8. Ocena emisji spalin samolotów
9.5. Wnioski perspektywiczne
Zastosowanie nietypowej metodyki oraz wykonanie może przyczynić się do powstania przepisów regulujące emisję spalin dla akrobacyjnych silników tłokowych. Proponuje się na-stępujące dalsze prace w tym zakresie:
1. Opracowanie rejestratora parametrów lotu samolotów sportowych. Analiza danych do-tyczących położenia przepustnicy oraz prędkości obrotowej silnika pozwala na stwo-rzenie testu stacjonarnego każdego typu samolotu akrobacyjnego.
2. Minimalizacja gabarytów i masy aparatury pomiarowej umożliwiłaby w przyszłości prowadzenie pomiarów związanych z emisyjnością samolotów sportowych podczas lo-tu.
3. Ogólny test emisyjności samolotów akrobacyjnych może w przyszłości spowodować kontrolę emisji związków szkodliwych spalin podczas wykonania lotów akrobacyjnych.
4. Kontrola emisyjna silnika w warunkach stacjonarnych lub w locie może zwiększyć sprawność takich jednostek przez optymalizację warunków pracy silnika spalinowego w warunkach nieustalonych.
5. Badane samoloty cechuje ręczny dobór mieszanki paliwowo-powietrznej, realizowany przez pilota, co jest rozwiązaniem przestarzałym i w celu zmniejszenia emisji związków toksycznych, należałoby zastosować układ automatycznej regulacji składu mieszanki paliwowo-powietrznej. Wraz z zastosowaniem doładowania, teoretycznie możliwa by-łaby praca tych silników na mieszance stechiometrycznej, co pozwalałoby zastosować trójfunkcyjny reaktor katalityczny, znacząco ograniczający emisję tlenku węgla, wę-glowodorów i tlenków azotu.
Bibliografia
[ 1 ] Abłamowicz A.: Akrobacja szybowcowa. WKiŁ, Warszawa 1979.
[ 2 ] Abłamowicz A.: Akrobacja. Szkolenie samolotowe. WKiŁ, Warszawa 1979.
[ 3 ] Adolfo D., Bertini D., Gamannossi A. i in.: Thermodynamic analysis of an aircraft engine to estimate performance and emissions at LTO cycle. Energy Procedia, 126, 2017, 915-922. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.08.162.
[ 4 ] Aerobatic Box, iac11.org/aerobatic-box/ (dostęp: 11.03.2020).
[ 5 ] Air Emissions Inventory Guidance Document for Mobile Sources at Air Force Instal-lations. Air Force Institute for Environment, Safety, and Occupational Health Risk Analysis, December 2003.
[ 6 ] Aircraft Piston Engine Emissions – Summary Report, Federal Office of Civil Aviation FOCA, Aviation Policy and Strategy. Director M. Zuckschwerdt, 13.06.2007, Refe-rence: 0/3/33/33-05-003 ECERT.
[ 7 ] Assessment and Standards Division Office of Transportation and Air Quality U.S.
Environmental Protection Agency and AEE-300 – Emissions Division Office of Envi-ronment and Energy Federal Aviation Administration, Recommended Best Practice for Quantifying Speciated Organic Gas Emissions from Aircraft Equipped with Tur-bofan, Turbojet, and Turboprop Engines. EPA-420-R-09-901, 2009.
[ 8 ] Aviation Fuels – Technical Review, Chevron Product Company: https://www.chev-ron.com/-/media/chevron/operations/documents/aviation-tech-review.pdf (dostęp:
15.03.2020).
[ 9 ] Bentkowski Z.: Poradnik mechanika lotniczego. Płatowce. WKiŁ, Warszawa 1957.
[ 10 ] Berg W.: Legislation for the reduction of exhaust gas emissions. The Handbook of Environmental Chemistry 3, Part T, 2003, 175-253. https://doi.org/10.1007/b10463.
