Comparative analysis of exhaust emission tests for a turbine engine



Podobne dokumenty
Analiza parametrów eksploatacyjnych silnika samolotu wielozadaniowego

Metodyka oceny wydatku spalin silnika odrzutowego

BADANIA STĘŻE Ń ZWIĄZKÓW SZKODLIWYCH SPALIN TURBINOWEGO SILNIKA ŚMIGŁOWEGO W USTALONYCH WARUNKACH EKSPLOATACYJNYCH

BADANIA EMISJI ZWIĄZKÓW SZKODLIWYCH W STATKACH POWIETRZNYCH

TRANSCOMP INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

BADANIA EMISJI SILNIKA TWD-10 B/PZL-10S PODCZAS PRÓBY SILNIKÓW SAMOLOTU PZL M28B BRYZA

The study of particulate emissions from small aircraft equipped in jet engine

The investigations into the influence of ethanol additive to Jet A-1 fuel on the exhaust emissions from a GTM-120 turbine engine

THE ASSESSMENT OF TOXIC EMISSION FROM THE ENGINES OF THE W-3 HELICOPTER IN THE PREFLIGHT ENGINE RUN

Badania wpływu dodatku tlenowego (CH 3 (OCH 2 CH 2 ) 3 OCH 3 ) do paliwa JET A-1 na emisję związków szkodliwych spalin silnika turbinowego GTM-120

TRANSCOMP INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

PTNSS Wprowadzenie. Jarosław MARKOWSKI Jacek PIELECHA Jerzy MERKISZ Mateusz NOWAK

Ocena wpływu dodatku biopaliwa na emisję związków szkodliwych przez silnik odrzutowy

Ekologia w lotnictwie

Assessment of vehicle emission indicators for diverse urban microinfrastructure

RECENZJA ROZPRAWY DOKTORSKIEJ mgr. inż. GRZEGORZA ŚLUSARZA

EMISJA SPALIN Z WOZÓW BOJOWYCH ROSOMAK W WARUNKACH POLIGONOWYCH

TRANSCOMP INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

The influence of the acceleration style of the truck on carbon dioxide emissions

Biogas buses of Scania

Konstrukcja testu stacjonarnego do oceny emisyjności samolotów napędzanych silnikami tłokowymi

ANALiZA WPŁYWU PARAMETRÓW SAMOLOTU NA POZiOM HAŁASU MiERZONEGO WEDŁUG PRZEPiSÓW FAR 36 APPENDiX G

OCENA WPŁYWU OPERACJI LĄDOWANIA SAMOLOTU PASAŻERSKIEGO NA STĘŻENIE CZĄSTEK STAŁYCH W POBLIŻU LOTNISKA

Analiza emisji związków szkodliwych spalin z silnika odrzutowego zasilanego biopaliwem

Hałas statków powietrznych 2. Emisje z silników statków powietrznych. Ochrona środowiska

Engine testing during cold start and warming up phase with use of heat storage

Euro Oil & Fuel Biokomponenty w paliwach do silników Diesla wpływ na emisję i starzenie oleju silnikowego

Analysis of exhaust emissions in the NTE test of heavy-duty vehicle under real operating conditions

KATALIZATOR DO PALIW

ZAKŁAD NAPĘDÓW LOTNICZYCH

Projekt Era inŝyniera Zadanie 4. Przygotowanie, otwieranie i realizacja specjalności Transport Lotniczy. Prof. dr hab. inŝ.

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

WPŁYW KĄTA WYPRZEDZENIA WTRYSKU NA JEDNOSTKOWE ZUŻYCIE PALIWA ORAZ NA EMISJĘ SUBSTANCJI TOKSYCZNYCH W SILNIKU ZS ZASILANYM OLEJEM RZEPAKOWYM

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

PRZYGOTOWANIE DO BADAŃ EMISJI ZWIĄZKÓW SZKODLIWYCH W SPALINACH OKRĘTOWEGO TURBINOWEGO SILNIKA SPALINOWEGO W WARUNKACH EKSPLOATACJI

Development of road test to evaluate the fuel consumption in the urban cycle for city buses equipped with hybrid powertrain

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

Investigation of the combustion engine fuelled with hydrogen and mixed n-butanol with iso-butanol

POMiAR HAŁASU ZEWNĘTRZNEGO SAMOLOTÓW WEdŁUG PRZEPiSÓW FAR 36 APPENdiX G i ROZdZiAŁU 10 ZAŁOżEń 16 KONWENCJi icao

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Transport Studia I stopnia. Ekologiczne aspekty transportu Rodzaj przedmiotu: Język polski.

