Студопедия — Оптимизация удельного расхода топлива
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Оптимизация удельного расхода топлива






Так как вес самолета в полете уменьшается, то практический потолок самолета увеличивается, километровый расход топлива уменьшается пропорционально полетному весу. Таким образом, по мере выработки топлива возможно постоянно увеличивать высоту полета и уменьшать километровые расходы топлива, что в конечном итоге увеличивает практическую дальность полета.

Полет с постепенным набором высоты для достижения минимальных километровых расходов топлива и максимальной дальности называется полетом «по потолкам».

Рисунок 1. Изменение некоторых параметров полета в режиме «по потолкам»

Использование оптимального эшелона полета является ключевым фактором для улучшения топливной экономичности полетов и минимизации эмиссий в атмосферу. Очевидно, что большая часть топлива расходуется в фазе набора. В зависимости от протяженности заданного маршрута, массы воздушного судна и метеорологических условий полета определяется оптимальный эшелон полета, который постепенно увеличивается по мере того, как запас топлива на борту расходуется. Занятие и выдерживание воздушным судном оптимального эшелона в течение всего полета без перерыва будет способствовать оптимизации топливной эффективности полета и сокращению эмиссий (вредных выбросов).

ИКАО сформулировал (Doc 10013) рекомендации в части уменьшения расхода топлива и эмиссии (вредных выбросов). В документе приведены возможности и методы сведения к минимуму потребления топлива и, соответственно, эмиссии при производстве полетов воздушными судами гражданской авиации.

Рекомендации ориентированы на уменьшение расхода топлива и эмиссии, однако при выполнении всех операций основное внимание должно уделяться обеспечению безопасности полетов. Нельзя допускать того, чтобы изменения, вносимые с целью экономии топлива, приводили к понижению уровня безопасности полетов. Все решения относительно изменения эксплуатационных процедур зависят от конкретной ситуации (например, от погодных условий, наличия оборудования, средств и служб), связанной с выполнением каждого полета, воздушного судна и экипажа.

В частности, Глава 8 Doc 10013 посвящена возможностям и методам уменьшения расхода топлива и эмиссии на различных этапах полета.

Один из методов - режим непрерывного набора высоты (англ. ССО - continuous climb operation) способен обеспечить снижение уровня шума, потребления топлива и объема эмиссий при одновременном повышении стабильности полета и предсказуемости траектории полета как для диспетчеров, так и для пилотов.

Непрерывный набор высоты (ННВ) это метод пилотирования воздушного судна, обеспечивает выполнение оптимизированного полета, с учетом текущих возможностей воздушного судна, тем самым уменьшая потребление топлива в процессе набора высоты.

Оптимальный вертикальный профиль приобретает форму траектории непрерывного набора высоты с минимальным количеством горизонтальных участков полета, необходимых только для увеличения скорости и обеспечения соответствующей полетной конфигурации воздушного судна.

Оптимальный угол вертикальной траектории должен варьироваться в зависимости от типа воздушного судна, его фактической массы, скорости ветра, температуры наружного воздуха, атмосферного давления, условий обледенения и других динамических характеристик и определяется соответствующими положениями РЛЭ конкретного самолёта.

ННВ может выполняться с использованием или без использования вычисляемой компьютером вертикальной траектории полета (т. е. функция вертикальной навигации (VNAV) системы управления полетом (FMS)) и с использованием или без использования фиксированной траектории в боковом измерении. Максимальная выгода для отдельного полета достигается при выдерживании воздушного судна в режиме набора высоты по самому эффективному профилю набора по наиболее кратчайшему общему расстоянию полета.

