Эмиссия авиадвигателей

выброса загрязняющих веществ при  рулении самолета

эффективность различных эксплуатационных приемов  снижения

выброса загрязняющих веществ при  рулении самолета 

 

%

 

относительная величина выброса  загрязняющих веществ  при рулении

самолета Ту-134 а) на двух двигателях б) на одном двигателе  

 

 

%

 

относительная величина выброса загрязняющих веществ  при рулении самолета Ту-154 на различном  числе двигателей а) на всех двигателях, б) на двух двигателях в) на одном двигателе  

 

t _{эф ,}

 эффективное время руления  самолета на различном числе двигателей  

 

 

применение  буксировщика для транспортировки  самолета

 

 

 

Выполнение руления  ВС на части двигателей, также как  и буксировка самолета позволяет добиться перераспределения поля концентрации загрязняющих веществ в зоне аэропорта и снизить уровни их концентрации в зонах, защищаемых от загрязнения.

Вместе с тем, применение буксировки самолета приводит к замене источника выброса, в данном случае источником выброса является не самолет, а буксировщик, который является не меньшим загрязнителем. Выхлопные газы его двигателя (двигателей) имеют иной качественный и количественный состав, при этом некоторые из них более токсичны, чем от двигателей ВС.

Применение буксировки сопряжено с некоторыми трудностями. По имеющимся оценкам применение букировки может снизить выброс продуктов неполного сгорания (несгоревшие  углеводороды, окись углерода) до 50%, окислов азота до 5%. При этом достигается существенная экономия топлива, до 25%.

При этом, при выборе оптимального метода буксировки самолета до взлета и после взлета в каждом случае необходимо рассматривать в комплексе  возникающие экономические проблемы с учетом требований обеспечения  безопасности полетов.

 

 

 

совмещение  прогрева двигателей с выполнением  руления

 

 

 

Прогрев двигателей, выполняемый  отдельно на некоторых типах двигателей производится до взлета, как правило, на режимах 0,6 – 0,7 номинального в течение 2 минут. Для режима прогрева двигателей характерны меньшие по сравнению с режимами малого газа уровни выброса НС и СО при незначительном повышении выброса NOx. Вместе с тем совмещение этого режима с выполнением руления или в тех случаях, когда это возможно, отмена его позволяет снизить эмиссию двигателей.

 

 

 

выполнение  взлета на номинальном режиме

 

 

 

Выполнение взлета на номинальном режиме там, где это  позволяет длина ВПП и конкретные условия аэропорта, позволяет значительно  сократить суммарный выброс загрязняющих веществ за счет существенного уменьшения эмиссии NOx, характерного для взлетного режима. То же относится и к применению реверса при торможении самолета при посадке.

 
 

 

 

 

измерения эмиссии  двигателей на самолете

 

 

 
 

 

измерения эмиссии  двигателя 

 

 

Получение характеристик  эмиссии двигателя для условий  полета на стенде ограничено возможностями  измерения параметров потока в замкнутом  контуре стенда, когда существенными  становятся фоновые концентрации (загрязнение маслами и т.п.). Такие загрязнения часто сопоставимы с собственным загрязнением стенда и их практически не удается выделить.

Выполненные в рамках описываемых ниже исследований измерения  эмиссии двигателя в полете, позволили уточнить характеристики загрязнения по маршруту полета ВС, и подойти к разработке нормативов выброса по трассе полета.

В 1989-1990 года были проведены  измерения  эмиссии двигателей воздушных судов, находящихся в эксплуатации.  Измерения проведены на базе международного аэропорта Шереметьево.

Спонсировались работы администрацией международного аэропорта, а сама их постановка оказалась возможной  лишь благодаря пониманию их актуальности и твердой поддержке со стороны  главного инженера аэропорта Г.Г.Аникаева.

