多情景下中型航空公司碳排放预测研究

在国际国内减碳的大背景下,文章选择国内某中型航空公司作为研究对象,首先利用ICAO碳排放计算法,依据航班进程的两个阶段(LTO和CCD阶段),对2015—2019年的碳排放量状况进行计算分析,再通过设置不减碳情景、基础减碳情景、快速减碳情景和理想减碳情景4个民航发展情景,使用基于Python语言的蒙特卡洛模拟方法,以2021年为基准,对该航空公司2022—2035年内的碳排放进行仿真预测。结果表明:由于中型航空公司的发展需求,4种情况下都无法完成碳排放总量达峰,但其每万架次碳排放量明显降低,表明碳减排措施的有效性。最后从国内外理论研究和现实应用的角度出发,为中型航空公司提出了多条低碳发展建议,以助力我国民航业早日实现碳达峰、碳中和的重要目标。

涡轴-涡扇变循环发动机方案及性能匹配设计研究

针对旋转机翼式垂直起降高速巡航飞行器,提出了一种新概念结构形式的涡轴-涡扇变循环(TSFVCE)发动机,能够分别在涡轴和涡扇两种模态工作。首先对涡轴-涡扇变循环发动机的结构及工作模式进行了介绍,并建立基于变比热的部件级性能仿真模型;然后通过循环分析,确定发动机第二涵道比为3,Flade外涵风扇压比为1.98,第一涵道比为0.11,完成发动机设计点性能方案设计;最后分析了核心机驱动风扇(CDFS)可调机构对发动机性能影响机理,得出CDFS放气阀对发动机涡扇模态下的推力与涡轴模态下的功率影响较大,对涡扇模态的推力影响最大为61.5%,对涡轴模态的功率影响最大为33.3%,可利用此特性实现发动机在涡扇和涡轴模态下推力和功率输出的匹配。

超声速发动机LTO污染物排放特性预测分析

为合理地分析超声速发动机在起降着陆(landing and take-off,LTO)循环中的污染物排放特性,构建了基于CFM56-7B27核心机的超声速发动机模型。通过建立排放计算模型计算了LTO污染物排放指数(emission index,EI),并分析了其排放特性;研究爬升和慢车阶段污染物排放特性对LTO超声速模式标准设定的影响,进而确定更具代表性的LTO超声速模式标准。分析结果表明:不同LTO阶段的推力设置(thrust setting,TS)和模式时间(time in mode,TIM)对污染物排放特性的影响存在差异性;在LTO标准研究方面,60%额定推力、2 min模式时间的爬升点氮氧化物的排放质量/额定推力更接近于超声速爬升轨迹,慢车点TS在不低于10%额定推力时更能满足污染物(一氧化碳、未燃烧碳氢)排放特性所限制的燃烧效率要求,因此以60%额定推力、2 min模式时间作为LTO超声速模式爬升点标准、以TS不低于10%额定推力作为LTO超声速模式慢车点标准更为合理。

水平起降Ma4高速飞机用涡轮冲压组合发动机研制关键技术难点解析及对策研究

水平起降Ma4高速飞机是目前研究的热点,涡轮冲压组合发动机是其可行动力形式之一,但历经50多年发展,Ma3.5以上涡轮冲压组合动力目前仍然停留在地面试验阶段,为了探明限制涡轮冲压组合发动机从技术研究转入工程研制的关键因素,本文设计了一个配装两台涡轮-亚燃冲压组合发动机、最高飞行速度为Ma4左右的水平起降高速飞机模型,设定了飞行任务剖面,计算出了整个飞行过程中飞机对发动机的推力需求,并对比现有航空发动机技术能力,分析出了阻碍涡轮冲压组合发动机向工程应用迈进的三大核心要素:飞机高空高速爬升阶段发动机存在一个巨大的"推力缺口",现有发动机推重比不够高导致飞机有效载荷和航程受到极大限制,发动机长时间高Ma数飞行导致可靠性和寿命低。据此针对性提出了技术研究措施建议。

机场航空器碳排放及碳达峰预测

为预测机场航空器碳排放量和碳达峰的可能性,探究碳减排的关键影响因素对碳排放的影响,基于运行数据的“自下而上”的计算方法,以成都双流机场为研究对象,将机场航空器未来碳排放设置为初始情景、优化情景、绿色发展情景、技术革新情景4种不同情景,然后与蒙特卡罗模拟相结合,预测未来年机场内航空器的碳排放趋势和碳达峰的可能性。经测算:2019年成都双流机场航空器碳排放量为99.6万t,从而获得各情景下初始点的碳排放量和不同机型的碳排放特征;在优化情景、绿色发展情景和技术革新情景下,均可在2035年前实现航空器碳达峰,其中技术突破情景可最早实现碳达峰且峰值最低;航空燃油碳排放系数是碳达峰最重要的影响因素。据此,机场可通过优化机场航空器地面运行、使用新型航空器等措施来践行减排政策,以顺利实现民航碳达峰。

