Estimating emissions of harmful exhaust components by aircraft engines during the takeoff and landing cycle in airport space

• Autorzy: Głowacki Paweł , Kalina Piotr , Kawalec Michal

Identyfikatory

DOI

10.2478/tar-2021-0011

Warianty tytułu

PL

Szacowanie emisji toksycznych składników spalin wytwarzanych przez samoloty w cyklu startu i lądowania w przestrzeni portu lotniczego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This articleexamines, based on the availableinformation and authors’ self-assessments, theenvironmental impact of turbine engine exhaust gases effect on the environment in the airport space during engines flight phases in the landing and takeoff cycle (LTO). The attention of aviation professionals is drawn to the fact that the amount of exhaust from the turbine engine is so significant that it may adversely change the ambient air at the airport. Consequently, increased emission level of carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC) during engine start-up and idle may pose a threat to the health of ramp staff. Also, high emission levels of nitrogen oxides (NO_x) during takeoff, climb, cruise and descent is not without importance for the environment around the airport space. The paper gives CO₂, HC, CO and NO_x emission estimations based on ICAO Engine Emission Data Bank and the number of passenger operations at a medium-sized airport. It also provides calculation results of aircraft CO₂, HC, CO and NO_x emission using average times of aircraft maneuvers taken from aircraft Flight Data Recorder (FDR) in the LTO cycle various aircraft types at the airport. The latter, based on actual maneuvering times, lead to significantly reduced estimates of toxic exhaust gas emission volumes.

PL

W artykule przeanalizowano, w oparciu o dostępne informacje oraz ocenę autorów, wpływ gazów spalinowych z silników turbinowych na środowisko w przestrzeni wokół portu lotniczego podczas cyklu lądowania i startu (LTO) samolotów. Autorzy zwracają uwagę na fakt, że ilość spalin produkowanych przez silniki turbinowe jest na tyle znacząca, iż może niekorzystnie zmienić powietrze otaczające lotniska. Zwiększony poziom emisji tlenku węgla (CO) i węglowodorów (HC) podczas rozruchu silnika i na biegu jałowym może więc stanowić zagrożenie dla zdrowia pracowników obsługi naziemnej. Wysoki poziom emisji tlenków azotu (NOx) podczas startu, wznoszenia, schodzenia i kołowania również nie jest obojętny dla środowiska wokół lotniska. W artykule najpierw przedstawiono szacunki emisji CO₂, HC, CO i NO_x w oparciu o normy ICAO oraz liczbę operacji pasażerskich na lotnisku średniej wielkości. Następnie obliczono szacunkowe emisje CO₂, HC, CO i NO_x na podstawie danych pobranych z rejestratora lotu (FDR) podczas cyklu LTO różnych typów statków powietrznych na lotnisku. Te drugie obliczenia, oparte na rzeczywistych czasach manewrowych, wskazują na znacznie niższe szacunkowe emisje toksycznych gazów w obrębie portu lotniczego.

Słowa kluczowe

EN

ecology; aircraft turbine engine; engine exhaust; toxic exhaust gas components; nitrogen oxides; carbon monoxide; hydrocarbons; carbon dioxide

PL

ekologia; lotniczy silnik turbinowy; spaliny silnika; toksyczne składniki spalin; tlenki azotu; tlenek węgla; węglowodory; dwutlenek węgla

• Wydawca: Wydawnictwa Naukowe Sieci Badawczej Łukasiewicz - Instytutu Lotnictwa
• Czasopismo: Transactions on Aerospace Research
• Rocznik: 2021
• Tom: Nr 2 (263)
• Strony: 63--70
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12, rys., tab.

Twórcy

autor

Głowacki Paweł

• Łukasiewicz Research Network - Institute of Aviation, Al. Krakowska 110/114, 02-256 Warsaw

• https://orcid.org/0000-0001-9852-095X

autor

Kalina Piotr

• Łukasiewicz Research Network - Institute of Aviation, Al. Krakowska 110/114, 02-256 Warsaw

• https://orcid.org/0000-0003-3326-7476

autor

Kawalec Michal

• Łukasiewicz Research Network - Institute of Aviation, Al. Krakowska 110/114, 02-256 Warsaw

• https://orcid.org/0000-0003-3147-3516

Bibliografia

• [1] Balicki, W., Chachurski, R., Głowacki, P. and Szczeciński, S., 2014, “Aviation-– Environmental threats,” Journal of KONES Powertrain and Transport, 21(1), 7-14.
• [2] Fleuti, E. and Polyméris J., 2004, Aircraft NOx-Emissions within the Operational LTO Cycle, Unique, Swiss International Air Lines.
• [3] Głowacki, P. and Szczeciński, S., 2013, Transport lotniczy: Zagrożenia ekologiczne oraz sposoby ich ograniczania [Air Transport: Ecological Threats and Ways to Reduce Them], Scientific Publications of the Institute of Aviation, No. 35, p. 121, ISBN 978-83-63539-09-2.
• [4] Głowacki, P. and Kawalec, M, 2015, “Aircraft emissions during various flight phases,” Combustion Engines, 3(162), 229-240. PTNSS.
• [5] Głowacki, P. and Kawalec, M., 2015, “Aircraft fuel consumption and emissions during cruise: Effect of the jet stream,” Journal of KONES Powertrain and Transport, 22(2), 63-71.
• [6] ICAO, 2008, International Standards and Recommended Practices, Environmental Protection - Annex 16, Volume II - Aircraft Engine Emissions (2nd ed.)
• [7] ICAO Engine Emissions Data Bank - current datasheets (version 27 of 22.08.2020).
• [8] Kinsey John S., 2009, QEP. Characterization of Emissions from Commercial Aircraft Engines during the Aircraft Particle Emissions Experiment (APEX) 1 to 3, Office of Research and Development, U.S. Environmental Protection Agency, Washington DC.
• [9] Merkisz, J., 1998, Ekologiczne problemy silników spalinowych [Ecological problems of internal combustion engines]. Vol. 1, Poznań, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, ISBN 8371430701.
• [10] Merkisz, J., 1999, Ekologiczne problemy silników spalinowych [Ecological problems of internal combustion engines]. Vol. 2, Poznań, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, ISBN 8371430396.
• [11] Orkisz, M., 2000, Konstrukcyjne metody obniżania emisji składników toksycznych emitowanych przez silniki turbinowe - Turbinowe silniki lotnicze w ujęciu problemowym [Design methods of reducing the emission of toxic components emitted by turbine engines - Turbine aircraft engines from the problem perspective], PNTTE, Lublin.
• [12] Kalina, P., 2017, Dissertation, Influence of the combustion chamber geometry on the emission level of nitrogen oxides in compression-ignition engines, Warsaw: Institute of Aviation.

Uwagi

1. This paper has been based on the results of a research task carried out within the scope of the fifth stage of the National Programme “Improvement of safety and working conditions” partly supported in 2020-2022 - within the scope of research and development - by the National Centre for Research and Development. The Central Institute for Labour Protection - National Research Institute is the Programme’s main co-ordinator.

2. Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).