Факультет

Студентам

Посетителям

Меры предупреждения загрязнения атмосферы воздушным транспортом

Воздушный транспорт в основном влияет на атмосферу Земли. Особенности воздействия летательных аппаратов на среду обитания связаны, во-первых, с тем, что современный парк самолетов и вертолетов имеет газотурбинные двигатели (ГТД).

Самолеты старых типов с поршневыми двигателями внутреннего сгорания (ДВС) составляют небольшой процент от общего наличия машин, а удельный вес их токсичных выбросов еще меньше. Даже в США, где эксплуатируется более 170 тыс. частных самолетов с ДВС, они потребляют лишь 5—6% расходуемого авиацией топлива. Во-вторых, газотурбинные двигатели работают на авиакеросине, химический состав которого несколько отличается от автомобильного бензина и дизельного топлива. И, в-третьих, основная масса отработавших газов выбрасывается летательными аппаратами непосредственно в воздушном пространстве на сравнительно большой высоте и лишь меньшая часть — в приземном слое и на земле в пределах аэродромов.

Общий выброс токсичных веществ аппаратами гражданской авиации может быть приблизительно оценен объемом потребляемого авиацией топлива, который составляет примерно 4% от общего расхода топлива на всех видах транспорта. Таким образом, доля загрязнений, вносимых авиатранспортом в атмосферу, невелика, и к тому же токсичные вещества рассеиваются в пределах больших пространств.

Тем не менее конструкторы авиационных двигателей ведут большие научно-экспериментальные работы по дальнейшему снижению содержания токсичных компонентов в отработавших газах, что приобретает важное значение в связи с ростом авиаперевозок в перспективе и совпадает с требованиями экономии жидкого топлива. Необходимость этой работы определяется также жесткими нормами на токсичность отработавших газов, разрабатываемыми Международной организацией гражданской авиации (ИКАО).

ГТД выбрасывают с отработавшими газами в основном окись углерода, несгоревшие углеводороды, окислы азота и сажу. На стадии холостого хода (на стоянке) и рулении, при заходе на посадку в отработавших газах существенно повышается содержание окиси углерода и углеводородов, но при этом снижается наличие окислов азота. В крейсерском полете, когда двигатели работают в наиболее оптимальном режиме, содержание окиси углерода и углеводородов падает, но возрастает выделение окислов азота. Наибольшее дымление (выброс сажи) происходит на взлете и наборе высоты, когда двигатели работают в форсажном режиме и, как правило, на обогащенной смеси.

Для снижения удельного содержания токсичных веществ в отработавших газах наряду с совершенствованием эксплуатируемых типов ГТД создаются новые ГТД с новыми конструкциями камеры сгорания, системы впрыска топливно-воздушной смеси, компрессорами, обеспечивающими наивыгоднейшее соотношение в смеси топливо — воздух, лучшее распыление и перемешивание смеси, подаваемой в камеру, и более полное ее сгорание. Создаются новые двухзонные камеры, где топливо сгорает в два этапа в разных местах камеры, причем одна из этих зон обеспечивает наилучшее сгорание топлива на режиме малой тяги, допустим, руления (в этом случае топливо во вторую зону не подается), а вторая зона совместно с первой позволяет оптимизировать процесс горения на режимах взлета, набора высоты и крейсерского полета. В последнем случае процесс горения во второй зоне идет при меньшей температуре, что позволяет снизить выделение окислов азота.

Уменьшение общего расхода топлива, а следовательно, и выброса токсичных веществ достигается также совершенствованием методов эксплуатации самолетов, а именно: повышением степени заполнения самолетов полезной нагрузкой, уменьшением пробега самолетов на аэродромах под собственной тягой, в частности, путем буксировки их тягачами на исполнительный старт, доставки пассажиров от самолетов в вокзал и на посадку автобусами или движущимися конвейерами с тем, чтобы самолет мог находиться на стоянке, максимально приближенной к взлетно-посадочной полосе.

Наряду с указанными мерами, направленными на решение задач ближайшей перспективы, развернуты фундаментальные и прикладные исследования проблем авиации будущего. В этом плане идут поиски летательных аппаратов с лучшими аэродинамическим качеством и весовой отдачей, а также новых еще более экономичных типов двигателей и новых «чистых» энергоносителей (топлива).

На перспективных магистральных самолетах ожидается широкое использование: новых конструкций крыльев (так называемого сверхкритического профиля), позволяющих существенно уменьшить лобовое сопротивление воздуха в полете; мощных систем механизации крыла в виде сложнейших закрылков и предкрылков, снижающих расход топлива на взлете; улучшенных форм сопряжения отдельных элементов (крыла с фюзеляжем и гондолами двигателей, оперения с фюзеляжем и др.). Изучаются и другие направления совершенствования летательных аппаратов, которые могут принести более значительные результаты.

Кроме того, на перспективных аппаратах авиадвигатели должны иметь более высокие параметры рабочего процесса (температура, давление и др.). Это может быть достигнуто дальнейшим повышением так называемой двухконтурности и давления воздуха в компрессорах, но потребует решения сложных проблем газодинамики и охлаждения, а также создания новых, в особенности жаропрочных, материалов.

Другое направление связано с исследованием турбовентиляторных двигателей, у которых силу тяги осуществляет многолопастной высокооборотный винт относительно небольшого диаметра. Расчеты показывают, что такие двигатели могут оказаться даже более эффективными, чем реактивные с высокой степенью двухконтурности. Однако и здесь успех будет зависеть от решения многих научно-технических задач.

Поиск новых, более «чистых» топлив приводит исследователей к выводу о том, что самым перспективным может оказаться водород, свойства которого уже рассматривались применительно к проблемам автомобильного транспорта.

Несмотря на недостатки водорода как транспортного топлива, связанные с его малой плотностью и низкой температурой кипения (20К), он признается более перспективным для воздушного транспорта, чем для всех других видов. При этом чем выше скорость и масса самолета, тем целесообразнее применение водородных двигателей. А для гиперзвуковых аппаратов со скоростями полета 6—7 М и более водород рассматривается как единственное приемлемое топливо.

M — число Маха — единица измерения скорости, равная скорости звука в воздухе (приблизительно 1200 км/ч)

Менее вероятным считается предложение об использовании на летательных аппаратах электроэнергии и электродвигателей. Может быть за пределами XX в. какую-то транспортную работу возьмут на себя электросамолеты при условии, что будут найдены легкие и энергоемкие аккумуляторы и топливные элементы. Реальность этой идеи подтверждена первыми опытами, осуществленными в 1980 г. в Канаде и Великобритании. Канадский микробиплан «Солар Райзер» и английский моноплан «Солар-1», сконструированный подобно планеру, снабженные электродвигателями мощностью 2 кВт и аккумуляторами, смогли подняться на высоту 12 и 25 м соответственно и пролететь около 1 км. Подзарядка аккумуляторов предусмотрена от солнечных батарей, которые размещены на верхней поверхности крыла. Сделаны и другие попытки в этом направлении.

Источник: И.Я. Аксенов, В.И. Аксенов. Транспорт и охрана окружающей среды. Изд-во «Транспорт». Москва. 1986

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: