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随着人类社会工业化进程的加快以及人口的迅速增加，环境污染日益严重，已威胁到人类的生存和发展。目前，各国对环境保护的重要性和紧迫性已逐步取得共识，也相继出台了有关环境保护的法规。航空发动机对环境的污染主要表现在两方面，即噪声污染和排气污染。环境保护已成为21世纪人类社会可持续发展的关键，因此，有效减少航空发动机对环境的污染显得尤为紧迫[1-4]。 1
1.1
噪声的危害及机场对噪声的限制
根据生理学和心理学的研究成果，噪声对人体生理和心理都会产生严重危害，严重影响身心健康，长时间处于噪声环境中，人将有诸多不适感，比如耳鸣、听力衰退、神经衰弱、疲劳、失眠、心理烦躁等。就民航运输业而言，对于机场周围人员、机组尤其是飞行员，由于长期生活在噪声环境下，会影响其身心健康，过大的噪声还会严重干扰飞行员的注意力、判断力，直接威胁飞行安全，同时也影响飞机的舒适性。所以，必须对噪声进行限制，尽可能减少噪声，减轻其造成的危害[5]。 虽然航空发动机是飞机的主要噪声源，但飞机的其他部件也会产生气动噪声，比如襟翼、缝翼、起落架等[6]。飞机具体的有效感觉噪声限制值，与飞机的最大起飞质量、发动机数目、不同的飞行阶段有关。1.2发动机噪声的产生
航空发动机噪声的产生从根本上讲源于气体受扰动后产生的气流振荡，其主要噪声源有风扇、压气机、
燃烧室、涡轮和喷气流。根据发动机噪声的来源可分为：内部噪声，主要有风扇、压气机、燃烧室和涡轮工作所产生的噪声[7]；外部噪声，主要是喷气产生的噪声。以涡扇发动机为代表，航空发动机的噪声源根据噪声的形成及特性通常可分为以下几种。1.2.1宽频段噪声
当气流流过发动机风扇、压气机、涡轮转子和静子叶片时，由于气流与叶片间的相互摩擦形成涡流而产生的噪声，称为宽频噪声。因为转子叶片沿径向圆周速度各不相同，所以，这种噪声的频率分布较
广。1.2.2干涉噪声
发动机工作时，转子与静子间必然存在相对运动，气流从转子叶片通道中流出时，存在圆周分速，将与静子叶片发生撞击，从而产生一种类似“笛声”的噪声；同样，从静子叶片流出的气流进入转子叶片时，也将产生这种噪声。这种由于转子与静子间相对运动而产生的噪声被称为干涉噪声。这种噪声的频率在人耳最为敏感的范围，所以危害较大。1.2.3“锯声”噪声
这种噪声是当风扇叶片叶尖处气流速度超过音速时，叶尖处形成的一系列弱激波而产生的一种类似“锯声”的噪声。“锯声”噪声的频率集中在低频范围（500Hz 左右）。高涵道比涡扇发动机起飞时会产生这种噪声。
1.2.4喷气噪声
气流从喷口喷出时，由于喷气流与外界气体间巨大的速度差，在射流边界处产生强烈的紊流脉动，从而产生喷气噪声。经理论推导，亚音速气流产生的喷气噪声功率与喷气速度的8次方成正比，所以，降低喷气速度对减小喷气噪声具有显著作用。喷气噪声的频率与喷口
收稿日期：2020-09-15
作者简介：伍赛特，1990年生，男，湖南邵阳人，2015年毕业于长安大学动力机械及工程专业，硕士，
工程师。
航空发动机环境污染现象及解决措施研究
伍赛特
（上海汽车集团股份有限公司，上海200438）
摘要：介绍了由航空发动机产生的噪声污染和环境污染，并分别对其解决措施进行了研究。随着人们对生存环境要
求的提高，以及当前航空运输业的飞速发展，针对航空发动机环境保护领域而开展的相关研究有重要而深远的意义。关键词：航空发动机；环境污染；噪声；飞机；航空运输中图分类号：X738文献标识码：A 文章编号：2095-0802-(2021)01-0080-03
Study on Phenomenon of Aero Engine Environmental Pollution and Its Solutions
WU Saite
(SAIC Motor,Shanghai 200438,China)
失效分析与预防
Abstract:This paper introduced the noise pollution and environmental pollution caused by aero engines,and studied their solu-tions respectively.With the improvement of people's requirements for the living environment and the rapid development of the current air transportation industry,relevant research on the field of aero engine environmental protection has important and far-reaching significance.
