Współczesna logistyka, zarówno morska, jak i lotnicza, stawia coraz większe wymagania w zakresie efektywności i redukcji wpływu na środowisko. W odpowiedzi na te wyzwania, giganci przemysłowi tacy jak Toyota inwestują w rozwój innowacyjnych rozwiązań napędowych, jednocześnie branża lotnicza kontynuuje ewolucję specjalistycznych pojazdów do obsługi naziemnej.
Wodorowy Ciągnik Portowy Toyota UNO - Innowacja w Logistyce Morskiej
Współpraca i Cel
Toyota, we współpracy z firmą logistyczną Fenix Marine Services, opracowała pierwszy ciągnik portowy typu UTR (utility tractor rig) z elektrycznym napędem na wodorowe ogniwa paliwowe, nazwany UNO. Jego głównym zadaniem jest ograniczenie emisji dwutlenku węgla w logistyce portowej.
Charakterystyka Techniczna i Operacyjna
Wodorowa ciężarówka Toyota UNO została wyposażona w napęd oparty na mocnym silniku elektrycznym oraz pochodzących z Toyoty Mirai ogniwach paliwowych. Dzięki temu tankowanie zbiorników wodoru zajmuje około 20 minut, co sprawia, że Toyota UNO jest zdolna do pracy przez całą dobę. Jest to o tyle ważne, że ciągniki portowe UTR wykonują jedne z najcięższych prac w portach, przemieszczając kontenery z jednego miejsca na drugie oraz przygotowując je do załadunku na statki, pociągi lub ciężarówki i do dalszego transportu.
Testy, Wdrożenie i Wpływ na Środowisko
Prototypowa Toyota UNO początkowo była testowana w terminalu firmy Fenix Marine Services, który obsługuje ponad milion kontenerów rocznie. Następnie ciągnik ten został przeniesiony do Centrum Dystrybucji Części Toyoty w Los Angeles. Projektanci zakładają, że wymiana większej liczby spalinowych pojazdów ciężarowych na wodorowe znacznie obniży emisję CO2, a także poprawi jakość powietrza i warunki pracy na terenach portów oraz innych centrów logistycznych. Jest to szczególnie istotne, ponieważ obecnie niemal wszystkie UTR korzystają z silników Diesla. Na przykład w porcie Los Angeles wykorzystywanych jest 12 000 ciężarówek, które generują ogromne ilości spalin.
Inne Wodorowe Inicjatywy Toyoty w Transporcie Ciężkim
Współpraca z Portami Kalifornijskimi
Toyota współpracuje z kalifornijskimi portami od 2017 roku. Wtedy to w centrum logistycznym Toyoty w Porcie Long Beach pojawiła się pierwsza prototypowa ciężarówka Toyota Project Portal.
Rozwój Floty Wodorowej
Rok później, w 2018 roku, koncern zbudował i oddał do użytku prototyp 2. generacji. W 2019 roku Toyota, razem z Kenworth Truck Company, zbudowała 10 egzemplarzy ciężarówki T680 FCEV. Pojazdy te zostały oparte na modelu Kenworth T680s z silnikiem Diesla, który na jednym tankowaniu mógł pokonać około 200 mil. Wodorowe ciężarówki trafiły między innymi do Toyota Logistics Services, Total Transportation Services oraz Southern Counties Express. Dziennie miały do pokonania nawet 500 mil. Każdy z pojazdów pozwolił uniknąć emisji 74,66 ton CO2 rocznie w porównaniu z ich odpowiednikami z silnikiem Diesla.
Ewolucja Ciągników Lotniskowych
Początki Holowania Samolotów
U zarania lotnictwa, w okolicach 2009 roku, przetaczanie samolotów, na przykład z hangaru na pole wzlotów, nie stanowiło dużego problemu. Wiele zdjęć archiwalnych pokazuje, jak kilka osób przetacza niewielki samolot. Ponieważ większość samolotów miała płozę ogonową, a nie kółko, często pod ogon samolotu podstawiano wózek dwukółkę. Wózek miał uchwyt (dyszel), który pomagał w manewrowaniu samolotem.
