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航空航天节油技术

   日期:2012-08-23     来源:中国节能在线    浏览:77    

  概述

  由于能源短缺,世界原油价格不断上涨,使得航油费用在航空公司总成本中的比重超过40%,成为左右盈亏的关键因素, 航油费用早已上升为航空营运第一大成本。航空业在推进“节约型社会”的大环境下,强调在安全运行范围内,节约燃油成本、以最经济的方式实施飞行,显得尤为必要。

  近年来,中国民用航空运输持续、高速发展导致了航油消耗的大幅上升,航油消耗费用已经成为国内大多数航空公司的最大成本项目,约占主营业务成本的40 %。在安全运行范围内,节约燃油、以航空公司效益最大化为运营目标,这不仅是航空公司进一步发展的要求,更是我国民航事业整体强大的需要。随着国际、国内油价的大幅波动,保护生态环境压力的增大和可持续发展的需要,在大力发展民用航空运输业的同时,如何尽快降低行业整体耗油水平、提高航油使用效率的问题已经提高到行业管理的战略层面上来了。

  技术原理

  节油工作的意义世界各国航空公司都在不断加大人力、物力和财力的投入,开展节油工作,逐步提高航油的使用效率,其动力和积极性主要源于以下方面的考虑:

  运行成本的压力

  为了提高自身竞争力,世界各国航空公司都把提高安全水平、降低运行成本、提高经济效益和服务质量作为主要工作来抓。航空公司作为一个高投入、低产出的行业,成本和盈亏点较高。在市场成长缓慢、供大于求的条件下,降低运行成本是航空公司经营的关键。在航空公司的各种运输成本中,航油成本所占比例较大,并且是航空公司可以控制的成本。特别是近几年来,随着原油价格的不断攀升,航油成本所占航空公司营业成本的比例也越来越大,国内很多航空公司的航油成本已经占到总营业成本的40%以上。

  因此,提高航油使用效率、降低航油成本已经成为降低公司运行成本最主要的手段之一。此外,在联合国“京都议定书”规范下,各国政府纷纷创建排放交易制度,推动自愿减排工作的开展。

  “碳排放配额交易体系”是一个碳排放量限制和交易机制,利用碳权交易来达到温室气体减排的目的。“碳排放配额交易体系”将开始以拍卖方式购买和转让碳排放权,并将逐步降低无偿获得碳排放权的比例。随着全世界对环保事业的日益重视,航空业的全面碳排放交易已经是大势所趋,在不远的未来,所有航空公司都将面临二氧化碳排放的购买和消费。

  降低温室气体排放是一个巨大的挑战。大力发展可再生能源、提高能效对于作为发展中的大国,中国已经认识到了气候变化可能带来的危害,并且正以积极的态度应对这一全球性的严重问题。党的十六届五中全会通过的《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十一个五年规划的建议》中提出:“要把节约资源作为基本国策”。中国在“十一五”国家发展规划中设定了到2010年单位GDP能耗降低20%的目标,同时“节能减排”成为了各级政府和企业绩效评估的重要指标。

  中国民航面临的节能形势十分紧迫。随着民航的机队规模不断扩大,机场数量和等级不断增加和提高,世界原油和航油价格一直在高位波动,使得能源消耗持续增加,而获取这些能源的成本也将越来越高。如不妥善解决和消化能源消耗带来的负面影响,将直接影响中国航空运输业持续、健康发展,而解决这些矛盾和问题的根本出路在于提高能源的使用效率。