Key words:aero engine;environmental pollution;noise;aircraft;air
transportation
（总第184期）环境资源
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直径有关，直径越小，噪声频率越高。
1.3发动机噪声的分布
航空发动机产生的各种噪声的分布会随发动机的类型和发动机状态的不同而产生变化。对涡喷发动机而言，飞机起飞时，喷气噪声最大；飞机即将着陆时，涡轮噪声最大；对采用高涵道比的涡扇发动机而言，在任何发动机状态下，发动机噪声主要为风扇和涡轮噪声，喷气噪声相对较小。
1.4降低发动机噪声的方法
降低航空发动机噪声，主要是通过改进发动机设计，改善飞行使用性能。
1.4.1调整发动机设计及选用方案
a)采用消音器。改造航空发动机喷管，安装消音喷口，通过许多直径较小的喷口代替一个大直径的喷口，从而使喷气噪声的频率增大。所以，采用消音器抑制喷气噪声的方法是基于喷气噪声本身的特性和人的听觉特性，通过提高喷气噪声的频率，降低了人对喷气噪声的感觉程度。采用消音器可使发动机噪声减小3~5dB，但发动机装消音喷口后，发动机质量将增加（2%~3%），发动机推力将减小（2%~4%），同时还会使发动机外部阻力增加，经济性变差。因此，这种减小噪声的方法通常仅用于早期的喷气发动机上。
b)采用高涵道比涡扇发动机。降低航空发动机噪声最有效的方法是采用高涵道比涡扇发动机。由于高涵道比涡扇发动机大幅降低了喷气速度[8-9]，从而有效减小了发动机的喷气噪声，同时对于混合排气的涡扇发动机而言，由于排气速度更加均匀，噪声还可进一步减小3~5dB。
c)改进发动机内部设计。减小发动机内部噪声的有效方法是对发动机应用声学处理进行内部设计，使内部噪声得到有效抑制。主要措施有：取消风扇（压气机）进口导向叶片；增加转子与静子间的轴向距离；合理选择转子叶片和静子叶片的数量，这些都可有效降低干涉噪声；在发动机内壁上安装吸音衬垫，可减少发动机内部噪声向外界的传播。
d)采用多发动机。相关试验表明，在总推力相等的条件下，用多台发动机代替一台大功率发动机，可使发动机总噪声级减小5~15dB。
1.4.2优化飞行使用
a)合理选择起飞和进近着陆程序，减少对城市居民区的干扰。在确定飞机起飞和进近着陆程序时，应兼顾减小噪声的因素，尽量减小噪声对城市居民区的干扰。比如：飞机采用较大爬升角爬升时，应尽量飞越无人居住的区域；接近飞机场时，可采用噪声抑制程序进场，在较高的高度以较大的下降角迅速下降，然后进行平飞、飘落，这些都可减小发动机噪声对机场附近居民的干扰。
b)采用减推力起飞的方式。在满足飞机起飞安全性能的前提下，采用减推力起飞方式，可有效降低发动机起飞噪声[10-11]。发动机的排气污染碳氢化合物燃料燃烧后，燃烧产物随废气排入大气，其中的有害物质如CO，NO x，SO2，UHC（未燃烧的碳氢化合物）和含碳微粒等将对大气造成污染，破坏生态平衡，是人类一些疾病的主要致病源（比如呼吸道疾病等）。尤其是NO x，会破坏大气中的臭氧
层结构，使大气层对太阳有害射线的屏蔽作用降低，从而危害人类的健康。
虽然排放物中大量的CO2并非直接的有毒物质，但会造成地球“温室效应”，也会对人类生活造成影响。所以，世界各国相继出台相关法律限制污染物的排放，美国和国际民航组织还专门制定了民航机发动机污染物排放标准，中国也日益重视并加大了对发动机排气污染的研究力度。
2航空发动机环境污染现象及解决措施研究
2.1航空发动机排气污染标准
为了有效抑制航空发动机的排气污染，美国环保局于1973年颁布了污染物排放的标准，国际民航组织（ICAO）也于1977年颁布了民航机发动机污染物排放标准。
目前，对于民航机使用的发动机而言，大多数发动机的发烟指标可达到标准，但受发动机技术水平的限制，CO，NO x和UHC的排放都超过标准。而近年来研制的高涵道比涡扇发动机，污染物的排放量据称已达到该指标。
2.2航空发动机排气污染物的产生
就航空发动机产生的排气污染物而言，其主要与燃烧室内燃料的完全燃烧程度和发动机的状态有关。
CO和UHC的生成主要集中在发动机慢车功率状态时，此时发动机供油量小，供油压力低，燃油雾化不良，同时，进入燃烧室的空气压力、温度均较低，使燃油的雾化、蒸发进一步恶化，导致油气混合不均，燃烧不充分，燃烧效率低，从而生成更多的CO和UHC。
另外，由于发动机慢车状态时燃气温度较低，使CO和UHC的氧化作用减弱，也使CO和UHC增多。所以，在发动机慢车状态下，CO和UHC的含量最高（由于UHC的氧化作用比CO快，含量比CO少）。
NO x和碳微粒的生成主要集中在发动机处于起飞状态时，此时发动机燃气温度很高。由于空气中存在大量的N2，虽然其化学性质近似于惰性气体，但在高温条件下，它将与O2发生化合反应，生成NO x。
