Экологическая безопасность современного рынка авиационных перевозок

Возможно, в будущем мы научимся управлять излучением звука и создавать высокоэффективные методы снижения шума.
Успешно бороться с шумом и вредными выбросами поможет переход к новому типу самолётов на основе концепции летающего крыла.

Рисунок 1. Конструкция самолета типа «летающее крыло»


У этого летательного аппарата сверхширокий фюзеляж плавно переходит в крыло. Подобная форма способствует уменьшению турбулентности, и соответственно улучшаются аэродинамические характеристики, снижается шумность. Воздухозаборники двигателей располагаются над верхней поверхностью корпуса, который превращается в эффективный звуковой экран.

Рисунок 1. Конструкция самолета БЕ-200


К примеру, крылья противопожарного самолёта-амфибии Бе-200 хорошо экранируют шум размещённых над ними двигателей.



















3.2. Разработка практических рекомендаций

На рубеже веков в РФ завершился период спада 1990-х годов и очевиден рост объёмов выполнения авиатранспортной работы. Объём негативного воздействия ГА на окружающую среду увеличивается практически пропорционально увеличению объёмов перевозок. Существующее снижение негативного воздействия вследствие перехода на экологически более совершенную технику незначительно из-за медленного обновления авиапарка.
За последние 15 лет в РФ резко (до четырёх сотен) уменьшилось общее количество аэропортов, однако возросли международные авиаперевозки, в том числе до 70 увеличилось количество международных аэропортов. Общий объём негативного воздействия, оказываемого воздушным транспортом на окружающую среду, предопределил требования, предъявляемые к экологической безопасности деятельности современной ГА, содержащиеся, кроме Федеральных законов, в специализированных экологических стандартах и в документах ИКАО, в малой степени - в отраслевых документах, таких как Федеральные авиационные правила (ФАЛ), Авиационные правила (АЛ) и др.
В работе Зубкова Б.В. впервые получена обобщённая характеристика химического загрязнения биосферы авиацией на фоне других видов транспорта за последние годы, анализ которой показал, что передвижные транспортные средства гражданской авиации загрязняют атмосферу только на 1 % от соответствующих выбросов источников всех видов транспорта страны. Все стационарные источники авиапредприятий ГА химически загрязняют атмосферу на 4% от суммарного показателя транспортного комплекса при явном лидировании таких отраслей, как «дорожный комплекс» и «железнодорожный промышленный». На газоочистку поступает только -15 % выбросов стационарных источников ГА. Доля ГА в объёме сточных вод и их загрязнённости нефтепродуктами составляет 5 %, при этом очень мала оснащённость авиапредприятий ГА системами очистки сточных вод - на уровне всего 18 %. Твёрдые отходы воздушного транспорта составляют около 2 % от общей массы, образующейся в транспортном комплексе.
Относительно нова концепция учета всех видов воздействия на ОС в полном ресурсном цикле существования продукции, под которым подразумевается сумма взаимосвязанных стадий от разработки природных ресурсов до утилизации всех образующихся отходов - "концепция «ресурсного цикла» продукции", или, по терминологии международных экологических стандартов ИСО серии 14000, - концепция «жизненного цикла» продукции (услуги). В "Экологической доктрине Российской Федерации" (2002 г.) сформулирована задача "введения ответственности производителя за произведенный продукт в течение всего цикла его существования от получения сырья и производства до утилизации". Поэтому в диссертации автором проанализировано существующее положение и выявлено, что помимо воздействия выбросов отработавших газов авиационных двигателей и шума, создаваемого воздушными судами, существует ещё ряд значительных экологических факторов, ибо гражданская авиация представляет собой сложную технико-экономическую систему, объединяющую, не только сферы собственной деятельности, а также другие области хозяйствования человека. Всё это увеличивает негативное воздействие на ОС при выполнении необходимой обществу авиатранспортной работы.
В сфере количественного контроля техногенных воздействий результатов производственных процессов на окружающую среду известны три основные группы методик.
1. Методики, в основе которых лежит выделение укрупненных показателей, требующих впоследствии экспертной оценки.
2. Методики расчета "экоиндикаторов".
3. Методики, ориентированные на расчет экономического ущерба, причинённого окружающей среде деятельностью человека.
Эти методики оценки, несмотря на относительную простоту применения, не учитывают ряд существенных факторов, а именно: миграцию загрязняющих веществ в биосфере, их накопление в организмах, образование вторичных загрязнений и т.д.
В результате подробного анализа было выявлено, что современная система производственно- хозяйственного нормирования допустимого воздействия на ОС, ориентированная на санитарно- гигиенические нормативы предельно- допустимых концентраций (ПДК) имеет недостатки. Существующая система служит базой для современной природоохранной деятельности всех отраслей экономики, но не ориентирована на учёт геохимических и геофизических экологических особенностей конкретной местности, окружающей контролируемый техногенный объект.