[ 11 ] Borodzik F.: Silniki lotnicze – budowa i konstrukcje. WKiŁ, Warszawa 1984.
[ 12 ] CAP 232 – AirExpo Muret 2007, en.wikipedia.org/wiki/File:CAP_232_-_AirExpo _Muret_2007_0018_2007-05-12.jpg (dostęp: 18.04.2020).
[ 13 ] Chaturvedi A.K.: Aviation combustion toxicology. An overview. Journal of Analitical Toxicology, 34, 2010.
[ 14 ] Chłopek Z.: Badania emisji zanieczyszczeń z silnika spalinowego w warunkach symu-lujących eksploatację trakcyjną. Mechanika, z. 29-30, Kraków 2005.
[ 15 ] Chłopek Z.: Modelowanie procesów emisji spalin w warunkach eksploatacji trakcyj-nej silników spalinowych. Prace Naukowe, Mechanika, z. 173, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1999.
[ 16 ] Chłopek Z.: Some remarks on engine testing in dynamic states. Combustion Engines, 4(143), 2010.
[ 17 ] Chudziński K., Kubalańca J., Murawski T.: Szybowce akrobacyjne SZD. Warszawa 2016.
[ 18 ] Commission Internationale de Voltige Aerienne, www.civa-news.com/page/judging-and-regulations (dostęp: 14.12.2019).
[ 19 ] Commission Internationale de Voltige Aerienne, CIVAResults.
[ 20 ] Communication from the Commission to the Council and the European Parliament Thematic Strategy on Air Pollution. Commission of the European Communities, Brussels 2005.
[ 21 ] Danilecki S.: Konstruowanie samolotów. Wyznaczanie obciążeń. Politechnika Wrocławska, Wrocław 2004.
[ 22 ] Domański J.: Lotnicze silniki przyszłości. MON, Warszawa 1961.
[ 23 ] Domicz J., Szutowski L.: Podręcznik pilota samolotowego. Avia Test, Poznań 2008.
[ 24 ] Dzierżanowski P., Łyżwiński M., Szczeciński S.: Napędy lotnicze. Silniki tłokowe.
WKiŁ, Warszawa 1981.
[ 25 ] Emission standards and test procedures for aircraft and aircraft engines. Summary and Analysis of Comments. EPA420-R-05-004, 2005.
[ 26 ] Environmental Protection Agency, Control of air pollution from aircraft engines. Pro-posed emission standards and tests procedures. ProPro-posed rule. Part II. Federal Regis-ter, 2012.
[ 27 ] Extra 330LE electric aircraft, www.aerospace-technology.com/projects/extra-330le-electric-aircraft (dostęp: 18.11.2019).
[ 28 ] Extra aerobatic planes, www.extraaircraft.com/330SC.php (dostęp: 16.01.2020).
[ 29 ] Federal Aviation Administration, Federal Aviation Regulations, Part 34.
[ 30 ] Fleuti E.: Aircraft ground handing emission at Zurich airport. Stockholm 2005.
[ 31 ] Fleuti E., Polymeris J.: Aircraft NOx-emissions within the operational LTO cycle.
Zurich 2004.
[ 32 ] Glass A.: Szybowce. Historia rozwoju. SCG, 2016.
[ 33 ] Global Market Forecast, 2019-2038, Airbus, www.airbus.com/aircraft/market/global-market-forecast.html (dostęp: 1.12.2019).
[ 34 ] Global Market Forecast, Mapping Demand 2016/2035. www.team.aero/files/airbus-forecast/Airbus-GMF-2016-2035-MappingDemand-full_book.pdf (dostęp:
15.07.2019).
[ 35 ] Grote M., Williams I., Preston J.: Direct carbon dioxide emissions from civil aircraft.
Atmospheric Environment 95, 2014, 214-224. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.
2014.06.042.