2.3降低发动机排气污染的措施
2.3.1改善燃油雾化质量
理论分析和实验表明，采用雾化性能更好的燃油喷嘴（比如气动式喷嘴和蒸发管式喷嘴），能提高燃油雾化质量，使油气混合更均匀，防止局部过富油和过贫油，可有效减少排气污染。
2.3.2采用低污染燃烧室
使用和研制中的低污染燃烧室方案较多，当发动机在小功率状态工作时，主燃区采用较为富油的混合气以提高燃气温度[12]，使CO和UHC的氧化作用增强，
伍赛特：航空发动机环境污染现象及解决措施研究
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（上接77页）
3结语
生态系统服务功能损害调查确认与生态系统服务功能的实物及价值量化的相关研究很少，尚没有详细的技术规范和方法可直接参考。根据中国生态系统服务功能损害鉴定评估研究现状，该研究不仅进行
了各种生态系统提供的服务功能的整理，同时依据中国现行的生态环境损害鉴定评估相关技术规范和方法对生
态系统服务功能的调查和评价进行程序、内容、方法上的研究分析，同时选取森林生态系统进行具体分析，提出了森林生态系统服务功能损害鉴定评估指标体系和评估方法，为生态环境损害赔偿制度的有效落实提供基础研究信息。
注：本文还参考了《千年生态系统评估综合报告》。参考文献：
［1］全国人民代表大会常务委员会.中华人民共和国环境保护法［S］.
2015-01-01.
［2］中共中央办公厅，国务院办公厅.党政领导干部生态环境损害责任追究办法(试行)［S］.2015-08-17.
xtr105
［3］，最高人民检察院.、最高人民检察院关于办理环境污染刑事案件适用法律若干问题的解释：法释〔2016〕29号［A］.2016-12-27.
［4］司法部办公厅.司法部环境保护部关于规范环境损害司法鉴定管理工作的通知：司发通〔2015〕
118号［A］.2016-01-08.［5］中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所.LY/T 1721—2008森林生态系统服务功能评估规范［S］.北京：中国
标准出版社，2008.
［6］中国林业科学研究院湿地研究所.LY/T2899—2017湿地生态系统服务评估规范［S］.北京：中国标准出版社，2018.
［7］中国林业科学研究院荒漠化研究所.LY/T2006—2012荒漠生态系统服务评估规范［S］.北京：中国标准出版社，2012.［8］中国林业科学研究院荒漠化研究所.LY/T2792—2017戈壁生态系统服务评估规范［S］.北京：中国标准出版社，2018.
（责任编辑：高志凤）
表2所提的森林生态系统服务功能评估指标体系
项目指标类别评估指标评估方法
价值量化常规指标
涵养水源
单乙醇胺
调节水量影子价格法
净化水质影子价格法保育土壤
固土机会成本法
保肥影子价格法固碳释氧
固碳碳税法
释氧影子价格法积累营养物质林木营养积累影子价格法净化大气环境
吸收污染物费用分析法
滞尘费用分析法
价值量化特征指标
森林防护森林防护替代成本法生物多样性保护物种保育机会成本法森林游憩森林游憩费用分析法
从而减少小功率状态时CO和UHC的含量；当发动机在大功率状态工作时，主燃区采用较为贫油的混合气，以降低燃气温度，从而减少大功率状态下NO x和碳微粒的含量。
2.3.3采用氢燃料
为了较为彻底地减小排气污染，采用低污染的清洁燃料是一种有效的途径，比如采用氢燃料。氢与氧化合后只产生水，对环境无污染，但由于氢燃料储存困难，燃烧时伴随NO x生成，目前尚处于研制阶段。
结合犯因为必须在确保航空发动机稳定燃烧的基础上减少发动机的排气污染，两者间不免发生冲突，所以，减少航空发动机排气污染有较高的难度。目前，世界各国正在着手研制低污染燃烧室，以满足环境保护的要求。3结语
考虑到近年来世界环保要求的日益严苛，以及航空运输业的飞速发展，针对航空发动机降噪、减排等环保要求而开展的相关研究可谓势在必行。随着相关技术的不断优化及政策法规的不断完善，航空运输在未来数年间将会得到进一步发展。
参考文献：
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上海市第五十四中学
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［12］许劲飞.航空机载电子设备可靠性强化试验方法研究［J］.中国科技信息，2012(11)：165-166.
（责任编辑：白洁）
注：1.价值量化常规指标是指在各种森林生态系统服务功能价值量化过程中均需计算的内容。
2.价值量化特征指标是指具备防护降低风沙、干旱、洪水、台风
等自然灾害的森林和降低噪声、光、热等污染的特种防护林及
能提供物种保育和休闲娱乐功能森林的特征服务。
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