WPŁYW STYLU JAZDY KIEROWCY NA EKOLOGICZNOŚĆ POJAZDU

WPŁYW DOŁADOWANIA SILNIKA O ZAPŁONIE ISKROWYM NA EMISJĘ ZWIĄZKÓW SZKODLIWYCH SPALIN Z POJAZDU W WARUNKACH RZECZYWISTEJ EKSPLOATACJI

WPŁYW WARUNKÓW PRACY SILNIKÓW POJAZDÓW BOJOWYCH NA EMISJĘ SKŁADNIKÓW SZKODLIWYCH SPALIN I ZUŻYCIE PALIWA

INŻYNIERIA LOTNICZA NA POLITECHNICE WROCŁAWSKIEJ

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

The analysis of emission from CNG city bus in terms of procedures NTE and the EU 582/2011

BADANIA EMISJI SPALIN W RZECZYWISTYCH WARUNKACH RUCHU DROGOWEGO AKTUALNE MOŻLIWOŚCI BADAWCZE

Wpływ rodzaju paliwa gazowego oraz warunków w procesu spalania na parametry pracy silnika spalinowego mchp

WPŁYW DOWNSIZINGU NA ZUśYCIE PALIWA I EMISJĘ SUBSTANCJI SZKODLIWYCH W SPALINACH

Rok akademicki: 2014/2015 Kod: STC TP-s Punkty ECTS: 3. Kierunek: Technologia Chemiczna Specjalność: Technologia paliw

OPIS PRZEDMIOTU ZAMÓWIENIA

Transport I stopień (I stopień / II stopień) Ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny) Studia stacjonarne (stacjonarne / niestacjonarne)

Określanie wielkości emisji zanieczyszczeń do powietrza towarzyszących eksploatacji złóż ropy naftowej i gazu ziemnego metodą wskaźnikową

ZESZYTY NAUKOWE NR 5(77) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE. Wyznaczanie granicznej intensywności przedmuchów w czasie rozruchu

BADANIA EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ I ZUŻYCIA PALIWA W TESTACH SYMULUJĄCYCH RZECZYWISTE WARUNKI UŻYTKOWANIA SAMOCHODU OSOBOWEGO

Środowiskowe aspekty wykorzystania paliw metanowych w transporcie

Simulation of vehicle work in real conditions at engine test bed

Environmental and economic aspects of operation of various configurations of urban bus drive systems

WPŁYW DODATKU NA WŁASNOŚCI SMAROWE OLEJU BAZOWEGO SN-150

Analysis of the hybrid propulsion system in the aspect of use in an unmanned aerial vehicle

Inżynieria bezpieczeństwa i ekologia transportu

OCENA PRZYDATNOŚCI METODY ANALITYCZNEGO WYZNACZANIA SKŁADU SPALIN OKRĘTOWEGO SILNIKA SPALINOWEGO

The influence of physicochemical fuel properties on operating parameters in diesel engine

OCENA WPŁYWU MODERNIZACJI LOKOMOTYW SPALINOWYCH NA EMISJĘ ZANIECZYSZCZEŃ

Analysis of exhaust emission from heavy duty vehicles in real traffic conditions

Periodic tests of exhaust emissions from passenger cars with spark ignition engine

Dimensional distribution of particulate matter emitted from CI engine fueled by diesel fuel/rme blends

Piotr Ignaciuk *, Leszek Gil **, Stefan Liśćak ***

WPŁYW PODAWANIA WODORU NA POZIOM ZADYMIENIA SPALIN SILNIKA SAMOCHODOWEGO

Opis przedmiotu: Ochrona środowiska w transporcie

OCENA PARAMETRÓW EKSPLOATACYJNYCH OKRĘTOWEGO TURBINOWEGO SILNIKA SPALINOWEGO W ASPEKCIE EMISJI ZWIĄZKÓW SZKODLIWYCH SPALIN

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Emisja spalin z silników lotniczych

Analysis of bus sustainability with regard to air-conditioning systems and energy consumption

Methods of reducing emission from HDV Euro VI engines

WYNIKI CIĄGŁYCH POMIARÓW HAŁASU W ŚRODOWISKU DLA PORTU LOTNICZEGO IM. F. CHOPINA W WARSZAWIE

WPŁYW TEMPERATURY ROZRUCHU SILNIKA NA CZAS PRACY BEZ UWZGLĘDNIENIA W STEROWANIU SYGNAŁU Z CZUJNIKA STĘŻENIA TLENU

Badania symulacyjne eksploatacji helikopterowego silnika o zapłonie samoczynnym

Mgr inŝ. Wojciech Kamela Mgr inŝ. Marcin Wojs

WYNIKI CIĄGŁYCH POMIARÓW HAŁASU W ŚRODOWISKU DLA PORTU LOTNICZEGO IM. F. CHOPINA W WARSZAWIE

WYNIKI CIĄGŁYCH POMIARÓW HAŁASU W ŚRODOWISKU DLA PORTU LOTNICZEGO IM. F. CHOPINA W WARSZAWIE

OCENA WPŁYWU WSPÓŁCZYNNIKA ROZCIEŃCZENIA SPALIN NA NIEPEWNOŚĆ WYNIKÓW POMIARÓW EMISJI SPALIN NA HAMOWNI PODWOZIOWEJ

NAPRĘŻENIA ŚCISKAJĄCE PRZY 10% ODKSZTAŁCENIU WZGLĘDNYM PRÓBEK NORMOWYCH POBRANYCH Z PŁYT EPS O RÓŻNEJ GRUBOŚCI

Analiza wpływu zmian prędkości powietrza przed wlotem na wartości ciągu modelowego silnika lotniczego GTM-120

