Расчетное исследование условий образования конденсационных следов самолетов

Рассмотрена проблема определения условий образования конденсационных следов самолетов при смешении струи турбореактивного двухконтурного двигателя со спутным потоком (атмосферой). Подход к решению этой проблемы базируется на численном решении системы уравнений газовой динамики (уравнений Рейнольдса) с учетом конфигурации сопловой части турбореактивного двухконтурного двигателя. В расчетах учтены геометрические и газодинамические параметры, влияющие на рассматриваемые явления для нескольких типов турбореактивных двухконтурных двигателей, включая степень двухконтурности, параметры внутреннего и внешнего потоков, эмиссию водяного пара и другие. Результаты исследования необходимы для обоснования критерия формирования устойчивых конденсационных следов самолетов, использующего степень перенасыщения водяного пара в струе двигателя. Проанализированы примеры формирования конденсационных следов самолетов на основе известных данных летных экспериментов.
EDN: OKOHOG, https://elibrary/okohog

Литература

[1] Приложение №16 к Конвенции о Международной гражданской авиации. Охрана окружающей среды. Эмиссия авиационных двигателей. Т. 2. ICAO, 2023. 194 с.

[2] ICAO Engine Exhaust Emissions Databank. ICAO Doc. № 9646-AN/943. URL: https://www.easa.europa.eu/en/domains/environment/icao-aircraft-engine-emissions-databank (дата обращения: 15.02.2025).

[3] Иванова А.Р. Влияние авиации на окружающую среду и меры по ослаблению негативного воздействия. Труды Гидрометцентра России, 2017, № 365, c. 5–14.

[4] Dedesh V.T., Grigoriev M.A., Zamyatin A.N. et al. Calculation assessment of formation, existence and destruction of aircraft condensation trails with account of interaction with wake vortices. ESBE, 2014, pp. 17–23.

[5] Lee D.S., Fahey D.W., Skowron A. et al. The contribution of global aviation to anthropogenic climate forcing for 2000 to 2018. Atmos. Environ., 2021, vol. 244, art. 117834, doi: https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2020.117834

[6] Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. Москва, Наука, 1984. 715 с.

[7] Schumann U., Busen R., Plohr M. Experimental test of the influence of propulsion efficiency on contrail formation. J. Aircraft, 2000, vol. 37, no. 6, pp. 1083–1087, doi: https://doi.org/10.2514/2.2715

[8] Schumann U. A contrail cirrus prediction model. Geosci. Model Dev., 2012, vol. 5, no. 3, pp. 543–580, doi: https://doi.org/10.5194/gmd-5-543-2012

[9] Huang J. A simple accurate formula for calculating saturation vapor pressure of water and ice. J. Appl. Meteorol. Climatol., 2018, vol. 57, no. 6, pp. 1265–1272, doi: https://doi.org/10.1175/JAMC-D-17-0334.1

[10] Wilcox D.C. Turbulence modeling for CFD. DCW Industries, 2006. 535 p.

[11] Дедеш В.Т., Киосе С.Н., Вид В.И. и др. Способ формирования модели прогноза образования конденсационных следов (КС) самолетов гражданской авиации (ГА) с конкретным типом газотурбинного двигателя и конденсационных перистых облаков (КПО) с использованием количественных показателей образования КС и КПО для экологической оптимизации полетов самолетов ГА на конкретных трассах в различных регионах земли и возможности снижения влияния эмиссии двигателей на парниковый эффект. Патент РФ 2532995. Заявл. 14.05.2013, опубл. 20.11.2014.

[12] Стасенко А.Л. Физическая механика многофазных потоков. Москва, МФТИ, 2004. 135 с.

[13] Поповичева О.Б., Старик А.М. Авиационные сажевые аэрозоли: физико-химические свойства и последствия эмиссии в атмосферу (обзор). Известия РАН. Физика атмосферы и океана, 2007, т. 43, № 2, c. 147–164.

[14] Schumann U. Formation, properties and climatic effects of contrails. Comptes Rendus. Physique, 2005, vol. 6, no. 4–5, pp. 549–565, doi: https://doi.org/10.1016/j.crhy.2005.05.002

[15] Schneider E., Czech H., Popovicheva O. et al. Mass spectrometric analysis of unprecedented high levels of carbonaceous aerosol particles long-range transported from wildfires in the Siberian Arctic. Atmos. Chem. Phys., 2024, vol. 24, no. 2, pp. 553–576, doi: https://doi.org/10.5194/acp-24-553-2024