Ожидаемый эффект выполнения методик по ННВ:

- Экономия затрат в результате сокращения потребления топлива и эффективный профиль эксплуатации воздушного судна;

- Сокращение объема необходимого радиообмена;

- Более последовательные траектории полета;

- Снижение рабочей нагрузки на пилотов и диспетчеров УВД;

ННВ позволяет достичь крейсерской высоты полета на оптимальной скорости набора, с режимом соответствующей тяги двигателей в течение всего набора высоты, тем самым снижая общее потребление топлива и объем эмиссий. Сокращенное время достижения крейсерского эшелона полета, т.е. той фазы полета, где достигаются наиболее высокие путевые скорости, может также уменьшить общее время полета. Это позволяет снизить объем начальной заправки топлива и в дальнейшем обеспечивает уменьшение расхода топлива, уровня шума и эмиссий.

Т.к. коммерческие перевозки выполняются, как правило по маршрутам заданной дальности, то заданная дальность полета (англ. specific range - SR) – это расстояние, покрываемое с учетом запаса топлива. Таким образом, SR равна:

SR путевая= путевая скорость (GS)
топлив.расход в час (FF)

 

Рассматривая истинное расстояние, дальность полета равняется:

SR истинная= воздушная скорость (TAS)
топлив.расход в час (FF)

 

Так как истинная воздушная скорость на современных самолетах (например, AIRBUS), выражается в узлах, т.е. морских милях в час (NM/h), и расход топлива (FF) в килограммах в час (kg/h), SR выражается в морских милях на килограмм NM/kg или морских милях на тонну NM/ton

SR зависит от аэродинамических характеристик (Мах и аэродинамического качества, соотношения Lift/Drag), характеристик двигателя (характерный расход топлива), массы воздушного судна (mg) и скорости звука на уровне моря (a0).

Характерный расход топлива (СРТ) равняется текущему расходу топлива (FF), поделенному на возможную тягу. Он выражается в kg/h.N (килограмм в час на Ньютон) и означает расход топлива на единицу тяги.

Оптимальным является режим, когда выполняется условие:

SR ≥ 99% SR max,

где SR max - максимальное значение удельной дальности, т.е. максимально возможная дальность при данном запасе топлива.

Рисунок 2. Влияние летных характеристик на заданную дальность полета (SR)

- При улучшении аэродинамических характеристик самолета SR увеличивается.

- При увеличении загрузки самолета SR уменьшается.

- При увеличении показателей характерного расхода топлива СРТ (т.е. ухудшение топливной эффективности) - SR уменьшается.

Для заданной массы коммерческой загрузки существует величина максимально характерной дальности SR max, и соответствующее число Маха при полетах на максимальную дальность (MMR). Целесообразность использования числа Маха при полетах на максимальную дальность состоит в том, что расход топлива для заданного расстояния SR находится на максимальной отметке, в отличие от режима полета на максимальную продолжительность, где расход топлива стремится к минимуму. Следует заметить, что выдерживая постоянное значение число Маха при изменении крейсерского эшелона мы наблюдаем изменение Vист (рис. 1). MMR также соответствует максимальному расстоянию, которое воздушное судно может пролететь с заданным количеством топлива.

Рисунок 3 иллюстрирует дальность полета SR как функцию числа Маха для заданной массы на постоянной высоте. (given weight, altitude).

В крейсерском режиме масса воздушного судна снижается за счет израсходованного топлива. В то же время, расчетная дальность увеличивается, но MMR снижается (см. рисунок). Число Маха, тем не менее, должно быть скорректировано в соответствии с изменениями массы самолета на протяжении всего полета на постоянной высоте.

Рисунок 4. Зависимость числа Маха от массы при полетах на максимальное расстояние на заданной высоте (given altitude).

Оптимизацию полета на крейсерском участке полета проводят с использованием критерия эффективности — минимизация расхода топлива, m ткр, на участке полета, так как полет выполняется на заданную дальность. Допустимое число Мп = 0,8…0,85 (с точки зрения умеренного аэродинамического сопротивления на дозвуковых скоростях полета).

При этом учитываются следующие ограничения:

- полет может проходить только на заданных дискретных значениях высот (эшелонах);

- переход на следующий эшелон возможен при существующем избытке (по сравнению с обеспечением полета при постоянной скорости полета) тяги двигателей 20 %, целесообразность перехода определяется меньшим значением километрового расхода топлива на следующем эшелоне по сравнению с текущим значением высоты. Эти значения указываются в РЛЭ с учетом температуры.

- диапазон крейсерской высоты полета, как правило, в пределах 10650…13700 м;

- число М полета на крейсерском участке обычно равно 0,8.

Например, для самолета Boеing–767–200, с высоким аэродинамическое качеством — порядка 20…22 в крейсерском полете, двигателями повышенной степени двухконтурности — не менее 5 в крейсерском полете, значительной взлетной массой — 142,88 т расчеты и практические работы производителя авиационной техники показали, что наиболее целесообразным значением Мп при полете с постоянной скоростью в крейсерском полете является Мп= 0,8, при условии выполнения методики ННВ.

Следует отметить, что влияние температуры атмосферного воздуха на результаты оптимизации удельного расхода топлива весьма значительно.

В горизонтальном полете потребная тяга равна аэродинамическому сопротивлению самолета Q. Как правило, режим полета задается высотой и скоростью полета по прибору. При этом устанавливаемый летчиком режим работы двигателей зависит от температуры воздуха.

С повышением температуры воздуха мощность двигателей при постоянном положении рычагов управления двигателями падает, а скорость полета по прибору снижается. Поэтому для восстановления заданной скорости на той же высоте полета в условиях повышенной температуры необходимо увеличить режим работы двигателей, передвинув рычаги управления двигателями вперед.

В одинаковых условиях на одних и тех же высотах, скорости полета по прибору и полетном весе летом приходится поддерживать более высокий режим работы двигателей, чем зимой. А, как известно, удельный и часовой расходы топлива изменяются пропорционально корню квадратному из абсолютной температуры воздуха (√T). В среднем при отклонении температуры воздуха от стандартной на 5° часовой расход изменяется на 1%. При повышении температуры воздуха продолжительность полета уменьшается, при понижении увеличивается.

В средних широтах температура на земле в течение года изменяется в пределах 60 — 70° С, а в течение дня — в пределах 16° С. Поэтому при полетах на малых высотах летчик всегда должен помнить о влиянии температуры на часовой расход топлива. При повышении температуры воздуха и сохранении заданного числа М полета часовой расход топлива увеличивается пропорционально росту скорости звука.

Изменение атмосферного давления в наиболее вероятном диапазоне высот полета оказывает менее значительное влияние, чем температура воздуха.

Т.е. в условиях высоких температур тропического климата набор высоты, по возможности, должен происходить более круто, чем в умеренном или арктическом климате. Для тропического климата становятся предпочтительными более высокие эшелоны крейсерского полета.

Поскольку масса топлива, в среднем, пять-семь, а на дальнемагистральных самолетах почти в десять раз превышает массу пассажиров, даже незначительное уменьшение массы топлива, перевозимого на борту, обеспечивает значительную потенциальную возможность уменьшения его расхода. Как правило, в зависимости от ряда факторов, таких как тип воздушного судна, протяженность маршрута, профиль полета и скорость, в течение часа полета наличие на борту дополнительного топлива может привести к общему увеличению расхода на 2,5–4,5 % от его массы.

В целом, сохранение запаса топлива на минимальном безопасном уровне является одним из средств уменьшения его расхода.

В Приложении 6 ИКАО и документе Doc 9976 содержатся общие руководящие принципы, определяющие минимальные требования к запасу топлива, и их следует использовать при планировании мероприятий по управлению расходом топлива. Как правило, минимально необходимый запас топлива включает:

a) топливо для запуска двигателей, использования вспомогательной силовой установки (ВСУ) и выруливания (taxifuel)

b) топливо для выполнения полета до аэродрома назначения и захода на посадку и посадки (TF)

c) топливо для ухода на второй круг и захода на посадку и посадки на назначенном запасном аэродроме (AF)

d) топливо на случай непредвиденных обстоятельств при полете по маршруту (CF)

e) финальный запас топлива (FR)

f) дополнительный запас топлива (ADD)

По сути запас топлива на случай непредвиденных обстоятельств представляет собой топливо, необходимое для учета факторов, которые нельзя предугадать в процессе планирования полетов. При выполнении каждого рейса масса топлива на случай непредвиденных обстоятельств при полете по маршруту может отличаться, однако определяется она с учетом ряда факторов, включая следующие:

a) непрогнозируемые метеорологические условия;

b) незапланированные или непредусмотренные маршруты, крейсерские эшелоны и задержки движения;

c) прочие непредусмотренные эксплуатационные обстоятельства, которые могут привести к увеличению расхода топлива или задержкам.

Часто дополнительный запас топлива на случай непредвиденных обстоятельств зависит от времени полета и массы топлива, необходимой для его выполнения. Например, общий запас топлива для производства полета до пункта назначения может быть увеличен на 5 %.

Для полетов большой протяженности требуемый запас топлива на случай непредвиденных обстоятельств, составляющий определенный процент от массы топлива, необходимого для выполнения полета до пункта назначения, может быть излишним, особенно на современных воздушных судах, оснащенных усовершенствованными системами связи и навигационными системами, при эксплуатации которых используются сложные системы планирования полетов и прогнозирования погоды.

При выполнении некоторых полетов национальными правилами может допускаться уменьшение запаса топлива на случай непредвиденных обстоятельств посредством использования таких процедур, как "изменение диспетчерского разрешения" или "корректировка запланированного маршрута", применения "статистического подхода" или подхода, основанного на характеристиках, с обеспечением требуемого уровня безопасности полетов.

Для современных воздушных судов выполнение полета на неоптимальных скоростях или высотах может привести к значительному увеличению расхода топлива и эмиссии. Например, при выполнении типового полета на 4000 фут ниже оптимальной высоты тяжелое широкофюзеляжное воздушное судно может дополнительно израсходовать 400 кг топлива. Оптимальная высота определяется рядом сложных переменных параметров, но основными из них являются вес воздушного судна, ветер, температура окружающего воздуха и скорость. Эти факторы должны учитываться уже на этапе планирования полета.







Дата добавления: 2015-03-11; просмотров: 2910. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Функция спроса населения на данный товар Функция спроса населения на данный товар: Qd=7-Р. Функция предложения: Qs= -5+2Р,где...

Аальтернативная стоимость. Кривая производственных возможностей В экономике Буридании есть 100 ед. труда с производительностью 4 м ткани или 2 кг мяса...

Вычисление основной дактилоскопической формулы Вычислением основной дактоформулы обычно занимается следователь. Для этого все десять пальцев разбиваются на пять пар...

Расчетные и графические задания Равновесный объем - это объем, определяемый равенством спроса и предложения...

ТРАНСПОРТНАЯ ИММОБИЛИЗАЦИЯ   Под транспортной иммобилизацией понимают мероприятия, направленные на обеспечение покоя в поврежденном участке тела и близлежащих к нему суставах на период перевозки пострадавшего в лечебное учреждение...

Кишечный шов (Ламбера, Альберта, Шмидена, Матешука) Кишечный шов– это способ соединения кишечной стенки. В основе кишечного шва лежит принцип футлярного строения кишечной стенки...

Принципы резекции желудка по типу Бильрот 1, Бильрот 2; операция Гофмейстера-Финстерера. Гастрэктомия Резекция желудка – удаление части желудка: а) дистальная – удаляют 2/3 желудка б) проксимальная – удаляют 95% желудка. Показания...

ТЕРМОДИНАМИКА БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ. 1. Особенности термодинамического метода изучения биологических систем. Основные понятия термодинамики. Термодинамикой называется раздел физики...

Травматическая окклюзия и ее клинические признаки При пародонтите и парадонтозе резистентность тканей пародонта падает...

Подкожное введение сывороток по методу Безредки. С целью предупреждения развития анафилактического шока и других аллергических реак­ций при введении иммунных сывороток используют метод Безредки для определения реакции больного на введение сыворотки...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.013 сек.) русская версия | украинская версия