基于实际飞行数据的首都机场飞机发动机日排放清单估算方法研究

根据航班实际飞行数据估算机场飞机主发动机排放量,可以提升机场排放清单编制的准确度.基于北京首都机场某日运行数据和国内1326架次航班的机载飞行数据(QAR数据),研究了基于飞行数据的机场飞机主发动机排放清单制定方法.采用一阶近似3.0(FOA3.0)方法补充国际民航组织发动机排放数据库颗粒物基准排放指数,结合QAR数据,应用波音燃油流量法2(BFFM2)估算了实际飞行条件下污染物排放指数,编制了首都机场该日飞机主发动机排放清单,分析了首都机场航班排放特征.在此基础上,探讨了结合实际数据本地化的着陆和起飞循环,以期为机场飞机主发动机排放量的快速准确核算提供新的思路.结果发现,该日航班主发动机HC、CO、NO_x和PM_(2.5)排放量分别为933.9、10967.8、14703.5和85.5 kg,较标准LTO循环估算结果的偏差分别为15.6%、13.2%、-29.1%和-18.9%.NO_x排放主要集中在起飞和爬升阶段,占其排放总量的68.0%;HC和CO排放主要集中在滑行和慢车阶段,分别占其排放总量的90.0%和88.0%;PM_(2.5)在各飞行阶段的排放较为平均.对于单位LTO循环,航班滑行过程中平均排队等候(地速为零)时间为7.7 min,产生的HC、CO、NO_x和PM_(2.5)分别占总滑行阶段对应污染物排放量的26.3%、27.5%、25.7%和27.5%,这一部分排放量有望通过场面运行优化进一步控制.     

基于航迹数据的空中交通绿色绩效计算分析

为定量、直观地反映空管运行指挥对飞机温室效应的影响,首先基于快速存取记录器（QAR）记录数据建立飞行参数与飞行轨迹的BP神经网络匹配模型;然后基于QAR数据对模型进行验证;之后建立了温室效应表征参数计算模型;最后根据雷达模拟机上的飞行航迹试验数据,估算出污染物排放量和总温变潜势大小,并对不同管制员的指挥差异性进行对比分析.结果表明,利用油耗估算模型计算得到的燃油流量估算值和QAR记录的真实值之间的相对误差不超过2%,运用油耗指标与温室效应指标评估管制员水平结果不同.研究结果可以用于定量分析空管运行对温室效应的影响.     

基于QAR数据的飞机全航段黑碳排放量计算与分析

黑碳气溶胶是航空发动机运行过程中产生的一种主要颗粒污染物.为评估飞机全航段的黑碳排放特性,在一阶近似方法（FOA）的基础上,提出一种基于黑碳形成和氧化过程的形成氧化法（FOX）.使用GE90-115B型发动机历史QAR数据进行实例分析,结合QAR数据中燃油流量、空气燃料比、燃烧室入口温度、主燃区火焰温度等热力学参数,计算某次飞行全航段的黑碳排放量.结果表明,形成氧化法的计算结果高于一阶近似方法,巡航阶段的总排放量高于起飞着陆循环.分析表明,结合实际飞行数据的形成氧化法,考虑了发动机的性能差异、燃烧品质及外界环境条件对排放特性的影响,能够更加真实有效地评估飞机全航段的黑碳排放量,为飞机排放监测及排放的适航符合性验证等效替代提供更加准确的依据.     

机场LTO循环颗粒物排放量评估方法研究

为更加精确地计算机场起降循环颗粒物排放量,文章在国际民航组织提出的一阶近似方法的基础上,利用实测QAR数据,对燃油流量、工作时间以及非挥发性颗粒物排放指数进行修正;运用P_3-T_3方法,对挥发性有机颗粒物排放指数进行修正。以GE90-115B型发动机历史QAR数据为基础,计算某次飞行起降循环的颗粒物排放量。分析结果表明,相比一阶近似方法,修正方法能够更加准确地量化起降循环颗粒物排放对机场大气环境的影响,为机场的节能减排工作提供参考。     