  国内几大航空公司是中央企业中的能耗大户,也是国资委确定的节能减排重点企业,其航油消耗占公司总能耗的99%左右。

  环境保护的需要

  环境保护已经成为全球关注的焦点,全球气候变暖和减少温室气体排放正在成为全世界关心的热门话题。本世纪以来,在全世界范围内,随着工业化进程加速、人口猛增、大量矿质燃料的燃烧、不合理的土地利用、森林的大面积砍伐等人为活动产生的温室气体排放量不断增加,打破了原来各种天然温室气体成分的自然平衡,使大气中的温室气体浓度呈现不断增长趋势,如二氧化碳、甲烷和二氧化氮的大气浓度分别比工业化以前增加了大约26%、148%和8%。原来地球上的人类生存环境是在处于自然平衡态的温室效应条件下长期演变形成的,一旦这种自然平衡态被破坏,取代以更强温室效应条件下的新的平衡态,地表生态环境也必然要发生相应变化,而这种急剧的变化必然威胁人类及其他生物物种的生存。当前,已有6 种气体因为它们在导致地球变暖方面所起的重大作用而受到的关注,分别是甲烷、二氧化碳、氧化氮、氢氟碳化物、全氟烃和六氟化硫。各类温室气体中二氧化碳对增温效应的贡献率最大,占到55 % ,所以人们更关注大气中二氧化碳含量的变化。而飞机发动机燃烧所产生的排放中,二氧化碳所占比例很大,每吨航空煤油的消耗将会排放3187公斤二氧化碳、1239 公斤水、0198 公斤二氧化硫、0156 公斤一氧化碳和21112公斤氮氧化合物。所以,大量温室气体的排放必将制约着民用航空业的发展。

  节油技术方法及措施

  (一)合理使用地面设备

  地面过站尽量使用桥载设备,如地面电源、空调。对于APU(辅助动力装置)的使用,凡有电源车或其它外接电源的,要尽量利用这些机外设备,没必要长时间启用APU。据估算,每飞行一天,若只用APU则其工作量为5—6小时 ,除了耗油外(波音737机型APU每小时最少要用150磅燃油),本身航材运行成本也相当高,长年累月使用,会使APU的故障率上升,成本加大。因此,在基地“航前准备”和“航后检查”时宜全部使用地面电源(因为工作时间较长),在外站,条件允许时,要提倡多用外接电源。在起飞前15-20分钟启动APU较为合适。因此应减少APU处于工作状态的时间,例如:当飞机落地后滑行时,我们应该控制好APU的起动时机,在某些比较大的繁忙机场地面滑行时间是很长的,所以做到这点对节油是很有必要的。

  (二)减少飞机营运空重

  减少飞机营运空重是航空公司必须考虑的问题,737-7/800机型着陆机重减轻1000磅,航程油耗可减少0.6%。在众多影响重量的因素中,作为飞行员,应着重关注燃油和水的加注,据测试,对有水计量仪表的飞机,60%的加水量足以满足日常客运需求。

  (三)滑行阶段。

  如果在地面存在航空管制,就应该合理选择启动发动机的时间,离开廊桥前不启动发动机,避免在地面进行不必要的燃油消耗。在地面滑行的时候要综合判断地面交通的运行状况,运用推力管理尽量保持合理的滑行速度与滑行间隔,力求避免燃油和刹车的内耗。起始滑行时,注意控制好速度,尽可能少加油门,猛加油门。缓慢增加推力,飞机能够滑动就不再增加推力,缓慢增速,合理控制速度,不是必须时不要将飞机完全停住,因为再次起步需要更大的推力。

  (四)爬升阶段。

  如果条件允许尽量采取减推力起飞的方式,进行合适的起飞推力设定,因为减推力起飞是在满足起飞性能前提下最有效的起飞节油手段,同时延长发动机维修成本和延长其寿命。在满足各方面性能的前提下尽快地达成飞机的光洁形态,消除不必要的阻力形态带来的额外燃油消耗。大家都知道,在飞机的爬升阶段,发动机处于大马力大油耗阶段,所以缩短飞机在这个阶段的时间尽可能的争取早一点达到最理想的巡航高度势必会节省一定的燃油,低高度平飞或缓慢爬升都会增加在低空的滞留时间,导致过大的燃油消耗,应尽快爬升到巡航高度。但不要用速度换高度,尤其在高高度、大马赫时,恢复速度所需的燃油远多于提前到达高高度节省的燃油。有些飞行员采取最大爬升率爬升的方式,实际上这有些误解。因为FMC的最大爬升率指能够在最短的时间达到最佳巡航高度,但由于绝对速度小,前进的距离也短。B737,B757机型的机组训练手册上都指出用经济(ECON)速度将节省更多的燃油。使用FMC推荐的速度飞行。根据737手册推荐,280节/M 0.76是比较经济的速度。

