Анализ рынка транспортно-логистических услуг в России

Для характеристики используемых режимов работы двигателей в стандартном ВПЦ, применяется понятие величины тяги, выражаемое в долях от взлётной тяги Foo.

Для типичных операций ВПЦ, выполняемых самолётом, условно принимаются значения величин тяги двигателя, приведённые в таблице 2.4.

Таблица 2.4 Этапы взлётно-посадочного цикла

Этап взлётно- посадочного цикла	Дозвуковые самолёты
	Величина тяги двигателя на этапе	Продолжительность этапа, мин
Взлёт	F oo	0,7
Набор высоты	0,85*Foo	2,2
Заход на посадку	0,30 * Foo	4,0
Руление (земной малый газ)	0,07* Foo	26,0

 

Показатели образования и выброса загрязняющих веществ. В международной практике оценки воздействия гражданской авиации на окружающую среду - образование и последующий выброс в атмосферу каждого загрязняющего вещества – характеризуют удельным показателем выброса, равным массе этого вещества, образовавшегося в авиадвигателе при сжигании единицы количества топлива. Размерность удельного показателя выброса - грамм ЗВ на килограмм топлива, обозначение –EI. Удельный показатель выброса EI каждого загрязняющего вещества определяют для всех типов авиадвигателя экспериментально по принятой ИКАО стандартной методике при заданных характеристиках топлива и при определённых атмосферных условиях (в пересчёте на МСА).

В соответствии с действующими требованиями ИКАО регламентируется содержание в отработавших газах авиадвигателей оксида углерода (СО), несгоревших углеводородов (СmНn), оксидов азота (NOX) и показатель (число) дымности. Имеющиеся официальные сведения об удельных показателях выбросов EI нормируемых загрязняющих веществ для всех сертифицированных двигателей занесены в "Банк данных ИКАО по эмиссии выхлопных газов двигателей" [18].

Кроме того, для оценки выбросов в атмосферу ЗВ используются данные о значениях удельных показателей выбросов СО, СmНn, NOx для основных типов отечественных маршевых авиадвигателей.

Следует иметь в виду, что валовый выброс загрязняющего вещества авиадвигателем в атмосферу зависит не только от удельного показателя выброса соответствующего ЗВ, но и от топливной эффективности этого двигателя.

"Индекс эмиссии" - термин является дословным переводом английского выражения "emission index", которое широко применяется в материалах ИКАО. Правильным переводом следует считать отечественный термин "удельный показатель выброса".

 

2.3.2 Расчёт контрольного параметра выброса в атмосферу.

Негативное воздействие отработавших газов того или иного авиадвигателя на атмосферу в зоне аэропорта Международной организацией гражданской авиации ИКАО принято характеризовать отношением массы загрязняющих веществ, выброшенных в зоне аэродрома (М) за взлётно-посадочный цикл, к взлётной тяге данного типа двигателя (F00). Отношение М/Foo называют контрольным параметром выброса в атмосферу некого загрязняющего вещества для определённого типа двигателя.

Масса каждого загрязняющего вещества M (в кг), образовавшегося в авиадвигателе и выброшенного в атмосферу за полный ВПЦ, может быть рассчитана по зависимости:

,     (1)

где - удельный показатель выброса рассматриваемого загрязняющего вещества на i-м режиме работы двигателя;

- расход топлива на i-м режиме работы двигателя; i

, - продолжительность i-го режима работы двигателя;

 i - режим работы двигателя в зоне аэропорта (этап ВПЦ)

Контрольный параметр выброса в атмосферу является удобной удельной характеристикой авиационного двигателя как абсолютной, так и относительной.

2.3.3 Расчёт выброса авиадвигателями продуктов сгорания топлива.

  Методология расчётного определения выбросов ЗВ при эксплуатации ГВС предполагает несколько уровней сложности методик, зависящих от решаемых задач и используемой при этом исходной информации. В соответствии с этими уровнями созданы и используются в природоохранной деятельности гражданской авиации:

• оценочные методики;
• методики усреднённой оценки;
• методика детальной оценки.