[ 36 ] Hepburn C., Muller B.: International air travel and greenhouse gas emissions, a pro-posal for an adaptation levy. The World Economy, 2010.
[ 37 ] https://katpilus.pl (dostęp: 22.02.2020).
[ 38 ] Instrukcja obsługi technicznej samolotu Extra 330LC. Aeroklub Poznański, Poznań 2010.
[ 39 ] Instrukcja obsługi technicznej samolotu Zlin 50LS. Aeroklub Poznański, Poznań 1976.
[ 40 ] Instrukcja użytkowania w locie samolotu Extra 330LC. Aeroklub Poznański, Poznań 2010.
[ 41 ] Instrukcja użytkowania w locie samolotu Extra 330LX. Aeroklub Poznański, Poznań 2013.
[ 42 ] Instrukcja użytkowania w locie samolotu Zlin 50LS. Aeroklub Poznański, Poznań 1976.
[ 43 ] International Civil Aviation Organization, Annex 16: Environmwntal Protection. Vol.
II, Aircraft Engine Emissions, 2008.
[ 44 ] International Civil Aviation Organization, Civil Aviation Statistics of the World and ICAO staff estimates, data.worldbank.org/indicator (dostęp: 2.04.2020).
[ 45 ] Jarosiński J.: Techniki czystego spalania. WNT, Warszawa 1996.
[ 46 ] JetPhotos, www.jetphotos.com/photo/7162990 (dostęp: 15.04.2019).
[ 47 ] Jeż M.: Airport ecological sustainability. Czech-Polish Conference „Experimental Methods in Aviation”, Warsaw 2001.
[ 48 ] Jeż M.: Airport environmental impact – methodology of atmosphere protection. Insti-tute of Aviation Scientific Library, Warsaw 2007.
[ 49 ] Jeż M. i in.: Gradual reduction of Polish engines pollution to European regulations of year 2000. Journal of Polish CIMAC, Warsaw 1996.
[ 50 ] Jędrzejewski J.: Próby w locie samolotów lekkich. Poradnik pilota doświadczalnego i inżyniera prób w locie. Instytut Lotnictwa, Warszawa 2001.
[ 51 ] Kotlarz W.: Turbinowe zespoły napędowe źródłem skażeń powietrza na lotniskach wojskowych. (Turbine driving systems as pollution sources at military airports). Air Forces Academy, Dęblin 2004.
[ 52 ] Kotlarz W., Piaseczny L., Rypulak J. i in.: Testy toksyczności spalin turbinowego silnika lotniczego dla warunków startu i lądowania. Combustion Engines 126(4), 2006, 61–73.
[ 53 ] Kwiczała Z.: Uczymy się pilotażu samolotu sportowego. Aeroklub PRL, Warszawa 1959.
[ 54 ] Lefebre A.: Gas turbine combustion. Secondo Editio, Taylor&Francis Philadelphia, 1998.
[ 55 ] Luft S.: Podstawy budowy silników. WKiŁ, Warszawa 2003.
[ 56 ] Masiol M., Harrison R.M.: Aircraft engine exhaust emissions and other airport-related contributions to ambient air pollution: A review. Atmospheric Environment 95, 2014, 409-455, https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2014.05.070.
[ 57 ] Massa R.: Software & design, openaero.net
[ 58 ] Mazaheri M., Johnson G.R., Morawska L.: An inventory of particle and gaseous emis-sions from large aircraft thrust engine operations at an airport. Atmospheric Environ-ment, 45 (20), 2011, 3500-3507. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2010. 12.012.
[ 59 ] Merkisz J.: Ekologiczne problemy silników spalinowych, tom I. Wyd. Politechniki Poznańskiej, Poznań 1998.
[ 60 ] Merkisz J., Markowski J., Nykaza A.: Ocena emisyjności samolotu Zlin-142M w wa-runkach lotu po kręgu. Konferencja Rozwój Techniki, Technologii i Transportu w Lotnictwie, Poznań 2012, 287–293.