AKADEMIA MORSKA w GDYNI WYDZIAŁ MECHANICZNY

Jak się do tego zabrać?

ZAŁĄCZNIK. (1) Obiekty energetycznego spalania, które należy ująć w przejściowym planie krajowym

WYNIKI CIĄGŁYCH POMIARÓW HAŁASU W ŚRODOWISKU DLA PORTU LOTNICZEGO IM. F. CHOPINA W WARSZAWIE

WYNIKI CIĄGŁYCH POMIARÓW HAŁASU W ŚRODOWISKU DLA PORTU LOTNICZEGO IM. F. CHOPINA W WARSZAWIE

Mechanika i Budowa Maszyn Studia pierwszego stopnia

MODELOWANiE TURBiNOWYCH SiLNiKÓW ODRZUTOWYCH W ŚRODOWiSKU GASTURB NA PRZYKŁADZiE SiLNiKA K-15

ZWROTNICOWY ROZJAZD.

Karta (sylabus) przedmiotu Transport Studia I stopnia

Karta (sylabus) przedmiotu

Wpływ stylu jazdy kierowców na niepewność pomiarów emisji spalin na hamowni podwoziowej

WYNIKI CIĄGŁYCH POMIARÓW HAŁASU W ŚRODOWISKU DLA PORTU LOTNICZEGO IM. F. CHOPINA W WARSZAWIE

WYNIKI CIĄGŁYCH POMIARÓW HAŁASU W ŚRODOWISKU DLA PORTU LOTNICZEGO IM. F. CHOPINA W WARSZAWIE

KARTA PRZEDMIOTU WYMAGANIA WSTĘPNE W ZAKRESIE WIEDZY, UMIEJĘTNOŚCI I INNYCH KOMPETENCJI

KONTROLA EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ Z INSTALACJI SPALANIA ODPADÓW

WYNIKI CIĄGŁYCH POMIARÓW HAŁASU W ŚRODOWISKU DLA PORTU LOTNICZEGO IM. F. CHOPINA W WARSZAWIE

Transkrypt:

