本发明涉及用于移动航空器的滑行车辆。
背景技术：
航空器的一个或多个主发动机或柴油拖轮(tug)可以用于使航空器在机场航站楼(或机架)与跑道附近的等候区之间移动。然而，由后推和滑行移动产生的噪音和污染(尤其是nox和co)对机场附近的社区日益造成困扰。另外，对于关心燃料成本的航空公司来说地面上的燃料消耗也越来越受到关注。例如，滑行的航空器可造成高达54％的机场总nox排放和25％的机场总co排放。
以上问题的一个解决方案是使用电动拖轮，所述电动拖轮由一组蓄电池推动，并且使航空器发动机能保持关闭直到航空器已被拖曳到飞行前位置。令人遗憾的是，可能必需操作航空器尾翼中的辅助功率单元(apu)以产生用于空气调节等环境控制系统(ecs)的电力和气动功率，这会显著造成机场处的污染和噪音。另外，电动拖轮的蓄电池可能缺乏取代apu所必需的备用功率，并且可能需要每天充电若干次。
技术实现要素：
一方面，揭示一种用于移动航行器的滑行车辆，其包括底盘，底盘具有连接到航行器的耦合部位的耦合器。底盘可以包括一组轮子，其中至少一个电动机耦合到所述组轮子，底盘还可以包括耦合到至少一个电动机以对至少一个电动机供能的燃料电池。蓄电池可以耦合到燃料电池以及至少一个电动机，并且可以被配置成供应至少一个电动机开始移动航空器或启动燃料电池所需的峰值功率。蓄电池当不供应所需峰值功率时可以接收燃料电池的充电，同时燃料电池向至少一个电动机供应功率以继续移动航空器。
另一方面，揭示一种移动和启动航行器的方法，其可以包括使航行器的耦合部位与由燃料电池供电的滑行车辆的耦合器接合。滑行车辆可以包括蓄电池，所述蓄电池耦合到至少一个电动机以使滑行车辆移动。所述方法可以进一步包括在接合耦合部位时将来自燃料电池的电功率连接到航行器，并且将来自滑行车辆的气动供应耦合到航行器。所述方法可以进一步包括将滑行车辆驱动到航行器的起始点，并且使用电功率和来自滑行车辆的气动供应来启动航行器。
又一方面，揭示一种移动航空器的方法，其可以包括使航空器的前轮(nosewheel)与由燃料电池供电的滑行车辆的耦合器接合。所述方法可以进一步包括将蓄电池耦合到至少一个电动机以使滑行车辆从第一位置移动。所述方法可以进一步包括在接合前轮时将来自燃料电池的电功率连接到航空器，并且将来自滑行车辆的气动供应耦合到航空器。所述方法可以进一步包括将滑行车辆驱动到第二位置并且将地面电源附接到航空器。所述方法可以进一步包括在附接地面电源之后使航空器的前轮从耦合器分离，并且断开电功率和气动供应与航空器的连接。
技术方案1.一种用于移动航行器的滑行车辆，所述滑行车辆包括：
底盘，所述底盘具有连接到所述航行器的耦合部位的耦合器；
移动所述底盘的一组轮子；
耦合到所述组轮子的至少一个电动机；
燃料电池，所述燃料电池在所述底盘中，并且耦合到所述至少一个电动机以对所述至少一个电动机供能；以及
耦合到所述燃料电池和所述至少一个电动机的蓄电池，其中所述蓄电池被配置成供应所述至少一个电动机开始移动所述航行器或启动所述燃料电池所需的峰值功率，并且当不供应所需峰值功率时接收所述燃料电池的充电，同时所述燃料电池向所述至少一个电动机供应功率以继续移动所述航行器。
技术方案2.根据技术方案1所述的滑行车辆，其中，所述燃料电池是固体氧化物燃料电池或熔融碳酸盐燃料电池之一。
技术方案3.根据技术方案1或2中任一项所述的滑行车辆，其中，所述燃料电池包括燃气涡轮发动机。
技术方案4.根据任一前述技术方案所述的滑行车辆，其中，所述航行器是航空器，并且所述耦合部位是所述航空器的前轮。
技术方案5.根据技术方案4所述的滑行车辆，其中，进一步包括将来自所述燃料电池的电功率提供到所述航空器的电源连接器。
技术方案6.根据技术方案5所述的滑行车辆，其中，所述燃料电池包括通过所述电源连接器向所述航空器提供可输出气动功率的燃气涡轮发动机。
技术方案7.根据技术方案4至6中任一项所述的滑行车辆，其中，所述耦合器是接合和提升所述前轮的提升机构。
技术方案8.根据技术方案7所述的滑行车辆，其中，所述底盘包括由所述燃料电池供能的液压泵，并且所述提升机构包括连接到所述液压泵的液压供应装置。