[ 61 ] Merkisz J., Markowski J., Pielecha J.: Emission tests of small aircraft driven by piston engine in static conditions. TRANSCOMP, Zakopane 2009.
[ 62 ] Merkisz J., Markowski J., Pielecha J.: Emission Tests of the AI-14RA aircraft under real operating conditions of PZL-104 Wilga plane. Combustion Engines 3, 2009.
[ 63 ] Merkisz J., Markowski J., Pielecha J.: Konstrukcja testu stacjonarnego do ceny emi-syjności samolotów napędzanych silnikami tłokowymi. Logistyka, 3, 2012, 1–7.
[ 64 ] Merkisz J., Markowski J., Pielecha J.: Selected issues in exhaust emissions from avia-tion engines. Air, Water and Soil Polluavia-tion Science and Technology, New York 2014.
[ 65 ] Merkisz J., Markowski J., Pielecha J.: The exhaust emission tests of a Zlin-142 M aircraft. Combustion Engines, 3, 2011.
[ 66 ] Merkisz J., Markowski J., Pielecha J. i in.: Emission measurements of the AI-14RA aviation engine in stationary test and under real operating conditions of PZL-104 Wil-ga plane. SAE Technical Paper Series, 2010-01-1563, 2010.
[ 67 ] Merkisz J., Pielecha J., Bielaczyc P.: Stan cieplny silnika spalinowego a emisja związków szkodliwych. Wyd. Politechniki Poznańskiej, Poznań 2009.
[ 68 ] Merkisz J., Radzimirski S., Pielecha J.: Pragmatyczne podstawy ochrony powietrza atmosferycznego w transporcie drogowym. Wyd. Politechniki Poznańskiej, Poznań 2009.
[ 69 ] Myszkowski S.: Analiza składu spalin silników ZI, cz. 1. Kompendium praktycznej wie-dzy, www.intercars.com.pl/pliki/PLK/wiadomosci28_dodatek.pdf (dostęp: 25.04.2017).
[ 70 ] Myszkowski S.: Filtry cząstek stałych, www.e-autonaprawa.pl/artykuly/5881/filtry-czastek-stalych-cz-i.html (dostęp: 11.02.2019).
[ 71 ] Paliwo do turbinowych silników (Jet A-1), www.orlen.pl/PL/DlaBiznesu/Paliwa/Pali-waLotnicze/Strony/PaliwoDoTurbinowychSilnikowJetA1.aspx (dostęp: 1.05.2018).
[ 72 ] Piechota W.: Monitorowanie hałasu lotniczego na przykładzie portu lotniczego im. F.
Chopina w Warszawie (Airport Noise Monitoring on Example of F. Chopin Airport in Warsaw). Poznań 2005.
[ 73 ] Portal lotnictwo.net.pl, lotnictwo.net.pl/gallery/photo/aircraft-Extra_330LX/airline-Private/reg-SP-UTA/cn-/foto-448102.html (dostęp: 18.08.2019).
[ 74 ] Portal samoloty.pl, www.samoloty.pl (dostęp: 22.01.2018).
[ 75 ] Pucułek Z.: Poradnik pilota szybowcowego i samolotowego. SSPPŚ, Kielce 1993.
[ 76 ] Rakowski A.: Metoda radiowęglowa w pomiarach udziału CO2 emitowanego do at-mosfery ze spalania paliw kopalnych. Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 2010.
[ 77 ] Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 7 sierpnia 2013 r. w sprawie klasyfikacji statków powietrznych
[ 78 ] Samolot akrobacyjny Harnaś-71, www.samolotypolskie.pl/samoloty/1062/126/ Har-nas-71 (dostęp: 25.04.2018).
[ 79 ] Samolot szkolno-akrobacyjny RWD-17, www.samolotypolskie.pl/samoloty/2584/126/
RWD-172 (dostęp: 25.04.2018).
