3. Związki szkodliwe spalin, normy i sposoby badań silników spalinowych
3.8. Ocena przepisów w aspekcie badań silników turbinowych
Obowiązujące akty prawne w zakresie ochrony środowiska przed negatywnym wpływem eksploatacji zespołów napędowych statków powietrznych dotyczą przede wszystkim silników turbinowych turbowentylatorowych i odrzutowych o ciągu powyżej 26,7 kN. Silniki te sta-nowią napęd samolotów komunikacyjnych stasta-nowiących największy udział we wszystkich eksploatowanych statkach powietrznych. W przypadku silników turbinowych o zastosowaniu do napędu myśliwskich samolotów wielozadaniowych normy przyjmują wytyczne w zakresie zadymienia spalin dla silników o mocy powyżej 26,7 kN. Silniki takie są poddawane próbom emisyjnym przeprowadzanym na fabrycznych stanowiskach hamownianych prowadzonych w warunkach ustalonych pracy silnika. Na etapie dalszej eksploatacji prób takich się nie pro-wadzi. W procedurach eksploatacyjnych realizacji testów sprawności układów samolotów podczas prób przedlotowych istnieją warunki do przeprowadzenia takich pomiarów. Informa-cje te mogłyby stanowić uzupełnienie informacji o stanie eksploatacyjnym silnika oraz bieżą-cą informację o emisji zanieczyszczeń w spalinach. W związku z tym wydaje się uzasadnione poszukiwanie możliwości dokonania oceny emisji zanieczyszczeń w trakcie eksploatacji sil-ników turbinowych samolotów wielozadaniowych.
Bieżące analizy i przyszłe badania emisji związków szkodliwych spalin z układów napę-dowych myśliwskich samolotów wielozadaniowych będą podstawą oceny emisyjności, za-równo w warunkach realizowanych prób przedlotowych, jak i podczas wykonywanych opera-cji lotniczych. Ocena rzeczywistych warunków eksploataopera-cji tych statków powietrznych po-zwoli na opracowanie testu badawczego, którego statyczne fazy i współczynniki ich udziałów pozwolą na odwzorowanie warunków obciążenia silników podczas ich rzeczywistej eksploat-acji. Badania takie będą powodem określenia stopnia uciążliwości takich środków transportu wobec środowiska. Wyniki oceny mogą mieć znaczenie jedynie w warunkach pokojowych.
W przypadku eksploatacji myśliwców wielozadaniowych w warunkach bojowych oddziały-wanie na środowisko w postaci emisji związków szkodliwych spalin jest kwestią marginalną.
Dążeniem autora jest określenie parametrów eksploatacyjnych myśliwców wielozadanio-wych, a w konsekwencji wartości emisji związków szkodliwych spalin im odpowiadających, dzięki którym możliwe będzie określenie oddziaływania samolotu na środowisko naturalne człowieka. W ocenie autora brak jest obecnie jakichkolwiek badań, dotyczących powyższych analiz w aspekcie myśliwców wielozadaniowych, związanych z oceną ich oddziaływania na środowisko w rzeczywistych warunkach eksploatacji. Badania prowadzone wcześniej nie dotyczyły tak szerokiego zakresu statków powietrznych tego typu. Tak więc głównym celem rozprawy, realizowanym zgodnie ze schematem przedstawionym na rysunku 4.1, jest wska-zanie bieżącego stanu ekologicznego silników myśliwskich samolotów wielozadaniowych przy wykorzystaniu procedur i rzeczywistych warunków eksploatacyjnych.
W ramach celu pracy realizowane będą następujące zadania:
określenie emisji składników gazowych spalin podczas eksploatacji silników dostęp-nych samolotów podczas realizacji prób przedlotowych,
wykonanie analizy histogramów obciążenia silnika w rzeczywistych warunkach eksplo-atacji dla tych samolotów,
opracowanie testu badawczego, określającego emisyjność spalin dla myśliwskich samo-lotów wielozadaniowych,
dokonanie analizy emisji spalin w warunkach rzeczywistej eksploatacji myśliwców wie-lozadaniowych.