Примером оценочной (простейшей) методики расчёта выбросов ЗВ является методика САЕР (Doc CAEP/5-IP/22, 2001) [19] по определению массы парниковых газов, выделяемых при работе авиадвигателей, в зависимости от количества сожжённого авиатоплива которая (для случая применения стандартного авиакеросина) содержит следующие расчётные соотношения:

 

  (2)

  (3)

  (4)

 

Методики усреднённой оценки предполагают использование заранее рассчитанных и обобщённых показателей выбросов ЗВ как по отдельным ингредиентам, так и по их сумме. Атмосферный воздух в районе аэропорта загрязняется выбросами оксидов углерода, азота, серы (СО, NOx, SOx), несгоревших углеводородов (СnНm), дымом (включая сажу и иные частицы) от:

• маршевых двигателей при выполнении самолётами взлётно-посадочных операций до высоты 914 м;
• вспомогательных силовых установок;
• маршевых двигателей при их опробовании в процессе ТО ВС.

В этом случае количество загрязняющего вещества (или суммы ЗВ), поступающего в атмосферу в зоне конкретного аэродрома от всех воздушных судов в течение определённого периода времени (за сутки, месяц, сезон, год) для каждого ЗВ могут быть рассчитаны по формуле:

 
    (5)

 

 

Где - количество нормируемого ЗВ, выбрасываемое ВС определённого типа за стандартный ВПЦ;

 - количество нормируемого ЗВ, выбрасываемое за цикл опробования двигателей определённого типа;

- количество ВПЦ, совершённых  всеми ВС определённого типа за рассматриваемый период времени;

- количество циклов опробования  двигателей за рассматриваемый период времени (определяется по регламенту технического обслуживания ВС определённого типа и наработки ВС, приписанных к данной авиационно-технической базе);

  Т - индекс ВС соответствующего типа .

Для детальной оценки выбросов ЗВ в зоне аэродрома необходимо знание таких характеристик как:

• технические характеристики конкретного двигателя (дроссельные характеристики, параметр форсирования и объём жаровой трубы камеры сгорания, частота вращения ротора и др.);
• атмосферные (метеорологические) условий в зоне аэропорта;
• качества используемого топлива;
• прочих конкретных данных.

Вполне очевидно, что получить исходные данные для подобных расчётов очень трудоёмко, дорого и, как следствие, экономически не оправдано. Поэтому в повседневной природоохранной деятельности авиапредприятий проведение столь точных расчётов вряд ли целесообразно. Такие расчёты используются для научно-исследовательских целей, при разработке путей совершенствования авиатехники и т. п.

Таким образом, описанные методики позволяют оценивать массу ЗВ, выбрасываемых в атмосферу, на всех этапах полёта с момента запуска авиадвигателей ВС перед взлётом и до их выключения после посадки.

 

2.5.4 Расчёт выбросов в атмосферу  парка самолётов при рулении.

Для расчёта эффективности внедрения технических средств, позволяющих снизить эмиссию парниковых газов самолёта при рулении необходимо рассчитать эмиссию конкретного вида самолётов в определённом количестве.

Рассчитаем расход топлива при рулении (кг) i-го вида двигателя самолета, имеющегося в  парке авиакомпании ()

 

      (6)

 

Где

 – среднее время руления  самолёта (мин);

 – расход топлива при работе  двигателя (кг/с) i-го вида двигателя самолета, имеющегося в  парке авиакомпании;

Как было описано выше, при расчёте эмиссии авиадвигателей используется расчёт выбросов HC, CO и NOx. Тогда эмиссия, производимая j-тым видом самолета с i-ым видом двигателя, имеющегося в парке авиакомпании () рассчитывается по формуле:

      (7)

      (8)

      (9)

Где,

 – эмиссия HC/CO/NOx на 1 кг сгораемого топлива i-го вида двигателя самолета, имеющегося в  парке авиакомпании.

 – количество включённых  двигателей при рулении.

Соответственно, эмиссия каждого вида газа, производимая парком самолётов (E) рассчитывается по формулам:

 

      (10)

      (11)

     (12)

 

  -  количество самолётов каждого  вида в авиапарке компании.

 

ГЛАВА 3

3.1 Введение.

Производители самолётов используют концепции «Зелёной логистики» на всех стадиях жизненного цикла продукции. По современным тенденциям авиакомпании помимо учёта экологичности выбросов на стадии выбора летательного средства стремятся уменьшать показатели вредных  выбросов в атмосферу и использовать принципы ресурсосбережния на стадии эксплуатации.