Природоохранная деятельность эксплуатационных предприятий ГА формировалась и совершенствовалась в соответствии с развитием отечественного экологического законодательства. В частности, с принятием Федерального закона от 10.01.02 № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» значительно изменилось понимание роли мониторинга состояния окружающей среды. Так, если ранее мониторинг (наблюдение) за процессами, происходящими в окружающей природной среде, организовывался просто для обеспечения заинтересованных организаций и населения информацией об этих изменениях, то, в соответствии со статьёй 63 нового закона, информацию, полученную при осуществлении госэкомониторинга, органы государственной власти должны использовать для принятия соответствующих решений и разработки мероприятий по охране ОС.
Система экомониторинга позволяет получить комплексную оценку не только всех особенностей воздействия различных химических веществ, но и воздействия физических факторов - авиационного шума, электромагнитных излучений, радиации и прочего антропогенного воздействия на природные системы, что важно для контроля процесса выполнения авиатранспортной работы во всём ресурсном цикле.
Таким образом, одной из основных задач снижения негативного воздействия на экологию сферы авиаперевозок является разработка теоретических основ контроля экологической безопасности в гражданской авиации (ГА). Прежде всего, необходимо вести работу по выявлению особенностей формирования геотехнических систем вокруг узлов авиатранспортных предприятий.
В существующих условиях хозяйствования практически любой аэропорт, отстоящий от обслуживаемого им крупного промышленного центра или города, фактически представляет собой конгломерат из нескольких авиапредприятий ГА с инфраструктурой организаций, связанных с ними ресурсным циклом процесса выполнения авиатранспортной работы. Это аэровокзал, авиационно- техническая база (АТБ), топливозаправочная компания, АТБ крупных авиакомпаний, ремонтные организации вплоть до авиаремонтных заводов, а также это гостиничный комплекс, охраняемые и неорганизованные стоянки прибывающего автотранспорта, магазины.
В исследованиях ведущих специалистов показано, что всё перечисленное образует характерный для гражданской авиации узел авиатранспортных предприятий (УАТП), хотя многие организации принадлежат к различным отраслям экономики.
Авиапредприятия и организации узла самостоятельны и финансово независимы, тем не менее, они взаимосвязано нацелены на выполнение единой авиатранспортной работы. При формировании экологической ситуации в регионе УАТП играет роль концентрированного источника антропогенного воздействия на окружающую среду (ОС). Вокруг общей границы авиапредприятий и организаций узла существует санитарно-защитная зона и более широкая "зона влияния", в пределы которых попадают как естественные, так и антропогенно изменённые экологические системы, а зачастую (с нарушением действующих санитарных правил) и жилые дома.
Разделить между отдельными субъектами хозяйствования ответственность за негативное воздействие на экосистемы, приведшее к их разрушению, - задача сложная. Эффективно регулировать воздействие на ОС каждой организации отдельно, без учёта общности выполняемой работы и их совместного воздействия на природу, - принципиально невозможно. Поэтому для дальнейшего экологического анализа воздействия авиации на ОС обосновано применение теории физико- химических систем (ФХС) и теории геотехнических систем (ГТС).
Геотехническая система, по определению, - это открытая система, в которой антропогенный (транспортный, промышленный или иной) объект обменивается массой и энергией с окружающей его средой. В ГТС процессы передачи массы, энергии и информации подчиняются тем же общим закономерностям, что и в искусственно созданных ФХС. Природную подсистему в ГТС можно считать химическим реактором с распределёнными параметрами, в котором протекают процессы, направленные на уменьшение материальной и энергетической техногенной нагрузки.
В трудах Прохорова разработана классификация физико-химических и геотехнических систем в ГА, приведённая в табл. 1. Показано, что узлы авиатранспортных предприятий относятся к физико -химическим системам 4-го уровня, в работе они рассмотрены наиболее подробно.
Для эффективной природоохранной деятельности предприятий необходим комплексный показатель экологического контроля, по которому можно было бы количественно оценить уровень воздействия на биосферу.
В работе Горнопольского впервые предложено и обосновано применение нового единого комплексного показателя экологического экспресс- контроля негативного химического воздействия на ОС. Показатель предложено измерять в относительных единицах - единицах негативного воздействия (ЕНВ). За 1 ЕНВ принята величина ущерба ОС, равная ущербу, наносимому 1 тонной монооксида углерода, выброшенного в атмосферу.
Для описания воздействия авиатранспортной работы на среду, окружающую УАТП, в работе предлагается использовать метод материальных балансов. Исходными данными при использовании предлагаемого метода служат общепринятые статистические сведения о работе авиапредприятий и организаций. В рассматриваемой работе предложено комплексный показатель экологического экспресс- контроля воздействия ГА на ОС в результате выполнения авиатранспортной работы рассчитывать как сумму негативного воздействия по видам воздействия.

















