Параметры взлетно-посадочного цикла (ВПЦ) ИКАО

Выбросы загрязняющих веществ камер сгорания ГТД

Нормирование выбросов загрязняющих веществ

Камеры сгорания ГТД выделяют продукты, загрязняющие атмосферу. Это окись углерода СО, несгоревшие углеводороды СН, окислы азота NО_х, окись серы SO₂, твердые частицы (сажа) и др. В настоящее время в авиации существуют нормы предельно допустимых выбросов вредных веществ, установленные ИКАО (а в некоторых странах и национальные нормы), на четыре вредных компонента: СО, СН, NО_х и частиц сажи (дым).

Уровень выбросов загрязняющих веществ (ЗВ) определяется при стендовых испытаниях двигателя и является одним из его сертификационных данных.

Если выброс ЗВ не превышает допустимых норм, то на каждый двигатель (самолет) выдается сертификат - документ, удостоверяющий, что данный двигатель или самолет удовлетворяет нормам на эмиссию (выбросы ЗВ). При нормировании и определении выбросов ЗВ учитываются все операции самолета (вертолета) и соответствующие режимы работы двигателей, совершаемые в области, ограниченной зоной аэропорта с высотой полета до ~900м.

Для оценки выбросов ЗВ в атмосферу за взлетно-посадочный цикл (ВПЦ) вводят понятие индекса выделения ЕI - это отношение количества граммов вредного вещества к одному килограмму сгоревшего топлива. Соответственно рассматривают индексы ЕI_CO, ЕI_СН, ЕI_NОх для каждого режима работы двигателя при реализации этапов ВПЦ.

Индексы ЕI_CO и ЕI_СН принимают наибольшее значение на режиме малого газа, когда полнота сгорания наименьшая. Индекс ЕI_NОх принимает наибольшее значение на максимальном режиме, когда температура и давление газа в камере сгорания наибольшие. Таким образом, относительная масса выбросов ЗВ зависит от относительной тяги, характеризующей режим работы двигателя, а также продолжительности работы на этом режиме.

В качестве контрольного параметра эмиссии принимают отношение массы загрязняющего вещества М_у в граммах, выделяющегося за стандартный ВПЦ, к взлетной тяге двигателя в ньютонах (или кН), т.е. М_у/Р_взл . Зная индекс эмиссии ЕI_y на каждом режиме работы двигателя, можно, просуммировав, вычислить массу эмиссии за весь цикл:

, (8.1)

где G_тi - расход топлива в кг/с, t_i - время работы в секундах на і - м режиме стандартного цикла. Стандартный цикл ИКАО приведен в табл. 8.1.

Таблица 8.1

Параметры взлетно-посадочного цикла (ВПЦ) ИКАО

Эксплуатационные режимы	Тяга Р, %	Время работы на режиме, t, мин
Малый газ, руление перед взлетом и после посадки		22,0
Взлет		0,7
Набор высоты до 900м		2,2
Заход на посадку		4,0

Если выразить G_тi=С_уд.i P/3600 и разделить обе части равенства (8.1) на взлетную тягу Р_взл, то получим выражение контрольного параметра эмиссии в следующем виде:

, (8.2)

где С_{уд i} и - удельный расход топлива и относительная тяга на i-м этапе (режиме). Из (8.2) видно, что величина зависит не только от совершенства камеры сгорания, характеризуемого , но и от значений С_удi, определяемых параметрами термодинамического цикла и совершенства узлов двигателя.

Чтобы требования по выделению вредных веществ не ограничивали экономичность двигателя, нормами ИКАО предусмотрено увеличение контрольного параметра для окислов азота при увеличении степени повышения давления воздуха в компрессоре. Допустимое значение контрольного параметра эмиссии по рекомендации ИКАО находится по формулам:

, кг/Н, но не более 2,7·10^-4, кг/Н

, кг/Н.

, кг/Н, но не более 6,4 ·10^-5, кг/Н

Содержание дыма в выхлопных газах определяется по методу фильтрации: через белый бумажный фильтр пропускается определенная объем выхлопных газов (~16,2л), затем определяется число дымности SN по формуле:

SN=(1–R_s/R_w),

где R_s и R_w - абсолютные отражательные способности загрязненного и чистого фильтров. Требование по эмиссии дыма - чтобы дымного шлейфа не было видно или чтобы значение SN было не более SN<860(Р_взл)^-0,274. Степень дымности в выхлопных газах зависит от режима работы двигателей (рис. 8.1).

Рис. 8.1. Зависимость степени дымности отработавших газов от относительной тяги различных двигателей

(∆ - АИ-25, ○ – JT8D, ● – JT9D, ▲- Д-36)