基于QAR数据的发动机LTO阶段氮氧化物排放量计算与分析

氮氧化物是发动机运行过程中产生的一种主要污染物,对于航空器氮氧化物排放量的准确计算是控制排放和评估其环境影响的基础.本文依据BM2流量修正方法对机载快速存取记录器(QAR)数据中的燃油流量值进行标准化修正,并根据低压转子转速、空地传感器指示、油门杆解算器角度、飞行高度,对起飞着陆循环(LTO)进行更精确的阶段划分.同时,参考国际民航组织公布的特定发动机机型的分阶段排放指数,对PW-4077D发动机某次LTO阶段的氮氧化物排放量进行计算.结果表明,通过精准飞行阶段划分,结合QAR实测数据估算的LTO分阶段(起飞、爬升、进近、慢车)氮氧化物排放量分别达到3415.87、7574.57、3019.98、1721.33 g,与标准LTO估算方法相比,相差30%以上.这种发动机LTO阶段实际排放量的计算方法,可为近地面航空器乃至不同地区整个机场氮氧化物污染评估提供更加准确的依据.     

结合QAR数据的全航段排放估算及其对飞行成本的影响研究

随着排放对环境的影响日趋严重,排放成本被纳入飞行总成本的趋势已成为必然.在对基础飞行成本模型进行改进过程中,为了准确计算飞机排放量,依据机载QAR（Quick Access Recorder,快速存取记录器）数据中表征发动机实际运行的诸多参数,准确获取排放量,进而利用改进飞行总成本模型计算实际飞行成本.同时,讨论了燃油成本、时间成本及排放成本在综合成本中所占的比例.结果表明,燃油成本占比最大,约为41.63%;时间成本约占34.13%,排放成本占比达到24.24%,超过燃油成本的1/2.由此可见,排放成本对总成本影响很大,其影响不可忽视,多方面考虑计算排放量及排放成本,可为航空公司初步评估飞机运行成本提供有效依据.     

民航飞机起飞过程气态污染物排放特征分析

民航飞机在起飞过程中发动机推力高、耗油量大,并且飞行高度低,由其排放的污染物对局地空气质量和人体健康存在较大影响.选择B737-800作为典型机型,通过对飞机性能参数的模拟,精确计算了其在全推力和减推力等多种方式下起飞离场爬升至1 000 m高度过程中NO_x、CO、HC和SO_2的排放量,并与ICAO基准模型估算结果进行对比.结果表明,NO_x是排放量最大的污染物.其中,全推力起飞过程4种污染物的排放量分别为4.849、0.062、0.031和0.229 kg.减推力起飞方式下,选择更高的灵活温度后,NO_x和CO排放量分别降低和升高,HC和SO2排放量变化不大.经过对比发现,ICAO的基准排放模型,对4种污染物的估算结果存在较大偏差.与机动车相比,单次全推力起飞过程与一辆小客车行驶9 508 km的NO_x排放量相当.精确计算方法为准确估算机场区域飞机污染排放清单提供基础.     

基于FOA-MOD的飞机巡航阶段BC排放特性与影响因素研究

民航飞机在巡航阶段排放的黑碳（BC）可产生区域增温效应.为提高飞机巡航阶段黑碳排放的估算精度,采用一种基于国际民航组织一阶近似方法（FOA）的修正计算方法（FOA-MOD）,使用B777-200机载飞行数据（QAR）进行实例分析,并结合当量比、燃烧室入口压力、主燃区火焰温度等热力学参数,计算了某次飞行巡航阶段的BC排放总量.同时,在排放指数和燃油流量的基础上引入排放强度的概念,以更全面地表征污染物排放特性.最后分析了巡航高度、巡航马赫数和巡航重量等飞机性能参数对排放特性的影响.结果表明：修正方法的计算结果更加贴近实际,相对一阶近似方法的计算结果降低19.28%;通过增加巡航高度、减小巡航马赫数和巡航重量,可以不同程度地降低燃油消耗和污染物排放.本研究所做工作能够为评估飞机污染物排放特性,提高飞机运行的经济性和环保性提供参考.     