Article citation info: MERKISZ J. et al. Comparative analysis exhaust emission tests for a turbine engine. Combustion Engines. 2015, 162(3), 449-455. ISSN 2300-9896. Jerzy MERKISZ Jarosław MARKOWSKI Grzegorz ŚLUSARZ Marta GALANT Dominik KARPIŃSKI Paweł WIRKOWSKI PTNSS 2015 3371 Comparative analysis exhaust emission tests for a turbine engine Aviation gas turbines with thrust greater than 27.6 kn are subject to exhaust emission norms and regulations for harmful compounds outlined in Annex 16 the Chicago Convention as established by ICAO. Jet engine emission standards are defined with the use an established takef and landing model known as the LTO cycle (Landing and take-f). These standards also apply to engines used in multi-role combat aircraft. However, multi-role combat aircraft operation differs from the operation civilian aircraft. Therefore, the analysis the emission results obtained in the carried out research was done with the use emission values contained in the norm guidelines. Key words: emission, multipurpose aircraft, LTO test Analiza porównawcza testów emisji związków szkodliwych spalin silnika turbinowego Lotnicze silniki turbinowe o sile ciągu większej od 27,6 kn podlegają normom emisji związków szkodliwych spalin zgodnie z Aneksem 16 Konwencji Chicagowskiej ustalonymi przez ICAO. Normy emisji silników odrzutowych określone są wg przyjętego jako wzorcowy - cyklu startu i lądowania LTO (ang. Landing and takef cycle). Normy te stosuje się również dla silników wykorzystywanych w wojskowych samolotach wielozadaniowych. Jednak eksploatacja samolotów wielozadaniowych różni się od eksploatacji cywilnych statków powietrznych. W związku z tym przeprowadzono analizę wyników emisji zanieczyszczeń uzyskanych w przeprowadzonych testach badawczych z wartościami emisji wynikających z wytycznych zawartych w normach. Słowa kluczowe: emisja, samolot wielozadaniowy, test LTO 1. Wprowadzenie Silniki spalinowe charakteryzują się zmienną emisją związków szkodliwych spalin w zależności od warunków eksploatacji. W trosce o środowisko naturalne prowadzi się działania związane z oceną emisji zanieczyszczeń ze środków transportu. Również w przypadku silników turbinowych wykorzystywanych do napędu statków morskich jak i powietrznych stosuje się procedury pomiaru i oceny emisji związków szkodliwych. Największe wykorzystanie silników turbinowych jest związane z transportem lotniczym. Zagadnienie oddziaływania samolotów na środowisko ujęto w Aneksie 16 Konwencji Chicagowskiej, która obowiązuje w krajach należących do Międzynarodowej Organizacji Lotnictwa Cywilnego (ICAO International Civil Aviation Organization) [5]. Zaproponowano w nim uniwersalną procedurę stosowaną do oceny emisji związków szkodliwych spalin z silników cywilnych statków powietrznych. Poszczególne fazy testu odpowiadają uogólnionym czasom zniżania, kołowania, startu oraz wznoszenia statku powietrznego. Dla samolotów cywilnych wyróżnia się cztery podstawowe fazy testu: start 100% F c max (maksymalna siła ciągu), wznoszenie 85% F c max, lądowanie 30% F c max, kołowanie 7% F c max [6]. Cały test LTO trwa około 30 min. Czasy trwania poszczególnych faz wyznaczone są proporcjonalnie do ich trwania w rzeczywistych warunkach lotu. Zgodnie z tym założeniem, dla cywilnych statków powietrznych ustalono, że czas fazy startu wynosi 0,7 min, czas fazy wznoszenia 2,2 min, czas fazy lądowania 4 min, a fazy kołowania 26 min [6]. Emisja uzyskana według testu LTO jest określana jako masa związku szkodliwego przypadająca na masę zużytego paliwa w teście. Jest wyrażona jako masa związku w lb odniesiona na 1000 lb zużytego paliwa. Standardowa procedura zawarta w Aneksie 16 nie dotyczy jednak lotnictwa wojskowego [9]. W odniesieniu do oceny emisji zanieczyszczeń silników stosowanych w samolotach wojskowych stosuje się procedurę podobną, jednak uszczegółowioną o rozróżnienie czasów faz testu w zależności od typu statku powietrznego. Amerykański Instytut Sił Powietrznych do Spraw Środowiska, Bezpieczeństwa i Higieny Pracy oraz Analiz Ryzyka (AFIERA Air Force Institute for Environment, Safety, and Occupational Health Risk Analysis) w 2002 roku wydał zalecenia 449

odnośnie inwentaryzacji zanieczyszczeń powietrza dla źródeł mobilnych w urządzeniach Sił Powietrznych Air Emissions Inventory Guidance Document for Mobile Sources at Air Force Installation [1]. Zgodnie z tym dokumentem wyróżniono następujące grupy statków powietrznych (rys. 1): samoloty bojowe, samoloty treningowe z silnikami turbinowymi, samoloty transportowe z silnikami turbinowymi, samoloty z silnikami tłokowymi, śmigłowce. Podczas analizy emisji spalin zgodnie z procedurą testu LTO pod uwagę bierze się głównie oddziaływanie statku powietrznego w bezpośrednim otoczeniu lotniska. Dlatego zdecydowanie najdłuższą fazą dla każdego typu statku powietrznego jest faza kołowania (taxi/idle-in oraz taxi/idle-out). Przyjęto, że najdłuższym czasem trwania tej fazy (łącznie 47,7 min) charakteryzują się silniki samolotów B-52 i KC-135 Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych. Są to samoloty aktualnie sukcesywnie wycywane z eksploatacji w USAF. Najkrótszym czasem fazy kołowania charakteryzują się wielozadaniowe samoloty treningowe wykorzystywane w USAF, w których do napędu stosuje się silniki turbinowe. Faza startu tych samolotów trwa, w zależności od typu statku powietrznego, od 0,4 do 0,7 min. W przypadku podejścia do lądowania (approach) oraz wznoszenia (climbout) zdecydowanie krótszym czasem charakteryzują się samoloty o przeznaczeniu bojowym USN, a najdłuższym czasem spośród statków powietrznych charakteryzują się śmigłowce. Łączny czas trwania testu LTO zawiera się pomiędzy 15,5 min (dla treningowych samolotów USN), a 55,2 min dla samolotów B-52 i KC-135. Samolot wielozadaniowy można zaliczyć do grupy bojowych jednostek USAF, stąd czas trwania całego testu określono na 34,5 min. 2. Metodyka obliczenia emisji wg standardowego testu LTO Istnieją dwie metody określenia emisji w teście LTO. Pierwsza metoda wykorzystuje rzeczywistą bazę operacyjną i konkretne dane uzyskane w próbie silnikowej. Niemożliwa jest jednak ocena emisji związków szkodliwych zawartych w spalinach silnika na podstawie wyników pomiarów rzeczywistej eksploatacji w warunkach lotu samolotu wielozadaniowego. Spowodowane to jest właściwościami dostępnej aparatury oraz specyfiki eksploatacyjnej samolotu. W związku z tym, realizacja oceny emisji związków szkodliwych spalin przebiega dwuetapowo. W pierwszej fazie realizuje się pomiar stężenia związków szkodliwych zawartych w spalinach podczas próby stacjonarnej, a następnie otrzymane wyniki odnosi się do warunków eksploatacyjnych silnika podczas rzeczywistych warunków lotu. Druga metoda polega na wykorzystaniu danych fabrycznych zawartych w dokumencie Compilation Air Pollutant Emission Factors, Volume II: Mobile Sources [3]. Określono w nim współczynniki emisji poszczególnych związków szkodliwych: tlenków azotu (NO x ), tlenku węgla (CO), lotnych związków organicznych (VOC) oraz cząstek stałych (PM10) oraz średnie natężenie paliwa. Określono również czasy trwania każdej z faz cyklu LTO. Dla określonego typu statku powietrznego roczną emisję w testach oblicza się korzystając z 3-stopniowej procedury. W pierwszym kroku określa się emisję dla każdego z poszczególnych cykli pracy w teście LTO (np. start, wznoszenie, kołowanie). W drugim kroku przeprowadza się sumowanie emisji w poszczególnych fazach prowadzące do otrzymania wyniku emisji dla całego Rys. 1. Czasy trwania faz testu LTO dla poszczególnych grup statków powietrznych eksploatowanych w USAF i USN [1] 450

pojedynczego testu LTO. Następnie, mnożąc obliczoną emisję związków szkodliwych z pojedynczego cyklu LTO przez liczbę cykli przeprowadzonych w roku, uzyskuje się roczną emisję wg testu LTO dla danego typu statku powietrznego [1]. Na potrzeby prowadzonej analizy emisji substancji szkodliwych spalin z silnika F100-PW-229 stosowanego między innymi w samolotach wielozadaniowych F-16 obliczenia ograniczono do wyznaczenia emisji zanieczyszczeń w pojedynczym teście LTO. Poszczególnym fazom testu LTO odpowiadają ustawienia silnika odrzutowego, wykorzystywane do testów na hamowni (tab. 1). Zestawiono fazy testu LTO i odpowiadające im ustawienia, czas trwania poszczególnych faz oraz średnie natężenie przepływu paliwa określone na podstawie zaleceń Air Emissions Inventory Guidance Document for Mobile Sources at Air Force Installations (tab. 1). Tab. 1. Fazy cykli pracy silnika F100-PW-229 [3] Faza LTO Podejście do lądowania/ Approach Kołowanie do startu/ Taxi/Idle-in Kołowanie po lądowaniu/ Taxi/Idle-out Start/ Takef Wznoszenie/ Climbout Czas trwania fazy [min] Typowe ustawienie Średnie natężenie przepływu paliwa [lb/h] 3,5 Approach 3 098 11,3 Idle 1 087 18,5 Idle 1 087 0,4 Military 11 490 0,8 Intermediate 5 838 W zaleceniach dotyczących inwentaryzacji zanieczyszczeń powietrza dla źródeł mobilnych w urządzeniach Sił Powietrznych, wydanych przez AFIERA zawarto zestawienie współczynników emisji NO x, CO, VOC oraz PM10 dla wszystkich silników używanych w USAF i USN. Zestawiono współczynniki emisji dla silnika F100-PW-229 stanowiącego napęd samolotu wielozadaniowego F-16 wraz z odpowiadającymi im trybami pracy (tab. 2). Tab. 2.Współczynniki emisji dla silnika F100-PW-229 [3] Współczynnik emisji Ustawienie [lb/1000 lb zużytego paliwa] NO x CO VOC PM 10 Idle 3,80 10,16 0,38 2,06 Approach 15,08 1,17 0,21 2,63 Intermediate 17,53 0,15 0,30 2,06 Military 57,65 0,66 0,54 1,33 Znając czasy trwania poszczególnych faz, średnie natężenie przepływu paliwa (tab. 1) oraz współczynniki emisji (tab. 2), można określić wartości emisji poszczególnych związków dla pojedynczego cyklu LTO, zgodnie z zależnością [3]: EPC pol,mode = (TIM/60) (FFR/1000) EF NE gdzie: EPC pol,mode emisja dla pojedynczego cyklu dla poszczególnego związku szkodliwego spalin w określonej fazie (Emissions per cycle for a particular pollutant during a particular mode) [lb/cycle] TIM czas trwania fazy (Time in Mode) [min/cykl] FRR średnie natężenie przepływu paliwa (Fuel Flow Rate) [lb/hr] EF współczynnik emisji (Emission Factor) [lb/1000 lb] NE liczba silników w samolocie (Number engines on the aircraft) Współczynniki w postaci liczb służą ujednoliceniu jednostek. Poniżej przedstawiono procedurę obliczenia emisji CO na podstawie danych zawartych w Zaleceniach. EPC CO,approach =(3,5/60) (3098/1000) 1,17 1= = 0,2114 lb/fazę EPC co,taxi/idle-in =(11,3/60) (1087/1000) 10,16 1= = 2,0799 lb/fazę EPC co,taxi/idle-out =(18,5/60) (1087/1000) 10,16 1= = 3,4052 lb/fazę EPC co,takef =(0,4/60) (11490/1000) 0,66 1 = = 0,0506 lb/fazę EPC co,climbout =(0,8/60) (5838/1000) 0,15 1 = = 0,0117 lb/fazę Kolejnym krokiem w procedurze obliczenia całkowitej emisji związku szkodliwego jest zsumowanie wartości dla wszystkich faz zgodnie z zależnością: EPC pol,total = EPC pol,approach + EPC pol,taxi/idle-in + + EPC pol,taxi/idle-out + EPC pol,takef + EPC pol,climbout Dla przedstawionego przykładu obliczeniowego (emisja CO na podstawie Zaleceń) całkowita emisja w teście LTO wynosi: EPC CO,total = 0,2114 + 2,0799 + 3,4052 + 0,0506 + + 0,0117 = 5,7588 lb/test Przedstawioną procedurę obliczeniową zastosowano do wszystkich związków szkodliwych (CO, NO x, VOC i PM 10 ). Zestawiono emisję w teście LTO obliczoną zgodnie z zaleceniami dokumentu AIFRA (tab.3). 451