Od Siły Ludzkiej do Specjalistycznych Pojazdów
Z czasem siła ludzkich mięśni okazywała się niewystarczająca. Zaczęto używać zaprzęgów konnych, a następnie ciągników rolniczych (traktorów). W Polsce, ciągniki Ursus były wykorzystywane w PLL LOT do przetaczania pasażerskich samolotów Antonow An-24, co jest sposobem stosowanym do chwili obecnej, na przykład ciągnik holuje PZL M-28 Bryza nb 0213.
Rozwój Ciągników w Czasach PRL i w Latach 70.
W miarę upływu czasu, ciągniki rolnicze okazywały się za małe (mała masa) i za słabe (mała moc silników). Zaczęto stosować ciągniki samochodowe. W czasach PRL do przetaczania samolotów bojowych MiG-21 i Su-7/20/22 stosowano samochody ciężarowe STAR 66 / 266. W latach 70. w PLL LOT stosowano już specjalistyczne ciągniki lotniskowe, które miały nieduże rozmiary, były bardzo zwrotne i charakteryzowały się stosunkowo dużą masą.
Wyzwania Związane z Samolotami Szerokokadłubowymi
W latach 40. na lotniskach w USA poszczególne samoloty, takie jak największe wówczas Douglas DC-4 (długość około 30 m, rozpiętość około 35 m), podkołowywały bokiem, podobnie jak autobus do zatoki przystankowej. Takie zatoki (gate) miały wówczas długość około 100 m. Przy trzech stanowiskach odległości nie były wielkie, ale przy sześciu stanowiskach pasażerowie mieli już dużą odległość do przejścia. Z tego powodu perony zaczęto umieszczać równolegle. Problem polegał jednak na tym, że pasażerowie musieli wówczas przekraczać drogę kołowania samolotów, co mogło być bardzo niebezpieczne.
Pojawienie się Ciągników Push-Back
Pierwsze ciągniki lotniskowe, stosowane do wypychania (Push-Back) samolotów ze stanowiska peronowego (gate), pojawiły się w latach 50. XX wieku. Wynikało to z konieczności podniesienia poziomu bezpieczeństwa, aby przypadkowy pasażer nie dostał się pod wirujące śmigło i nie zginął. Wraz z wprowadzeniem do eksploatacji samolotów z napędem turboodrzutowym problem się nasilił. Rozwój lotnictwa, a wraz z nim pojawienie się ciężkich samolotów transportowych (szeroko-kadłubowych), spowodował, że ciągnikom lotniskowym zaczęto stawiać wyższe wymagania.
Wymagania i Testy dla Wielkich Samolotów
Na przełomie lat 60. i 70. pojawiły się samoloty szerokokadłubowe, ciężkie i bardzo duże, takie jak Lockheed C-5 Galaxy, Boeing B.747, Douglas DC-10 i Lockheed L-1011 TriStar. Warunki holowania tego typu samolotów zmieniły się nie tylko z uwagi na ich dużą masę (około 300 Mg), ale przede wszystkim na skutek większego tarcia kół o nawierzchnię. Podwozie samolotu Boeing B.747 składa się aż z 18 kół. Dlatego w USA, Wielkiej Brytanii, a także we Francji przystąpiono do testów, których wyniki miały posłużyć do opracowania ciągników lotniskowych dla tych samolotów.
Siły Potrzebne do Holowania
Wiadomo, że największą siłę trzeba przyłożyć do ruszenia samolotu z miejsca. Okazało się, że aby ruszyć z miejsca samolot Boeing B.747 w tył, przy włączonych na wolnych obrotach wszystkich silnikach, potrzeba około 255 kN. Z tej liczby 70 kN jest potrzebne do pokonania oporu stawianego przez silniki, pracujące na biegu jałowym. Natomiast aby utrzymać w ruchu już ruszony samolot B.747, z prędkością 35 km/h, potrzeba już zaledwie 50 kN. Wbrew pozorom, ciągniki lotniskowe nie mają bardzo wielkich silników.