一次航班飞行全过程大气污染物排放特征

飞机发动机以航空煤油为燃料,在运行过程中会排放多种大气污染物,对空气质量和人体健康存在较大影响.选择A320作为典型机型,提取了一次真实航班飞行过程中的机载飞行数据,基于BM2及BM2-FOA耦合模型,获得了其在飞行全过程中每一时刻CO、UHC、NO_x及PM_(2.5)的排放指数,并计算了CO、UHC、NO_x、SO_2、CO_2及PM_(2.5)的精确排放量.结果表明,飞行过程中CO和UHC排放指数与推力变化趋势相反,数值范围分别为0.67~595.34 g·kg~(-1)和0.05~0.43 g·kg~(-1).NO_x排放指数与燃油流量变化趋势一致,数值范围是0.96~114.25 g·kg~(-1).PM_(2.5)排放指数全过程变化较小,约为0.25~0.36 g·kg~(-1).飞行全过程中,CO_2排放总量最大,约为2.0×10~4kg.同时,NO_x的排放量约为213.4 kg,SO_2也排放了24.5 kg.CO、PM_(2.5)和UHC的排放量分别为7.5、2.2和0.5 kg.将本次精确计算结果与使用ICAO基准模型对LTO起降阶段的估算结果进行对比后发现,基准模型LTO飞行时间较真实时间偏长37%.基准模型估算LTO阶段CO、UHC污染物排放量偏高,NO_x偏低,且偏差较大;而SO_2、CO_2和PM_(2.5)的排放量估算结果偏差相对较小.与机动车相比,A320飞机的一次LTO起飞着陆飞行,NO_x排放量约等于一辆小客车行驶8.6×10~4km,或相当于1274辆小客车1 d的排放量.     

基于P3-T3方法的飞机LTO阶段氮氧化物排放量计算与分析

飞机起飞着陆循环(LTO)阶段包含高推力的起飞和爬升阶段,具有排放强度高、排放特性不稳定的特点.同时,该阶段飞行高度低,尾气排放会直接影响机场周边人群.因此,本文依据机载快速存取记录器(QAR)数据中的低压转子转速等特征参数,对LTO进行精确的阶段划分.同时,建立发动机排放特性参数与推力关系模型,并使用P_3-T_3方法对国际民航组织公布的发动机各阶段排放指数进行修正,最终计算GE90-115B发动机某次LTO阶段的实际氮氧化物排放量.结果表明,该方法与国际民航组织推荐的标准LTO估算方法相比,总量相差约40%,与原有的BM2方法相比也存在一定差异.分析认为,这种依据QAR实际飞行数据并结合发动机排放特性参数的发动机排放量计算方法,可以更加真实地反映发动机性能对排放特性的影响,可很好地适用于具体航班氮氧化物排放量的精确估算,为近地面飞机排放评估乃至机场排放清单的编制提供更加准确的依据.     

首都国际机场飞机排放清单的建立

将基于标准起飞着陆（LTO）循环各阶段工作时间的飞机排放量计算方法加以改进,利用AMDAR资料计算飞机的有效排放高度,进而准确计算出基于逐架飞机的大气污染物排放总量.结果表明,首都国际机场2013年飞机NO_x、CO、HC、SO₂和PM_2.5排放总量分别为7042.1t、3189.9t、295.3t、429.4t和150.4t.与传统的基于LTO循环的方法相比,修正后的首都机场飞机NO_x、CO、HC和SO₂排放增加了23.5%、2.3%、2.1%和18.1%.飞机排放的CO、HC、SO₂和PM_2.5月变化较小,NO_x排放受飞机有效排放高度影响月波动较大.1～2月飞机污染物排放量处于全年最低水平,8月各污染物排放达到峰值.此外,飞机在爬升和滑行/慢车两种模式下污染物排放比例最大,分别占排放总量的37.7%与36.8%.     

民航飞机起飞过程细粒子排放特征

选择B737-800作为典型机型,基于BM2-FOA耦合模型,通过对飞机性能参数的模拟,获得了其在全推力和减推力等多种方式下,起飞离场爬升至1000m高度过程中每一时刻PM_(2.5)的排放指数,并计算了精确排放量.同时研究了燃油含硫量对细粒子排放量的影响,分析了不同组分对PM_(2.5)排放的贡献率,并将计算结果与ICAO基准参数的估算结果进行对比.结果表明,各种方式中PM_(2.5)排放指数的差异主要存在于地面起飞段.其中,全推力起飞方式下,非挥发性组分和挥发性有机组分排放指数最高,因此一次起飞过程PM_(2.5)排放总量最高,约为37.6g(普通燃油).使用减推力起飞后,PM_(2.5)排放量降至36.7~35.5g.使用高硫燃油时,PM_(2.5)排放量约升高150%.经过对比发现,将ICAO的基准参数直接用于FOA方法,对PM_(2.5)排放量的估算结果偏差较大.与机动车相比,使用普通燃油和高硫燃油的一次全推力正常起飞过程,PM_(2.5)排放量分别约等于一辆国Ⅳ轻型汽油车行驶2984km和7294km.精确计算方法为编制机场区域飞机污染排放清单提供基础.     