Рассмотрим преимущества установки электрического двигателя Wheel Tag на самолёты авиакомпании UPS.

3.2 Проблемы, возникающие  на стадии руления самолёта.

Самостоятельно самолет движется по земле с помощью маршевых двигателей, работающих на холостом ходу. Однако их тяга даже в таком режиме чрезмерна, и самолет все время стремится набрать скорость больше требуемой для руления. Тяговая мощь даже одного двигателя при рулении используется не в полную силу. Кроме того, излишняя работа двигателей при рулении добавляет больший износ и затраты на ТО.

Хотя суммарный выброс загрязняющих веществ  двигателями самолетов сравнительно невелик в районе аэропорта эти выбросы вносят определяющий вклад в загрязнение среды. К тому же турбореактивные двигатели (так же как дизельные) при посадке и взлете выбрасывают шлейф дыма. Значительное количество примесей в аэропорту выбрасывают и наземные передвижные средства, подъезжающие и отъезжающие автомобили.

В Таблице 3.1 представлена среднегодовая эмиссия  от самолетов и наземных средств аэропорта Лос-Анджелеса.

 

 

 

Таблица 3.1 Среднегодовая эмиссия аэропорта Лос-Анджелеса.

Вещество	CO	HC	Nox	Аэрозоль
Эмиссия (кг)
Самолёты	10250	18000	2500	3820
Наземные ср-ва	8980	1235	750	80

 

Согласно полученным оценкам, в среднем около 42 % общего расхода топлива тратится на выруливание самолета к взлетно-посадочной полосе (ВПП) перед взлетом и на заруливание с ВПП после посадки (по времени в среднем около 22 мин). При этом доля несгоревшего и выброшенного в атмосферу топлива при рулении намного больше, чем в полете. Помимо улучшения работы двигателей (распыление топлива, обогащение смеси в зоне горения, использование присадок к топливу, впрыск воды и др.), существенного уменьшения выбросов можно добиться путем сокращения времени работы двигателей на земле и числа работающих двигателей при рулении (только за счет последнего достигается снижение выбросов в 3 - 8 раз).

3.3 Описание применяемого  технического средства.

Последнее десятилетие мировые компании стремятся решить  описанные выше проблемы. В настоящее время компания Borealis Exploration  разработала устройство Wheel Tug, состоящее из индукционных электромоторов, устанавливаемых в колёса носовой стойки самолета.  Полностью система весит порядка 136 килограмм, включая  интерфейс (панель управления) в кабине пилота, а также контроллеры по управлению системой.

Электрическая система управления рулением разработана, чтобы значительно повысить эффективность работы авиакомпаний и обеспечить улучшение экологических показателей путем сокращения выбросов углерода и других вредных веществ во время эксплуатации самолетов на взлетно-посадочной полосе. 

Система использует генератор вспомогательной силовой установки (Auxiliary Power Unit - APU) для питания электродвигателей, приводящих в действие колеса шасси, не используя основные двигатели, и, тем самым, сокращая расход топлива. Каждое из ведущих колес самолета оснащается электромеханическим приводом, уникальной силовой электроникой и контролирующими системами, что позволяет пилоту регулировать скорость, тормоза и направление самолета во время руления.  
На Рисунке 3.1 представлены компоненты системы Wheel Tug.

Рисунок 3.1 – Компоненты системы Wheel Tug

 

 

Система состоит из:

• Двух электромоторов компании Chorus, которые встраиваются в носовые колеса самолета
• Инвертора, преобразователя. Инвертор служит для питания  электродвигателей Chorus. Он также служит для передачи управления от APU самолета (APU (англ. Accelerated Processing Unit, «ускоренное обрабатывающее устройство», по аналогии с CPU) — гибридный центральный процессор (ЦП))
• Комплект проводки  для обеспечения питания. Проводка для передачи данных – соединение кабины пилота самолета с инвертором. Проводка типа данные-питание для подключения инвертора к электромоторам.
• Панель управления системой из кабины пилота посредством джойстика. Панель управления соединяется только с системой Wheeltug и не интегрируется с другими системами самолета.
• Программное обеспечение для объединения всех устройств обеспечения работы системы.