Cel pracy w postaci możliwości ograniczenia oddziaływań ekologicznych myśliwskich samolotów wielozadaniowych na środowisko, skorelowany z badaniami w rzeczywistych warunkach ich eksploatacji, jest możliwy do osiągnięcia przy jednoczesnym postawieniu głównej tezy pracy:
Istnieje możliwość oceny niekorzystnego oddziaływania myśliwskich samolotów wielozadaniowych na środowisko, określanego z wykorzystaniem opracowanych testów badawczych, odnoszących się do rzeczywistych warunków eksploatacyjnych rozpatrywanych statków powietrznych
oraz tez pomocniczych:
istnieje konieczność analizy rzeczywistych warunków pracy silników turbinowych eks-ploatowanych w myśliwskich samolotach wielozadaniowych w celu opracowania testu badawczego odwzorowującego rzeczywiste warunki pracy tych silników,
istnieją wymierne korzyści z zastosowania testu badawczego o odpowiednio dobranych współczynnikach udziału faz do oceny ekologicznej myśliwskich samolotów wieloza-daniowych.
4. Cel, teza i zakres pracy 44
Rys. 4.1. Schemat rozwiązania postawionego celu naukowego pracy Geneza problemu
Samoloty wielozadaniowe na świecie
Emisja związków szkodliwych, normy i procedury badawcze
Badania własne Emisyjność samolotów wielozadaniowych
w warunkach próby stanowiskowej Analiza problemów eksploatacji samolotów wielozadaniowychGeneza Badania eksperymentalne, symulacyjne i analiza wynikówWnioski
1
2
3
6 Struktura pracy
Rozdziały
Histogramy obciążenia silników podczas próby stan.
Cel, tezy i zakres pracy
Sposób rozwiązania problemu naukowego
4
5
8 Pomiary stężenia związków
szkodliwych w spalinach
Wnioski i kierunki dalszych badań Analiza emisyjności podczas
próby stanowiskowej
7 Budowa dedykowanego
testu badawczego Metodyka tworzenia
Weryfikacja testu
Emisyjność samolotów wielozadaniowych w warunkach eksploatacji
Histogramy obciążenia silników podczas rzeczywistej eksploatacji
Analiza emisyjności w eksploatacji
5.1. Identyfikacja problemu naukowego
Bezpieczeństwo narodowe jest sprawą priorytetową każdego kraju. Jest ono kwestią uza-leżnioną od wielu czynników politycznych i gospodarczych. Bardzo duże znaczenie ma rów-nież położenie geopolityczne państwa i jego zasoby naturalne. W szczególności istotne są zasoby energetyczne oraz potencjał gospodarczy w produkcji żywności. Dla ochrony tych dóbr konieczne jest utrzymanie armii z odpowiednio wyszkolonym wojskiem i odpowiednio wyposażonym w techniczne środki bojowe. Wysoki poziom wyszkolenia armii wyposażonej w najnowsze środki bojowe wymaga ciągłego szkolenia i doskonalenia umiejętności w obsłu-dze sprzętu wojskowego. W odniesieniu do samolotów bojowych przekłada się to na wielo-godzinne cykle szkoleniowe na rzeczywistych obiektach w ich rzeczywistych warunkach eks-ploatacji. Takie działania lotnictwo wojskowe prowadzi w czasie pokoju w wielu krajach na całym świecie. Wykorzystanie w celach szkoleniowych samolotów będących obiektami rze-czywistymi wiąże się z emisją zanieczyszczeń w spalinach generowanych przez silniki sta-nowiące napęd samolotów. Samoloty transportowe i pasażerskie z silnikami turbinowymi zazwyczaj są eksploatowane w warunkach lotu ustalonego na odpowiedniej wysokości i z odpowiednią prędkością, co przekłada się na ustalone parametry eksploatacyjne silników.
Istnieje kilka prac poruszających problem związany z oceną emisji zanieczyszczeń spalin z silników lotniczych w ustalonych warunkach lotu samolotu.
Jedną z cech charakterystycznych dla samolotów wielozadaniowych jest zdolność do wy-konywania różnych zadań lotniczych związanych z pościgiem, walką powietrzną na różnej wysokości, przechwytywaniem oraz z rozpoznaniem pola walki czy patrolowania. Wszystkie te zadania różnią się od siebie charakterem definiowanym m.in. parametrami: wysokością lotu, prędkością lub rodzajem realizowanych manewrów (rys. 5.1). Parametry te mają swoje odzwierciedlenie w charakterystyce eksploatacyjnej zespołu napędowego, a tym samym w emisji związków szkodliwych zawartych w spalinach silnikowych.