Tab. 3. Emisja CO, NO x, VOC i PM10 w teście LTO na podstawie Zaleceń AFEIRA faza CO NO x VOC PM 10 Podejście do lądowania/ Approach Kołowanie do startu/ Taxi/Idle-in Kołowanie po lądowaniu/ Taxi/Idle-out Start/ Takef Wznoszenie/ Climbout 0,211 2,725 0,038 0,475 2,080 0,778 0,078 0,422 3,405 1,274 0,127 0,690 0,051 4,416 0,041 0,102 0,012 1,365 0,023 0,160 suma 5,759 10,557 0,308 1,850 3. Emisja związków szkodliwych spalin silnika F-100-PW22 w teście LTO na podstawie badań rzeczywistego obiektu W celu weryfikacji poprawności szacowania emisji szkodliwych składników spalin z silnika F-100-PW-299 zaproponowano odniesienie wyników badań na rzeczywistym obiekcie do wyników emisji obliczonej zgodnie z Zaleceniami. Badania prowadzono podczas próby stacjonarnej, a następnie otrzymane wyniki odniesiono do warunków eksploatacyjnych silnika podczas rzeczywistych warunków lotu. Do pomiarów stężenia związków szkodliwych spalin wykorzystano mobilny analizator Semtech- DS firmy Sensors (Sensors EMission TECHnology) (rys. 2) [2]. Analizator umożliwia pomiar stężenia tlenku węgla, węglowodorów, tlenków azotu oraz dwutlenku węgla. Wszystkie podzespoły analizatora Semtech-DS zaprojektowano tak, aby jak najbardziej odpowiadały klasie laboratoryjnej urządzeń pomiarowych, a jednocześnie mogły sprostać wymaganiom stawianym urządzeniom monitorującym emisję w rzeczywistych warunkach eksploatacji silników spalinowych [2]. Rys. 2. Silnik na hamowni podczas badań i analizator spalin [7] Za pomocą analizatora określono stężenie NO x i CO oraz współczynnik nadmiaru powietrza lambda. Zużycie paliwa pochodzi z miernicy będącej elementem wyposażenia hamowni silnikowej. Wyniki zestawiono w tabeli 4. Na podstawie badań przeprowadzonych na hamowni silnikowej określono średnią emisję szkodliwych składników spalin. Wyniki emisji zestawiono w tabeli 5. Tab. 5. Emisja NO x i CO na podstawie próby silnika na hamowni Ustawienie NO x CO [kg/h] [lb/h] [kg/h] [lb/h] Idle 2,6 5,7 6,1 13,5 Approach 3,1 6,9 5,2 11,4 Intermediate 96,8 213,3 14,7 32,5 Military 108,9 240,1 11,0 24,3 Na podstawie wyników średniej emisji tlenków azotu i tlenku węgla (tab. 5) oraz średniego natężenia przepływu paliwa i powietrza (tab. 4) określono współczynniki emisji odniesione do 1000 lb zużytego paliwa. Zestawienie współczynników emisji dla silnika F-100-PW-229 przedstawiono w tabeli 6. Tab. 4. Zestawienie parametrów emisyjnych silnika F100-PW-229 uzyskane podczas badań na hamowni 452