  (五)巡航阶段。

  在相同表速下,飞机在低空受到的空气阻力远比高空要大,因此力求减少飞机在低空飞行的时间,这在离场阶段表现为尽快爬升到理想的飞行高度而在巡航阶段体现为尽量延迟飞机的下降;飞机在空中飞行的油量消耗远比在地面消耗的大,因此要尽量减少飞机在空中飞行的时间,这就涉及到飞行高度和距离的问题,需要机组同管制员进行适当的沟通,以便使飞机在合理的飞行高度飞行并且尽量利用管制的许可执行直飞以缩短飞行距离;而在同样的飞行高度不同的飞行速度的条件下,飞机所受的阻力也是明显不同的,这就需要飞行员在结合公司规定的成本指数范围选择合理的飞行速度;在不同的高度层上不一样的高空风向风速也会带来不同的油量消耗,这就需要飞行员及时全面地了解空中气象信息以选择合适的飞行高度,计算工作在机载计算机上可以完成;目前有的航空公司在国内绝大多数航线还没有采用计算机飞行计划,对空中风并不清楚,但大家可以通过气象提供的资料和平时飞行的经验选择一个合适的巡航高度,并且飞行时在不同的飞行高度作一个高空风的统计以便在回程时选择一个合适的巡航高度,也是比较好的方法。现代客机的飞行管理计算机FMC,一般都会计算出基于ECON(经济巡航)和LRC(远程巡航)飞行方式的两种最佳飞行高度。前者成本最低,后者节油率最高。以波音737飞机为例,根据性能分析,飞行高度和速度选择不当将导致燃油消耗量增加:

  ——高于/低于最佳高度2000英尺,航程燃油消耗增加1%—2%;

  ——低于最佳高度4000英尺,航程燃油消耗增加3%—5%;

  ——低于最佳高度8000英尺,航程燃油消耗增加8%—14%;

  ——巡航速度大于FMC计算机给定的速度0.01马赫,航程燃油消耗增加1%—2%。

  合理利用高空风。高空西风急流在冬季尤其厉害,如重庆至名古屋航线,长江口至日本一线,为极锋急流和副热带急流的汇合区,平均风速可达140—220海里/小时以上;气象资料显示,冬季,东亚上空存在三支气流,我国可以利用其中的两支:一支为强盛的副热带西风急流,其轴线位于成都至贵阳间,高度大约在10200米以上,西风风速约90海里/小时;银川至兰州上空有一支温带(极锋)急流,强度相对弱些,平均风速为70海里/小时。夏季东亚上空也存在三支气流,在我国境内可以利用银川和达兰之间的一支副热带急流,其西风风速平均为55海里/小时。如果所用风的信息可靠,通常按照FMC推荐的数据飞行,爬升到最接近于最佳高度的高度层飞行,是可以大大降低运营成本的。

  尽量使用FMC推荐的巡航高度,尽量向管制员申请接近FMC上的最佳高度。如果是顺风条件下飞行,尽可能选择顺风较大的高度飞行。选择一个略高于最佳高度的巡航高度,可以减少高度调整的次数,获得最小燃油消耗。若条件允许,实施梯度爬升。若存在较大梯度的逆温层,选择温度较低的高度,也可降低燃油消耗。短航程注意在响应高度巡航。

  在飞行中节油的达成还来源于合理的设备使用,比如合理安排照明灯光的调节,点火电门的合理使用,大流量状态的空调可增加巡航阻力0.5%,不用补必要的货舱加温和防冰。还有一个需要重视的就是飞机配平的合理调节,根据手册的介绍,不正确的飞机配平会带来1%或更多的油量消耗,适当的配平技巧,巡航时的后重心应用,可以减小阻力,减小油耗。尽量避开颠簸层,颠簸时油门的频繁变化会增加燃油消耗。

