"Методика расчета выбросов загрязняющих веществ в атмосферу двигателями основных типов воздушных судов гражданской авиации"
(утв. МГА СССР 09.12.1991)

Настоящая методика предназначена для определения валовых выбросов загрязняющих веществ (ЗВ) при эксплуатации воздушных судов (ВС). Методика распространяется на следующие типы самолетов: Ил-86, Ил-76, Ил-62 М, Ту-с54, Ту-154 М, Ту-134, Як-42, Як-40, Ан-24, Ан-26, Ан-30, Ил-96 и Ту-204 и позволяет определять выбросы оксида углерода (CO), суммарных несгоревших углеводородов (CH), суммарных оксидов азота (NO_х) на земле, в приземных слоях и в полете при любых атмосферных условиях, скоростях и высотах полета.

Настоящей методикой следует руководствоваться при оценке воздействия ВС на окружающую среду (ОВОС) и при определении размеров платежей за загрязнение атмосферы в районе аэропорта.

Методика ориентирована на проведение расчетов с помощью ЭВМ.

При эксплуатации ВС в районе аэропорта в расчет принимаются выбросы CO, CH, NO_х и SO_х от маршевых двигателей при выполнении самолетами взлетно-посадочных операций до высоты 900 м, выбросы от работы вспомогательных силовых установок (ВСУ) и при опробовании двигателей в процессе технического обслуживания.

- Эмиссионные характеристики данного типа двигателя в координатах

EI_СО, EI_СН = f() и EI'_NOx = f(T_к) (таблица 1),

где:

EI - индекс эмиссии, представляющий собой отношение ингредиента в граммах к килограмму сожженного топлива;

EI'_NOx - приведенный по давлению и влажности к стандартным атмосферным условиям (САУ) индекс эмиссии NO_x:

где:

h_в - объемное влагосодержание воздуха на входе в двигатель в (рассчитывается через температуру, давление и относительную влажность);

пр - подстрочный индекс, обозначающий приведение к САУ;

P_K и T_K - давление и температура воздуха на входе в камеру сгорания;

- параметр форсирования камеры сгорания:

где:

V_КС - объем жировой трубы камеры сгорания (КС);

S - массовое содержание общей серы в топливе, %;

- Дроссельные характеристики данного типа двигателя (расход топлива (G_Т), воздуха (Gв_КС), температура и давление на входе в КС);

- Атмосферные условия в зоне аэропорта (температура T_Н, давление P_Н и относительная влажность ;

- - время работы двигателя на i-м режиме в данном аэропорту;

- n - количество двигателей на данном типе воздушного судна;

- N - количество взлет-посадок данного типа судна в аэропорту за рассматриваемый интервал.

Размерности:

K - комплексный параметр.

Расчет начинается с определения параметров воздуха на входе в камеру сгорания (T_к, P_к, Gв_кс) и G_т для каждого из эксплуатационных режимов работы двигателя для заданных атмосферных условий (T_н, P_н, ). Для турбореактивных двигателей это можно сделать с помощью дроссельных характеристик двигателя, представленных в виде:

где: n_вд - приведенная к САУ частота вращения ротора высокого давления.

При этом предварительно определяют n_{вд пр} по известным программам и законам регулирования для данного типа двигателя. Приведение и "расприведение" указанных параметров можно производить по утвержденным для данного типа двигателя формулам или стандартным формулам:

Далее по формуле (2) вычисляется параметр форсирования КС , а затем по формулам из таблицы 1 вычисляются значения EI_СО и EI_СН.

Для определения EI_NOx сначала определяют значения EI'_NOx по формулам из таблицы 1, а затем по формуле (1) определяют EI_NOx.

Полученные значения индексов эмиссии умножаются на поправочные коэффициенты, характеризующие влияние качества топлива. Поправки определяются согласно "Методу определения склонности авиационных топлив к выбросу загрязняющих веществ при сжигании в камерах сгорания газотурбинных двигателей", утв. ГлавНТУ МГА от 28.12.84. Поправки определяются в процессе проведения экологической сертификации и экспертизы топлив и отражаются в сертификате на топливо и в сертификате на применение топлива для каждого типа ВС. До введения в действие системы экологической сертификации топлив для топлива ТС-1 и РТ допускается производить расчет выбросов CO, CH и NO_х без поправочных коэффициентов.

Индекс эмиссии оксидов серы определяется следующим образом:

EI_Sох = 20 * S, г/кг топлива

(величину общего содержания серы в топливе S определяют по паспортным данным топлива).

Масса загрязняющих веществ, выбрасываемых ВС за взлетно-посадочный цикл, для каждого ингредиента X рассчитывается по формуле:

i - индекс эксплуатационного режима (режим руления, как правило, малый газ, взлетный режим, режим набора высоты до 900 м, режим захода на посадку);

t_i - время работы двигателя на i-м режиме (определяется по среднестатистическим значениям для условий эксплуатации данного типа ВС в окрестностях данного аэропорта);

M_xВСУ - масса загрязняющего вещества X, выбрасываемого ВСУ за один самолетовылет и посадку (значения берутся из таблицы 2).

При определении выбросов ЗВ в аэропорту за какой-либо промежуток времени T производится суммирование по количеству взлет-посадок N для каждого самолета:

где:

M_хоп - масса загрязняющего вещества, выбрасываемого при опробовании двигателей (значения берутся из таблицы 3);

N_оп - количество опробований двигателей за рассматриваемый интервал (определяется по регламенту технического обслуживания данного типа ВС и переработки приписанных к данной АТВ ВС).

Примечание: при определении размеров платежей за выбросы в атмосферу ЗВ расчеты по настоящей методике производят по среднемесячным значениям давлений, температур и влажности с учетом фактической интенсивности движения ВС, а затем суммируют за квартал и год.

Расчет начинается с определения индексов эмиссии всех компонентов и расхода топлива (G_T) на всех участках полета самолета. При этом в зависимости от высоты (H) и скорости (V) полета сначала определяются значения полной температуры и давления воздуха на входе в двигатель:

где:

(M) и (M) - газодинамические функции;

M - число Маха в полете.

Далее рассчитывается EI_СО, EI_СН и EI_SOx по методике, изложенной в разделе 1.2, но вместо значений T_H и P_H используют соответственно T_ВХ и Р_ВХ.

Индекс эмиссии NO_х рассчитывается следующим образом.

Сначала рассчитывается комплексный параметр K по следующему алгоритму:

Затем по зависимости EI_NOx = f(K) из таблицы 1 определяют значение EI_NOx.

Масса выбросов ЗВ за полет рассчитывается следующим образом:

где:

t - текущее время полета;

t_n - время полета на высотах выше 900 м.

В общем случае интегрирование включает этапы набора высоты с 900 м до высоты крейсерского эшелона, полет по маршруту на эшелоне и снижение до высоты 900 м.

В качестве примера в таблице 1 приведены значения масс выбросов ЗВ различных типов ВС в стандартных атмосферных условиях (T_Н = +15 °C, P_Н = 760 мм рт. ст., = 60%) в стандартном взлетно-посадочном цикле, используемом в процедуре сертификацией авиадвигателей на соответствие предъявляемым требованиям.

Соотношение режимов и времени работы двигателя в стандартном цикле приведены ниже:

Необходимо отметить, что при оценке загрязнения атмосферы в зоне аэропорта данные из таблицы 4 следует рассматривать лишь как ориентировочные, так как реальный взлетно-посадочный цикл различных типов ВС в разных аэропортах может существенно отличаться от стандартного как по соотношению тяг двигателей, так и по временам работы на эксплуатационных режимах.

Размерности: