Transcript Οι επιπτώσεις το - Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο

Αεροπορικοί Κινητήρες: Τάσεις &
Τεχνολογικές Εξελίξεις
Ν. Αρετάκης, Α. Αλεξίου, Α. Τσαλαβούτας , Κ. Μαθιουδάκης
Εργαστήριο Θερμικών Στροβιλομηχανών
Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών
Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο
Συνέδριο «Οι Αερομεταφορές του Σήμερα και του Αύριο», 09-10 Μαΐου 2012,
Διεθνής Αερολιμένας Αθηνών «Ελευθέριος Βενιζέλος», Ελληνική Αεροπορική Ένωση
Κατανομή Συνολικά Παραγόμενων Εκπομπών CO2
(ACARE Beyond Vision 2020)
Οι Αερομεταφορές του Σήμερα και του Αύριο
09-10/5/2012
Παγκόσμιες Ετήσιες Αερομεταφορές
(Airbus GMF 2010-2029)
Οι Αερομεταφορές του Σήμερα και του Αύριο
09-10/5/2012
Το όραμα της IATA για το 2050
Η κατασκευή ενός πολιτικού αεροσκάφους με μηδενικές
εκπομπές μέσα σε 50 χρόνια.
Στόχοι
•Ανάπτυξη αεροπλοΐας χωρίς να προκαλείται αύξηση των εκπομπών CO2 από το 2020
•Βελτίωση κατανάλωσης καυσίμου κατά 1.5 % το χρόνο
•Μείωση των εκπομπών CO2 κατά 50% σε σχέση με τα 2005 επίπεδα μέχρι το 2050
Τέσσερις Πυλώνες Στρατηγικής
•Τεχνολογία (Ο στόχος της IATA είναι το 10% του
Χρησιμοποιούμενου καυσίμου να είναι εναλλακτικά
καύσιμα μέχρι το 2017)
•Λειτουργικές παράμετροι
•Υποδομή
•Οικονομικά μέτρα
IATA:
International Air Transport Association
Οι Αερομεταφορές του Σήμερα και του Αύριο
09-10/5/2012
Οι στόχοι του ACARE
για το 2020
• 50% μείωση των εκπομπών CO2
ανά επιβάτη και χιλιόμετρο
• 50% μείωση του θορύβου
• 80% μείωση εκπομπών NOx
• οικοσυμβατός κύκλος ζωής
Κατασκευαστές
αεροσκαφών 20-25%
Κατασκευαστές
κινητήρων 15-20%
Διαχείριση συστήματος
αερομεταφορών 5-10%
50% μείωση των εκπομπών CO2
ACARE:
Advisory Council for Aeronautics Research in Europe
(Airbus GMF 2007)
Οι Αερομεταφορές του Σήμερα και του Αύριο
09-10/5/2012
Ευρωπαϊκά Ερευνητικά Προγράμματα
Τεχνολογίας Κινητήρων
SILENCER
Year 2000 in
service engine
Noise
Reduction
Technologies
VITAL
DREAM
Low spool
components of
DDTF,GTF,CRTF
Open Rotor
(geared, direct
drive)
EEFAE
NEWAC
Validation at
Engine Level
Core Components
IC, IRA, AC, FCC
ANTLE DDTF
CLEAN GTF
CLEAN IRA
Οι Αερομεταφορές του Σήμερα και του Αύριο
09-10/5/2012
Ερευνητικό Πρόγραμμα NEWAC
Νέες Διατάξεις Κινητήρων
Η χρήση ενός ενδιάμεσου ψύκτη επιτρέπει
τη
χρησιμοποίηση υψηλού συνολικού λόγου πίεσης για
μείωση της κατανάλωσης καυσίμου και του
σχηματισμού NOx
Τα ενεργά συστήματα έχουν ανοίξει ένα νέο πεδίο
στην τεχνολογία κινητήρων προσφέροντας τη
δυνατότητα προσαρμογής του πυρήνα της μηχανής
σε κάθε κατάσταση λειτουργίας κατά τη διάρκεια της
αποστολής.
Η ιδέα αυτή εκμεταλλεύεται τη θερμότητα των
καυσαερίων του κινητήρα και μεγιστοποιεί τη θερμική
ικανότητα του αέρα εισαγωγής στο ΘΚ με ενδιάμεση
ψύξη μπροστά από το συμπιεστή υψηλής πίεσης.