Запомнилось моё первое общение с этим человеком, он произвел на меня впечатление крупного руководителя,  чувствовавшего конъюнктуру рынка, хорошо понимавшего значимость таких исследований. Такая позиция подкреплялась всеми последними событиями вблизи решения проблемы эмиссии авиадвигателей, все острее звучащей на фоне разворачивающейся конкурентной борьбы западных производителей авиационных двигателей в их стремлении вытеснить других. Эта опасность четко обозначилась в борьбе за ужесточение стандартов по эмиссии авиадвигателей в рамках ИКАО, на других встречах авиационных специалистов. Многие зарубежные аэропорты были готовы  ввести наряду с уже существовавшими ограничениями по авиационному шуму ограничения по выбросу загрязняющих веществ.

Нужно сказать, что если бы не проявленное тогда администрацией аэропорта Шереметьево понимание важности этих работ, они просто бы не состоялись. Поскольку их проведение в дальнейшем в условиях надвигавшейся «перестройки» стало бы просто невозможным, имея в виду необходимость привлечения значительных ресурсов (затраты на проведение гонок двигателей, высокая стоимость авиатоплива).

Предполагалось, что в  ближайшее время рядом стран  могла быть введена система сборов за выброс загрязняющих веществ двигателями  воздушных судов. В связи с этим одной из задач исследований было определение фактических уровней выброса загрязняющих веществ двигателями отечественного производства, эксплуатирующимися на внутренних и на международных авиалиниях, при установлении нормативов платы за выброс загрязняющих веществ, их соответствия международным стандартам.

Не менее важной задачей  исследования было уточнить уровни загрязнения  воздушной среды в зоне аэропорта  и по трассе полета самолетов.

Испытания не подтвердили  заявленное предприятием-изготовителем снижение эмиссии на модификациях основных двигателей отечественного производства до уровня международного стандарта, якобы полученное ими.

Эти испытания были также  важны, поскольку проведение сертификационных испытаний по эмиссии двигателя  тогда сдерживалось отсутствием у предприятий-изготовителей необходимых измерительных систем (в основном зарубежного производства), которые должны были быть использованы также при доводке двигателей.

Необходимым оборудованием  располагала лаборатория ГосНИИ ГА. Важно было наиболее эффективно его использовать. Частично эта задача могла быть решена с помощью мобильного комплекса, оборудованного необходимыми системами для измерений непосредственно на самолете.

Такой измерительный  комплекс был создан на базе лаборатории  эмиссии авиадвигателей, ГосНИИ ГА (Шереметьево). Измерительные системы, обычно используемые в стендовых испытаниях, были перенесены на автомобиль, оборудованный подъемной платформой, были изготовлены специальные стойки для установки вблизи среза сопла двигателя гребенки (паука) пробоотборника газов для отбора газов из струи двигателя.

В качестве измерительных  систем использовалась газоаналитическая  измерительная аппаратура фирмы  «Beckman» (США), обычно применяемая в  стендовых испытаниях двигателей, которая  отвечала требованиям международного стандарта.

В отличие от стенда здесь  не проводились измерения тяги, необходимые  зависимости были взяты из формуляров заводских испытаний для каждого  отдельного двигателя,  установленного на самолете.

Для оценки «ухода» характеристик эмиссии двигателей в эксплуатации особый интерес представляли измерения на двигателях, выработавших различный ресурс, в том числе двигатели после ремонта.  

 

 

 

нажать

 
 

 

     измерения эмиссии двигателей на самолёте Ту-154 

 

По сравнению с закрытым стендом  здесь отсутствуют искажения  потока за срезом сопла. Внешние условия  в испытаниях контролировались по условиям аэропорта. 

В состав измерительных  систем вошли:

Анализатор углеводородов  пламенно-ионизационного типа, модель 4О2, предназначенный для измерения  суммарных углеводородов (НС) в выхлопной  струе газотурбинных двигателей;

инфракрасный анализатор модели864 и 865 для измерения содержания оксида углерода;

анализатор оксидов  азота NO/NO_х модели 955 хемилюминисцентного типа, применяемый для анализа проб газа с высоким содержанием водяного пара и предназначенный для измерения эмиссии двигателей.

Калибровка измерительных  систем проведена эталонными поставленными  фирмой газами в диапазоне ожидаемых  концентраций. 

 

 

 

«паутина» выбросов 

 

 

Подготовка и отладка  измерительного комплекса велась при  участии представителей фирмы. В  этих работах принимали участие В.Н.Леонович, И.В.Минаев, Т.Н. Орлова, В.И.Зайцев, Ф.К.Бугров.

