CC BY
60
УДК 504.062.4
СРАВНЕНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ЭМИССИИ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Н. В. Никитевич, А. А. Калашников, А. М. Турчанов Научные руководители - А. Г. Кучкин, В. А. Миронова, Е. П. Олейников
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: [email protected]
Представлена программа расчета эмиссии различных авиационных двигателей по данным банка ИКАО, цикл полета воздушного судна, для которого производится расчет эмиссии, а также предложен способ снижения эмиссии авиационных двигателей.
Ключевые слова: эмиссия, авиация, двигатель, пульсирующий, газотурбинный, детонация, горение, резонатор.
COMPARISON OF METHODS OF CALCULATION OF AIRCRAFT ENGINE EMISSIONS
N. V. Nikitevich, A. A. Kalashnikov, A. M. Turchanov Scientific supervisors - A. G. Kuchkin, V. A. Mironova, E. P. Oleynikov
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
In this work, the authors presented the program of calculation of emissions of different aircraft engines according to the Bank, ICAO, the flight cycle of the aircraft for which the calculation of the issue and proposed a method for reducing aircraft engine emissions.
Keywords: emission, aircraft, engine, pulsing, gas-turbine, detonation, burning, resonator.
Целью работы стало создание программы эмиссии различных авиадвигателей и способы ее снижения.
Объектом исследования были различные виды авиационных двигателей. Основная проблема, создаваемая гражданской авиацией (ГА) для атмосферы, это выброс вредных веществ.
Международная организация гражданской авиации (ИКАО), олицетворяющая собой мировое сообщество в решении межгосударственных проблем гражданской авиации, признала вопросы взаимодействия ГА и окружающей среды одним из важнейших направлений своей деятельности. Это нашло отражение как в решении о создании специализированного комитета ИКАО по экологии (CAEP), так и в принятии специальных международных норм и правил.
В течение долгого времени ИКАО занималось и занимается на данный момент созданием банка выброса вредных веществ для различных авиационных двигателей. В наше время существует огромное количество воздушных судов различных модификаций, имеющих ещё большее количество авиационных двигателей. Отсюда стала проблема систематизации данных по эмиссии конкретных авиационных двигателей, которую мы и попытались решить. Во время полёта самолёт совершает движение относительно земли условно в двух направлениях, соответственно имеются различные зоны атмосферы, которым наносится разный экологический ущерб. Время полета воздушного судна (ВС) принято делить на четыре этапа, соответствующие различным зонам загрязнения атмосферы. Выделяют:
• Взлетно-посадочный цикл (ВПЦ) в зоне аэродрома (высоты от 0 до 900 м);
• Набор высоты от 900 м и до эшелона крейсерского полета;
• Крейсерский горизонтальный полет по маршруту на высотах эшелона;
• Снижение с высоты эшелона крейсерского полета до высоты зоны аэродрома (900 м).
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2015. Том 1
Масса загрязняющего вещества (ЗВ), образовавшегося в авиадвигателе в процессе сгорания топлива и выброшенного в атмосферу, зависит от режима и времени работы двигателя; удельного показателя образования этого вещества, отнесенного к единице количества используемого топлива; расхода топлива на соответствующем режиме работы.
Наиболее сложные летные операции самолет совершает в зоне аэродрома. При этом авиадвигатели эксплуатируются в максимальном диапазоне изменения режимов работы, так как от них требуется обеспечить тяговые характеристики, необходимые летательному аппарату (ЛА) для совершения операций ВПЦ, для которого мы и производили расчеты [1].
Но мало рассчитать эмиссию авиадвигателя, нужно еще найти способ снизить ее. Один из таких способов переход от обычных турбореактивных двигателей (ТРД) к пульсирующим детонационным двигателям (ПуДД) [2]. Рассмотрим одну из схем такого двигателя (см. рисунок).
Камер» странны Реа.к~шр Решиагор
Схема ПуДД с высокочастотным резонатором
Достоинство таких двигателей заключается в более высоких температурах и давлениях в камере сгорания, в которых и происходит образование ЗВ. Рассмотренная схема ПуДД с высокочастотным резонатором, отличающаяся отсутствием каких - либо механических клапанов и прерывистых запальных устройств и представляет собой последовательно соединенные камеру сгорания, реактор и газодинамический резанатор (детонационную камеру), в которых реализуется двухстадий-ное сгорание топливовоздушной смеси [3].
В таблице представлены основные элементы сгорания топлива, называемыми эмиссией в зависимости от разных давлений. Особо опасным элементом эмиссии является СО, так как он оказывает непосредственное влияние на организм человека. По данным таблицы отчетливо видно, что при увеличении давления в камере сгорания, выброс СО снижается. Это говорит о том, что выброс становиться более «чистым».
Количество ЗВ при разном давлении
Pk, МПа а = 0.85
H2 H2O CO CO2 N2
0,5 0,0233 0,1227 0,0434 0,1062 0,7044
10 0,0555 0,0905 0,0112 0,1384 0,7044
20 0,0620 0,0840 0,0047 0,1449 0,7044
Но стоит отметить, что данные двигатели существуют только в виде проектов, экспериментальных установок и прототипов, а о реальном применении их в авиации речи пока не идет.
Заключение
1. Мы предложили метод расчета эмиссии авиадвигателей.
2. Существует проблема загрязнения атмосферы выбросами авиадвигателей, которую можно решить переходом от привычных турбореактивных двигателей к пульсирующим детонационным двигателям.
3. Задача создания пульсирующего детонационного двигателя решается многими учеными и остается приоритетной для гражданской авиации.
Библиографические ссылки
1. Фролов С. М. Перспективы использования детонационного сжигания топлива в энергетике и на транспорте // Тяжелое машиностроение. 2003. № 9. С. 18.
2. Фролов С. М. Импульсные детонационные двигатели. М. : Торус пресс. 2006. 592 с.
3. Тарасов А. И., Щипаков В. А. Перспективы использования пульсирующих детонационных технологий в турбореактивных двигателях // Авиационно-космическая техника и технология. 2011. № 9 (86).
© Никитевич Н. В., Калашников А. А., Турчанов А. М., 2015