基于飞行阶段的精细化航空二氧化碳排放因子研究

航空运输是交通领域CO_(2)排放增长最快速的部门。文中选择中国民航使用频率较高的超大型、大型、中型和小型飞机的典型机型,基于不同飞机在起飞、爬升、巡航、接近和滑行阶段引擎油耗速率、运行时间和油耗量的变化,计算航空飞机CO_(2)排放因子。同时结合各机型碳排放因子、额定载客量与客座率评估旅客搭乘不同飞机时的人均CO_(2)排放量(即单位客运周转量CO_(2)排放因子)。结果显示,超大型飞机、大型飞机、中型飞机和小型飞机在其航程区间内的平均CO_(2)排放因子分别为49.8、31.7、16.2和8.5 kg CO_(2)/km;满载条件下单位客运周转量CO_(2)排放因子均值分别为102.6、95.2、81.7和112.4 g CO_(2)/(人∙km)。起飞和爬升阶段引擎油耗速率约为巡航阶段油耗速率的2.6~3.4倍和2.0~2.8倍,飞机CO_(2)排放因子随飞行里程的提高而降低。航空运输是高碳客运方式,相同里程条件下,航空单位客运周转量CO_(2)排放因子显著高于高铁、道路机动车等其他客运方式。提升燃油效率、减少短途航运、合理安排航线以提高客座率并减少中途转机是降低航空碳排放量的有效途径。

不同航班季节下民航飞机LTO循环颗粒物排放特性—以北京首都国际机场为例

飞机的颗粒物排放会造成环境影响。为评估不同航班季节下颗粒污染物排放水平,采用基于黑碳形成氧化法(FOX)的改进计算方法对非挥发性颗粒物(PM_(nvol))排放指数进行了估算。使用B777、A320、A321、A330、B738机型历史QAR数据中空气流量、燃油流量等发动机参数,计算不同航班季节下多个LTO循环颗粒污染物排放指数及排放量。结果表明:在北方夏季气温较冬季大幅上升时,尽管PM_(nvol)排放指数呈下降趋势,但受燃油消耗率增加的影响,A320、A321、B738等主要机型颗粒物排放量显著升高,夏秋航季单次LTO循环较冬春航季分别升高了15.3、13.8、13.4 g,其涨幅为18.6%、21.3%、17.7%;B777等推力较大机型在夏秋季及冬春季燃油消耗率变化不大,夏秋航季单次LTO循环颗粒物排放量较冬春航季略低,降幅仅3%,约4.1 g;以北京首都国际机场实际起降数据为例,以上主要机型夏秋航季较冬春航季颗粒物总排放量分别增加了0.5、1.6、1.7、1.6、3.7 t。本研究表明,各机型不同航季下颗粒污染物排放差异显著,其影响不可忽视。以上飞机颗粒物排放特性分析结果可为民航业建立完整排放清单,实现航空发动机污染的精确管控提供参考。

基于分段FOX方法的民航LTO黑碳质量排放清单计算分析

根据民用航空发动机压比提出分段FOX(formation and oxidation)方法,估算民用航空发动机LTO(landing and takeoff)循环黑碳(BC)颗粒质量排放指数,结合航空发动机机场实际运行时间和燃油流量修正,编制了2018年国内某国际机场某周国内民航航班黑碳颗粒质量排放清单。结果表明:考虑燃油流量修正的分段FOX方法对民用航空发动机慢车、进近等低工况的黑碳颗粒质量估算精度较FOX方法提高1~2倍,爬升、起飞等高工况估算值更接近实验值。考虑民航实际运行时间和燃油流量后,2018年此国际机场国内民航进出港LTO循环黑碳颗粒质量周排放量约300 kg,其中B737、A320等中型机离港(起飞和爬升阶段为主)阶段排放贡献超70%。

升力风扇和涡扇发动机组合动力系统性能模拟与分析

基于部件匹配和多设计点分析技术,发展了加装升力风扇的涡扇发动机性能计算模型.以F135涡扇发动机为例,对模型的可靠性进行了验证.数值模拟结果表明:升力风扇不工作时,涡扇发动机性能模拟与常规涡扇发动机是一致的,当升力风扇工作时,若实现低压涡轮与涡扇发动机风扇、升力风扇工作点的匹配,不仅需要调节尾喷管喉道面积,而且可变外涵道出口面积、低压涡轮导向器喉部面积也需要调节.基于该模型,可以进行带升力风扇的涡扇发动机循环参数匹配和不同任务状态的性能分析.