В современном мире, столкнувшемся с проблемой изменения климата, внимание к воздействию авиации на окружающую среду становится все более острым. Авиационная индустрия, несмотря на свою важность в мировой экономике и обеспечении глобальной связности, при этом оказывает существенное воздействие на состояние окружающей среды из-за выбросов парниковых газов, включая углекислый газ (CO2).

В этом контексте особенно важно изучение выбросов углекислого газа на различных этапах полета самолетов. Одной из наиболее широко используемых моделей воздушных судов в мире является Boeing 737. Изучение выбросов углекислого газа на разных этапах полета данного самолета имеет большое практическое значение, так как позволяет оценить их вклад в общий объем выбросов углекислого газа от авиации, а также выявить потенциальные возможности для снижения этого воздействия.

Цель настоящего исследования заключается в анализе выбросов углекислого газа на разных этапах полета самолета Boeing 737. В частности, рассматриваются выбросы во время взлета, крейсерского полета, снижения и посадки. При этом основное внимание уделяется определению особенностей формирования выбросов на каждом этапе полета, их количественной оценке и факторам, влияющим на их уровень.

Данное исследование имеет важное практическое значение, поскольку его результаты могут быть использованы для разработки стратегий и технологий, направленных на снижение выбросов углекислого газа в авиации. Это в свою очередь способствует уменьшению негативного воздействия авиации на окружающую среду и является важным шагом в направлении устойчивого развития авиационной отрасли.

В свете вышеизложенного, данная статья представляет собой попытку внести вклад в понимание проблемы выбросов углекислого газа в авиации, конкретно на примере самолета Boeing 737, и выявить возможные пути ее решения.

Для расчета наиболее популярного в Российской Федерации маршрута «Санкт-Петербург (ULLI) – Москва (UUWW)», приведем основные параметры данного пути следования для самолета Boeing 737NG:

Рейс «Пулково — Внуково» выполняется из аэропорта Pulkovo Airport (LED), в аэропорт Внуково (VKO). Расстояние полета составляет 625 км / 337 миль

Время полета между городом Санкт-Петербург и аэропортом Внуково составляет в среднем 1 ч 30 м. 

Усредняя значения выбросов углекислого газа (CO2), в качестве эшелона полета выберем FL330 (10050 метров)

На самолёт Boeing 737NG устанавливается пара двигателей CFM56-7B в трёх возможных конфигурациях:

• В24 с взлётной тягой 24200 фунтов (10977,12кг тяги);
• В26 с взлётной тягой 26400 фунтов (11975,04кг тяги);
• В27 с взлётной тягой 27300 фунтов (12383,28кг тяги).

Для решения задачи возьмем первую конфигурацию (В24) - 10977,12 кг тяги

Этап полета	Величина тяги
Взлет	T
Набор высоты	0,85*T
Крейсерский полет	0,55*T
Заход на посадку	0,3*T
Руление/режим земного малого газа	0,07*T

 

Этап	Время работы в эксплуатационном режиме (в минутах)
Взлет	1,0
Набор высоты	20,0
Крейсерский полет	26,5
Снижение	12,5
Заход на посадку	4,0
Руление/режим земного малого газа	26,0

Расход топлива самолета Boeing 737 может варьироваться в зависимости от этапа полета. Ниже приведены приблизительные значения расхода топлива для различных этапов полета:

Этап	Расход топлива, кг/мин
Холостой ход и руление перед взлетом	20
Взлет	180
Набор высоты	160
Крейсерский полет	100
Снижение	60
Заход на посадку	30
Руление и холостой ход после посадки	20

Эти значения являются приблизительными и могут варьироваться в зависимости от конкретных условий полета, типа двигателя и других факторов. Для более точного расчета расхода топлива необходимо учитывать многие факторы, такие как вес самолета, режим полета, высоту, температуру воздуха и другие параметры атмосферы.