技术方案9.根据任一前述技术方案所述的滑行车辆，其中，进一步包括将来自所述燃料电池的电功率提供到所述航行器的电源连接器。
技术方案10.根据技术方案9所述的滑行车辆，其中，所述燃料电池包括通过所述电源连接器向所述航空器提供可输出气动功率的燃气涡轮发动机。
技术方案11.根据技术方案9或10中任一项所述的滑行车辆，其中，所述耦合器是提升机构，并且所述电源连接器是当所述提升机构在所述耦合部位处接合并提升所述航行器时将电功率连接到所述航行器的所述提升机构的部分。
技术方案12.一种移动和启动航行器的方法，包括：
使所述航行器的耦合部位与由燃料电池供电的滑行车辆的耦合器接合，并且蓄电池耦合到至少一个电动机以使所述滑行车辆移动；
在接合所述耦合部位时将来自所述燃料电池的电功率连接到所述航行器，并且将来自所述滑行车辆的气动供应连接到所述航行器；
将所述滑行车辆驱动到所述航行器的起始点；以及
使用所述电功率和来自所述滑行车辆的所述气动供应来启动所述航行器。
技术方案13.根据技术方案12所述的方法，其中，进一步包括在所述航行器启动之后使所述耦合部位从所述耦合器分离并且断开所述电功率和所述气动供应与所述航行器的连接。
技术方案14.根据技术方案12或13中任一项所述的方法，其中，所述航行器是航空器，并且所述耦合部位是所述航空器的前轮。
技术方案15.根据技术方案14所述的方法，其中，所述耦合器是接合和提升所述前轮的提升机构。
技术方案16.根据技术方案12至15中任一项所述的方法，其中，所述起始点是远离机场航站楼的跑道附近的等候区。
技术方案17.根据技术方案12至16中任一项所述的方法，其中，进一步包括当接合所述耦合部位时自动将来自所述滑行车辆的液压动力耦合到所述航行器。
技术方案18.根据技术方案12至17中任一项所述的方法，其中，进一步包括通过远程控制从所述航行器内部位置驱动所述滑行车辆。
技术方案19.一种移动航空器的方法，包括：
使所述航空器的前轮与由燃料电池供电的滑行车辆的耦合器接合，并且蓄电池耦合到至少一个电动机以使所述滑行车辆从第一位置移动；
在接合所述前轮时将来自所述燃料电池的电功率连接到所述航空器，并且将来自所述滑行车辆的气动供应连接到所述航空器；
将所述滑行车辆驱动到第二位置；
将地面电源附接到所述航空器；以及
在附接所述地面电源之后使所述航空器的所述前轮从所述耦合器分离，并且断开所述电功率和所述气动供应与所述航空器的连接。
技术方案20.根据技术方案19所述的方法，其中，所述耦合器是接合和提升所述前轮的提升机构。
附图说明
图1示出根据本说明书中描述的各个方面的混合燃料电池发动机的示意图。
图2示出根据本说明书中描述的各个方面用于移动航空器的滑行车辆的示意图。
图3示出根据本说明书中描述的各个方面用于图2的滑行车辆的提升机构的示意图。
图4示出根据本说明书中描述的各个方面的机场地图，示出航空器的移动。
图5是示出根据本说明书中描述的各个方面移动和启动航空器的方法的流程图。
具体实施方式
图1描绘包括燃料电池22和燃气涡轮发动机30的混合燃料电池发动机20，其用作航空器、地面运输、铁路机车或海上应用中的辅助功率单元(apu)。混合燃料电池发动机20可以利用固体氧化物燃料电池(sofc)或熔融碳酸盐燃料电池(mcfc)来通过调节电路26产生交流电(ac)和直流电(dc)电力。燃料电池22的例如800至1000℃的高工作温度可以允许直接使用轻烃燃料，例如甲烷、甲醇或天然气。通过小型的额外预转化器34，燃料电池22可以使用重烃燃料35，例如jp-8航空燃料。来自燃料电池22的热废气和未燃烧燃料82可以用于为燃气涡轮30提供动力。通过燃气涡轮30的驱动轴32驱动的压缩机区段73转而可以供应引气81以对燃料电池22的进气80增压。未燃烧燃料82和废引气81两者的返回进给可以提高混合燃料电池发动机20的效率。