Koncepcja Dwóch Typów Ciągników
Zrodził się wówczas pomysł budowy dwóch typów ciągników lotniskowych. Powolne (maksymalnie 35-40 km/h), zwane ciągnikami manewrowymi, o mocy silników 300-350 kW. Drugi typ to ciągniki szybkie (maksymalnie 70 km/h), ściągające samoloty z RWY (drogi startowej) na stanowisko peronowe. W założeniu, silniki samolotów miały pracować tylko na RWY.
Problemy z Szybkim Holowaniem Dyszlowym
Wykonano testy szybkiego holowania przy użyciu ciągników dyszlowych. Osiągnięto prędkość 58 km/h, ale wówczas zespół ciągnik-samolot zaczynał zygzakować. Odchylenia od założonego toru ruchu przekraczały 0,8 m, co powodowało nadwyrężanie konstrukcji samolotu i ciągnika. Istniało też ryzyko urwania holu. Co ciekawe, to samo zjawisko wystąpiło przy lżejszym (130 Mg) samolocie Boeing B.707.
Typy i Konstrukcja Współczesnych Ciągników Lotniskowych
Ciągniki lotniskowe zwane są także holownikami lub traktorami lotniskowymi. Generalnie dzielą się na dyszlowe i bezdyszlowe. W 70. latach do bardziej znanych firm budujących ciągniki lotniskowe należały: francuska firma Tracma, brytyjska firma F. L. Douglas Equipment oraz amerykańska firma International Harvester Company.
Ciągniki Dyszelowe
Ciągniki dyszlowe do chwili obecnej stanowią większość. Są bardziej uniwersalne, mogą manewrować nie tylko wąską grupą typów samolotów, ale także mogą być wykorzystane do innych nietypowych prac lotniskowych związanych z transportem bliskim. Klasyczne ciągniki holowane za pomocą dyszla (bomu) mają zaczepy zarówno z przodu, jak i z tyłu pojazdu. Zaczepy są tak skonstruowane, że mają możliwość regulowania wysokości zapięcia dyszla, co pozwala na holowanie różnych typów samolotów. Zaczepy (haki) mogą poruszać się poprzecznie. Każdy typ statku powietrznego posiada unikatowe wyposażenie holownicze, dzięki czemu hak działa również jako adapter między standardowym holownikiem a specyficznym zaczepem dla danego samolotu. Dyszel musi być wystarczająco długi, aby umieścić holownik na tyle daleko, by uniknąć uderzenia w samolot. Każdy dyszel posiada własne koła, które opuszcza się do nawierzchni, aby transportować dyszel, gdy ten nie jest zaczepiony do samolotu. Przy ciężkich dyszlach ich koła opuszczane są hydraulicznie, co ułatwia ustawienie odpowiedniej wysokości do zapięcia. Po zapięciu koła dyszla są podnoszone do góry. Ciągniki dyszlowe są bardziej uniwersalne.
Ciągniki Bezdyszlowe
Próby holowania za pomocą dyszla skłoniły do poszukiwania innej alternatywy, co doprowadziło do opracowania ciągników lotniskowych określanych krótko: bezdyszlowe. Ciągniki bezdyszlowe są bardziej wyspecjalizowane i służą tylko do określonych typów samolotów. Teoretycznie są łatwiejsze w obsłudze. W grę wchodziła tylko goleń i koła przedniego podwozia, tym bardziej, że ono jest skrętne.
Mechanizm Działania Ciągników Bezdyszlowych
Pierwsze projekty takich ciągników miały nisko umieszczoną platformę, którą trzeba było podsunąć pod przednie koła samolotu. Kiedy koła znalazły się już na platformie, blokowano je klinami. Problem polegał na tym, że w początkowej fazie podwozie główne musiało być zablokowane, a potem zwolnione, co dodatkowo angażowało załogę samolotu, która w tej fazie przygotowania do lotu i tak ma pełne ręce pracy. Konstruktorzy doszli do wniosku, że proces musi być mniej skomplikowany. Ponieważ do tego potrzeba dużych sił, skupiono się na układach ruchomych ramion poruszanych hydraulicznie. Powstało kilka rozwiązań: ciągnik dojeżdża do kół samolotu i opiera się o nie przednimi odbojnicami kołyski, których kształt ma maksymalnie pasować do opony. Następnie tylne odbojnice są wysuwane z ciągnika (podwójne z jednej strony lub pojedyncze dla każdego koła) i dolegają do opon od tyłu. Z kolei, cały zespół odbojnic (kołyski), z pochwyconymi kołami samolotu jest unoszony kilkanaście (15-30 cm) centymetrów w górę, także układem hydraulicznym. Pasażerowie zwykle nie odczuwają tych zmian, a zespół samolot-ciągnik jest gotowy do ruchu.