Rys. 5.1. Figury wykonywane przez samolot wielozadaniowy podczas ataku celów naziemnych [74]:
1 – wiraż o kąt 45o, 2 – wiraż o kąt 60o, 3 – półwiraż w lewo, 4 – zwrot bojowy w lewo, 5 – nurkowa-nie, 6 – półwiraż w prawo, 7 – zwrot bojowy w prawo, 8 – nurkowanurkowa-nie, 9 – półwiraż w lewo, 10 – zwrot bojowy w lewo, 11 – nurkowanie, 12 – półwiraż w prawo, 13 – zwrot bojowy w prawo, 14 –
nurkowanie, 15 – „imelmman”, 16 – nurkowanie, 17 – górka, 18 – spirala
5. Metodyka realizacji celu pracy 46
Obecny poziom techniki pomiarowej związanej z badaniem emisji związków szkodliwych spalin nie jest jeszcze na tyle duży, aby było możliwe przeprowadzenie pomiarów emisji związków szkodliwych zawartych w spalinach podczas rzeczywistych warunków realizowa-nych lotów. Duży problem stanowi zagadnienie poboru próbek spalin do analizy oraz bez-pieczne umiejscowienie aparatury pomiarowej. W związku z wymienionymi ograniczeniami do tej pory realizuje się badania emisji związków szkodliwych zawartych w spalinach silni-kowych podczas testu stacjonarnego. Badania tego typu pozwalają jednak określić poziom wartości emisji poszczególnych związków szkodliwych spalin w rzeczywistych warunkach eksploatacji na podstawie analiz parametrów eksploatacyjnych zarejestrowanych przez pokła-dowe rejestratory parametrów lotu [38–40, 41–56]. Z wielu rejestrowanych przez rejestrator parametrów eksploatacyjnych kilka z nich może być wykorzystanych do analizy warunków eksploatacji samolotu, a w szczególności jego zespołu napędowego. Do oceny warunków eksploatacyjnych samolotu można wykorzystać zarejestrowane przebiegi prędkości lotu sa-molotu, wysokości barometrycznej, nastawy dźwigni mocy, prędkości obrotowej wału, tem-peratury spalin oraz informacji o włączeniu dopalacza (rys. 5.2).
0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Czas [s]
Prędkość obrotowa wału N1 i N2, otwarcie dyszy wylotowej [%]
0
N2 N1 otwarcie dyszy zużycie paliwa
Rys. 5.2. Przykładowy przebieg parametrów eksploatacyjnych samolotu F-16 i silnika F100-PW-229 zarejestrowany podczas lotu
Zmienne warunki eksploatacji myśliwskich samolotów wielozadaniowych i zmienne wa-runki eksploatacji silnika spalinowego, stanowią pewien problem na drodze do przeprowa-dzenia oceny emisji zanieczyszczeń spalin w takich warunkach eksploatacyjnych samolotu.
W związku z tym w niniejszej pracy podjęto próbę opracowania sposobu oceny emisji zanie-czyszczeń spalin z silników myśliwskich samolotów wielozadaniowych w ich rzeczywistych warunkach eksploatacyjnych. Działania te mogą przyczynić się do wprowadzenia narzędzia w postaci procedur realizacji testów emisyjnych i dopuszczalnych limitów szkodliwych składników spalin, co może się przyczynić do stymulacji rozwoju konstrukcji tego typu silni-ków.
5.2. Rozwiązanie problemu naukowego
Podjęty problem naukowy postanowiono rozwiązać przez opracowanie metodyki badań emisyjności myśliwskich samolotów wielozadaniowych w warunkach ich rzeczywistej eks-ploatacji. Podczas użytkowania samolotów wielozadaniowych, przed lotem wykonuje się próbę przedlotową polegającą na weryfikacji poprawności działania wszystkich urządzeń
i układów samolotu. Podjęto analizę konstrukcji oraz możliwości proceduralnych użytkowni-ka myśliwskich samolotów wielozadaniowych w celu opracowania sposobu realizacji pomia-ru stężenia związków szkodliwych zawartych w spalinach.
