Влияние на экологию реактивного двигателя кратко

Обновлено: 30.06.2024

Влияние тепловых двигателей

Отрицательное влияние тепловых машин на окружающую среду связано с действием различных факторов.

Во-первых, при сжигании топлива используется кислород из атмосферы, вследствие чего содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается.

Во-вторых, сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа.

В-третьих, при сжигании угля и нефти атмосфера загрязняется азотными и серными соединениями, вредными для здоровья человека. А автомобильные двигатели ежегодно выбрасывают в атмосферу два-три тонн свинца.

Кроме того, при сжигании топлива в тепловых двигателях расходуется атмосферный кислород (в наиболее развитых странах тепловые двигатели уже сегодня потребляют больше кислорода, чем вырабатывается всеми растениями, растущими в этих странах) и образуется много вредных веществ, загрязняющих атмосферу.

Тепловые машины не только сжигают кислород, но и выбрасывают в атмосферу эквивалентные количества оксида углерода (углекислого газа). Сгорание топлива в топках промышленных предприятий и тепловых электростанций почти никогда не бывает полным, поэтому происходит загрязнение воздуха золой, хлопьями сажи. Во всем мире обычные энергетические установки выбрасывают в атмосферу ежегодно более 200 млн. т золы и более 60 млн. т оксида серы.

Токсичными выбросами двигателей внутреннего сгорания (ДВС) являются отработавшие и картерные газы, пары топлива из карбюратора и топливного бака. Основная доля токсичных примесей поступает в атмосферу с отработавшими газами ДВС. С картерными газами и парами топлива в атмосферу поступает приблизительно 45 % углеводородов от их общего выброса.

Кроме промышленности, воздух загрязняют и различные виды транспорта, прежде всего автомобильный. Жители больших городов задыхаются от выхлопных газов автомобильных двигателей.

Тепловые машины широко используют на производстве и в быту. По железнодорожным магистралям водят составы мощные тепловозы, по водным путям – теплоходы. Миллионы автомобилей с двигателями внутреннего сгорания перевозят грузы и пассажиров. Поршневыми, турбовинтовыми и турбореактивными двигателями снабжены самолеты и вертолеты. С помощью ракетных двигателей осуществляются запуски искусственных спутников, космических кораблей и станций. Двигатели внутреннего сгорания являются основой механизации производственных процессов в сельском хозяйстве. Их устанавливают на тракторах, комбайнах, самоходных шасси, насосных станциях.

Реактивная гражданская авиация на протяжении всей своей истории находится под большим давлением экологов и защитников природы. Авиастроители, в свою очередь, постоянно внедряют новые идеи и решения для смягчения негативного влияния на климат и жителей планеты.

В этой статье пару слов о том, какое воздействие авиация оказывает на окружающую среду, что именно не устраивает экологов, и каким способом авиастроители пытаются решить возникающие проблемы?

Две основные проблемы

С момента появления гражданских реактивных лайнеров и вплоть до наших дней, вопросы экономии и экологии воздушного транспорта неразлучно связаны и переплетены между собой. Минимум четверть из всех расходов авиакомпаний приходится на оплату керосина, поэтому они в первую очередь, заинтересованы в самолётах, потребляющих как можно меньше топлива. Авиационные регуляторы вместе с экологами требуют сокращения эмиссии отработавших газов и вредных веществ, а также уменьшения акустического шума.

Очевидно, что практически всё замыкается на эффективности и совершенстве силовой установки самолёта. На протяжении семидесяти лет авиаконструкторы и создатели двигателей пытаются угодить всем заинтересованным сторонам, время от времени получая новые, более сложные вызовы.

Шумовое загрязнение

Вопросы по шумовому загрязнению территорий впервые появились в пятидесятые годы прошлого столетия, одновременно с началом активной эксплуатации новых реактивных пассажирских лайнеров. Близкое расположение аэропортов к жилым районам и быстрорастущий воздушный трафик в скором времени сделали шум главной экологической проблемой гражданской авиации.

Необычайно громкий звук, издаваемый при работе турбореактивного двигателя на максимальной тяге — это следствие выходя струи отработавших газов из сопла со скоростью около трёхсот метров в секунду. Звуковые волны различного спектра частот формируются в результате активного смешивания раскаленного потока из двигателя с окружающим воздухом.

В шестидесятые годы в прессе активно рассказывали о том, что будущее гражданских перевозок за сверхзвуковыми лайнерами. Отсюда вполне можно понять беспокойство людей, живущих по соседству с крупными аэропортами. Силовая установка сверхзвуковых самолётов предполагала наличие двигателей с форсажной камерой. За счет сжигания в ней дополнительного топлива, скорость истечения отработавших газов возрастала минимум вдвое, и как следствие, увеличивалась максимальная тяга. Но история сложилась так, что опасения людей, живущих в западных странах, в целом были напрасны. Массового распространения сверхзвуковые лайнеры так не получили.

Первые модификации двигателя Rolls-Royce/Snecma Olympus 593 для сверхзвукового лайнера Concorde "дымили" даже на форсажном режиме работы

Технологии снижения шума

Существенный прогресс в работе по снижению авиационного шума произошел в шестидесятых-семидесятых годах с появлением двигателей, обладавших высокой степенью двухконтурности. Создавали их, в первую очередь, в рамках борьбы за экономию топлива, а снижение уровня шума было сопутствующим фактором. Турбовентиляторные двигатели расходовали намного больше воздуха, чем классические турбореактивные, но отбрасывали его с существенно меньшей скоростью. Таким образом удалось повысить общий КПД и одновременно с этим улучшить акустические показатели.

Потенциал развития турбовентиляторных двигателей оказался довольно высоким, что было очень кстати на фоне неоднократного ужесточения экологических норм. Благодаря снижению скорости истечения газов из двигателя, их влияние на создаваемый шум значительно снизилось, но на первый план вышел громкий звук от вентилятора. На режиме взлетной тяги его максимальная окружная скорость значительно превышала звуковую.

Тенденция на увеличение степени двухконтурности новых двигателей сыграла свою положительную роль. Больший диаметр вентилятора привел к снижению окружных скоростей, а его лопатки приобрели более оптимальную, с точки зрения аэродинамики, форму.

Дополнительно подавить шум помогают звукопоглощающие конструкции, размещаемые в мотогондоле. Как правило, это акустические панели резонансного типа, состоящие из нескольких слоёв и настроенные на гашение звуковых волн определенной частоты.

Впрочем, возникает он не только как следствие работы двигателей. Весомый вклад в его создание вносит и сам планер самолёта. Особенно на взлетно-посадочных режимах, когда выпущена механизация крыла и шасси. Турбулентные завихрения, образующиеся в результате обтекания элементов конструкции самолёта окружающим воздухом, являются дополнительным источником шума.

Загрязнение вредными веществами

Проблема эмиссии отработавших газов, а говоря доступным языком - выбросов в атмосферу вредных веществ, возникла несколько позднее проблемы шумового загрязнения. Наиболее широко эта тема начала обсуждаться в конце семидесятых годов прошлого века, когда стало ясно, что не смотря на пережитый нефтяной кризис, рынок коммерческих воздушных перевозок продолжит своё активное развитие. Из-за этого экологи впервые подняли принципиальный вопрос о глобальном воздействии авиации на климат планеты. Международный регулятор ICAO разработал в начале восьмидесятых годов строгие нормы по эмиссии для авиационных двигателей. В последующие годы эти стандарты неоднократно пересматривались в сторону ужесточения.

Авиационные двигатели гражданских лайнеров используют в качестве топлива керосин: горючую смесь жидких углеводородов, получаемую из нефти методом прямой перегонки. Топливо сжигается в камере сгорания под высоким давлением и температурой. В результате химической реакции образуются основные продукты полного сгорания: углекислый газ и вода. Кроме этого в отработавших газах в относительно небольшом количестве так же присутствуют не сгоревшие углеводороды, оксиды азота, монооксид углерода, сажевые частицы и соединения серы. Эмиссия перечисленных веществ строго регламентирована документами ICAO, поскольку они оказывают негативное влияние на экологическую обстановку.

Оптимизация устройства и работы камер сгорания с каждым новым поколением двигателей приводит к значительному снижению выброса токсичных соединений, но о полном избавлении от них в конечном итоге речи не идёт.

Парниковые газы

Наиболее важная и одновременно спорная часть авиационной эмиссии — это парниковые газы и их влияние на климат планеты. Глобальное потепление уже несколько десятков лет является одной из самых обсуждаемых экологических проблем и хорошим поводом для спекуляций и необычных медийный перформансов. Так, например, в развитых западных странах есть общественные движения с названиями “летать стыдно“ или “королевство без полётов”. Участники таких организаций могут позволить себе демонстративно переплыть Атлантический океан на яхте под парусом из Великобритании в Соединенные Штаты, а несущественные мелочи жизни — это когда вся команда этого судна улетает обратно в Европу всё на том же на самолёте!

Общий вклад авиации в мировую эмиссию парниковых газов по самым свежим пессимистичным оценкам составляет не более 3.5%. В масштабах планеты вроде бы несущественная цифра, однако споры о глобальном влиянии коммерческих самолётов на климат не угасают. Некоторые специалисты полагают, что эмиссия водяного пара, которая ведет к образованию конденсационных следов, может способствовать глобальному потеплению. Кроме воды и углекислого газа на больших высотах задерживаются и не сгоревшие вещества в виде аэрозолей. По мнению ученых они тоже вносят свой негативный вклад в изменение климата.

Ближайшие перспективы

Что может предложить современная гражданская авиапромышленность в рамках борьбы за экологичность? Самое очевидное — это дальнейшая работа над оптимизацией силовой установки и планера самолётов. На этом и сконцентрированы основные усилия специалистов. Но коммерческие перевозки, не смотря на возникающие иногда кризисы, год от года растут и эффект от сокращения удельного расхода топлива самолётами, скорее всего, будет нивелирован. Таким образом, эмиссия парниковых газов будет только увеличиваться.

Одним из вариантов их сокращения стало использование набирающего в мире популярность биотоплива. Оно создается преимущественно из растительного сырья либо из продуктов жизнедеятельности живых организмов. Некоторые крупные авиакомпании уже провели демонстрационные полёты на гражданских лайнерах, полностью или частично заправленных биотопливом.

По сравнению с керосином, при его сгорании выделяется примерно на треть меньше углекислого газа, что могло бы значительно улучшить ситуацию с эмиссией парниковых газов. Но пока биотопливо производится в очень малых количествах и стоит в два-три раза больше, чем керосин. Тем не менее, это направление считается очень перспективным и туда привлекаются крупные инвестиции.

Преимущество биотоплива состоит еще и в том, что для его использования не нужно перестраивать существующую заправочную инфраструктуру, а также что-то менять в конструкции самолёта.

Другое дело — криогенное топливо. В конце восьмидесятых годов прошлого века в Советском Союзе проходили испытания летающей лаборатории Ту-155. Один из его двигателей, получивший обозначение НК-88, мог работать на жидком водороде и сниженном природном газе. Экспериментальная программа должна была показать на практике возможность использования криогенного топлива на гражданских самолётах.

Жидкий водород — практически идеальное топливо, при сгорании которого образуется только вода и некоторое количество окислов азота. Сжиженный метан намного уступает водороду, но всё же сгорает намного чище керосина. Основная проблема в том, что хранить криогенное топливо можно только в специальном герметичном баке с экранно-вакуумной изоляцией. Поддерживать его в жидком состоянии возможно только при экстремально низких температурах: для водорода -250°С, для метана -160°С. На Ту-155 такой бак занимал почти половину пассажирского салона и располагался в его задней части. Таким образом, хранить криогенное топливо в крыле как керосин не получится — компоновка самолёта должна быть совершенно иной. К явным минусам можно отнести еще и чрезвычайную взрывоопасность водорода. Из-за целого набора трудно решаемых проблем, криогенное топливо не имеет практически никаких шансов на появление в авиации в обозримом будущем.

Экономия на очевидном

Впрочем, и относительно более простые с точки зрения реализации технологии, направленные на снижения расхода топлива, пока не особо приживаются. В 2013 году на парижском авиасалоне была представлена система электрического руления для среднемагистральных лайнеров. Между колёс основных стоек шасси Airbus А320 было установлено по электромотору, который вращал внешнее колесо.

Самолёт демонстративно катался с зачехленными двигателями по рулёжным дорожкам аэропорта Ле Бурже, получая электроэнергию от вспомогательной силовой установки. По заявлению создателей системы, авиакомпании смогут ежедневно экономить до полтонны топлива при активной эксплуатации лайнера. В общем выражении это сопоставимо с эффектом от установки винглетов: специальных аэродинамических законцовок крыла, созданных для увеличения топливной эффективности.

Массовое использование электрической тяги на рулении помогло бы улучшить качество воздуха в аэропорту и снизить уровень шума.

Несколько крупных авиакомпаний выразили заинтересованность в таких системах, но вплоть до наших дней ни одна из них ими не пользуется. В конечном итоге, все проекты на эту тему были свернуты.

Будущее за электрическими самолётами?

Современные гражданские лайнеры уже вплотную приблизились к пределам своей эффективности. Аэродинамика планера самых последних моделей практически доведена до совершенства, а у турбовентиляторных двигателей остался весьма скромный потенциал по уменьшению удельного расхода топлива. Большие надежды на будущее развитие гражданских перевозок связывают с появлением полностью электрических самолётов, имеющих альтернативную аэродинамическую компоновку. В настоящее время уже создано несколько проектов небольших самолётов с электрическим двигателем, получающим энергию от бортовых аккумуляторных батарей. А уже после 2030 года ожидается появление региональных лайнеров вместимостью до 100 человек, способных преодолевать расстояние до 1000 километров.

Главные проблемы электрической авиации на данный момент — недостаточная ёмкость аккумуляторов и отсутствие подходящих электромоторов большой мощности. По прогнозам, ёмкость литий-ионных батарей в ближайшее десятилетие смогут увеличить только вдвое. Потому наиболее перспективным решением могут стать самолёты, оснащенные с гибридной силовой установкой. Вентиляторы или винты будут вращаться при помощи электромотора, а электричество на борту будет вырабатываться генератором, подключенным к газотурбинной установке, работающей на традиционном углеводородном топливе. Полностью зеленым такой самолёт назвать, конечно нельзя, но на практике их массовое использование поможет существенно сократить количество вредных выбросов, и, в теории, сделать путешествия воздушным транспортом существенно дешевле.

Это канал Авиасмотр , большое спасибо за внимание и до встречи в новых сюжетах!

Сохранение земли – важная задача, ведь прогресс ведет к неизбежным изменениям и загрязнению окружающей среды. Одна из проблем, которая сильно влияет на загрязнение это применение тепловых машин.

История создания и принцип действия

Для работы двигателя нужна разность давлений по обе стороны поршня двигателя. Она создаётся при нагревании рабочего тела (сгорание топлива). После повышения температуры на сотни градусов, газ, обладая достаточной внутренней энергией, расширяется и совершает работу. Пока не охладится до температуры окружающей среды.

Виды тепловых двигателей:

Двигатель Стирлинга — тепловой агрегат, принцип действия которого заключается в круговороте газообразного или жидкого рабочего тела в замкнутом пространстве. Само вещество периодически охлаждается и нагревается. Работа совершается при изменении объёма рабочего тела.
Паровая машина, при её применении не используется редуктор. В качестве тягового двигателя она лучше двигателя внутреннего сгорания. К недостаткам устройства относятся: вес аппарата, небольшая скорость, низкий КПД, постоянное применение воды и топлива.
Двигатель внутреннего сгорания, во время его работы часть сгорающего топлива преобразуется в работу. ДВС классифицируют в зависимости от:

потреблённого топлива (бензин, бутан, солярка, пропан, солярка, метан);
приготовления смеси (инжектор, карбюратор, дизель);
цикла работы (2–4 тактные моторы);
превращение энергии (поршень, турбина или комбинация).

Э. Ленуар в 1860 году создал первый ДВС. Четырёхтактный двигатель применяют в автомобилях.

