考虑飞机排放因素的飞机巡航性能参数优化方法

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaNov．252016V01．37No．113485-3493ISSN1000．6893CN11．1929／Vhttp：Ehkxb．buaa．edu．cahkxb@buaa．edu．cn考虑飞机排放因素的飞机巡航性能参数优化方法魏志强1’2*，张文秀1，韩博11．中国民航大学空中交通管理学院，天津3003002．中国民航大学天津市空管运行规划与安全技术重点实验室，天津300300摘要：巡航是民航飞机主要的飞行阶段，航班飞行中绝大多数的燃油消耗、飞行时间和污染

2、物排放均发生在该阶段。基于国际民航组织(ICA0)基准排放数据和BM2方法，建立了污染物排放量和排放成本计算模型；提出污染物排放价格权重、成本指数排放因子和综合成本指数概念，以改进飞行成本计算模型，考虑污染物排放对飞行成本优化的影响；通过计算分析输入成本指数对性能参数和飞行成本的影响，建立了基于搜索方法的综合成本指数优化流程，并采用VisualStudio予以开发实现；然后计算了综合成本指数飞行的经济效益，以及飞机质量、成本指数和巡航高度对飞行成本的影响。结果表明，选择合适的综合成本指数和巡航高度，可使总飞行成本达到最小，提高运行经

3、济性。与传统巡航相比，在典型情况下采用综合成本指数巡航可以降低相同条件下的总飞行成本的0．15％。关键词：环境污染；巡航性能；综合成本指数；排放指数；巡航高度中图分类号：V212．13+3文献标识码：A文章编号：1000—6893(2016)11—3485—09根据民用飞机在飞行中废气排放的时空分布情况，飞机发动机对环境影响可分为两大领域：全球范围内的温室效应和机场区域内的空气质量问题[1]。为控制和减少航空业对温室效应的影响，欧盟力争将航空公司的飞机碳排放纳入了碳排放交易体系[2]。根据发动机厂家审定数据，国际民航组织(Inter

4、nationalCivilAviationOrganization，ICAO)建立了机型排放数据库，采用标准的起飞着陆循环(Landingandtakeoff，LTO)来计算在机场范围内1000m以下飞机的滑行、起飞、爬升、进近着陆等阶段的CO、HC、SO：和NOx排放量，但对于耗时近80％的航路飞行排放，则没有涉及‘3

5、。为考虑航路飞行阶段的排放影响，波音公司提出了BM2方法，实现对ICAO模型的修正。采用该模型，Tamara和Robert根据空中交通流量数据，对英国的航空排放问题进行了总体估算[4]；基于澳大利亚2008年的空管

6、航迹数据，Pham等研究建立了精度为1。×1。×1000ft(1ft一30．48cm)的四维排放数据库清单嘲；Owen等对2050年全球航空活动所造成的污染物排放数据进行了估算[6]。魏志强等依据建立了排放指数修正模型，实现对各个飞行阶段的污染物排放量的估算分析[7。8]。上述研究实现了对污染物排放清单的估算，但都没有涉及到如何通过优化飞行参数来降低飞机污染物的排放量。巡航是民航飞机主要的飞行阶段，航班飞行中绝大多数的燃油消耗、飞行时间和污染物物排放量均发生在该阶段。传统的研究主要是通过选收稿日期：2015．11—20；退修日期：2

7、016．03-14；录用日期：2016．04—11；网络出版时间：2016．05—0414：35网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／11．1929．V．20160504．1435．012．html基金项目：国家“863”计划(2014AAll0501)；国家自然科学基金(U1533116，21407174)；航空科学基金(20140267002)；天津市应用基础与前沿技术研究计划(14JCQNJC08100)*通讯作者．Tel．：022-24092905E-mail：weizhiqia@sina．com戮角格

8、武I魏志强．张文秀。韩博．考虑飞机排款因素的飞机巡航性能参数优化方法!Jj．航空学报。2016．37(11)：3485-3493。WEIZ0，ZHANGWX，HANBOptimizationmethodofaircraftcruiseperformanceparametersconsideringpollutionemissionsEJ7ActaAeronauticaetAstronauticaSinica。2016。37(¨)：3485．3493。航空学报Nov．252016VoI．37No．11择合适的巡航方式、速度和高度，以达

9、到节油或降低成本的目的。Singh引入成本指数的概念，从降低运行成本的角度研究了混合动力飞机垂直飞行剖面参数的优化问题[9]。Miyazawa等构建了自由飞行概念下的飞机巡航参数计算模型，研究发动机特性参数和大气因素对巡航性能及参数优