Analiza literaturowa z zakresu badań emisji związków szkodliwych spalin z turbinowych silników odrzutowych [38–40, 41–56] wskazuje na konieczność prowadzenia pomiarów w warunkach unieruchomienia samolotu. Wskazuje to jednocześnie na dwa etapy realizacji oceny emisji związków szkodliwych spalin. Pierwszy to pomiary stężenia związków szkodli-wych zawartych w spalinach realizowane podczas próby stacjonarnej, a drugi to analiza nu-meryczna ukierunkowana na określenie warunków eksploatacyjnych silnika podczas rzeczy-wistych warunków lotów. W związku z tym dokonano analizy procedur eksploatacyjnych samolotu. Z przeprowadzonej analizy wynika, że podczas użytkowania samolotu F-16, wyko-nuje się próbę przedlotową polegającą na weryfikacji poprawności działania wszystkich urzą-dzeń i układów samolotu. Podczas takiej próby również oceniane są właściwości napędowe silnika. Przedlotowa próba silnika jest na tyle interesująca, że przeprowadzono analizę moż-liwości proceduralnych użytkownika samolotu w celu opracowania sposobu realizacji pomia-ru stężenia związków szkodliwych zawartych w spalinach podczas takiej próby.
Pomiary stężenia tlenku węgla, dwutlenku węgla, węglowodorów oraz tlenków azotu w spalinach silnikowych przeprowadzono podczas realizacji próby przedlotowej dostępnych myśliwskich samolotów wielozadaniowych. Podczas badań samolotów, które były standar-dowo wyposażone w rejestrator parametrów lotu pomiary stężenia związków szkodliwych spalin rejestrowano przy jednoczesnym zapisie parametrów eksploatacyjnych silników pod-czas realizowanej próby przedlotowej. Dokonano analizy porównawczej zarejestrowanych danych, co umożliwiło przypisanie poszczególnym parametrom eksploatacyjnym silnika od-powiedniej wartości stężenia związków szkodliwych spalin. Znając wartości stężenia związ-ków szkodliwych w odniesieniu do poszczególnych parametrów eksploatacyjnych obiektów, przeprowadzono analizę, z której uzyskano natężenie emisji związków szkodliwych podczas określonych wartości obciążenia silnika.
Uzyskane informacje dotyczące natężenia emisji związków szkodliwych spalin przy da-nym obciążeniu silnika wykorzystano do próby oceny rzeczywistej emisyjności myśliwskich samolotów wielozadaniowych. Ocenę tę dokonano na podstawie udostępnionych wybranych zapisów z rejestratora lotu samolotów wielozadaniowych, które poddano ocenie statystycznej częstości obciążeń silnika podczas warunków rzeczywistej eksploatacji w trakcie wykonywa-nych lotów. Przypisanie uzyskanym histogramom obciążeń odpowiadającego im natężenia emisji związków szkodliwych spalin pozwoliło na dokonanie oceny emisyjności myśliwskich samolotów wielozadaniowych w warunkach rzeczywistej eksploatacji. Należy zaznaczyć, że dokonana analiza obarczona jest pewnym stopniem niedokładności, ale jej weryfikacja wy-maga przeprowadzenia serii badań pomiarów stężeń związków szkodliwych podczas lotu myśliwskich samolotów wielozadaniowych i obecnie z wielu względów (niezależnych od autora) jest niemożliwa do zrealizowania.
5.3. Obiekty badań
Badaniom poddano pięć silników samolotów eksploatowanych w Siłach Zbrojnych RP, które są zaliczane do myśliwców wielozadaniowych i są przedstawicielem swojej kategorii.
Były to silniki samolotów F-16 Fighting Falcon (rys. 5.3).
Podstawowe dane taktyczno-techniczne samolotu F-16 przedstawiają się następująco:
długość: 15,03 m,
rozpiętość skrzydeł: 9,45 m,
5. Metodyka realizacji celu pracy 48
wysokość: 5,09 m,
powierzchnia skrzydeł: 28,87 m2,
masa własna: 8300 kg,
masa maksymalna: 21772 kg,
masa uzbrojenia: 9942 kg,
prędkość wznoszenia: 340 m/s,
prędkość maksymalna: 2,2 Ma (2300 km/h),
zasięg do przebazowania (ze zbiornikami konforemnymi): około 5000 km,
załoga: 1 lub 2 pilotów,
promień działania: 550 km,
pułap: 15240 m,
napęd: silnik F100-PW-229.