3.3. Выводы по работе

На фоне постоянного ужесточения международных норм по экологии состояние отечественных авиадвигателей по эмиссионным характеристикам следует признать неудовлетворительным, при этом воздушные суда наиболее распространенных производителей удовлетворяют требованиям с существенным запасом, что позволит им без модернизации продолжить эксплуатацию самолетов при условии дальнейшего ужесточения норм. Более 80% парка авиационных двигателей гражданской авиации РФ не соответствует международным и национальным нормам на эмиссию вредных веществ. В настоящее время Д-30, Д-30КУ154, Д-30КУ, Д-30КП, НК-8-2У многократно превышают нормы ИКАО на эмиссию HC и CO. Зарубежные же фирмы еще в 1980-х годах модифицировали (доработали камеры сгорания) практически все свои двигатели и обеспечили их соответствие требованиям ИКАО. Проблема двигателя ПС-90А в том, что он на пределе удовлетворяет действующим с 1996 года нормам ИКАО на эмиссию оксидов азота (79,2 г/кН при норме 80,6 г/кН), а на последующие его модификации распространяется действие еще более жестких (примерно на 16%) норм 2004 года. Двигатель Д-36 также не соответствует нормам ИКАО 2004 года на эмиссию NOх (примерно на 7%). И только Д436Т1/ТП (сертифицирован в 2001 году) для самолетов Ту334 и Бе-200 составляет исключение.
Сейчас принимаются решительные меры по исправлению сложившейся ситуации с экологическими характеристиками отечественных двигателей. Постановлением Правительства РФ № 728 от 15.10.2001 г. утверждена федеральная целевая программа по развитию гражданской авиации, предусматривающая обеспечение соответствия российской авиационной техники международным стандартам. Кроме того, в соответствии с поручением Правительства РФ № ИК-П720696 от 06.12.2001 г. разработана и утверждена межведомственная «Комплексная программа работ на период 20022010 гг. по проблеме снижения шума, эмиссии вредных веществ и повышения точности навигации отечественных самолетов и вертолетов в обеспечение требований ИКАО и ЕС».
Предлагаемая программа работ по уменьшению выбросов вредных веществ от авиационных двигателей должна обеспечить:
- соответствие эксплуатируемых двигателей нормам ИКАО до 2006 года (момента предполагаемого ввода запрета на производство двигателей, не соответствующих нормам на эмиссию);
- создание научно-техничесого задела (НТЗ) для соответствия новых и модифицированных двигателей перспективным нормам ИКАО, более жестким по сравнению с действующими в 2-3 раза.
В рамках первого этапа работ должно быть обеспечено соответствие двигателей на эксплуатируемых самолетах гражданской авиации нормам ИКАО 2004 года и созданы условия для дальнейшего улучшения их экологических характеристик. Для этого запланированы:
- модификация двигателей Д30КУ-154 и Д-30КУ для самолетов Ту-154М и Ил-62М путем внедрения в серийное производство новой малоэмиссионой камеры сгорания (КС);
- сертификация двигателей Д18Т для Ан-124-100, НК-93 для Ил-96Т, Ту-214, Ту-204 и Ту-330, Аи-22 для Ту-324 и НК-86МА для Ил-86;
- разработка и сертификация двигателя ПС-90А2 (доработка камеры сгорания) для Ил96мод. и Ту-204мод.;
- модификация и сертификация двигателя Д-36 для Як-42 путем доработки камеры сгорания;
- создание НТЗ по камерам сгорания с двукратным снижением эмиссии вредных веществ и шума;
- совершенствование экспериментальной и сертификационной базы для двигателей;
- гармонизация международных и национальных стандартов на выбросы вредных веществ от двигателей.
Самолеты Ту-134 и Ил-76 достигают соответствия нормам ИКАО 2004 года путем ремоторизации (установка двигателей Д-436Т1/ТП и ПС-90А2).
В рамках второго этапа работ должен быть создан научно- технический задел для обеспечения соответствия новых и модифицируемых двигателей гражданской авиации перспективным нормам ИКАО и требованиям ЕС на эмиссию вредных веществ. Для этого запланированы:
- разработка камер сгорания с двукратным снижением эмиссии для двигателей ПС-90А2 и НК-93;
- разработка камер сгорания с двукратным снижением эмиссии для двигателей самолетов нового поколения (ДМС, БСМС, регионального и грузового);
- освоение современной технологии разработки и изготовления малоэмиссионных камер сгорания;
- создание НТЗ по сжиганию топлива с трехкратным снижением эмиссии вредных веществ.
На сегодняшний день существуют научно- технические и организационные основы для решения в короткие сроки проблемы обеспечения соответствия отечественных двигателей международным требованиям на эмиссию вредных веществ.








