Эмиссия авиадвигателей

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ УЛЬЯНОВСКСКОЕ ВЫСШЕЕ АВИАЦИОННОЕ УЧИШИЩЕ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ (ИНСТИТУТ)

 

 

 

 

 

Кафедра ПАСОП

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

Тема: «Эмиссия авиадвигателей »

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: курсант

Группы П-12-5

Зубанов В.П.

Руководитель: Морозова М.М.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ульяновск 2012

Содержание

• эмиссия  авиадвигателей – 3

• снижение расхода топлива - 4

• снижение выброса загрязняющих веществ - 6

• альтернативные виды топлива  - 8
• переход на экологически чистые технологии - 10

• выброс загрязняющих веществ в зоне/окрестности аэропорта - 13

• выброс  загрязняющих  веществ по трассам полета – 14

• эксплуатационные методы снижения эмиссии двигателей воздушных судов – 15
• оптимизация операций воздушных судов в аэропортах – 16
• выбор оптимальной схемы и режимов руления – 17
• руление на части двигателей – 17
• режимы выполнения руления до взлета и после посадки - 18

• применение буксировщика для транспортировки самолета 20

• совмещение прогрева двигателей с выполнением руления – 21

• выполнение взлета на номинальном режиме – 21

• измерения эмиссии двигателей на самолете – 22

эмиссия  авиадвигателей

 

 

   

 

 

Быстрое увеличение объема авиаперевозок, дальности и высоты полета воздушных судов (ВС) потенциально может оказать существенное воздействие  на окружающую среду. Пока эта проблема не является критической и, действуя осмотрительно, мы можем избежать значительных последствий для окружающей cреды, обеспечив одновременно значительный рост авиаперевозок, дающих определенные преимущества экономического развития.

В связи с этим в  последнее время все большее  внимание уделяется снижению загрязнения от двигателей ВС. Значительно снижен выброс загрязняющих веществ от авиадвигателей, ведутся работы по совершенствованию методов контроля загрязнения воздушной среды в результате полетов воздушных судов, разработаны стандарты и рекомендации, направленные на снижение воздействия авиации на окружающую среду и население.

Воздушные суда дают около 1% от общего антропогенного загрязнения. В окрестности аэропортов, где  плотность полетов существенно  больше, доля выбросов от самолетов  может достигать 3 -4% от общего объема выбросов в атмосферный воздух.

При этом на долю авиации  в странах Содружества Независимых  Государств приходится 13,5 процента потребления  топлива (на автомобильном транспорте - 58 процентов, железных дорогах - 21 процент  и судах -7,5 процента).

Относительная величина выбросов различными видами транспорта составляет:

 

относительная величина выбросов различными видами транспорта 

 

 

Обычно различают две  области загрязнения: локального загрязнения - область в зоне и окрестности  аэропорта, где наблюдаются значительные концентрации загрязняющих веществ  и загрязнение на больших высотах  полета, связанное с воздействием их на озоновый слой. Считается, что озоновый слой защищает поверхность земли от жесткого ультрафиолетового излучения.

В отсутствии в настоящее  время стандартов, ограничивающих выброс загрязняющих веществ в верхние  слои атмосферы двигателями воздушных  судов, предложены схемы двигателей, позволяющие добиться практически минимально возможных выбросов загрязняющих веществ от авиадвигателей.

Одновременно ведутся  работы по снижению выбросов эксплуатационными  методами, к числу которых следует  отнести четкую организацию воздушного движения, оптимизацию схем и режимов различных этапов взлетно-посадочного цикла и режимов набора высоты и снижения воздушного судна, выполнение руления воздушного судна на части двигателей и др.

 
 

 

снижение  расхода топлива 

 

 

Снижение расхода топлива представляет собой основное направление, которому следуют все производители и эксплуатанты авиационной техники, затронутые топливным дефицитом. Здесь имеются значительные резервы. Так при среднем значении топливной эффективности 2Ог/пас.-км., достигнутой в настоящее время на современных самолетах, все еще остается в эксплуатации самолет Як-4О, расходующий почти 1ООг топлива на пас.-км.