Rys. 5.3. Samolot wielozadaniowy F-16 Fighting Falcon [67]
5.4. Silnik stosowany w zespołach napędowych obiektów badawczych
Napęd samolotu F-16 stanowi modułowy silnik firmy Pratt & Whitney F100-PW-229 (rys.
5.4) osiągający ciąg 79,13 kN, a z dopalaniem 128,91 kN. Jest to silnik dwuprzepływowy z dyszą regulowaną hydraulicznie. Jest wyposażony w trzystopniową sprężarkę niskiego ci-śnienia i dziesięciostopniową sprężarkę wysokiego cici-śnienia. Komora spalania jest pierście-niowa, a turbiny dwustopniowe. Dzięki zastosowaniu nowych sprężarek i wentylatorów spręż silnika wzrósł z dotychczasowych 25 do 31. To rozwiązanie oraz podniesienie temperatury przed turbiną, pozwoliło na zwiększenie ciągu silnika. W porównaniu do poprzednich wersji zespołu napędowego zużycie paliwa nie wzrosło. Zespół napędowy wyposażono w aktywny układ kontroli pracy, tzw. FADEC.
Rys. 5.4. Przekrój silnika Pratt & Whitney F100-PW-229 [56]
Dane techniczne silnika są następujące:
maksymalna średnica: 1080 mm,
długość: 4855 mm,
masa silnika suchego: 1370 kg,
jednostkowe zużycie paliwa 0,693 kg/(kN·h),
jednostkowe zużycie paliwa z włączonym dopalaniem: do 2,6 kg/(kN·h).
Silnik jest wyposażony w instalację przeciwoblodzeniową, w której do ogrzewania wlotu silnika wykorzystywano powietrze odbierane z zaworu upustu sprężarki.
5.5. Parametry fizykochemiczne paliwa
Badane silniki zasilane były jednakowym paliwem lotniczym F-34, którego charakterysty-kę właściwości fizykochemicznych i specyfikację zamieszczono w tablicy 5.1. Paliwo do za-silania silników podczas prób badawczych było dostarczane przez jednego dostawcę zgodnie z zawartymi długoterminowymi umowami z dostawcą.
Paliwo do turbinowych silników lotniczych kod NATO F-34 jest produkowane z kompo-nentów uzyskiwanych w określonym reżimie technologicznym w procesach destylacji, hy-droodsiarczania i hydrokrakingu. Komponenty odpowiadają ustalonym wymaganiom jako-ściowym. Paliwo lotnicze kod NATO F-34 nie zawiera dodatku zapobiegającego krystalizacji wody w paliwie. Paliwo kod NATO F-34 uszlachetniono dodatkami: antyelektrostatycznym, antyutleniającym i antykorozyjno-smarnościowym. Paliwo spełnia rygorystyczne wymagania Normy Obronnej NO-91-A258-2:2011 „Paliwo do turbinowych silników lotniczych. Paliwo kod NATO F-34”.
5. Metodyka realizacji celu pracy 50
Tablica 5.1. Specyfikacja paliwa F-34 [80]
Parametr Jednostka Wartość Metoda badań
1 2 3 4
Wygląd zewnętrzny – czyste, jasne, wizualnie wol-ne od cząstek stałych i nie-rozpuszczonej wody w
Liczba kwasowa, maks. mg
KOH/g
Zawartość siarki całkowitej, maks.
– temp. początku destylacji – 10% destyluje do temp., maks.
– 20% destyluje do temp.
– 50% destyluje do temp.
– 90% destyluje do temp.
– temp. końca destylacji, maks.
– pozostałość, maks.
nie normuje się, podać wynik 205
nie normuje się, podać wynik nie normuje się, podać wynik nie normuje się, podać wynik
300
Temperatura krystalizacji, maks. oC –47,0 ASTM D 2386
ASTM D 5901 Lepkość kinematyczna w temp.
minus 20oC, maks.
mm2/s 8 ASTM D 445
Wartość opałowa, min. MJ/kg 42,8 ASTM D 3338
Wysokość niekopcącego płomie-nia, min.
– wysokość niekopcącego płomienia, min. Działanie korodujące na miedź
(czas: 2 h, temp. 100oC), maks.
stopień korozji
1 ASTM D 130
Tablica 5.1 cd. Specyfikacja paliwa F-34 [80]
1 2 3 4
Stabilność termiczna (JFTOT):
– temp. badania, min.
– spadek ciśn. na filtrze, maks.