预转化器34耦合到供水设备36以实现调节处理，可以通过作为燃料电池工作的副产物而产生的水部分地维持水的供应。燃气涡轮30可以包括压缩机区段73和驱动所述驱动轴32的涡轮区段74。起动机/发电机75可以用来启动涡轮30，且接着通过驱动轴32产生将在功率调节电路26中组合的电力。蓄电池28可以用来运行起动机/发电机75的起动和/或预加热燃料电池22。
综上所述，组合高温燃料电池22与燃气涡轮发动机30能提供适应于改变的负载条件且燃料效率显著高于单独的任一部件的电功率和气动功率源。所属领域的技术人员可获得混合燃料电池燃气涡轮发动机的额外细节，在此将不进一步描述。
如可能了解的，在本领域中需要产生更少烃污染物和更小噪音的航空器后推和滑行方法。此外，在本领域中需要在航空器的地面上工作期间取代apu和航空器发动机的使用。另外，在本领域中需要能够一直地保持在运行中的航空器拖轮。
现在参考图2，在本发明的各个方面，用于移动航空器60的滑行车辆10可以包括底盘12，所述底盘具有耦合器64，所述耦合器连接到航空器60的耦合部位，例如航空器60的前轮62。底盘12可以使用用于滚动底盘12的轮子14支撑，其中至少一个电动机16通过齿轮箱18耦合到轮子14中的一个或多个，用于推动底盘12并由此移动航空器60。耦合器可以连接到前轮62、前轮的轴、或连接到前轮的任何支撑结构或航空器60的附近部分，使得所述连接有助于在滑行车辆10的后推和拖曳操作期间拖曳和导引航空器60。
应了解，虽然本说明书中描述的滑行车辆10是借助于商用航空器背景的非限制性实例，但是滑行车辆10可以适用于军用航空器、小型私人航空器、公共汽车或卡车等地面重型车辆、铁路机车或海上航行器。另外，航空器60的其它轮子可以连接到与滑行车辆10协作以导引航空器60的装置(未示出)或通过所述装置支撑，所述装置例如是台车(dolly)或另一滑行车辆。替代地，地面或海上航行器的未由地面或海上航行器的耦合部位支撑的部分可以连接到与滑行车辆10协作的装置(未示出)或通过所述装置支撑。
可以选择耦合器64相对于底盘12的轮距的位置以分布前轮的重量，从而适当牵引轮子14和稳定操作底盘12。替代地，耦合器64可以包括用于支撑前轮的拖车(未示出)，在底盘12与拖车之间具有拖杆。
继续参考图2，滑行车辆可以在底盘12中包括燃料电池22，所述燃料电池的电力输出23可以通过调节电路26耦合到至少一个电动机16并且可以由此移动航空器60。燃料电池22可以是高温燃料电池，例如固体氧化物燃料电池(sofc)。蓄电池28可以通过调节电路26耦合到燃料电池22，以及耦合到一个或多个电动机16，用于供应电动机16所需的峰值功率。当航空器60的惯性要求比可从燃料电池22获得的瞬时功率更大的功率来加速航空器60时可能需要峰值功率。有益的是，可以由此最小化燃料电池22的输出容量，以使瞬时功率额定的成本和燃料消耗限制为仅足以维持后推或滑行操作。
蓄电池28可以是比常规航空器蓄电池存储明显更多能量的高压蓄电池。例如，常规航空器蓄电池可以具有28v的工作电压，而高压蓄电池可以具有270v或更高的工作电压。根据蓄电池28的峰值功率需求，滑行车辆10当使航空器60加速时与当使航空器60以稳定速度滑行时的功率要求之间的差可以通过蓄电池28补充。
另外，蓄电池28还可以用于启动燃料电池22，例如，从冷启动加热燃料电池22，或预加热与燃料电池22相关联的预转化器(未示出)。当不向滑行车辆10供应峰值功率时，蓄电池28还可以接收通过调节电路26的充电。
燃料电池22可以是固体氧化物燃料电池(sofc)或熔融碳酸盐燃料电池(mcfc)，或可以直接利用甲烷、甲醇或天然气等轻烃燃料的任何高温燃料电池。例如，燃料电池可以在800至1000℃的温度下最有效地工作。燃料电池22可以包括燃气涡轮发动机30，所述燃气涡轮发动机包括连接到驱动轴32的常见压缩机和燃烧区段。排出燃气涡轮30的引气81可以通过气动阀79向航空器60供应燃料电池22的进气80以及气动功率78。替代地，与燃气涡轮30的压缩机分离的压缩机(未示出)可以通过燃气涡轮30而被驱动，以提供引气81。