Tab. 6. Współczynniki emisji dla silnika F100-PW-229 Współczynnik emisji Ustawienie [lb/1000 lb zużytego paliwa] NO x CO Idle 4,60 10,90 Approach 4,46 7,43 Intermediate 16,80 2,56 Military 18,33 1,85 Znając czasy trwania poszczególnych faz, średnie natężenie przepływu paliwa (tab. 4) oraz współczynniki emisji (tab. 6), można określić wartości emisji poszczególnych związków dla pojedynczego cyklu LTO, zgodnie z zależnością: 3. Podsumowanie i wnioski Przeprowadzona analiza wykazała pewne różnice pomiędzy wynikami emisji obliczonej na podstawie wartości współczynników emisji podawanych przez AFIERA a wynikami emisji obliczonej na podstawie wartości uzyskanych podczas badań silnika na hamowni (rys. 3). Uzyskane różnice wynoszą około 30%. EPC pol,mode = (TIM/60) (FFR/1000) EF NE Poniżej przedstawiono procedurę obliczenia emisji CO na podstawie danych uzyskanych z próby silnika na hamowni. EPC CO,approach =(3,5/60) (1540/1000) 7,43 1= = 0,6675 lb/fazę EPC co,taxi/idle-in =(11,3/60) (1240/1000) 10,90 1= = 2,5455 lb/fazę EPC co,taxi/idle-out =(18,5/60) (1240/1000) 10,90 1= = 4,1674 lb/fazę EPC co,takef =(0,4/60) (13100/1000) 1,85 1 = = 0,1616 lb/fazę EPC co,climbout =(0,8/60) (12700/1000) 2,56 1 = = 0,4335 lb/fazę Całkowita emisja w teście LTO na podstawie badań przeprowadzonych na hamowni wynosi: EPC CO,total = 0,6675 + 2,5455 + 4,1674 + 0,1616 + + 0,4335 = 7,9755 lb/test Przedstawioną procedurę obliczeniową zastosowano kolejno dla emisji NO x. Zestawiono emisję w teście LTO obliczoną na podstawie danych otrzymanych z próby silnika na hamowni (tab. 7). Tab. 7. Emisja CO i NO x w teście LTO na podstawie danych otrzymanych z próby silnika na hamowni Faza CO NO x Podejście do lądowania/approach 0,6675 0,4001 Rys. 3. Porównanie ilości emitowanych związków szkodliwych w teście LTO Emisja CO wyznaczona w teście LTO wg pomiarów hamownianych jest większa od wartości wyznaczonych na podstawie danych emisji AFIE- RA. Natomiast emisja NO x w teście LTO wyznaczona na podstawie stężenia tych związków w spalinach podczas przeprowadzonych badań jest o 30% mniejsza niż wartość emisji w teście LTO wyznaczona wg AFIERA. Może to być związane z przesterowaniem silnika, które wynika ze stanu eksploatacyjnego i czasu eksploatacji. W przeprowadzonych analizach związanych z wyznaczeniem emisji wg testu LTO kluczowe znaczenie ma pomiar zużycia paliwa przy danych nastawach dźwigni silnika. Na podstawie tych pomiarów szacuje się emisję zanieczyszczeń spalin. Dla silników samolotów wielozadaniowych należy wziąć pod uwagę również stany przejściowe związane z przesterowaniem silnika, które podczas eksploatacji występują bardzo często. Wpływają one bezpośrednio okres eksploatacji silnika. Przeprowadzone badania i analizy rzeczywistych warunków pracy silnika samolotu wielozadaniowego potwierdzają znaczące różnice w energetycznych i ekologicznych właściwościach w zależności od stopnia jego wyeksploatowania. Kołowanie do startu/taxi/idle-in 2,5455 1,0743 Kołowanie po lądowaniu/ Taxi/Idle-out 4,1674 1,7587 Start/Takef 0,1616 1,6001 Wznoszenie/Climbout 0,4335 2,8448 Suma 7,9755 7,6793 453

