnosti jednat o dopravce KLM, Alitalia, nebo EL AL. V případě EGTS by se mohlo jednat o dopravce EasyJet.

5.1

Úspory paliva na Letišti Václava Havla Praha

Průměrná doba pojíždění na Letišti Václava Havla Praha je 10 minut. Ať už se jedná o pojíždění před startem, nebo po přistání. Finanční úspora by tak oproti pojíždění s oběma hlavními motory byla zhruba 220 litrů paliva za dobu pojíždění po přistání i před startem. Dle informace z Února 2014 společnosti LUKOIL Aviation Czech, je konečná cena leteckého paliva včetně poplatků a daní na Letišti Václava Havla Praha 35,36 Kč. Z toho vyplívá, že letadla s tímto systémem by za palivo spotřebované pojížděním na Pražském letišti ušetřili necelých 8000 Kč. Oproti pojíždění s jedním hlavním motorem by úspora byla zhruba 160 litrů paliva, což je přibližně 5500 Kč.

5.2

Letiště Praha a WheelTug

Pražské letiště je především známé ve spojení se systémem WheelTug, jelikož je jednou z partnerských společností WheelTugu. Díky tomuto partnerství se na Pražském letišti odehrály i testy systému. První série testů se uskutečnila v Listopadu roku 2010 na letadle Boeing 737-800 české společnosti Travel Service. Test sloužil k získání dat o energii potřebné pro pohon elektromotorů a prověření funkce systému za chladných klimatických podmínek. Všechny testy proběhly úspěšně. Prověřilo se, že letadlo je schopno pojíždět s tímto systémem a dokonce bylo letadlo schopné pojíždět jen s jedním elektromotorem. Další série testů na Letišti Václava Havla Praha se uskutečnila v červnu roku 2012 na letadle Boeing 737-700 německé společnosti Germania. Na letounu byl nainstalován první kompletní systém WheelTug a byl testován pohyb na různých typech povrchu (např. asfalt 21


2013/2014

pokrytý olejem, nebo pohyb po nakloněné rovině). Během testů byla také vyzkoušena složitost instalace systému. Celý systém byl odmontován z letounu a za necelé dvě hodiny bylo letadlo navráceno do provozu.

22


2013/2014

Závěr Myslím si, že myšlenka o zařazení elektromotoru do letecké dopravy představuje správný směr, jakým by se měla letecká doprava ubírat. Po rozmachu letecké dopravy v posledních desetiletích je totiž nutné přicházet s novými inovacemi, které umožní snižovat dopad na životní prostředí, snižovat náklady pro její provoz a zároveň uspokojit poptávku. S ideou o pojíždění letadla po plochách letiště pomocí elektromotoru je nepokročilejším projektem systém WheelTug s elektromotory umístěnými v kolech příďového podvozku. Tento systém už není daleko od uvedení do reálného provozu a letečtí dopravci o něj projevují veliký zájem. Na pomyslném druhém místě se nachází systém EGTS, který vykonávanou funkcí je stejný jako WheelTug, ale jeho složitější technické řešení se nejeví jako příliš šťastným krokem. Dle mého názoru jsou tyto projekty jasným důkazem toho, že letecká doprava je dynamickým odvětvím, které vyžaduje nová technická řešení, aby byla zachována efektivita tohoto druhu dopravy.

23


2013/2014

Zdroje 1. FILO, Slavomír. Elektrický pojížděcí systém letadla. Praha: ČVUT, 2013. Bakalářská práce. ČVUT. 2. ŠIMKOVÁ, Barbora. Vývoj elektrického pohonného systému a jeho výhody pro světová letiště. Praha: VOŠ, 2014. Diplomová práce. VOŠ. 3. KOLÁČEK, Lukáš. Nasazení electric taxi v reálném provozu. Brno: VUT, 2013. Diplomová práce. VUT. 4. DUBOIS, Thierry. WheelTug, Safran-Honeywell and IAI Offer Three Rival Solutions for Airline Engine-off Taxiing [online]. 2014 [cit. 2014-02-23]. Dostupné z:

http://www.ainonline.com/aviation-news/singapore-air-show/2014-02-

11/wheeltug-safran-honeywell-and-iai-offer-three-rival-solutions-airline-enginetaxiing 5. VÁŇA, Jan. WheelTug Order Book Now at 781 Aircraft [online]. 2014 [cit. 201402-23]. Dostupné z: http://www.wheeltug.com/pr/pr_20140129.php 6. REALS, Kerry. ELECTRIC AVENUES [online]. 2013 [cit. 2014-02-23]. Dostupné z:

http://www.wheeltug.com/news/Flight_Global-10-16Sep13-

Electric_Avenues.pdf 7. NORRIS, Guy a Graham WARWICK. Honeywell/Safran Joint Venture Tests Electric

Taxiing

[online].

2013

[cit.

2014-02-23].

Dostupné

z:

http://www.aviationweek.com/Article.aspx?id=/article-xml/AW_06_24_2013_p36589831.xml 8. LETIŠTĚ PRAHA. Letiště Praha podporuje vývoj leteckého elektrického pohonného systému WheelTug [online]. 2010 [cit. 2014-02-23]. Dostupné z: http://www.prg.aero/cs/o-letisti-praha/tiskove-centrum/tiskove-zpravy/letistepraha-podporuje-vyvoj-leteckeho-elektrickeho-pohonneho-systemu-wheeltug/ 9. JELÍNEK, Radek a Vladimír FAJT. System WheelTug [online]. 2012 [cit. 2014-0223]. Dostupné z: http://uld.fd.cvut.cz/magazindta/system%20wheeltug.pdf 10. EGTS [online]. [cit. 2014-02-23]. Dostupné z: http://www.greentaxiing.com/ 11. RICHARD, Michael Graham. TaxiBot robotic tug reduces airplane emissions and noise

pollution

[online].

2013

[cit.

2014-02-23].

Dostupné

z:

http://www.treehugger.com/aviation/taxibot-reduces-airplane-emissions-and-noisepollution.html 24

MATURITNÍ PRÁCE. Téma: Systémy pro pojíždění letadel bez použití hlavních motorů

Recommend Documents