继续参考图2，来自燃料电池22的废气和未燃烧燃料82可以被引导到燃气涡轮30，用于燃烧和产生气动功率和电功率。烃燃料(未示出)连同供应到燃气涡轮30的未燃烧燃料和废气82可以用来转动驱动轴32。连接到驱动轴32的起动机/发电机(图1)可以通过蓄电池28启动燃气涡轮30，并且其接着可以产生将与调节电路26中的燃料电池22的电力输出23组合的电功率。有益的是，燃气涡轮30和燃料电池22均是可以利用普通烃燃料和彼此的废弃物产物以在较少燃料使用和污染的情况下产生功率的高温装置。
滑行车辆可以包括电源连接器40，用于在地面上停机和滑行操作期间向航空器60的电力输入部件42提供电功率24。电力输入部件42可以用来为航空器电力系统供电，例如为航空器60的照明、通信和航空电子系统供电。电源连接器40还可以从气动阀79提供气动功率(压缩空气)78并提供到航空器的气动输入部件44。例如，当航空器60置于机场航站楼处、在后推期间或在滑行移动期间，可以通过滑行车辆10经由气动输入部件44为空气调节等环境控制系统(ecs)供能。
当电源连接器40压抵航空器60时提升密封部件48可以为气动输入部件44提供气体密封并且为电力输入部件42提供环境密封。在各个方面，电源连接器40可以包括液压或电力致动器(未示出)，其使电源连接器40与航空器60的电力输入部件42和气动输入部件44对准。电源连接器40可以被配置成当耦合器64接合前轮62时与所述耦合器配合以连接到输入部件42和44。
在未示出的方面，齿轮箱18可以是变速箱，或可以将燃气涡轮30的驱动轴32耦合到一个或多个轮子14。滑行车辆可以利用来自燃气涡轮30的机械驱动和来自调节电路26的电力驱动的组合。另外，滑行车辆可以是无人驾驶的，并且由航空器60的飞行员通过集成到滑行车辆10和航空器60中的合适远程控制系统(未示出)进行远程控制。有益的是，燃料电池22等燃料电池发动机与燃气涡轮30组合使用可以通过为航空器60提供拖曳(滑行)功能以及机载电功率和气动功率而取代航空器发动机和apu的使用，从而显著降低噪音、污染和燃料使用。例如，使用滑行车辆10进行后推和滑行操作可以显著减少航空器在机场处的nox排放。
现在参考图3，在本发明的各个方面，燃料电池22和燃气涡轮30可以包括混合燃料电池发动机20，其通过电源连接器40向航空器60供应电功率24和气动功率78。滑行车辆10可以包括由混合燃料电池发动机20驱动的液压泵70。液压泵70可以通过燃气涡轮30的轴32或通过燃料电池22的电功率24驱动。
在本发明的一个方面，耦合器64可以是接合并提升前轮62的提升机构66。提升机构可以包括连接到液压泵70用于提升或放置前轮62的液压供应装置72。在示出的实例中，提升机构66可以包括连接到前轮62并将其拉进平台中或拉进框形物中的臂。在未示出的替代方面，提升机构66可以将前轮62铲到托架中，或可以在拖曳配置中将前轮62悬挂在地面上方。
在各个方面，电源连接器40可以是当提升机构66接合并提升前轮62时自动连接到航空器的提升机构66的部分。在示出的实例中，将前轮62拉回以与滑行车辆10接合可以同时使电源连接器40水平地压抵航空器的输入部件42和44以分别密封电力输入部件和气动输入部件。相反，提升机构66和电源连接器40可以被配置成在前轮62从滑行车辆10分离的情况下同时从航空器60解耦。
替代地，电源连接器40和提升机构66可以设计成当前轮接合以密封气动输入部件44和电力输入部件42时航空器60的重量竖直地沉积到滑行车辆10上。配合弹簧49(图2)可以调节施加至气动输入部件44和电力输入部件42的压力以进行适当密封。提升机构66还可以采用电动或气动致动器(未示出)来提升和接合前轮62。电源连接器40中可以包括使电源连接器40与航空器的输入42和44自动对准的锥体或其它对准装置(未示出)，类似于用于空中加油和航天器对接的对准装置。
在滑行车辆对于空中、地面或海上航行器(未示出)的一般应用中，电源连接器可以是耦合器的一部分，使得当电源连接器将电功率连接到航行器时，一个协调动作就可以将耦合器连接到耦合部位。耦合器和电源连接器的连接可以具有机械相关的连接动作，使得在两个动作不同时的情况下能协调地控制所述两个动作的时序。例如，耦合器和电源连接器的连接移动在时序上可以大体重叠。