Снижение выброса загрязняющих веществ двигателями ВС непосредственно  связано с увеличением топливной  эффективности.

Этого можно достичь на двигателе с высокой степенью повышения давления и высокими температурами термодинамического цикла, характерными для двигателей нового поколения, типа ПС-90.

Благодаря этому на таких  двигателях существенно снижен выброс оксида углерода (СО) и углеводородов (НС). Вместе с тем, из-за более высоких температур, реализуемых на таких двигателях, выброс оксидов азота (NО_х) увеличен, что  является платой за повышение топливной эффективности двигателя. Последнее  несколько компенсируется за счет сжигания меньшего количества топлива двигателями при большой топливной эффективностью таких двигателей.

Выброс оксидов азота  в стратосферу при полете сверхзвуковых  самолетов и частично дозвуковых самолетов, выполняющих полеты на границе  тропосферы и стратосферы, потенциально связан с изменением содержания озона в верхних слоях атмосферы. Считается, что для двигателей сверхзвуковых транспортных самолетов (СТС) выброс NO_х должен быть значительно снижен или последние окажутся экологически неприемлемыми. Предполагается, что такой двигатель будет выбрасывать около 5О г NO на кг сжигаемого топлива и, что возможно, по крайней мере, теоретически, снизить уровни загрязнения до 3-8 г NO на кг сжигаемого топлива. Возможности снижения выброса загрязняющих веществ здесь связаны с появлением двигателей переменного цикла, применением каталитического горения или нейтрализаторов.

Существующие сценарии развития авиации показывают, что  в ближайшем будущем вклад  авиации в общее загрязнение  должен возрасти. Эта проблема является общей для всех стран. Вместе с тем, можно говорить о ряде особенностей, определяющих развитие  отечественной авиации. Это, прежде всего:

§         свертывание промышленного производства в результате экономического кризиса, который переживает в настоящее время Россия, и соответственно значительное падение объема авиаперевозок,  сокращение  выпуска самолетов и двигателей и как результат этого - сокращение  парка самолетов;

§         слабое обновление парка самолетов (двигателей), неоправданно большие устанавливаемые эксплуатационные ресурсы на авиационную технику, вызванные в значительной мере отсутствием новых поставок;

§         низкая топливная эффективность, что в значительной мере определяет высокий уровень выброса загрязняющих веществ и повышенное потребление топлива (расходование природных ресурсов);

§         недостаточно глубокая переработка нефти и соответственно использование более легких фракций авиационных керосинов. При переходе на более тяжелые фракции в будущем уровни загрязнения также возрастут.

За счет более глубокой переработки нефти можно получить значительные резервы топлива. В настоящее время промышленный выход жидкого топлива в нефтеперерабатывающей промышленности в нашей стране составляет 9-1О процентов массы исходного сырья против 3О процентов в других промышленно-развитых странах мира. За счет этого и экономии топлива только за 5 лет  после скачка цен на нефть на мировом рынке США, например, удалось снизить годовое потребление нефти на 2ОО млн. т. при соответствующем снижении нагрузок на экологию.

Вместе с тем, более  глубокая переработка нефти, и соответственно переход на использование в авиации  более тяжелых керосинов, одновременно ведет к дополнительному загрязнению  за счет использования экологически более грязных топлив. Это означает, что характеристики авиационных двигателей для топлив отечественного производства, несколько завышены по сравнению с характеристиками двигателей, работающих на керосинах зарубежного производства.

 
 

 

снижение  выброса загрязняющих веществ 

 

 

Большая часть двигателей воздушных судов отечественного производства, продолжающих широко использоваться в эксплуатации, не подпадает под действие стандарта по выбросам загрязняющих веществ и не подлежит сертификации, а их доработка в эксплуатации обычно затруднена или связана со значительными затратами. К числу таких двигателей, прежде всего, относится самый массовый двигатель, используемый в отечественной авиации  НК-8-2У.