中国民用航空机场大气污染物及碳排放清单

基于2017~2020年中国民用航空局飞机起降数据、机队配置数据和国际民航组织（ICAO）飞机发动机排放因子数据库等数据,自下而上编制了2017~2020年中国民用航空机场高分辨率飞机起飞着陆（LTO）循环大气污染物及碳排放清单,在此基础上探究中国民用航空机场大气污染物和碳排放时空分布特征.分析2000~2020年3次疫情（2003年非典、2012年中东呼吸症、2020年新冠疫情）对机场大气污染物及碳排放影响.结果表明,2020年中国民航机场LTO循环NO_x、CO、HC、SO₂、PM和CO₂排放量分别为10.90,8.22,0.96,0.28,0.06,1360.27万t;HC、CO、SO₂、CO₂在滑行阶段排放量最大,分别占总排放量的92.80%、91.56%、41.81%、41.81%.NO_x、PM在爬升阶段排放量最大,分别占总排放量的47.93%、37.39%;2017~2019年我国民航机场飞机LTO循环大气污染物及碳排放总量呈现逐年增长的趋势,受新冠疫情影响2020年排放总量下降22.39%;排放集中在经济较为发达的华东地区.在2000~2020年3次疫情中,新冠疫情对我国民航机场飞机LTO循环排放量影响最显著.     

中国民航机场飞机起飞着陆(LTO)循环排放量估算

为了估算飞机在民航机场的污染物(HC、CO、NOx、SO2)排放量,基于国际民航组织(ICAO)标准中的起飞着陆(LTO)循环概念,采用其发动机排放数据库(Engine emission data bank),结合我国民航机队资料和民航飞行数据,通过计算全国123个机场1周内飞机LTO循环的气体污染物排放量,拟合出LTO循环数与各种污染气体排放因子的关系.结果表明,2002～2006年民航机场LTO循环排放量分别为24680.54、24701.30、31084.55、35633.84、40645.55t;2006年我国全民航机场飞机LTO循环HC、CO、NOx、SO2的排放量分别为1514.48、14341.16、23095 19、1694.71t,旅客吞吐量前20位的机场排放占全国排放总量的68.25%.考察对比了2003及2004年度全国7大空域的机场飞机LTO循环排放分布,结果表明,在标准LTO循环的进近、滑行、起飞以及爬升4种模式中,滑行段所排放的污染物约占整个循环的50%,滑行时间降低4min,排放总量降低6%.     

涉水污染物排放案件中污染物量化程序与方法

污染物排放量核算是生态环境损害鉴定评估的重要基础。该文提出了特征污染物指标筛选-受纳环境污染物残余量评估-污染物实际排放量计算-污染物理论排放量估算的涉水污染物排放致环境污染案件中污染物量化程序与方法,并以某湿法炼铜废水排放污染环境案件为例,基于该程序方法、依托现有证据材料依次开展各个程序环节要求工作,最终保守计算得到本案所涉特征污染物的排放量,实现了生态环境损害量化基础数据的核算,表明该污染物量化程序与方法合理可行。     

京津冀机场群飞机LTO大气污染物排放清单

基于国际民航组织(ICAO)标准排放模型,调查搜集京津冀机场群9个机场实际航班情况,充分考虑了大气混合层高度的影响,采用EPA方法修正运行时间,精确估算了2018～2019航季年(364 d)京津冀机场群飞机起飞着陆循环(LTO)大气污染物排放清单.结果表明, 2018～2019航季年京津冀机场群飞机LTO循环NO_x、 CO、 SO_2、 HC和PM排放总量分别为10 720.5、 3 972.2、 407.8、 508.0和53.7 t.其中,冬春航季排放量分别为4 290.2、 1 646.7、 168.3、 220.1和22.4 t;夏秋航季排放量分别为6 430.3、 2 325.5、 239.5、 287.9和31.3 t.从空间分布来看,北京首都机场是该机场群大气污染物排放量最多的机场.从时间分布来看,07:00～08:00处于排放量最高峰, 12:00～20:00处于中等偏高排放水平, 21:00之后排放量相对较低.飞机在LTO循环中NO_x和CO排放量较多,PM排放量最少.各污染物不同工作模式下的排放情况差异明显.在该机场群起降所有机型中,B777单位LTO循环排放污染物最多,B737最少,B787单位LTO循环排放HC最低.     