Заключение

Для снижения уровня негативного экологического воздействия авиатранспорта необходимо применить комплекс весьма дорогостоящих и долго реализуемых мер, которые являются следствием требований новых экологических нормативов. Однако, частично снизить экологические последствия использования даже самых неудачных с точки зрения эмиссии и шума моделей самолетов можно также и посредством реализации некоторых организационных мер.
Возможности снижения эмиссии двигателей ВС в условиях эксплуатации связаны со снижением расхода топлива, сокращением продолжительности отдельных этапов взлетно- посадочных операций в зоне аэропорта, выбором оптимальной схемы и режима руления ВС до взлета и после посадки. Не менее эффективными методами снижения эмиссии двигателей в зоне аэропорта является выполнение руления ВС на части двигателей, ролинг- старт, применение буксировки ВС вплоть до предварительного старта, осуществление взлета там, где это возможно на номинальном режиме и другие методы.
При выполнении взлетно-посадочного цикла ВС около 8О% от объема загрязняющих веществ выбрасывается на этапе запуска и прогрева двигателей, руления самолета, ожидании взлета.
При осуществлении взлетно-посадочного цикла вклад этапа руления самолета в общий уровень загрязнения составляет около 5О%, при этом более 9О% суммарной массы выброса загрязняющих веществ составляют продукты неполного сгорания. Оптимизация режимов и схем выполнения руления ВС в зоне аэропорта, включая прогрев двигателей и запуск двигателей, позволяет существенно уменьшить загрязнение атмосферного воздуха в окрестности аэропорта.
Вместе с тем выбор режима на этапах разбега, взлета, набора высоты и захода на посадку обычно ограничен по условиям безопасности. В общем случае при некотором возможном снижении массы выброса загрязняющих веществ на этих этапах полета практически не оказывает влияния на концентрацию загрязняющих веществ на поверхности. Исключение может составлять выполнение взлета ВС, когда это позволяет длина ВПП, на номинальном режиме работы двигателей, позволяющем снизить выброс NOx.
Применение взлета ВС на номинальном режиме работы двигателей дает существенное снижение выброса оксидов азота (NOх) в зоне аэропорта. Вместе с тем, использование этого приема возможно только на некоторых типах ВС при обеспечении безопасности полетов (длина ВПП, условия видимости). Такой прием предусматривается руководством по летной эксплуатации некоторых типов ВС с целью увеличения ресурса работы двигателей.
К числу мер по снижению выброса загрязняющих веществ в зоне аэропорта относится и сокращение времени работы ВСУ (вспомогательная силовая установка).
Важным условием снижения эмиссии двигателей ВС является упорядочение движения ВС в зоне аэропорта и сокращение времени на выполнение операций.
Выбор схем руления ВС, включая возможность выбора взлетной полосы для взлета и посадки ВС в данном аэропорту, позволяет получить более благоприятное перераспределение загрязнения в зоне аэропорта (в зоне размещения авиапассажиров, аэровокзальном комплексе) и прилегающей к аэропорту населенной местности.
Анализ продолжительности и режимов работы двигателей ВС в зоне аэропорта показывает на их существенный разброс, обусловленный организацией и схемами движения ВС в различных аэропортах. В частности, режимы руления Ил-62М и Ту-154 помимо руления на относительной тяге 7%, регламентируемой стандартом, включают режимы 30% и 25% тяги. Для этих же самолетов характерны повышенные режимы захода на посадку до 40-45% относительной тяги вместо 30% для стандартного цикла. Количество загрязняющих веществ на различных этапах взлетно-посадочного цикла также существено различно.
При выполнении взлетно-посадочного цикла ВС около 8О% от объема загрязняющих веществ выбрасывается на этапе запуска и прогрева двигателей, руления самолета, ожидании взлета.
Наиболее эффективными приемами уменьшения массы выброса загрязняющих веществ в зоне аэропорта является выполнение руления ВС на части двигателей или применение буксировщика для транспортировки самолета. При этом при выполнении руления на части двигателей требуются дополнительные затраты времени для запуска и прогрева двигателей.
Использование первого приводит к некоторому увеличению режима работы двигателей и соответственно, вследствие особенностей эмиссионных характеристик, к существенному снижению выброса продуктов неполного сгорания и некоторому повышению выброса оксидов азота (NOx). При этом суммарный выброс загрязняющих веществ (количество несгоревших углеводородов (НС), окиси углерода (СО) и окиси азота (NOx) также уменьшается. Так, при рулении самолета Ту-154 на двух двигателях достигается снижение суммарного количества выброса загрязняющих веществ до 27,5%, а при рулении на одном двигателе – до 53%.
В настоящее время руление на части двигателей рекомендовано руководствами по летной эксплуатации (РЛЭ) некоторых типов ВС. Руление с частью работающих двигателей до взлета требует наличия в близи исполнительного старта специальных мест запуска – «карманов», специальным образом оборудованных.
Выполнение руления ВС на части двигателей, также как и буксировка самолета позволяет добиться перераспределения поля концентрации загрязняющих веществ в зоне аэропорта и снизить уровни их концентрации в зонах, защищаемых от загрязнения.
Вместе с тем, применение буксировки самолета приводит к замене источника выброса, в данном случае источником выброса является не самолет, а буксировщик, который является не меньшим загрязнителем. Выхлопные газы его двигателя (двигателей) имеют иной качественный и количественный состав, при этом некоторые из них более токсичны, чем от двигателей ВС.
Применение буксировки сопряжено с некоторыми трудностями. По имеющимся оценкам применение букировки может снизить выброс продуктов неполного сгорания (несгоревшие углеводороды, окись углерода) до 50%, окислов азота до 5%. При этом достигается существенная экономия топлива, до 25%.
Прогрев двигателей, выполняемый отдельно на некоторых типах двигателей производится до взлета, как правило, на режимах 0,6 – 0,7 номинального в течение 2 минут. Для режима прогрева двигателей характерны меньшие по сравнению с режимами малого газа уровни выброса НС и СО при незначительном повышении выброса NOx. Вместе с тем совмещение этого режима с выполнением руления или в тех случаях, когда это возможно, отмена его позволяет снизить эмиссию двигателей.
Выполнение взлета на номинальном режиме там, где это позволяет длина ВПП и конкретные условия аэропорта, позволяет значительно сократить суммарный выброс загрязняющих веществ за счет существенного уменьшения эмиссии NOx, характерного для взлетного режима. То же относится и к применению реверса при торможении самолета при посадке.