Напишем формулу, выражающую количество выбросов углекислого газа (СО₂) в атмосферу:

• E - выброс углекислого газа, выраженный в тоннах
• C_R - фактор конверсии топлива в углекислый газ, равный 3.16 (для реактивного топлива)
• G_i - расход топлива, выраженный в килограммах на минуту
• ƞ - эффективность сгорания топлива, равная примерно 0.995 для реактивных двигателей
• τ - время, выраженное в часах

Расход топлива в единицу времени на каждом этапе полета равен:

G _i = g_iT_i ,

где                            g_i – удельный расход топлива на этапе i,

                                 T_i – тяга винта на данном этапе.

Получим уравнение, выражающее количество выброса углекислого газа (СО₂) на i участке полета:

Также:

Это уравнение показывает, что выброс углекислого газа зависит от удельного расхода топлива двигателя, эффективности сгорания топлива и времени. Чтобы уменьшить выброс углекислого газа, необходимо уменьшить удельный расход топлива двигателя или улучшить эффективность сгорания топлива.

Найдем численные значения выбросов углекислого газа на каждом этапе полета:

Итого: за весь полет по маршруту «Санкт-Петербург (ULLI) – Москва (UUWW)» Boeing 737NG «выбрасывает» в атмосферу порядка 4,31 тонн углекислого газа (CO₂) в атмосферу. Важно помнить, что данные расчеты релевантны для параметров Стандартной атмосферы (MСA), то есть T_н.в = + 15°C и p=1013,25гПа. Количество выбросов углекислого газа (CO₂) может также изменяться в зависимость от полезной нагрузки, вида авиационного топлива и износом камеры сгорания двигателя.

Выбросы загрязняющих веществ самолетами

Самолеты выделяют в атмосферу значительное количество загрязняющих веществ, которые оказывают негативное влияние на окружающую среду и здоровье человека. Выбросы загрязняющих веществ зависят от типа самолета, режима полета, состава топлива и других факторов.

Выбросы углекислого газа (CO2) - основной продукт сгорания авиационного топлива. CO2 является парниковым газом, который способствует глобальному потеплению и изменению климата.

Влияние самолетов на климат

Воздушные суда (ВС) вносят свой вклад в изменение климата, вызывая образование кондентрационных следов и увеличивая эффект парникового газа. Кондентрационные следы – это полосы облаков, которые образуются при конденсации водяного пара, выделяемого самолетами. Эти полосы облаков могут удерживать тепло в атмосфере и усиливать эффект парникового газа. Кроме того, выбросы CO2 и других парниковых газов самолетами способствуют глобальному потеплению и изменению климата. Изменение климата может привести к повышению температуры, изменению осадков, таянию ледников и другим негативным последствиям.

Меры по снижению влияния самолетов на экологию

Для снижения влияния выбросов на экологию необходимо применять комплекс мер, направленных на улучшение энергоэффективности самолетов, использование альтернативных видов топлива, внедрение новых технологий и сокращение количества рейсов. Ниже приведены некоторые из этих мер:

• Улучшение энергоэффективности самолетов - заключается в совершенствовании конструкции самолетов, двигателей и систем управления. Это позволяет снизить расход топлива и выбросы загрязняющих веществ.
• Использование альтернативных видов топлива - например, биотоплива, которое производится из растительного сырья и может снизить выбросы CO2 на 80% по сравнению с традиционным авиационным топливом.
• Внедрение новых технологий - например, гибридных и электрических самолетов, которые могут снизить выбросы загрязняющих веществ и шума.
• Сокращение количества рейсов - заключается в оптимизации расписаний рейсов, увеличении загрузки самолетов и сокращении количества коротких и малозагруженных рейсов. Это позволяет снизить выбросы загрязняющих веществ и шума.

В заключении стоит отметить, что проблема влияния воздушных судов на экологию требует комплексного подхода и сотрудничества со стороны правительств, бизнеса и общественности. Необходимо применять все доступные меры для снижения выбросов загрязняющих веществ, улучшения энергоэффективности самолетов и сокращения количества рейсов. Это позволит сохранить окружающую среду и здоровье человека для будущих поколений.