Ogólne Cechy Konstrukcyjne Ciągników Lotniskowych
Wszystkie Push-Backs (ciągniki) mają te same podstawowe funkcje. Kierowca-operator siedzi w kabinie pojazdu, która bardzo często jest izolowana akustycznie. Ciągnik zwykle ma łączność przewodową lub bezprzewodową z załogą samolotu. Jeśli takiej łączności nie ma, obok zestawu samolot-ciągnik idzie Marshaller, który ma taką łączność z załogą samolotu. Wszystko zależy od przyjętych procedur danej linii lotniczej lub/i operatorów na lotniskach. Każdy ciągnik lotniskowy, tak jak samochód, ma sygnał dźwiękowy, zestaw świateł, lusterka wsteczne i inne elementy poprawiające widok z kabiny operatora (na przykład widok zaczepu dyszla z ciągnikiem) oraz hamulec postojowy.
Zwrotność i Napęd
Ciągniki mają często napęd na wszystkie koła. Są pojazdami bardzo zwrotnymi. Nierzadko skrętne są koła dwóch osi, przedniej i tylnej, co powoduje znacznie mniejszy promień skrętu. Bywają rozwiązania, w których zarówno przednie, jak i tylne koła mogą się skręcić w tę samą stronę, co powoduje, że pojazd może przemieszczać się lekko bokiem. Ciągniki mają od czterech do sześciu kół.
Wygląd i Waga
Ciągniki lotniskowe mają dość specyficzny wygląd. Są maksymalnie niskie, aby mogły wjeżdżać pod nos samolotu i go nie uszkodzić. Stanowisko operatora umieszcza się w kabinie, która bardzo często ma możliwość podnoszenia się i opuszczania dla poprawy widoczności. Opony ciągnika są możliwie najmniejszej średnicy, a jednocześnie możliwie największej szerokości. Ta szerokość wynika z chęci uzyskania jak najlepszej przyczepności do podłoża. Ciągnik musi być maksymalnie ciężki, dlatego często konstrukcja ma dodatkowy balast. Typowy ciągnik dla dużych samolotów waży do 54 ton (119 000 funtów) i ma dyszel ciągnący o sile ciągu 334 kN (75 000 lbf).
Operacje Holowania i Bezpieczeństwo
Praktyki Holowania w Japonii i USA
Obecnie (stan na 2018 rok) w Japonii, na niektórych lotniskach, ciągniki nie tylko wypychają samoloty na drogę kołowania, ale kołują z nimi niemal do RWY i również ściągają je z okolic RWY na miejsce peronowe (gate). Jednak prędkość kołowania nie przekracza 35 km/h. Ten parametr wynikł z przepisów bezpieczeństwa. Podobnie czyniła firma Virgin Atlantic. Jednak praktyka ta w USA została przerwana po wzroście kosztów utrzymania sprzętu na skutek naprężeń powstałych podczas holowania.
Holujemy samoloty PLL LOT razem z LSAS. | We tow LOT Polish Airlines aircraft with LSAS.
Przykłady ciągników w akcji obejmują: ciągnik lotniskowy DOUGLAS wypychający samolot Boeing B.737-400 (2009 rok), ciężki ciągnik lotniskowy Schopf wypychający B.737 (2012 rok, z opuszczoną kabiną) oraz ciągnik lotniskowy TUG wypychający samolot PLL LOT Embraer 170STD rejestracja SP-LDG (2012 rok). Ciągnik lotniskowy firmy TUG M1-481 o masie 4 000 kg jest kolejnym przykładem powszechnie stosowanego sprzętu.