Валовой выброс загрязняющих веществ от двигателей этого типа составляет ежегодно около 180 тыс.т  при общем объеме выброса около 325 тыс.т от всего парка самолетов. При этом в зоне аэропортов этими двигателями выбрасывается ежегодно примерно 40 тыс.т загрязняющих веществ (примерно 24,8 тыс.т СО, 7,7 тыс.т НС и 4,1 тыс.т NOх) и 141,7 тыс.т загрязняющих веществ выбрасывается по трассе полета (из них примерно 82,3 тыс.т NО_х).

Доработки, требующие  изменения конструкции двигателя, на уже существующем парке двигателей (самолетов) при значительной  стоимости таких работ требуют значительных затрат времени и средств на их проведение, что в условиях постоянного обновления парка самолетов (двигателей) делают проведение таких работ экономически нецелесообразным.

Вместе с тем, в последнее  время предложены нетрадиционные методы, позволяющие существенно снизить  выброс загрязняющих веществ этим двигателем без существенной его доработки, только за счет перераспределения подачи топлива в I и II контуры двигателя. Удачным решением такого рода являются двигатели НК-8-2У и НК-86МА с модифицированными регуляторами подачи топлива. На таком двигателе снижен выброс НС в два раза и СО - в 1,5 раза по сравнению с двигателем со штатным регулятором топлива. Одновременно на этих модификациях двигателя достигнуто значительное снижение расхода топлива. Двигатель с модифицированным регулятором топлива прошел полный объем испытаний, в том числе и испытания по высотному запуску. Несмотря на значительные преимущества таких двигателей, работы по их внедрению прекращены из-за отсутствия необходимого финансирования.

 

Dp/Ro

уровни выброса  загрязняющих веществ  модифицированными двигателями,  Dp/Ro - масса, отнесенная к взлетной тяге 

 

 

 

альтернативные  виды топлива 

 

 

Проблемы дефицита традиционных видов топлива заставили искать возможности использования альтернативных топлив. Наиболее удобным топливом такого типа является сконденсированная (сжиженная) смесь газов пропана, бутана, пентана и гексана, получившая название «авиационное сконденсированное топливо» (АСКТ). Метан (природный газ, имеющийся в достаточных количествах), обладает несколько худшими с точки зрения использования на летательных аппаратах характеристиками (более низкая температура кипения, меньшая плотность). Однако их применение в авиации требует решения ряда практических задач, связанных с производством, хранением и транспортировкой такого топлива.

Заманчивым является возможность использования в  качестве топлива водорода. Но до сих  пор возможность его применения в авиации остается проблематичной и требует достаточно сложных инженерных решений. При современном уровне технологии это достаточно дорогой носитель энергии: на каждый джоуль энергии, запасенный в водороде, приходится от 4 до 1О Дж, затраченных на его добычу и сжижение. Эта энергия производится на обычных энергетических станциях, использующих то же ископаемое топливо. Считается, что применение сжиженного водорода на транспорте, на достигнутом в настоящее время уровне технологии, не приведет к снижению топливного дефицита. Так как при его получении будет сжигаться больше топлива, и соответственно приведет к увеличению выброса загрязняющих веществ, к тому же водородное топливо само не является достаточно экологически чистым.

По-видимому, использование  водорода в качестве моторного топлива станет возможным только после появления практически неисчерпаемого экологически чистого источника энергии, такого, например, как управляемый термоядерный синтез, реализация которого не ожидается в ближайшем будущем. Энергия, затраченная на производство и сжижение водорода, даже теоретически не может быть меньше запасенной в нем энергии, поэтому приемлемость концепции водородного топлива определяется тем, может ли человечество быть столь расточительным, даже обладая термоядерным синтезом.

Что касается других видов альтернативных топлив, то их внедрение в практику также связано с крупными капиталовложениями на разработку и промышленное освоение принципиально новых технологий.

 
 

 

переход на экологически чистые технологии

 

Недостатки прямого  регулирования в области охраны окружающей среды, сопряженные с чрезмерными затратами на соблюдение требований охраны окружающей среды и создающих отставание в использовании новейших технологий, подчеркивают важность поиска методов, стимулирующих снижение выбросов или затрат, формирование рынка разрешений на загрязнение для управления качеством среды.