– wizualna ocena osadów w rurze, min. Oddziaływanie z wodą, ocena
powierzchni międzyfazowej, antystatycznego1), min.
– dla paliwa z dodatkiem
Przewodność elektryczna pS/m 50‒600 ASTM D 2624
Zawartość komponentu
Czas filtrowania, maks. min. 15 PN-V-04031
Smarność metodą BOCLE, średnica śladu zużycia, maks.
mm 0,65 ASTM D 5001
1) Jeżeli paliwo zawiera dodatek antykorozyjno-smarnościowy oznaczenia nie wykonuje się.
2) Oznacza komponent otrzymywany w procesie wysokociśnieniowej hydrorafinacji, w którym ciśnienie cząstkowe wodoru przekraczało 7000 kPa (70 bar lub 1015 psi).
5. Metodyka realizacji celu pracy 52
5.6. Aparatura pomiarowa
Pomiarów emisji składników spalin dokonano w rzeczywistych warunkach eksploatacji samolotu. Podejście takie wymagało zamontowania w odpowiedni sposób układu poboru spa-lin. Szczególną uwagę poświęcono możliwości instalacji sondy pomiarowej w strudze spalin wypływających z dyszy wylotowej silnika samolotu umiejscowionego i zamocowanego na stanowisku prób. Przeprowadzona ocena stanowiska prób wykazała możliwość mocowania prostych elementów konstrukcji do betonowej płyty poza uchwytami, do których mocowano samolot. Na stanowisku dedykowanym badaniom silnika na hamowni lub badaniom silnika na płatowcu sondę pomiarową mocowano na konstrukcji przytwierdzonej do elementów ka-nału wylotowego spalin budynku (rys. 5.5). Przewody doprowadzające spaliny do analizatora zamocowano do zbudowanej konstrukcji wspornika, a analizator umieszczono w bezpiecznej odległości od dyszy wylotowej silnika.
Rys. 5.5. Miejsce zamocowania sondy poboru spalin
Do pomiarów stężenia związków szkodliwych spalin wykorzystano mobilny analizator Semtech-DS firmy Sensors (Sensors EMission TECHnology; tabl. 5.2, rys. 5.6) [65, 66]. Ana-lizator umożliwia pomiar stężenia tlenku węgla, dwutlenku węgla, węglowodorów oraz tlen-ków azotu. Semtech-DS jest analizatorem przeznaczonym głównie do monitorowania emisji pojazdów osobowych, ciężarowych rolniczych i budowlanych. W wersji DS umożliwia po-miar emisji związków szkodliwych spalin silników ZS oraz ZI. Wszystkie podzespoły anali-zatora Semtech-DS zaprojektowano tak, aby jak najbardziej odpowiadały klasie laboratoryj-nej urządzeń pomiarowych, a jednocześnie mogły sprostać wymaganiom stawianym urządze-niom monitorującym emisję w pojazdach. Spełnienie tych założeń wymagało maksymalnego zmniejszenia masy, wielkości i zużycia energii przez urządzenie przy jednoczesnym zredu-kowaniu wrażliwości na drgania, wibracje, zmiany temperatury i inne czynniki zewnętrze mogące zakłócić wyniki.
Tablica 5.2. Charakterystyka mobilnego analizatora Semtech-DS z odczytem systemu transmisji danych [65, 66]
Parametr Metoda pomiaru Dokładność
Stężenie związków w spalinach
CO HC
NOx = (NO + NO2) CO2
O2
NDIR, zakres pomiarowy 0–10%
FID, zakres 0–10 000 ppm NDUV, zakres 0–3000 ppm NDIR, zakres 0–20%
analizator elektrochemiczny, zakres 0–20%
±3% zakresu pomiaru
±2,5% zakresu pomiaru
±3% zakresu pomiaru
±3% zakresu pomiaru
±1% zakresu pomiaru Przepływ spalin masowe natężenie przepływu
temperatura spalin do 700oC
±2,5% zakresu pomiaru
±1% zakresu pomiaru Czas nagrzewania 900 s
Czas odpowiedzi T90 < 1 s Obsługiwane systemy
diagnostyczne
SAE J1850/SAE J1979/SAE 15765 (LDV) SAE J1708/SAE J1587/SAE 1939 (HDV)
Rys. 5.6. Widok analizatora Semtech-DS
Główną zaletą analizatora jest zwarta budowa i stosunkowo małe wymiary, co daje duże możliwości przemieszczania i ustawienia w obiektach badanych w warunkach ich rzeczywi-stej eksploatacji. Analizator dedykowany jest do tego rodzaju badań, ale również może być używany w badaniach stacjonarnych na hamowniach w warunkach laboratoryjnych. Analiza-tor spełnia wymagania normy 1065 w zakresie pomiarów emisji spalin systemami PEMS.
