مصادر الطاقة الأرضية للطائرات: 400 Hz مقابل 28 VDC، الثابتة مقابل المتنقلة، والهواء المكيّف مسبقًا

لماذا توجد طاقة أرضية

عندما تكون الطائرة متوقفة عند البوابة أو في موقف بعيد، فإنها لا تزال بحاجة إلى الطاقة الكهربائية لإنارة المقصورة، وأجهزة الطيران، والمطبخ، وأنظمة التكييف، والفحوصات السابقة للإقلاع. ويمكنها توليد هذه الطاقة ذاتياً بتشغيل APU — وهو محرك توربيني صغير في ذيل الطائرة — غير أن الـ APU يحرق وقود الطائرات، ويُحدث ضجيجاً، ويُطلق عوادم عند الموقف. والغرض من الطاقة الأرضية الثابتة أو المتنقلة هو تزويد الطائرة بالطاقة من الأرض ليتسنى إيقاف تشغيل الـ APU، مما يخفّض استهلاك الوقود والضوضاء وانبعاثات الساحة. وفي حرارة الخليج، يمتد المنطق نفسه ليشمل الهواء المكيّف: فبدلاً من تشغيل الـ APU لتشغيل وحدات تكييف الهواء، تقوم وحدة الهواء المكيّف مسبقاً بتزويد المقصورة بهواء مبرَّد ومكيّف مباشرةً.

400 Hz مقابل 28 VDC — مصدران مختلفان للتغذية

لا تتطلب طائرات النقل التجاري جميعها التغذية الكهربائية نفسها. فثمة معياران مهيمنان، وهما غير قابلين للتبادل.

• 400 Hz، 115/200 V AC ثلاثي الطور هو المصدر الكهربائي الأساسي القياسي للغالبية العظمى من الطائرات النفاثة التجارية — عائلة A320، وA330/A350، و737، و777، و787 وما إلى ذلك. وقد استقرّ قطاع الطيران على 400 Hz بدلاً من 50/60 Hz المستخدم في المباني لأن المحوّلات والمحركات ذات التردد العالي يمكن أن تكون أصغر وأخف وزناً بكثير لنفس القدرة، وهو أمر بالغ الأهمية في الطائرات. ويجب أن توفّر وحدة الطاقة الأرضية التي تغذّي هذه الطائرات تياراً نقياً ومنظّماً بتردد 400 Hz وبالجهد الصحيح، ضمن التفاوتات التي يقبلها النظام الكهربائي للطائرة.
• 28 V DC هو مصدر تيار مستمر منخفض الجهد يُستخدم بصورة رئيسية في الطائرات الأصغر، والطيران العام، والمروحيات، وبعض طائرات رجال الأعمال، ولوظائف محددة كتشغيل المحركات في أنواع معيّنة. وتختلف وحدة الطاقة الأرضية بـ 28 VDC عن وحدة 400 Hz، ويصنع كثير من مُصنّعي معدات الخدمة الأرضية كليهما أو وحدات مدمجة.

النقطة العملية للمشتريات: يجب أن يتطابق المصدر مع الطائرة الموجودة في الموقف. فبوابة الطائرات عريضة البدن تحتاج إلى 400 Hz بتيار عالٍ؛ وقد تحتاج ساحة الطيران العام أو الطائرات الدوّارة إلى 28 VDC؛ وقد يحتاج الموقف متعدد الاستخدامات إلى كليهما. وتكون قدرة الخرج للطائرات الكبيرة كبيرة — إذ تُصنَّف وحدات 400 Hz لعريضة البدن عادةً بحوالي 90 kVA أو أكثر، وقد يحتاج الموقف إلى أكثر من نقطة واحدة أو إلى وحدة بقدرة أعلى لطائرة من فئة A380.

وحدات الطاقة الأرضية بالديزل والكهربائية والبطاريات

تتمايز وحدات GPU أيضاً بطريقة توليدها للطاقة أو الحصول عليها:

• وحدات GPU العاملة بمحرك الديزل (المتنقلة) تحمل مولِّد ديزل خاصاً بها. وهي مرنة ولا تحتاج إلى بنية تحتية ثابتة، لكنها تحرق الوقود وتُطلق انبعاثات عند الموقف — وهو بالضبط ما تسعى المطارات إلى التخلص منه بصورة متزايدة.
• وحدات GPU الكهربائية / ذات الحالة الصلبة هي محوّلات ساكنة تأخذ التيار الكهربائي من الشبكة (50/60 Hz) وتحوّله إلى 400 Hz نقي. وتُعدّ الوحدات الثابتة المركّبة على جسر الركاب أو الموقف الخيار الأقل انبعاثاً والأقل ضوضاء حيثما تتوفر سعة الشبكة.
• وحدات GPU المتنقلة العاملة بالبطاريات الكهربائية هي الحل الوسط المتنامي: وحدة متنقلة دون محرك ديزل، تعتمد على بطارية داخلية تُشحن من الشبكة. وتظهر في عمليات البحث باسم "battery GPU"، وهي جذابة حيث لا يتوفر محوّل ثابت في الموقف لكن المطار يريد التخلص من الديزل. ويجب تحديد مقاسها بحيث تستطيع البطارية إمداد دورة خدمة كاملة دون استنفاد.

عبارة "ECAC-compliant" في استفسارات GPU تشير عادةً إلى التوقعات الأوسع لمعدات المطار وسلامة الساحة بدلاً من معيار أداء واحد لـ GPU؛ أما الامتثال الكهربائي الجوهري فيأتي من المعايير الواردة أدناه.

المعايير الحاكمة

• ISO 6858 يحدد المتطلبات العامة لإمدادات الطاقة الكهربائية للدعم الأرضي للطائرات.
• وثائق SAE ARP وAS (لا سيما معايير SAE AS التي تتناول جودة وخصائص الطاقة الأرضية بتردد 400 Hz) تحدد نطاق جودة الطاقة — الجهد، واستقرار التردد، والتشوّه التوافقي — الذي يتوقعه النظام الكهربائي للطائرة.
• سلسلة EN 12312 (معدات الدعم الأرضي للطائرات) تغطي متطلبات السلامة والتصميم لمعدات GSE نفسها، بما فيها وحدات GPU الكهربائية.
• وثائق تخطيط المطارات الصادرة عن مصنّعي الطائرات تبيّن الطاقة الخارجية التي يقبلها كل طراز.

إن وحدة GPU التي توفّر طاقة خارج نطاق التفاوت قد تُسبب تشغيل أنظمة الحماية في الطائرة أو، الأسوأ من ذلك، إتلاف المعدات؛ لذا فإن جودة الطاقة — وليس مجرد القدرة الاسمية بـ kVA — هي معيار تقييم حقيقي.

الهواء المكيّف مسبقاً (PCA) — النصف الحراري من المشكلة

في الخليج، لا تكفي الطاقة الأرضية وحدها لإيقاف تشغيل الـ APU، لأن المقصورة لا تزال تحتاج إلى التبريد. تقوم وحدات الهواء المكيّف مسبقاً بتزويد الطائرة المتوقفة بهواء مبرَّد ومُزال الرطوبة ومكيّف عبر مجرى موصول بنقطة PCA في الطائرة، فيُرفع حمل التكييف عن الـ APU.

يُعدّ تحديد مقاس PCA المتغيّر الخليجي الحاسم. فوحدة PCA المُصمَّمة لمناخ معتدل ستكون أقل من اللازم بكثير عند درجة حرارة محيطة تبلغ 45–50 °C، مما يُبقي المقصورة حارة ويدفع الأطقم إلى تشغيل الـ APU على أي حال — وهو ما يُلغي الاستثمار بأكمله. ويجب أن تنص مواصفات مطارات الخليج على درجة الحرارة المحيطة التصميمية (أسوأ حالات الصيف) وأكبر طائرة في الموقف، وأن تشترط قدرة الوحدة على الحفاظ على درجة حرارة المقصورة عند هذه التوليفة. وكما هي الحال مع وحدات GPU، تتوفر PCA في صورة متنقلة (عادةً تعمل بالديزل) وثابتة (كهربائية، مركّبة على الجسر أو الموقف)، وينطبق منطق الانبعاثات نفسه لتفضيل الوحدات الكهربائية الثابتة حيث تسمح سعة الشبكة.

اعتبارات خاصة بدول مجلس التعاون الخليجي

• الحرارة المحيطة تهيمن على تحديد مقاس PCA وتُجهد إلكترونيات قدرة GPU وأنظمة تبريدها — يجب اشتراط أداء مختبَر في درجات الحرارة المرتفعة.
• الغبار والرمال يسدّان الفلاتر ويهاجمان الموصلات؛ لذا تلزم العلب بتصنيف IP وفلاتر قابلة للصيانة.
• سعة الشبكة تحدد ما إذا كان GPU/PCA الكهربائي الثابت ممكناً، أم أن وحدات البطاريات/المتنقلة هي التي تسدّ الفجوة في المواقف البعيدة.
• التزامات خفض الانبعاثات وتقليل تشغيل APU في المراكز الخليجية تجعل بصورة متزايدة من 400 Hz كهربائي ثابت + PCA بمقاس كافٍ الخيار الافتراضي للبوابات الجديدة، مع وحدات بطاريات كهربائية متنقلة للمواقف التي تفتقر إلى البنية التحتية الثابتة.
• خدمة الصيانة الإقليمية لإلكترونيات القدرة ومحطات التبريد مسألة جوهرية؛ فهذه أصول كثيفة الصيانة.

ما يعنيه ذلك للمشتريات

ابدأ من الطائرة والموقف: أي مصدر تغذية (400 Hz أو 28 VDC أو كليهما)، وبأي قدرة، ولأكبر طراز يُخدَم؛ وهل GPU الكهربائي الثابت ممكن في ضوء سعة الشبكة، أم أن الحاجة قائمة لوحدات متنقلة بالبطاريات/الديزل؛ وما سعة PCA المطلوبة عند أسوأ درجة حرارة محيطة محليا