Τεχνολογίες ελέγχου ροής προσφέρουν νέες ευκαιρίες
για να επιτευχθεί αύξηση της απόδοσης του συμπιεστή
υψηλής πίεσης με επιπλέον αύξηση του περιθωρίου
πάλμωσης και μείωσης του ρυθμού υποβάθμισης του
κινητήρα.
Οι Αερομεταφορές του Σήμερα και του Αύριο
09-10/5/2012
Οι Αερομεταφορές του Σήμερα και του Αύριο
09-10/5/2012
Geared Turbofan with Active Core Concept (GTAC)
• Υψηλό BPR → Δίνει υψηλό προωθητικό βαθμό απόδοσης, Χαμηλότερα
επίπεδα θορύβου δέσμης
• Κιβώτιο → επιτρέπει στις επιμέρους συνιστώσες του άξονα χαμηλής πίεσης
να λειτουργούν σε διαφορετικές ταχύτητες περιστροφής (χαμηλότερα επίπεδα
θορύβου Fan)
• Ενεργά συστήματα
→επιτρέπουν στον κινητήρα να προσαρμοστεί για βέλτιστη απόδοση και
ασφάλεια σύμφωνα με τις πραγματικές συνθήκες λειτουργίας του
→ αυξάνουν την ευελιξία κατά τη φάση σχεδιασμού, δεδομένου ότι δεν
απαιτείται πλέον να βασιστεί ο σχεδιασμός στην χειρότερη περίπτωση.
Οι Αερομεταφορές του Σήμερα και του Αύριο
09-10/5/2012
Geared Turbofan with Active Core Concept (GTAC)
• Ενεργά συστήματα
→ ACAC (Active Cooling Air Cooling) για τη μείωση του αέρα που απαιτείται για
την ψύξη του στροβίλου υψηλής (HPT) κατά τη φάση της κρουαζιέρας (αύξηση
απόδοσης κινητήρα)
→ ACC (Active Clearance Control) για ελαχιστοποίηση του ακτινικού διακένου
στις τελευταίες βαθμίδες του συμπιεστή υψηλής (HPC)
→ ASC (Active Surge Control) για βελτίωση της λειτουργικότητας του κινητήρα
στις χαμηλές στροφές με έγχυση αέρα στις μπροστινές βαθμίδες του συμπιεστή
υψηλής (HPC)
Οι Αερομεταφορές του Σήμερα και του Αύριο
09-10/5/2012
ATLAS
Aero TooLs for Advanced Simulations
Οι Αερομεταφορές του Σήμερα και του Αύριο
09-10/5/2012
Engine Models
GTAC PROOSIS Modeling Schematic
Οι Αερομεταφορές του Σήμερα και του Αύριο
09-10/5/2012
CAMACM
Commercial Aircraft’s Mission Analysis Computational Model
Οι Αερομεταφορές του Σήμερα και του Αύριο
09-10/5/2012
Εξοικονόμηση Καυσίμου με Κινητήρες Νέας Τεχνολογίας
Distance
1000 km (short range)
Distance
5550 km (long range)
Flight Altitude
10668 m (constant)
Flight Altitude
11500 m (constant)
Cruise Speed
M0.78 (constant)
Cruise Speed
M0.82 (constant)
Indicative Results
Indicative Results
Fuel Burned Reference
4462.8 kg
Fuel Burned Reference
40020.6 kg
Fuel Burned New Engine
3348.5 kg (-24.97%)
Fuel Burned New Engine
29675.2 kg (-25.85%)
Οι Αερομεταφορές του Σήμερα και του Αύριο
09-10/5/2012
Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις
Indicative Results
Indicative Results
NOx Reference
45.097 kg
NOx Reference
563.221 kg
NOx New Engine
(Conventional Combustor)
50.387 kg (+11.73%)
NOx New Engine
(Conventional Combustor)
607.607 kg (+7.88%)
Είναι απαραίτητη ή χρήση νέας τεχνολογίας Θαλάμων Καύσης για μείωση των εκπομπών
Οι Αερομεταφορές του Σήμερα και του Αύριο
09-10/5/2012
Μείωση Εκπομπών με Θαλάμους Καύσης Νέας
Τεχνολογίας
Indicative Results
Indicative Results
NOx Reference
45.097 kg
NOx Reference
563.221 kg
NOx New Engine (New
technology combustor)
24.267 kg (-46.19%)
NOx New Engine (New
technology combustor)
278.456 kg (-50.56%)
Όλες
οι
προσεγγίσεις
για
σημαντική
μείωση
των
εκπομπών
NOx
βασίζονται στην τεχνολογία καύσης φτωχού προανεμειγμένου μείγματος (Lean Premixing
Combustion Technology).