Список использованной литературы

Энциклопедический справочник по авиационной эргономике и экологии. М., Маршрут, 1997
Основы экологии и эргономики в авиации Т.1 и 2./под ред. Грибова В.Д. М., МАИ, 1997
Ступаков Г.П. Основы экологии и эргономики в авиации. В 2 т.. Под ред. чл.-корр. РАМН Л.Л. Хунданова и Г.П. Ступакова. Воронеж, 2001
Сото М.Т. Обеспечение экологичности камер сгорания газотурбинных установок, проектируемых на базе авиационных технологий. Автореф. дис. на соиск. учен. степ. к.т.н.. 2000
Отмахова Т.В.,Экологические проблемы авиационных частей военно-воздушных сил и пути их решения. Автореф. дис. на соиск. учен. степ. к.т.н.. 1998
Яновский Л.С. и др. Авиационная экология. Воздействие авиационых горюче-смазочных материалов на окружающую среду. Учеб. пособие. М., 2004
Матягина А.М. Разработка критерия оценки и методики организации системы обеспечения экологической безопасности на эксплуатационных предприятиях гражданской авиации. автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. 2005
Николайкин Н.И. Научные основы организации контроля и регулирования в системе экологической безопасности гражданской авиации. автореф. дис. на соиск. учен. степ. д-ра техн. наук. 2006
Смирнова Ю.В. Разработка метода оценки экологической эффективности жизненного цикла процесса авиатранспортной работы. автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. 2006
Феоктистова О.Г. Теоретические основы повышения эффективности управления системой экологической безопасности при техническом обслуживании и ремонте авиационной техники. автореф. дис. на соиск. учен. степ. д-ра техн. наук. 2007
Николайкин Н.И.,Основы экологии. Моск. ин-т инженеров гражд. авиации. Каф. ремонта летат. аппаратов и авиац. двигателей- 1990
Аттестация рабочих мест и экологическая экспертиза предприятий гражданской авиации на современном этапе. О-во "Знание" УССР, Респ. дом экон. и науч.-техн. пропаганды- 1990
Шишелова Т.И. Авиационный шум как экологический фактор среды обитания. 2009














52





57