refik.in.ua 1 2 3 4

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГУП «Государственный научно-исследовательский институт гражданской авиации»


ЗАО «Центр экологической безопасности гражданской авиации»

СОГЛАСОВАНО

Министерством транспорта

Российской Федерации

27 октября 2008г.

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

ДВИГАТЕЛЯМИ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ

ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ


Москва, 2007 г.

РАЗРАБОТАНО:
ФГУП «Государственный научно-исследовательский институт гражданской авиации»

Картышев О.А. (научный руководитель)

ЗАО «Центр экологической безопасности гражданской авиации»

Медведев В.В., Запорожец А.И.

Все права на публикацию и распространение принадлежат

ЗАО «Центр экологической безопасности гражданской авиации» 


СОДЕРЖАНИЕ
Стр.

1. Основные термины и определения 3

2. Общие положения 4

3. Перечень загрязняющих веществ 6

4. Основные расчетные соотношения и пояснения 7


4.1. Маршевые двигатели 7

4.2. Вспомогательные силовые установки (ВСУ) 10

5. Последовательность расчета выбросов загрязняющих веществ 11

5.1. Простой метод расчета для маршевых двигателей 11

5.2. Детальный метод расчета для маршевых двигателей 11

5.3. Простой метод расчета для ВСУ 13

5.4. Детальный метод расчета для ВСУ 14

6. Оценка погрешности выполненных расчетов 14

7. Список использованных источников 15
Приложение № 1 Эмиссионные характеристики некоторых
отечественных авиадвигателей 16

Приложение № 2 Пример расчета выбросов загрязняющих веществ 17

Приложение № 3 Данные по выбросам загрязняющих веществ отечественных

авиадвигателей и ВСУ 21


1. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
1.1. Двигатель - маршевый газотурбинный двигатель тягой больше 26,7 кН, установленный на воздушном судне гражданской авиации.

1.2. Относительная тяга R=R/Rвзл – отношение тяги двигателя на данном режиме к взлетной тяге. Величина R характеризует режим работы двигателя.

1.3. Стандартные атмосферные условия - САУ – атмосферные условия на уровне моря, характеризующиеся следующими значениями давления и температуры p0=101325Па (760 мм рт ст), Т0=288К (+15С).

1.4. Стандартный взлетно-посадочный цикл ИКАО (ВПЦ) - цикл, который включает в себя все операции воздушного судна (ВС) с момента запуска двигателей до набора высоты 915 метров, а также с момента захода на посадку с высоты 915 метров до остановки двигателя после посадки самолета.

1.5 Загрязняющее вещество (ЗВ) – вещество, оказывающее негативное влияние на окружающую среду.

1.6. Валовой выброс ЗВ – масса загрязняющего вещества, поступившая в атмосферу за определенный (отчетный) период времени.

1.7. Индекс эмиссии EI - отношение количества граммов загрязняющего вещества на килограмм сгоревшего топлива (г/кг). Индексы эмиссии ЕIj определяются предприятием-разработчиком в процессе стендовых испытаний и являются характеристикой двигателя.

1.8. Контрольный (нормируемый) параметр эмиссии – уровень эмиссии, определяемый как отношение Мj/Rвзл, где Мj - масса загрязняющего вещества в граммах, выделившегося за стандартный взлетно-посадочный цикл (ВПЦ), Rвзл - взлетная тяга двигателя в килоньютонах (кН).

1.9. Число дымности (SN) – нормируемый параметр эмиссии твердых частиц (сажи), определяемый по результатам сравнения отражательной способности загрязненного и чистого фильтров.

1.10. Несгоревшие углеводороды (СН) – смесь содержащихся в пробе газа углеводородных соединений всех классов и молекулярных весов.

1.11. Окислы азота (NOx) – смесь окиси и двуокиси азота, содержащихся в пробе газа.

1.12. Окись углерода (СО) – загрязняющее вещество, образующееся в результате неполного сгорания топлива.

1.13. Двуокись серы (SO2) - загрязняющее вещество, образующееся в результате реакции окисления серы, содержащейся в топливе.
2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
2.1. Настоящая методика разработана с целью создания единой методической основы по определению количества выбросов загрязняющих веществ (ЗВ) маршевых газотурбинных двигателей во всех условиях эксплуатации ВС гражданской авиации (ГА).

Методика разработана в соответствии с законодательством Российской федерации [1-3] на базе отечественных методик [4-6], гармонизирована с международными методами расчета [7-10,19]. "С выходом настоящей Методики утрачивает силу «Методика расчета выбросов загрязняющих веществ в атмосферу двигателями основных типов воздушных судов гражданской авиации» [5].

2.2. Основные задачи методики:

 расчет суммарных выбросов ЗВ двигателями в течение стандартного или реального взлетно-посадочного цикла;

 определение выбросов ЗВ маршевыми газотурбинными двигателями на высотах крейсерского полета;

 количественная оценка выбросов парниковых газов;

 определение выбросов ЗВ, разрушающих озоновый слой;

 расчет и сравнительная оценка выбросов ЗВ двигателями при эксплуатации смешанного парка ВС в различных аэропортах, осуществляющих внутренние или международные перевозки с целью обмена квотами на выбросы загрязняющих веществ.