Οι Αερομεταφορές του Σήμερα και του Αύριο
09-10/5/2012 14
Αποτελέσματα Εκπομπών Ήχου
Κινητήρας Μικρής Εμβέλειας
Μεγάλης Εμβέλειας
Επίδραση -1 EPNdB ανά πηγή στο συνολικό ήχο
Οι Αερομεταφορές του Σήμερα και του Αύριο
09-10/5/2012
Χρήση Εναλλακτικών Καυσίμων
Στοιχεία Εναλλακτικών Καυσίμων
Οι Αερομεταφορές του Σήμερα και του Αύριο
09-10/5/2012
Χρήση Εναλλακτικών Καυσίμων
Στοιχεία Εναλλακτικών Καυσίμων
Οι Αερομεταφορές του Σήμερα και του Αύριο
09-10/5/2012
Επίδραση Εναλλακτικών Καυσίμων στην Λειτουργία
του Κινητήρα
CFM International CFM56*
General Electric CF6*
* Take off conditions
Οι Αερομεταφορές του Σήμερα και του Αύριο
09-10/5/2012
Επίδραση Εναλλακτικών Καυσίμων στις Παραμέτρους
Πτήσης
Μειωμένη
Κατανάλωση
Καυσίμου
Μείγμα
Εναλλακτικού
Καυσίμου
Μικρότερη Πυκνότητα -> Λιγότερο
καύσιμο για πλήρως φορτωμένα
αεροσκάφη
Οι Αερομεταφορές του Σήμερα και του Αύριο
09-10/5/2012
Επίδραση Εναλλακτικών Καυσίμων στις Παραμέτρους
Πτήσης
Μεταβολή Κατανάλωσης Καυσίμου για τον CFM56
Parameter
Value
Aircraft
Airbus A320
Distance
Cruise Altitude
Cruise Mach No.
Payload
Fuel
2000 km
10668 m
0.8
13.5 t
18.610 t
Fuel Burned (kg)
Jet – A1
8371
50/50 Blend
Jet-A1 and HRJ
(Jatropha/Algae)
8259 (-1.34%)
Οι Αερομεταφορές του Σήμερα και του Αύριο
09-10/5/2012
Επίδραση Εναλλακτικών Καυσίμων στις Παραμέτρους
Πτήσης
Payload Range – CFM56
Οι Αερομεταφορές του Σήμερα και του Αύριο
09-10/5/2012
Συμπεράσματα
•
Οι κινητήρες νέας τεχνολογίας μπορούν να συμβάλουν σε σημαντική μείωση στην
κατανάλωση καυσίμου η οποία μπορεί να φτάσει και το 25% για τυπικές αποστολές σε
σχέση με τους κινητήρες τρέχουσας τεχνολογίας.
•
Για παράλληλη μείωση των εκπεμπόμενων ρύπων είναι απαραίτητη η χρησιμοποίηση
νέας τεχνολογίας ΘΚ.
•
Οι κινητήρες νέας τεχνολογίας λόγω των χαμηλότερων στροφών του fan και της
αύξησης του BPR εκπέμπουν χαμηλότερα επίπεδα θορύβου.
•
Περαιτέρω μείωση της κατανάλωσης καυσίμου μπορεί να επιτευχθεί με χρήση
εναλλακτικών καυσίμων, η οποία μπορεί να φτάσει το 1.5% και η οποία οφείλεται στην
αύξηση της θερμογόνου ικανότητας σε σχέση με τα τυπικά καύσιμα.
•
Η χρήση εναλλακτικών καυσίμων δεν επιφέρει καμιά άλλη μεταβολή στη λειτουργία του
κινητήρα, μπορεί όμως να έχουμε μια μικρή μείωση της μέγιστης εμβέλειας του
αεροσκάφους λόγω μικρότερης πυκνότητας άρα και ποσότητας καυσίμου για δεδομένη
χωρητικότητα.
Οι Αερομεταφορές του Σήμερα και του Αύριο
09-10/5/2012
Ευχαριστώ!
Οι Αερομεταφορές του Σήμερα και του Αύριο
09-10/5/2012