[ 80 ] Sensors SEMTECH-DS User Manual. 2008.
[ 81 ] Silniki cieplne tłokowe, www.samoloty.pl/napdy-lotnicze/krotka-historia-napedu-lo-tniczego/silniki-cieplne-tokowe (dostęp: 12.02.2019).
[ 82 ] Skarbiński A., Stafiej W.: Projektowanie i konstrukcja szybowców. WKiŁ, Warszawa 1965.
[ 83 ] Smith A., Davies H.: A review of the history of emission legislation, urban and na-tional transport trends and their impact on transport emissions. Urban Transport and the Environment – Transactions on the Built Environment, 23, WIT Press, 1996.
[ 84 ] Soban D.S., Upton E.: Towads electric aircraft: progress under the NASA Ureti for aeropropulsion and power technology. SAE Technical Paper Series, 2006-01-3097, 2006.
[ 85 ] Specification of unleaded petrol BS EN 228:2012. https://www.mabalive.
co.uk/products/unleaded-petrol (dostęp: 5.08.2020).
[ 86 ] Stowarzyszenie Klub Balonowy Białystok, www.balony.org.pl (dostęp: 5.04.2019).
[ 87 ] Strzelczyk P.: Wybrane zagadnienia aerodynamiki śmigieł. WPR, Rzeszów 2011.
[ 88 ] Supporting European Aviation, www.eurocontrol.int/articles/single-sky-end-environment (dostęp: 15.07.2019).
[ 89 ] Szczeciński Z.: Zagadnienia napędów lotniczych. Prace Instytutu Lotnictwa, 9, 2009, 7–16.
[ 90 ] Szutowski L.: Poradnik pilota samolotowego. Avia Test, Poznań 2007.
[ 91 ] t.tekniwiki.com/pl/sondy-lambda/podstawowa-wiedza-o-spalinach/gazy-spalinowe-i-szkodliwe-substancje.html (dostęp: 5.08.2019).
[ 92 ] Talowski S.: Akrobacja szybowcowa w klasie Advanced. Ośrodek Akrobacji Szy-bowcowej Aeroklubu Częstochowskiego, Częstochowa 2015.
[ 93 ] Tokuslu A.: Estimation of aircraft emissions at Georgian international airport. Energy, 206, 2020, 118219. https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.118219.
[ 94 ] Urząd Lotnictwa Cywilnego, Konwencje, www.ulc.gov.pl/pl/prawo/prawo-miedzyna-rodowe/206-konwencje (dostęp: 12.06.2019).
[ 95 ] Urząd Lotnictwa Cywilnego, www.ulc.gov.pl (dostęp: 18.04.2018).
[ 96 ] Wikipedia, pl.wikipedia.org/wiki/PZL_M26_Iskierka (dostęp: 16.11.2019).
[ 97 ] Worldwide Fuel Charter Sixth Edition – Gasoline and Diesel Fuel – 28 October 2019.
[ 98 ] Wysocka A.: Charakterystyka problemu zagrożenia środowiska atmosferycznego w rejonie lotnisk. Wyd. Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2003.
[ 99 ] Xu H., Fu Q., Yu Y. i in.: Quantifying aircraft emissions of Shanghai Pudong Interna-tional Airport with aircraft ground operaInterna-tional data. Environmental Pollution, 261, 2020, 114115. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.114115.
[ 100 ] Xu H., Xiao K., Cheng J. i in.: Characterizing aircraft engine fuel and emission pa-rameters of taxi phase for Shanghai Hongqiao International Airport with aircraft oper-ational data. Science of The Total Environment, 720, 2020, 137431.
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.137431.
[ 101 ] Yacovitch T.I., Yu Z., Herndon S.C. i in.: Exhaust emissions from in-use general avia-tion aircraft. Airport Cooperative Research Program, ACRP Research Report 164, 2016. https://doi.org/10.17226/24612.