Участие в этих работах  представителя фирмы придавали  ей некоторый интернациональный  характер. Иногда из кабины автомашины, где велась наладка измерительных  систем, можно было услышать: «мистер Брандл, may be дверцу открыть?». Некоторые языковые трудности, тем не менее, не мешали в целом продвижению в работе.

Как-то, при отладке  систем вышла из строя термопара, и работы могли быть на несколько  дней приостановлены, до тех пор, пока не пришлют запасные части. Неожиданно Валера Леонович, больше всех переживавший неудачу, предложил, пока пришлют новую термопару, попытаться спаять вышедшую из строя. При этом прозвучало таинственное упоминание Покровское-Стрешнево, где размещалась часть лаборатории, где это могут сделать. Поскольку термопара была составлена из редкоземельных металлов, их пайка соответственно требовала применения космических технологий.

Магическое «Покровское-Стрешнево» подействовало, по-видимому,  на м-ра Брандла, и он ухватился за эту идею. Я был в полной растерянности, сознавая невозможность в наших условиях провести такую пайку. С помощью Федора Константиновича и «какой-то матери» все же удалось спаять термопару, и она продержалась до прихода запасной детали. 

С помощью этих систем были проведены широкомасштабные исследования практически на всех типах авиационных двигателей отечественного производства и их модификаций, занятых в гражданской авиации, включая исследования возможности снижения эмиссии авиадвигателей в эксплуатации.

Измерения проводились  на различных режимах работы двигателя  вплоть до взлетного режима, около 3О  точек в каждом испытании при  прямом и обратном ходе изменения  оборотов двигателя через 2% на режимах  малого газа и 5% на остальных режимах  работы двигателя.

Тяга двигателя и  расход топлива в ходе испытаний  уточнялись по дроссельным характеристикам  по данным приемо-сдаточных испытаний  двигателя (формулярные данные), а  расход воздуха через двигатель - по данным стендовых испытаний  двигателя.

Испытания проведены на основных типах самолетов и вертолетов гражданской авиации и отдельных двигателях, используемых в военной авиации. 

По данным натурных и  стендовых испытаний были уточнены характеристики эмиссии двигателей воздушных судов основных типов, находящихся в эксплуатации.

Ниже приведены обобщенные характеристики эмиссии двигателей по результатам натурных испытаний

 

 

 

двигатель Д-30КУ (Ил-62М)                       Д-30КУ   

 

 

 

Измерения выполнены  на самолете Ил-62М бортовой № 85514, двигатель Д-30КУ (1СУ) после ремонта, общее время наработки двигателя 12135 час; двигатель Д-30КУ-2 (2СУ), начало эксплуатации 24.11.86; двигатель Д-30КУ-2 (3СУ), начало эксплуатации 1.01.88; двигатель Д-30КУ-2 (4СУ), начало эксплуатации 8.03.89. 

 

 

 

 

 
Сравнение дроссельных характеристик  двигателей с разной наработкой по данным приемно-сдаточных испытаний показывает, что их разброс, порядка 3-5%, находится в пределах экземплярного разброса параметров двигателя и практически не отличается от характеристик стандартного двигателя по данным испытаний.

 
 

 

 

индексы эмиссии  двигателей Д-30КУ (Ил-62М) , г/кг тяги

1 дв. после  ремонта, общее время наработки 12135 час 

 

 

 

двигатель НК-86(Ил-86)           НК-86

 

Измерения выполнены  на самолете Ил-86 бортовой № 85514, двигатель НК-86 (1СУ), после ремонта, общее время наработки 3000 часов, начало эксплуатации 07.84, двигатель НК-86 (2СУ), после ремонта, начало эксплуатации 06.87, двигатель НК-86 (3СУ), после ремонта, общее время наработки 4408 часов. Ниже приведены ха  рактеристики эмиссии двигателей по результатам натурных испытаний.

 

 

индексы эмиссии  двигателей НК-86 (Ил-86), г /кг тяги     

 

 

 

двигатель Д-30 II серии (Ту-134)               Д-30 II серии