Выбросы в атмосферу от авиационного транспорта

                                                                     Еркин Айкерим ЭК82К

     Выбросы в атмосферу от авиационного транспорта. Неуклонный рост объёмов перевозок воздушным      транспортом приводит к загрязнению окружающей среды продуктами сгорания авиационных топлив. В среднем один реактивный самолёт, потребляя в течение 1 ч 15 т топлива и 625 т воздуха, выпускает в окружающую среду 46, 8 т диоксида углерода, 18 т паров воды, 635 кг оксида углерода, 635 кг оксидов азота, 15 кг оксидов серы, 2, 2 твёрдых частиц. Средняя длительность пребывания этих веществ в атмосфере составляет примерно 2 года.Наибольшее загрязнение окружающей среды происходит в зоне аэропортов во время посадки и взлёта самолётов, а также во время прогрева их двигателей, Подсчитано, что при 300 взлётах и посадках трансконтинентальных авиалайнеров в сутки в атмосферу не равномерно, а в зависимости от графика работы аэропорта. При работе двигателей на взлёте и посадке в окружающую среду поступает наибольшее количество оксида углерода и углеводородных соединений, а в процессе полёта – максимальное количество оксидов азота.Самолёту не требуется бесконечных лент дороги, как автомобилю, хотя аэропорты, взлетно-посадочные полосы занимают немалые земельные площади. Эти виды транспорта роднит активное участие в загрязнении атмосферы, в расточительном расходовании кислорода. Реактивному лайнеру, совершающему трансатлантический перелёт, требуется от 50 до 100 т этого газа. На территории аэропорта производится запуск двигателей, руление, взлёт и посадка самолётов т. е., операции при которых в атмосферу поступают вредные продукты выхлопов  авиационных двигателей, предварительного старта (мест ожидания) и на взлетно-посадочной полосе. Рулёжные дорожки считаются участками умеренного выделения газа вследствие выделения кратковременности нахождения на них самолётов.

Концентрация вредных  составляющих отработавших газов авиадвигателей в воздухе и скорость их распространения по территории аэропорта в значительной степени зависит от метеорологических условий. При этом наиболее отчётливо прослеживается влияние направления и скорости ветра. Другие факторы –температура и влажность воздуха, солнечная радиация – хотя и влияет на концентрацию загрязнителей, однако это влияние выражено менее ярко и имеет более сложную зависимость.Оценка суммарного количества основных загрязнителей, поступающих в воздушную среду контролируемой зоны аэропорта гражданской авиации в результате его производственной деятельности (без учёта загрязнения воздуха спец автотранспортом и другими наземными источниками), показывает, что на площади около 4 км² выделяется в атмосферу за 1 сутки от 1000 до 1500 кг оксида углерода, 300 – 500 кг углеводородных соединений и 50 – 8- кг оксидов азота.

Такое количество выделяемых вредных веществ при неблагоприятном  сочетании метеорологических условий может приводить к повышению их концентраций до значительных величин.При чрезвычайных и аварийных ситуациях самолёты вынуждены сливать в воздухе излишнее топливо для уменьшения посадочной массы. Количество топлива,сливаемого самолётом за 1 раз, колеблется от 1 – 2 тыс. до 50 тыс. литров.

Испарившаяся часть топлива  рассеивается в атмосфере без  опасных последствий,однако, неиспарившаяся часть достигает поверхности земли и водоёмов и может вызвать сильные местные загрязнения. Доля неиспарившегося топлива, достигающего поверхности земли в виде капель, зависит от температуры воздуха и высоты слива.Даже при температуре более 20ºC на землю может выпадать до нескольких процентов сливаемого топлива, особенно при сливе на малых высотах.Но опаснее другое. При полёте в нижних слоях стратосферы двигатели сверхзвуковых самолётов выделяют оксиды азота, что ведёт к окислению озона. В стратосфере происходит интенсивное взаимодействие солнечных лучей с молекулами кислорода. В результате молекулы распадаются на отдельные атомы, а те, присоединяясь к сохранившимся молекулам кислорода, образуют озон. Область повышенной концентрации озона, так называемая озоносфера, которая приходится на высоты 20 – 25 км, играет очень важную роль для Земли. Поглощая почти всю ультрафиолетовую радиацию, озон, тем самым, предохраняет живые организмы от гибели.

Воздушный транспорт в  основном влияет на атмосферу Земли. Особенности воздействия летательных  аппаратов на среду обитания связаны, во-первых, с тем, что современный  парк самолетов и вертолетов имеет  газотурбинные двигатели (ГТД). Самолеты старых типов с поршневыми двигателями внутреннего сгорания (ДВС) составляют небольшой процент от общего наличия машин, а удельный вес их токсичных выбросов еще меньше. Даже в США, где эксплуатируется более 170 тыс. частных самолетов с ДВС, они потребляют лишь 5-6 % расходуемого авиацией топлива. Во-вторых, газотурбинные двигатели работают на авиакеросине, химический состав которого несколько отличается от автомобильного бензина и дизельного топлива. И, в-третьих, основная масса отработанных газов выбрасывается летательными аппаратами непосредственно в воздушном пространстве на сравнительно большой высоте, и лишь меньшая часть — в приземном слое и на земле в пределах аэродромов.

Общий выброс токсичных веществ  аппаратами гражданской авиации  может быть приблизительно оценен объемом  потребляемого авиацией топлива, который  составляет примерно 4 % от общего расхода  топлива на всех видах транспорта. Таким образом, доля загрязнений, вносимых авиатранспортом в атмосферу, невелика, и к тому же токсичные вещества рассеиваются в пределах больших  пространств. Тем не менее, конструкторы авиационных двигателей ведут большие  научно-экспериментальные работы по дальнейшему снижению содержания токсичных  компонентов в отработанных газах, что приобретает важное значение в связи с ростом авиаперевозок в перспективе и совпадает с требованиями экономии жидкого топлива. Необходимость этой работы определяется также жесткими нормами на токсичность отработанных газов, разрабатываемыми Международной организацией гражданской авиации (ИКАО). ГТД выбрасывают с отработанными газами в основном окись углерода, несгоревшие углеводороды, окислы азота и сажу. На стадии холостого ход а (на стоянке) и рулении, при заходе на посадку в отработанных газах существенно повышается содержание окиси углерода и углеводородов, но при этом снижается наличие окислов азота. В крейсерском полете, когда двигатели работают в наиболее оптимальном режиме, содержание окиси углерода и углеводородов падает, но возрастает выделение окислов азота. Наибольшее дымление (выброс сажи) происходит на взлете и наборе высоты, когда двигатели работают в форсажном режиме и, как правило, на обогащенной смеси.

Для снижения удельного содержания токсичных веществ в отработанных газах наряду с совершенствованием эксплуатируемых типов ГТД создаются  новые ГТД с новыми конструкциями  камеры сгорания, системы впрыска  топливно-воздушной смеси, компрессорами, обеспечивающими наивыгоднейшее соотношение в смеси топливо-воздух, лучшее распыление и перемешивание смеси, подаваемой в камеру, и более полное ее сгорание. Создаются новые двухзонные камеры, где топливо сгорает в два этапа в разных местах камеры, причем одна из этих зон обеспечивает наилучшее сгорание топлива на режиме малой тяги, допустим, руления (в этом случае топливо во вторую зону не подается), а вторая зона совместно с первой позволяет оптимизировать процесс горения на режимах взлета, набора высоты и крейсерского полета. В последнем случае процесс горения во второй зоне идет при меньшей температуре, что позволяет снизить выделение окислов азота.

Уменьшение общего расхода  топлива, а следовательно, и выброса токсичных веществ достигается также совершенствованием методов эксплуатации самолетов, а именно: повышением степени заполнения самолетов полезной нагрузкой, уменьшением пробега самолетов на аэродромах под собственной тягой, в частности, путем буксировки их тягачами на исполнительный старт, доставки пассажиров от самолетов в вокзал и на посадку автобусами или движущимися конвейерами с тем, чтобы самолет мог находиться на стоянке, максимально приближенной к взлетно-посадочной полосе.

Наряду с указанными мерами, направленными на решение задач  ближайшей перспективы, развернуты фундаментальные и прикладные исследования проблем авиации будущего. В этом плане идут поиски летательных аппаратов с лучшими аэродинамическим качеством и весовой отдачей, а также новых, еще более экономичных, типов двигателей и новых «чистых» энергоносителей (топлива). 

На перспективных магистральных  самолетах ожидается широкое  использование: новых конструкций  крыльев (так называемого сверхкритического  профиля), позволяющих существенно  уменьшить лобовое сопротивление  воздуха в полете; мощных систем механизации крыла в виде сложнейших закрылков и предкрылков, снижающих  расход топлива на взлете; улучшенных форм сопряжения отдельных элементов (крыла с фюзеляжем и гондолами  двигателей, оперения с фюзеляжем  и др.). Изучаются и другие направления совершенствования летательных аппаратов, которые могут принести более значительные результаты.

Как и все виды транспорта, авиация значительно  влияет на окружающую среду, изменяя  газовый состав атмосферы (сжигается  кислород, а выделяется диоксид углерода, вследствие чего наступает перенасыщение  атмосферы оксидами азота, углерода и углеводородом), а оксиды азота, в свою очередь, в результате фотохимических реакций разрушают озоновый слой. Подсчитано, что загрязнение атмосферы, вызываемое воздушным транспортом приблизительно в 8 раз выше, чем вызывает автомобильный транспорт (в пересчете на перемещение на расстояние в 1 километр одного человека). Однако использование авиатранспорта в развитых странах (в том числе и в России) меньше, чем автомобильного и железнодорожного, поэтому загрязнение от воздушного транспорта пока составляет от 1% до 3% ущерба, наносимого атмосфере всеми видами транспорта.