Роторные моторы внутреннего сгорания. Как поршень, здесь работает ротор в специальном пространстве. В нём существуют отверстия впуска и выпуска и свеча зажигания. Для роторного мотора даже подойдёт дешёвое горючее.

Реактивные, ракетные тепловые двигатели. Работают установки из-за силы тяги, созданной от отдачи выхлопных газов. Могут функционировать в пространстве без воздуха.
Турбовинтовые двигатели — тип газотурбинного двигателя, в котором основная часть энергии горячих газов используется для привода воздушного винта через понижающий частоту вращения редуктор, и лишь небольшая часть энергии составляет выхлоп реактивной тяги.

В чём экологические проблемы использования тепловых машин

Проблема №1 заключается в нагревании окружающей среды, атмосферы. Вследствие чего наблюдается глобальное потепление и таяние ледников. Влияние на экологию:

загрязнение атмосферы азотными и серными веществами;
из воздуха используется кислород;
выделяется углекислый газ;
>50% загрязнений воздуха происходит из-за автомобилей (2–3 млн тонн свинца выбрасывается каждый год);
топливо полностью не сгорает, при этом в атмосферу выделяются около 200 млн тонн сажи, золы, 70 тонн оксида серы.

Как происходит загрязнение

Негативное влияние на экологию

Вред, связанный с применением тепловых двигателей давно доказан. Они издавна загрязняли окружающий воздух. Дополнительный отрицательный эффект был связан с составом дыма. Мелкодисперсная угольная пыль попадала в лёгкие человека. Химический состав выбросов современного транспорта ещё хуже. Поэтому наблюдаются болезни лёгких: аллергические, обструктивные изменения; онкологические заболевания.

Экологические проблемы использования тепловых двигателей:

кислотные дожди;
разрушение озонового слоя;
парниковый эффект.

Заключение

Проблемы, связанные с отрицательным воздействием тепловых машин на окружающую атмосферу, никто не отрицает и человечество всё больше внимания обращает на них. Постепенно люди начинают использовать электроавтомобили, больше электровозов, отказываясь от тепловых двигателей.

Экологические проблемы использования тепловых двигателей, способы решения:

Совершенствование теплодвигателей.
Вторичное применение выхлопных газов.
Альтернативные виды энергии.

Каждый человек может в силу своих возможностей уменьшить вред, наносимый экологии планеты. Например, пересесть на велосипед.

В представленной статье приведены аспекты загрязнения окружающей среды ракетным топливом, произведен анализ статистики орбитальных запусков 2019 г., на основании которого сделан вывод о наиболее часто эксплуатируемых ракетах-носителях и используемых топливных смесях. В том числе приведены результаты исследований районов падения отделяемых частей ракет-носителей, предложены оптимальные пути решения проблемы загрязнения территорий ракетным топливом.

Ключевые слова: ракетно-космическая деятельность, районы падения, отделяющиеся части ракет-носителей, токсичность, ракетные топлива, экология.

В рамках данной работы будут рассмотрены причины и последствия негативного экологического воздействия РКД. Можно выделить следующие аспекты загрязнения окружающей среды ракетным топливом:

1) загрязнение атмосферы Земли продуктами сгорания ракетных топлив;

2) загрязнение природных водоемов и территорий отходами РКД;

3) загрязнение природных водоемов и территорий в результате разлива ракетного топлива;

4) нарушение озонового слоя Земли.

Токсичность ракетных топлив, использующихся вракетостроении на сегодняшний день. Ракетные топлива — это вещества или смеси веществ, используемые в двигателях ракет для получения реактивной тяги и ускорения ракеты. Разные конструкционные особенности определяются различными видами топлива: химического (жидкого или твердого), физического, ядерного, электрореактивного. Согласно списку космических запусков за 2019 год, чаще всего эксплуатировались следующие ракеты-носители:

Процент от общего числа запусков

керосин + жидкий кислород

Falcon (Falcon 9; США)

керосин + жидкий кислород

Электрон (Новая Зеландия)

керосин + жидкий кислород

жидкий кислород + жидкий водород

твердое топливо (предположительно, на основе перхлоратов)

Анализ статистических данных позволяет оценить, какие виды ракетного топлива находили набольшее применение в период 2019-го года, а характеристики используемых компонентов ракетного топлива (далее — КРТ) позволяют сделать вывод об их преобладающе высокой токсичности.