Oparty jest na kilku autonomicznych modułach pomiarowych:
analizatorze płomieniowo-jonizacyjnym FID (Flame Ionization Detector), stosowanym do oznaczania w spalinach sumarycznej ilości węglowodorów określanych jako HC (Hydrocarbons) lub THC (Total Hydrocarbons),
analizatorze typu NDUV (Non-Dispersive Ultraviolet), czyli niedyspersyjnym na pro-mieniowanie ultrafioletowe do pomiaru tlenku azotu oraz dwutlenku azotu,
analizatorze typu NDIR (Non-Dispersive Infrared), czyli niedyspersyjnym na promie-niowanie podczerwone do pomiaru tlenku węgla oraz dwutlenku węgla,
analizatorze elektrochemicznym do określania poziomu tlenu w spalinach.
Gazy spalinowe wprowadzane są do analizatora za pomocą sondy pomiarowej utrzymują-cej temperaturę 191°C, w kolejnym kroku filtrowane są cząstki stałe i następuje pomiar
stęże-5. Metodyka realizacji celu pracy 54
nia węglowodorów w analizatorze płomieniowo-jonizacyjnym. Następnie spaliny schładzane są do temperatury 4°C i następuje kolejno pomiar stężenia tlenków azotu (metodą niedysper-syjną z wykorzystaniem promieniowania ultrafioletowego umożliwiającej jednoczesny po-miar tlenku azotu i dwutlenku azotu), tlenku węgla, dwutlenku węgla (metodą niedyspersyjną z wykorzystaniem promieniowania podczerwonego) oraz tlenu (analizatorem elektrochemicz-nym). Oprócz pomiaru szkodliwych składników spalin analizator ten umożliwia również po-miar masowego natężenia przepływu spalin. Do jednostki centralnej analizatora można do-prowadzić dane bezpośrednio przesyłane z systemu diagnostycznego pojazdu oraz wykorzy-stać sygnał lokalizacji GPS (rys. 5.7).
191oC
Chłodnica 4oC
NDUV NOx = NO + NO2
NDIR CO, CO2
O2
OBD/CAN GPS Wireless LAN
Filtr FID
Pobór próbki HC
sterowanie
Rys. 5.7. Schemat mobilnego analizatora Semtech-DS z zaznaczonymi układami dodatkowymi [65]
5.7. Metodyka badań eksperymentalnych
Ocena emisji związków szkodliwych zawartych w spalinach silnika samolotu wielozada-niowego ze względu na właściwości dostępnej aparatury oraz specyfiki eksploatacyjnej samo-lotu nie może być przeprowadzona na podstawie wyników pomiarów rzeczywistej eksploata-cji w warunkach lotu. Analizę emisji związków szkodliwych przeprowadzono dla samolotu wielozadaniowego F-16, którego napęd stanowi silnik turbinowy, jednoprzepływowy F100- -PW-229.
Obiekt badawczy był wyposażony w pokładowy rejestrator parametrów lotu. W celu oceny emisji związków szkodliwych spalin konieczne jest przeprowadzenie analizy parametrów eksploatacyjnych rejestrowanych przez pokładowy rejestrator parametrów lotu samolotu, a w szczególności parametrów eksploatacyjnych opisujących warunki pracy silnika. Do analizy wybrano prędkość obrotową wałów silnika N1 i N2, nastawę dźwigni mocy, zużycie paliwa, temperaturę gazów wylotowych oraz informację dotyczącą załączenia dopalacza.
Analiza literaturowa z zakresu badań emisji związków szkodliwych spalin z turbinowych silników odrzutowych [38–40, 42–57] wskazuje na konieczność prowadzenia pomiarów w
Analiza literaturowa z zakresu badań emisji związków szkodliwych spalin z turbinowych silników odrzutowych [38–40, 42–57] wskazuje na konieczność prowadzenia pomiarów w