Маслов Вадим Александрович, к.т.н.,
Дзюбенко Олег Леонидович, к.п.н.,
Мозговой Игорь Александрович, курсант,
ВУНЦ ВВС (ВВА), г. Воронеж
В последние годы очень остро ставится проблема экологичности воздушных судов, в частности минимизация воздействия выбросов авиационных двигателей на окружающую среду. Основное воздействие воздушных судов на окружающую среду происходит на приаэродромных территориях в режиме «взлет-посадка».
Проведенные исследования позволяют сделать вывод, что прогнозные оценки загрязнения окружающей среды приаэродромных территорий от летательных аппаратов в цикле “взлет-посадка“ необходимо проводить с учетом рассеивания загрязняющих веществ в турбулентной струе. Это позволяет исключить дорогостоящий эксперимент при оценке неблагоприятного воздействия на окружающую среду приаэродромных территорий двигателей летательных аппаратов.
Формирование уровней концентраций загрязняющих веществ на приаэродромных территориях осуществляется под воздействием факторов, которые условно можно объединить в две группы: в первую группу входят факторы, включающие интенсивность циклов “взлет-посадка“, скорость при взлете или посадке и состав воздушных судов, параметры взлетной полосы и приаэродромных территорий; во вторую группу объединены факторы, влияющие на перенос и рассеивание загрязняющих веществ в пространстве: направление и скорость ветра, температура и влажность воздуха, состояние погоды и атмосферы, вид и высота близлежащей застройки, ширина приаэродромной территории. Следует отметить, что скорость и направление ветра влияют на перемещение уже сформировавшихся полей концентраций, так как в процессе формирования большее влияние на них оказывают интенсивность и скорость сверхзвуковой струи газов на выходе из сопла.
Формирование полей концентраций в конусе сверхзвуковой струи достаточно изучено и проверено экспериментально. В этой работе рассматривается дальнейшее перемещение загрязняющих веществ в пространстве под действием диффузии и ветра. Механизмы диффузии применительно к примагистральным территориям при выбросах от линейных источников автотранспорта имеют много общего с перемещениями загрязняющих веществ над приаэродромными территориями. Поэтому структурность диффузионных механизмов применительно к автомобильным дорогам можно использовать и при рассмотрении загрязнения приаэродромных территорий.
Динамический характер процессов диффузионного перемещения сформированных полей концентраций над приаэродромными территориями обусловлен интенсивностью и мощностью источников загрязнения и метеорологическими параметрами.
В зависимости от воздействия перечисленных факторов следует отметить два качественных состояния воздушного бассейна над приаэродромными территориями. Первое состояние соответствует установлению баланса между мощностью выброса загрязняющих веществ от летательных аппаратов и концентрациями соответствующих ингредиентов в атмосферном воздухе на уровне, не превышающем предельно допустимую концентрацию (ПДК). Для второго состояния материальный баланс нарушен. В этом случае концентрации загрязняющих веществ по отдельным или всем ингредиентам выше ПДК. Для автомобильных дорог такие поля концентраций формируются сравнительно на небольшой высоте, поэтому их воздействие на окружающую среду локально выражено более сильно. Для сформированных полей концентраций от летательных аппаратов локальное воздействие загрязняющих веществ на окружающую среду выражено слабо, но, значительный вред наблюдается в глобальном масштабе при воздействии мезопроцессов на общее состояние атмосферы.
Если локальное воздействие загрязнений от автомобильной дороги на окружающую среду можно смягчить путем разработки и внедрения мероприятий по совершенствованию условий движения транспортных потоков, то для воздушного транспорта эти мероприятия малоэффективны.
Процесс рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере осуществляется за счет перемещения их вместе с потоками воздуха с учетом мелкомасштабных флуктуаций под действием вертикальной составляющей диффузионной скорости. Турбулентность динамического перемещения потоков связана, прежде всего, с трением движущихся потоков масс о подстилающую поверхность. Чем больше величина шероховатости и скорости ветра, тем сильнее будет выражена турбулентность. С увеличением скорости ветра увеличивается и расстояние, на которое уносятся загрязняющие вещества. В зимнее время уровень концентраций оксида углерода и диоксида азота ниже за счет возрастания турбулентности, влияющей на интенсивность рассеивания загрязняющих веществ.
С увеличением скорости ветра также возрастает интенсивность рассеивания загрязняющих веществ. Следует отметить прямое влияние на характер формирования загрязнения окружающей среды приаэродромных территорий направления ветра. Как правило, в цикле “взлет-посадка“ направление ветра параллельно оси взлетной полосы навстречу движению самолета, а при посадке – противоположно движению. В этих случаях происходит сложение скоростей ветра и струй отработавших газов, а значит эффект рассеивания увеличивается. Из-за большой турбулизации потоков возрастает вертикальная составляющая скорости, поле концентраций перемещается не только горизонтально в противоположную сторону движения самолета, но и вертикально. Поэтому поле концентраций представляется в виде наклонной к горизонту конической поверхности. Уже на расстоянии20 мот сопла самолета на высоте 3…3,5 м были получены фоновые концентрации оксидов углерода и диоксида азота. Как показали наблюдения за формированием уровня загрязнения приаэродромных территорий при взлете, максимальные концентрации наблюдаются по оси взлетной полосы за самолетом, а перпендикулярно оси полосы получены практически фоновые концентрации. Наблюдения за изменением сформировавшегося поля концентраций загрязняющих веществ в шлейфе взлетающего самолета показали, что с высотой на расстоянии35 мот края взлетной полосы концентрации оксида углерода и диоксида азота возрастают.
Значения концентраций над соплами самолета по высоте уменьшаются. Это вызвано тем, что на высоте турбин скорости газовых струй значительно выше скорости ветра. Поэтому происходит расширение газовых струй в конусе отработанных газов и не происходит его размывание ветром. С удалением самолета при взлете влияние отработанных струй на перемещение сформировавшегося поля концентраций снижается, и аэрозольное облако перемещается параллельно оси взлетной полосы, воздействуя отрицательно на окружающую среду. В этом отличительная особенность воздействия линейного бесконечного источника на загрязнение окружающей среды, так как перемещение полей концентраций в этом случае зависит от розы ветров, которая практически равномерна в течение года. Приаэродромные территории загрязняются практически по направлению оси взлетной полосы. В этом отношении жилые дома, сельскохозяйственные поля и растительность необходимо размещать на приаэродромных территориях перпендикулярно к оси взлетной полосы с учетом нормирующего параметра воздействия шума на окружающую среду и живые организмы.
Литература
- Маслов В.А., и др. Размещение приборов контроля окружающей среды в районе аэродрома./ Межвуз. сб. научно-методич. трудов ”Совершенствование наземного обеспечения авиации”. Ч. IV. – Воронеж: ВВАИИ, 2000. – 221 с.
- Маслов В.А. /В кн. Сазонов Э.В., Турбин В.С., Ус Н.А. и др. ”Очистка газовых и пылевых выбросов“. – Воронеж: ВВАИИ, 2001.-221с.
- Маслов В.А. Экологический мониторинг воздушной и акустической сред приаэродромных территорий/ Сб. материалов 59-ой научно-технической конференции СамГАСА. – Самара: СамГАСА, 2002. – 217 с.