飞机LTO排放影响评估耦合模型研究与应用

民航飞机在LTO起降阶段的飞行中,发动机污染物排放的源强和空间位置是动态的.为准确定量评估其影响,构建了飞机LTO污染排放影响评估耦合模型.首先利用飞行动力学模型,模拟飞机LTO飞行轨迹,并获得轨迹中每一位置点的性能参数（实时燃油流量）;再通过排放计算模型,确定每一位置点的污染物排放量（源强）;在此基础上,基于拉格朗日烟团模型,针对飞机烟团排气特点进行修正,实现污染扩散模拟.最后采集了一架典型飞机在一个完整LTO飞行过程中的机载数据,结合实时气象参数,进行了实例应用研究.结果显示.在LTO过程中NO_x、SO₂、CO、PM和HC的平均排放速率分别为17.71、2.21、1.05、0.20和0.03g/s;飞机在起飞离地时刻,烟团扩散范围集中于跑道附近及侧向300m、纵向3000m范围内,NO_x地面最大浓度超过100mg/m³;当飞机爬升至混合层顶完成起飞时,地面污染物扩散至侧向1200m范围,NO_x浓度降至298.5μg/m³,依然较为严重,其他污染物地面浓度相对较低_.     

性能退化对民机巡航阶段污染物排放的影响研究

发动机性能退化将会影响污染物排放,以往污染物排放估算模型未充分考虑性能退化对排放量的影响.因此本文对原有污染物估算模型进行修正,将民机实际运行中表征发动机健康状态的主要参数EGT作为特征量融入到污染物排放估算模型中,提出改进的形成氧化法以及P3-T3方法,定量估算性能退化对污染物排放的影响.使用GE90-115B发动机历史QAR数据,计算航空发动机处于不同健康水平下的巡航阶段污染物排放特性.研究结果表明：航空发动机性能退化将会显著影响巡航阶段污染物排放特性.其中,性能退化严重时航空发动机CO、UHC以及黑碳的巡航阶段平均排放指数较健康状态时分别升高87.52%、247.76%以及19.68%,而NO_x的平均排放指数则下降55.33%.因此在对性能退化的发动机进行污染物评估时必须考虑性能退化的影响.     

工业污染源总量控制指标化管理的实践与思考

本文首先阐述了工业污染源控制指标的科学含义与分类。继之介绍了冶金部从1983年以来实行污染物综合排放合格率指标管理的实践经验和1987年进行污染物排放总量试点工作的情况。本文还总结了对污染物总量控制试点工作的主要体会并就污染物计划排放量、综合指数K和固体废弃物综合利用指数的计算方法等提出了一些意见,与同行们商榷,以便在试行污染物排放总量控制工作中取得共同认识。     

郑州新郑国际机场本地化排放因子与排放清单

基于郑州新郑国际机场的飞行数据和国际民航组织发动机排放数据库,获得2019年飞机实际飞行时间,测算了全年所有机型飞机 主发动机的污染物排放因子,建立了包括飞机及地面特种车辆在内的机场精细化大气污染物排放清单.结果表明,新郑国际机场飞机运行时间对典型机型耗油量影响明显,月际变化趋势一致.典型机型的本地化污染物排放因子的差异,与各飞行阶段的耗油量和单位燃油污染排放量密切相关,其中,波音B738机型运行占比最大且排放因子较高.2019年新郑国际机场NO_x、CO、HC、SO₂和PM的总排放量分别为1207.7、921.2、123.7、268.3和36.2 t,主要来自飞机主发动机排放.研究期内,各类污染物排放均在11：00达到峰值.飞行阶段中,NO_x排放主要来自飞机在 起飞降落循环中的爬升阶段,占比达45.6%;CO和HC在地面滑行阶段的排放占比远高于其他运行阶段,分别占95.4%和93.9%;SO₂和PM在不同工作模式下的排放占比较为接近.各机型中,波音B738和空客A320两种机型在5类污染物排放量中贡献最大,波音B737机型排放CO较高.