2.3. Основные свойства методики

 достаточно большая универсальность, объективность и точность расчетных оценок выбросов ЗВ двигателями ВС;

 высокая степень гармонизации с действующими и перспективными методами оценок, нормами ИКАО по эмиссии, а также другими существующими методиками;


 ясность алгоритма, удобство использования программного продукта персоналом авиакомпаний, аэропортов и других пользователей;

 возможность объективной проверки природоохранными и другими заинтересованными организациями результатов расчета выбросов ЗВ с целью определения размеров платы за загрязнение атмосферного воздуха.

2.4. Методика определяет порядок расчета выбросов загрязняющих веществ на основе удельных показателей эмиссии (таких как индексы эмиссии, уровни эмиссии) авиадвигателей и их эксплуатационных характеристик с учетом наружных атмосферных условий.

2.5. Методика распространяется на маршевые газотурбинные двигатели тягой больше 26,7 кН, установленные на воздушных судах гражданской авиации, что соответствует национальным [6] и международным требованиям [11]. С учетом результатов и выводов конгресса ИКАО в феврале 2007г. методика предусматривает учет выбросов ЗВ вспомогательными силовыми установками (ВСУ) [20].

2.6. Рассматриваются две зоны влияния эмиссии двигателей ВС на атмосферу – до высоты 915м и на основном (крейсерском) участке полета по маршруту. Распределение на зоны влияния вызвано разницей последствий воздействия эмиссии ЗВ. Результаты расчета количества выбросов ЗВ приводятся раздельно для каждой из отмеченных зон влияния на атмосферу.

2.7. Методика предусматривает два различных по уровням сложности и точности способа расчета количества выбросов ЗВ двигателями, каждый из которых является полноправным и обладает необходимой представительностью. Выбор и использование простого или детального метода расчета зависит от задач пользователя и имеющихся источников исходных данных для расчета.

2.7.1. Простой метод позволяет выполнить приближенную оценку количества выбросов ЗВ. Метод основан на использовании стандартного ВПЦ и упрощенных соотношений. При этом при расчете количества выбросов загрязняющих веществ на высотах выше 915 метров принятым допущением является использование данных номинального режима работы двигателя.


2.7.2. Детальный метод расчета ориентирован на получение наиболее достоверных результатов по выбросам ЗВ на всех этапах эксплуатации двигателей. Он предусматривает использование данных средств объективного контроля полета. При этом в расчетах количеств выбросов загрязняющих веществ на высотах более 915 метров необходимым допущением является учет данных режимов работы двигателя на основном (крейсерском) участке полета.

2.8. Действующие нормы ИКАО [11] не предусматривают учет выбросов ЗВ от вспомогательных силовых установок. Но ИКАО проводит определенную работу в данном направлении [20], что дает основания для выполнения подобных работ и в странах – членах ИКАО.

2.9. В ряде конкретных условий авиатранспортного производства ВСУ могут работать на перроне весьма продолжительное время, иногда даже большее, чем время стандартного ВПЦ основных силовых установок. Поэтому необходимо осуществлять учет выбросов ЗВ и от данного типа силовых установок. Так же как и для основного типа силовых установок, для ВСУ предусматривается использование простого и детального метода расчета.

2.9.1. Простой метод позволяет выполнить приближенную оценку количества выбросов ЗВ от ВСУ. Метод основан на использовании общей информации об эмиссионных данных ВСУ и среднего времени наработки в условиях конкретного аэропорта.

2.9.2. Детальный метод расчета ориентирован на получение наиболее достоверных результатов по выбросам ЗВ на всех режимах эксплуатации ВСУ. Он предусматривает использование как данных средств объективного контроля времени наработки, так и детальных эмиссионных характеристик ВСУ по режимам работы.


3. ПЕРЕЧЕНЬ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
3.1. Продукты полного сгорания топлива:

- двуокись углерода СО2

- водяные пары Н2О

- оксиды серы SOX

3.2. В перечень нормируемых ИКАО загрязняющих атмосферу веществ, характеризующих экологическое совершенство двигателя, входят:


- окись углерода СО;

- несгоревшие углеводороды СН;

- оксиды азота NОх (NO, NO2);

- дым (твердые частицы, или сажа). SN

3.3. В Приложении «А» к «Киотскому Протоколу» указана группа «парниковых» газов:

- двуокись углерода СО2;

- метан СН4;

- закись азота N2О;

- гидрофторуглероды (ГФУ);

- перфторуглероды (ПФУ);

- гексафторид серы SF6 .

Такие соединения как ГФУ, ПФУ, SF6 в выхлопных газах авиационных двигателей отсутствуют. Отсутствует и закись азота N2О ввиду того, что это соединение термически не стабильно, и при рабочих температурах в камере сгорания оно полностью разлагается. Метан СН4, наряду с более сложными углеводородными соединениями, является частью несгоревших углеводородов СН. Таким образом, из списка «парниковых» газов подлежат определению массы выбросов только метана СН4 и двуокиси углерода СО2, которые содержатся в выхлопных газах авиационных двигателей.
4. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ СООТНОШЕНИЯ И ПОЯСНЕНИЯ
4.1. Маршевые двигатели
4.1.1. В целях единого подхода к нормированию выбросов ЗВ, ИКАО было введено понятие стандартного ВПЦ, который включает в себя все операции ВС с момента запуска двигателей до набора высоты 915 метров, а также с момента захода на посадку с высоты 915 метров до остановки двигателя после посадки самолета [11]. Параметры взлетно-посадочного цикла ИКАО приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1



следующая страница >>