  (六)下降进近阶段。

  目前公布的标准仪表进场、进近、离场程序,是经过严格计算的,在保证飞行安全的前提下,经济性应该说比较高。飞行时,要加强计划性,严格按照标准数据去控制。进入下降阶段以后,要及时领会管制指挥意图,及时调整飞机的速度和前机保持合适的距离避免不必要的飞行调整,着陆构型的油耗是光洁构型的150%,因此要精心掌握放襟翼和起落架的时机,以尽量缩短大阻力形态的时间。既要避免计划过紧造成进近中不得不拉减速板、提前放起落架甚至复飞,又要防止过早建立着陆形态增加阻力、无谓多耗燃油。

  这个阶段的飞行经验和方法对节油是影响很大的。

  例如:国内机场设计的走廊口高度大多比较低,如果可能,在管制同意和下降剖面许可的情况下适当提高走廊口高度也可以节省一定的燃油,大概为100磅/600米。

  再如:飞北京的时候,如果提前通过现场了解到停机位在航坪的话,当管制员指挥36L落地时,如果当时机场不太繁忙时申请36R落地,就很多飞行员的经验,管制员知道原因后大部分都会同意,而就是这一句申请,可能节约600磅油及10分钟以上的发动机工作时间。下降时,选择280节/M0.76下降,除非管制员指挥要求,不要选择大速度进近。同时,控制好下降剖面,尽量保持飞机光洁形态,慢车推力下降。同时申请离停机位近的跑道落地,减少地面滑行时间。这里要特别注意与管制沟通的技巧,注意说话的方式让管制员无法拒绝你,注意这里提的是“沟通”。

  (七)其他

  边缘天气适当增加起飞油量。虽然多加带航油会增加一定的油耗,但在关键时候,可以凭借延长的留空时间,避免因燃油紧张不得不实施的备降行为。

  翼尖小翼有很好的节油效果,如B737飞机加装翼尖小翼后,每飞行小时可节约燃油50—80公斤,相应减少二氧化碳排放157—252公斤。

  当然最直接的节油方法是尽一切可能申请直飞, 截弯取直,可以有效缩短空中飞行距离和飞行时间,尽量申请最近的跑道落地,为减少地面等待时间,尤其在北京地面延误时,找一切关系尽早先走。同时要正视流量控制问题,它是中国航空的一大特点,更是民航难以独自根本解决的资源问题。它越来越成为制约中国民航发展的瓶颈,在这种情况下,飞行员要保持良好的心态。

  航空航天节油技术的意义

  航空公司的节油工作涉及航空公司多个部门和航班运行的各个环节,从航油采购、飞机维护到飞行计划制作、飞行实施和运行效率分析。因此,航空公司应当将其作为一个系统工程来抓,全面贯彻科学发展观,落实节约资源基本国策,以提高航油使用效率为核心,以转变增长方式、加快技术进步、建立科学管理制度为手段,通过采用国际先进技术和手段,细化各部门工作流程,提高员工节油意识,建立完善的激励机制,逐步实现航空公司低能耗水平下的持续快速增长,减少航油消耗,降低运输成本,提升企业的竞争力。

  在推进“节约型社会”的大环境下,按照责权利三位一体的原则,飞行员是节油活动的具体操作者和受益者,是节油实施活动的主体,我们要鼓励飞行员将节油落到实处,严禁一切弄虚作假的行为,应从小处做起,从细节入手,争取航油成本的最大限度节约和公司效益的最大化。不少飞行员都知道节油的好处,也具有一定的技术可操作能力。通过航空公司制定实施的节油奖励制度,极大的鼓励飞行员多劳多得,并把它化作机组的自觉行动。这样飞行员与管理者、公司都从中得益,而且节约燃油于国家、于环境、于人类皆善莫大焉。

  这里要强调的是,一定要切记节油是在保证飞行安全的前提下进行的,绝不能降低运行标准,牺牲安全的节油是万万不可取的。

  让我们共同努力把节油这项节能减排利在当代功在千秋的工作更好的开展下去。

 
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