[ 102 ] Yang X., Cheng S., Lang J. i in.: Characterization of aircraft emissions and air quality impacts of an international airport. Journal of Environmental Sciences, 72, 2018, 198-207, https://doi.org/10.1016/j.jes.2018.01.007.
[ 103 ] Yılmaz İ.: Emissions from passenger aircraft at Kayseri Airport, Turkey. Journal of Air Transport Management, 58, 2017, 176–182. https://doi.org/10.1016/
j.jairtraman.2016.11.001.
[ 104 ] Załącznik 16 Międzynarodowej Organizacji Lotnictwa Cywilnego (ICAO).
[ 105 ] Zasady Sportowej Rywalizacji, Aeroklub Częstochowski, akroszybowce.com/gallery-4-cols/zasady-sportowej-rywalizacji/ (dostęp: 25.12.2019).
[ 106 ] Zhou Y., Jiao Y., Lang J. i in.: Improved estimation of air pollutant emissions from landing and takeoff cycles of civil aircraft in China. Environmental Pollution, 249, 2019, 463–471. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.03.088.
[ 107 ] Zivko Aeronautics, auta.fandom.com/pl/wiki/Plik:Edge_540.jpg (dostęp: 17.09.2019).
[ 108 ] Zlin Z-526AFS – Zelazny Aerobatic Team, www.airliners.net/photo/Zelazny-Aero-batic-Team/Zlin-Z-526AFS/866467 (dostęp: 15.05.2019).
[ 109 ] Żabrow A.: Zasady pilotażu. Wydawnictwa Komunikacyjne. Kraków 1958.
Assessment of harmful exhaust emissions during aerobatic aircraft flights
Summary
The dissertation concerns the emissivity assessment of aviation piston engines in sports aircraft during aerobatic flights. The main thesis of the article: There is a possibility to assess the impact of aerobatic aircraft engines on the environment, and two auxiliary theses. First:
There is a possibility to develop a tool to assess the emissivity of aerobatic aircraft engines.
Second: The analysis of the operating conditions of internal combustion engines used in aero-batic aircraft will enable the verification of the research test designed to reflect the operating conditions of these engines. The tests were carried out on two models of aerobatic aircrafts equipped with piston engines: Zlin 50LS (engine: Lycoming AEIO-580 B1A) and Extra 330LC (engine: Lycoming-540 L1B5D).
A typical aerobatic system was prepared to carry out the research task. Test flights were performed, during which the throttle position and the engine rotational speed values were rec-orded. In order to do this, a special "black box" was developed, thanks to which it was possi-ble to make the required measurements. Sports planes do not have any flight data recording devices by default, unlike the F-16 fighter jet. Semtech DS measuring equipment, belonging to the Institute of Internal Combustion Engines and Powertrains, Poznan University of Tech-nology, will be used for further stages of the work. In the preliminary tests, the values of the aircraft engine rotational speeds during the aerobatic flight were presented. Theoretical and computational values of the engine operating parameters were recorded, and the characteristic points were determined, and using this data the ground tests were performed using exhaust emission measurement equipment. An emission test for aerobatic aircraft was also developed at a later stage. The use of an unusual methodology in how such tests are performed may be-come the basis for the creation of new exhaust emissions regulations for aircraft with piston engines, which would help in the accurate assessment of the environmental threat they pose.
Nowadays, it is only possible to perform a stationary test, due to the maximum allowable weight of the aerobatic aircraft's payload for take-off and the necessary space in the cabin not being sufficient to carry the necessary measuring equipment. Information on emissions would undoubtedly be helpful in reducing the impact of exhaust emissions on the environmental pollution level. In the future, this could enable optimization of piston engines operation, and thus reduce the resulting exhaust emissions.
Załącznik
Licencja pilota szybowcowego SPL 1
Licencja pilota samolotowego PPL (A)
Kwalifikacje pilotażowe