Nomenclature/Skróty i oznaczenia AFIERA Approach Climbout CO EF EPC pol,mode F c max FRR ICAO Idle Air Force Institute for Environment, Safety, and Occupational Health Risk Analysis Instytut Sił Powietrznych do Spraw Środowiska, Bezpieczeństwa i Higieny Pracy oraz Analiz Ryzyka podejście do lądowania faza testu LTO/ ustawienie silnika odrzutowego wykorzystywane w teście LTO odpowiadające 30% F c max wznoszenie faza testu LTO carbon monoxide tlenek węgla Emission Factor współczynnik emisji [lb/1000 lb] emisja dla pojedynczego cyklu (EPC) dla poszczególnego związku szkodliwego spalin (pol) w określonej fazie (mode) [lb/cycle] maksymalna siła ciągu Fuel Flow Rate średnie natężenie przepływu paliwa [lb/hr] International Civil Aviation Organization Międzynarodowa Organizacja Lotnictwa Cywilnego ustawienie silnika odrzutowego wykorzystywane w teście LTO odpowiadające 7% F c max Intermediate ustawienie silnika odrzutowego wykorzystywane w teście LTO odpowiadające 85% F c max LTO Landing and take-f cycle Wzorcowy cykl startu i lądowania wykorzystywany do określenia emisji związków szkodliwych spalin silnika lotniczego LZO Lotne Związki Organiczne Military ustawienie silnika odrzutowego wykorzystywane w teście LTO odpowiadające 100% F c max NE Number engines on the aircraft liczba silników w samolocie NO x PM10 tlenek azotu pył zawieszony frakcja pyłu o rozmiarach średnicy ziaren do 10 mikrometrów taxi/idle-in Kołowanie do startu taxi/idle-out Kołowanie po lądowaniu TIM Time in Mode czas trwania fazy [min/cykl] USAF United States Air Force Siły Powietrzne Stanów Zjednoczonych USN United States Navy Marynarka Wojenna Stanów Zjednoczonych; VOC volatile organic compounds lotne związki organiczne Bibliography/Literatura [1] Air Emissions Inventory Guidance Document for Mobile Sources at Air Force Installations, Revised December 2003, Air Force Institute for Environment, Safety, and Occupational Health Risk Analysis [2] Bajerlein M., Rymaniak Ł.: Zmniejszenie zużycia paliwa na przykładzie ekologiczne miejskiego autobusu hybrydowego. Applied Mechanics and Materials, Vol. 518, s. 96-101, Miami (USA) 2014. [3] Compilation Air Pollutant Emission Factors, Volume II: Mobile Sources [4] Gieras M., Komory spalania silników turbinowych. Organizacja procesu spalania. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2010. [5] Kotlarz W., Piaseczny L., Rypulak J., Zadrąg R., Testy toksyczności spalin turbinowego silnika lotniczego dla warunków startu i lądowania, Combustion Engines, 2006, 126(4), 61-73. [6] Merkisz J., Galant M., Karpiński D., Kubiak K., Evaulation possibility to use the LTO cycle for emission test on the example the model turbine engine GTM-120, Journal mechanical and transport engineering, Vol. 66 No. 2 2014 [7] Merkisz J., Markowski J., Pielecha J., Selected issues in exhaust emissions from aviation engines. Nova Science Publishers, New York 2014, p. 195. [8] Markowski J., Merkisz J., Pielecha J., Karpinski D., Galant M., The investigation the influence the oxygen additive to fuel on the particle emissions from a small turbine engine. 18 ETH-Conference on Combustion Generated Nanoparticles, Zurich 22-25.06.2014, p. 1-4. [9] Merkisz J., Markowski J., Pielecha J., Ślusarz G., Analiza parametrów eksploatacyjnych silnika samolotu wielozadaniowego. TRANS- COMP XVIII International Conference Computer Systems Aided Science, Industry and Transport, Organizator: Akademia Techniczno-Humanistyczna w Radomiu Wydział Transportu Instytut Automatyki i Telematyki Transportu, Komitet Transportu Polskiej Akademii Nauk. Zakopane 1-4 grudzień 2014. Druk: Logistyka nr 6, 2014, s. 2331-2340. 454

Pr. Jerzy Merkisz, DSc., DEng. Pressor in the Faculty Working Machines and Transportation at Poznan University Pr. Jerzy Merkisz presor na Wydziale Maszyn Roboczych i Transportu Politechniki Poznańskiej. Jarosław Markowski, DSc., DEng doctor in the Faculty Working Machines and Transportation at Poznan University Dr hab. inż. Jarosław Markowski adiunkt na Wydziale Maszyn Roboczych i Transportu Politechniki Poznańskiej płk. pil. Grzegorz Ślusarz. The head training the 2nd Wing Tactical Air Force. płk. pil. Grzegorz Ślusarz Szef Szkolenia 2. Skrzydła Lotnictwa Taktycznego Marta Galant, MSc, Eng PhD student in the Faculty Working Machines and Transportation at Poznan University Mgr inż. Marta Galant doktorantka na Wydziale Maszyn Roboczych i Transportu Politechniki Poznańskiej. Dominik Karpiński, MSc, Eng PhD student in the Faculty Working Machines and Transportation at Poznan University Mgr inż. Dominik Karpiński doktorant na Wydziale Maszyn Roboczych i Transportu Politechniki Poznańskiej. Paweł Wirkowski, MSc, Eng Head Marine Power Plant Exploitation Laboratory Naval Academy in Gdynia. Mgr inż. Paweł Wirkowski kierownik Laboratorium Eksploatacji Siłowni Okrętowych Akademii Marynarki Wojennej. 455