图4示出机场58的地图，示出移动和启动航空器60的方法。参考图3和4，所述方法可以包括使机场航站楼50处的航空器60的前轮62与滑行车辆10的耦合器64或提升机构66接合。所述方法可以进一步包括当接合前轮62时将来自燃料电池22的电功率24连接到航空器60并且将来自滑行车辆10的气动供应(气流)78连接到航空器60。所述方法可以进一步包括：沿着滑行道54驱动滑行车辆10出站到跑道56附近的飞行前等候区52a；使用滑行车辆10的电功率24和气动供应78启动航空器60的发动机；以及在航空器启动后使航空器60的前轮62从耦合器64分离同时断开电功率24和气动供应78与航空器60的连接。分离前轮以及断开电功率的连接的动作可以被配置成同时的。
替代地，滑行车辆可以用于通过使航空器60的前轮62与滑行车辆10的耦合器64接合并且将电功率24和气动供应78自动地连接到航空器60而将航空器60从跑道56附近的飞行后等候区52b入站移动到机场航站楼50。所述方法可以进一步包括将滑行车辆10驱动到机场航站楼50并将地面电源51附接到航空器60。地面电源51可以是位于乘客上下航空器的机场航站楼附近的航空器停机区域处的dc和ac电力电缆。所述方法可以进一步包括使航空器60的前轮62从耦合器64分离并且断开电功率24和气动供应78与航空器60的连接。分离前轮以及断开电功率的连接的动作可以被配置成同时的。
在本发明的各个方面，除了加油以外，滑行车辆可以一直地工作，同时在跑道等候区52a-b与机场航站楼50之间滑行。飞行前区52a可以包括等待起飞和执行飞行前检查的一列多架航空器。一旦航空器发动机已起动，就通过发动机推力为航空器移动自供能量(self-powered)。
参考图5，描述了图4的方法的逻辑流程，其中可以90接合前轮以及可以91将电力和气动供应连接到航空器。如果92移动是出站，那么滑行车辆可以93将航空器驱动到飞行前等候区，于是可以94启动发动机以及95分离前轮和断开功率输入的连接，接着96进行飞行前检查。如果92航空器的移动是入站，那么滑行车辆可以97将航空器驱动到机场航站楼，98可以将地面电源连接到航空器，于是可以99分离前轮和断开功率输入的连接，接着100所有乘客、机组人员和/或行李下航空器。
替代地，一旦滑行车辆10已使航空器60移动到起始点或飞行前等候区52a，前轮62就可以从滑行车辆分离，在航空器的发动机或apu启动之前由52a处的地面电源系统(未示出)为航空器60供电。例如，可能存在一长列航空器等待起飞且需要滑行车辆返回至机场航站楼，而机组人员可能并未准备好启动发动机，在此情况下启动apu和发动机之前最好使用可用资源分离前轮。
本发明涵盖除了上述附图中所示的实施例和配置之外的许多其它可能的实施例和配置。在尚未描述的程度上，各种实施例的不同特征和结构可根据需要彼此结合使用。一个特征可能未在所有实施例中说明并不意味着理解为它不能这样，而是理解为出于简化描述的目的才这样。因此，不同实施例的各种特征可根据需要混合和匹配来形成新的实施例，而不论新实施例是否被明确地描述。此外，虽然已描述“一组”或“多个”各种元件，但应当理解，“一组”或“多个”可以包括任何数量的相应元件，包括仅一个元件。本发明涵盖本说明书中描述的特征的组合或排列。
本书面描述使用实例来揭示本发明的实施例，包括最佳模式，并且还使所属领域的技术人员能够实施本发明的实施例，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所并入的方法。本发明的可专利性范围由权利要求书界定，且可包括所属领域的技术人员能够得到的其它实例。如果此类其它实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例的等效结构要素与权利要求书的字面意义无显著差别，那么此类实例也属于权利要求的范围内。