Сравнение токсичности наиболее часто используемых видов ракетного топлива

в целом, малотоксичны

Наиболее экологичным видом ракетного топлива является топливная пара жидкий водород + жидкий кислород. Оба КРТ нетоксичны, также нетоксичны и их продукты сгорания. Но топливо не всегда является экологичным и эффективным одновременно. Так, несмотря на достаточно высокий удельный импульс, жидкий водород обладает низкой плотностью, в результате чего занимает больший объем, а также при смешивании с воздухом становится взрывоопасным. Конструкционные факторы, равно как и экономические, следует учитывать при выборе топлив.

В связи с этим, одним из самых удобных видов топлива остаются топливные пары керосин + жидкий кислород и НДМГ + АТ. Топливо керосин + жидкий кислород обладает умеренной токсичностью и крайней эффективностью, выгодно с экономической точки зрения. Топливо НДМГ + АТ близко по удельному импульсу к кислород-керосиновой паре, долговечно, дает возможность многократного включения ракетных двигателей, однако чрезвычайно токсично.

При падении отработавшей ступени на землю может выпасть до 130–150 кг НДМГ. Часть топлива распыляется в атмосфере и разносится на большие территории, проникает в почву, растворяется в воде, что приводит к болезням и гибели животных. Также гептил способен накапливаться в растениях и живых организмах, обладает сильным канцерогенным и мутагенным действием [2, c. 2]. Отравление может наступить через дыхательные пути или через кожу после контакта с водой или почвой. Вследствие этого для обеспечения безопасности населения необходимо отчуждение значительных территорий. На месте падения отработавших ступеней проводятся мероприятия по детоксикации.

2. Анопка А. С. Влияние токсичных компонентов топлива на экологию земли при запусках ракет // Научно-исследовательские публикации, 2016.

3. Анопка А. С., Ковалев С. В. Экология при запусках ракет на токсичных компонентах топлива // Актуальные проблемы авиации и космонавтики, 2016.

4. Затонов И. А., Никонова Е. Д. Воздействие ракетного топлива на состояние окружающей среды в районах падения ступеней ракет-носителей // Иностранный язык в контексте проблем профессиональной коммуникации: материалы II Международной научной конференции, 27–29 апреля 2015 г., Томск. — Томск: Изд-во ТПУ, 2015. С. 60–63.

[3] НТРВ – полибутадиен с концевыми гидроксильными группами.

[4] ММГ – метилгидразин.

[5] MON – mixed oxides of nitrogen, смесь оксидов азота.

Основные термины (генерируются автоматически): ракетное топливо, жидкий кислород, Алтай, жидкий водород, район падения, РФ, GSLV, MON, космическая деятельность, ракетно-космическая деятельность.

Ключевые слова

Экология, токсичность, ракетно-космическая деятельность, районы падения, отделяющиеся части ракет-носителей, ракетные топлива

ракетно-космическая деятельность, районы падения, отделяющиеся части ракет-носителей, токсичность, ракетные топлива, экология

Влияние на экологию реактивного двигателя кратко

Две основные проблемы

Шумовое загрязнение

Технологии снижения шума

Загрязнение вредными веществами

Парниковые газы

Ближайшие перспективы

Экономия на очевидном

Будущее за электрическими самолётами?

История создания и принцип действия

Виды тепловых двигателей:

В чём экологические проблемы использования тепловых машин

Как происходит загрязнение

Негативное влияние на экологию

Заключение

Ключевые слова

Похожие статьи

Развитие современной ракетно-космической отрасли: роль.

Международно-правовая основа добычи ископаемых в космосе

Перспективы использования ядерно-электрической ракетной.

проект, космическая деятельность, ракетно-космическая.

Аэрогель и опыт его применения в мировой ракетно-космической.

Проблемы в современной российской космонавтике

Водород — топливо будущего? | Статья в журнале.

Назревшая необходимость модернизации ракетно-космической.

Загрязнение окружающей среды и состояние здоровья населения.