绿色、高效、可靠和安全的航空运输被认为对全球经济稳定增长和安全至关重要。如何确保航空运输的技术进步不会对环境造成不利影响,已成为技术创新部门和政策制定部门公认的挑战。
《绿色航空:飞机技术和替代性燃料降低对环境的影响》从噪声、发动机效率、能源的可利用性、污染物排放、可靠性和安全性等方面,较为全面地介绍了美国在绿色航空相关领域的新研究进展,介绍并讨论了多项前沿技术,对绿色航空未来的发展进行了分析和展望。
《绿色航空:飞机技术和替代性燃料降低对环境的影响》适合从事和关注绿色航空的科研和管理人员,以及对绿色航空技术感兴趣的人员参考。
2007年,国际气候变化专门委员会(IPCC)发布的第四次评估报告引发了公众对未来航空研究挑战和政策的关注与讨论,并促使国际航空运输协会(IATA)确立了“2050年实现航空排放减半”的长期目标。2010年,国际民航组织(ICAO)重申ICAO及其成员国的责任是在民用航空的安全有序发展与环境质量间取得最大的兼容性,并因此确定了ICAO的总体目标是将全球民航活动(主要是航空器噪声和排放)对环境的不利影响降低到最小,并宣布了气候变化目标是2020碳中性增长和年均燃油效率改进2%。我国积极参与全球环境与气候治理,作出力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的庄严承诺,体现了负责任大国的担当。
2021年,中共中央、国务院印发了《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》,国务院印发了《2030年前碳达峰行动方案》,对碳达峰与碳中和有关工作进行了总体部署。当前,中国民航已成为全球第二大航空运输系统,且相比欧美等国面临更紧迫的碳中和时间表。应对气候变化,大力发展绿色航空,实现碳达峰、碳中和,已成为顺应全球发展趋势和落实国家战略和政策的必然选择。
绿色航空,主要是指在民用航空领域的各个环节,包括空中运输平台在研制、运营、维修、回收等全寿命过程中,降低航空运输一切活动对环境和人类所产生的不利影响,其主要内容就是环境友好、节能减排和降碳降噪。发展绿色航空产业需要采取能源技术和减排技术创新,产业结构和制度创新,以及发展观念的根本性转变等多种措施。自2000年起,国际组织和航空发达国家就开始纷纷出台绿色航空战略规划以抢占未来航空科技的制高点,持续推进创新研发,并争取民机市场竞争的主动权。
中国航空研究院作为航空领域国家战略科技力量和在政府间科技框架下从事航空科技国际合作的国家科研机构,秉承探索、创新、开放、共享的发展理念,通过双边、多边、政府间科技合作和学术交流,搭建航空科技开放交流合作平台,促进航空科技进步和创新,服务国家发展战略。在绿色航空这一全球民用航空的关切领域,中国航空研究院于2020年组织编写并出版了《绿色航空技术创新与发展——中欧携手应对未来挑战》和《绿色航空技术研究与进展》,分别介绍了中欧航空科技合作技术研究项目的主要研究成果和国内在绿色航空领域取得的研究进展。在编写过程中,发现由美国国家航空航天局牵头编写的《绿色航空——飞机技术和替代性燃料降低对环境的影响》一书,该书较全面地介绍了美国在飞机技术和替代燃料两方面的研究进展情况,对绿色航空领域的科研和管理人员具有很好的参考价值。
本书共计14章,第1章商用飞机噪声排放;第2章飞机排放:气体和颗粒物;第3章通过发动机设计提高航空推进的燃油效率;第4章噪声缓解策略;第5章绿色航空的先进材料;第6章清洁燃烧和排放控制;第7章空域系统技术;第8章替代燃料与绿色航空;第9章替代燃料的驱动因素,技术选择和需求满足概述;第10章生物质燃料原料和供应链:生态模型如何帮助设计和扩大规模;第11章用于航空燃料的微藻原料;第12章可替代燃油审定;第13章可替代航空燃油的环境性能;第14章绿色航空的未来展望。
第1章 商用飞机噪声排放
1.1 引言
1.2 飞机噪声源
1.2.1 发动机噪声源
1.2.2 机体噪声源
1.3 飞机部件噪声级(示例)
1.4 总结
第2章 飞机排放:气体和颗粒物
2.1 引言
2.2 气体排放
2.2.1 二氧化碳
2.2.2 氮氧化物
2.2.3 一氧化碳
2.2.4 未燃碳氢化合物
2.2.5 水蒸气
2.2.6 硫氧化物
2.2.7 甲烷和一氧化二氮
2.3 颗粒物排放
2.4 替代燃料
2.5 总结
第3章 通过发动机设计提高航空推进的燃油效率
3.1 引言
3.2 NASAGRC航空推进燃油效率早期成果(1943-1958年)
3.3 涡扇发动机的研制和发动机推进效率的提高
3.4 20世纪70年代的能源危机及NASA航空对策
3.5 NASA在部件测试和计算流体力学发展中的作用
3.6 目前NASA在降低油耗方面的研究
3.6.1 开式转子发动机
3.6.2 超高涵道比发动机总体研究
3.6.3 边界层吸入发动机
3.6.4 发动机核心机研究
3.7 总结
第4章 噪声缓解策略
4.1 引言
4.2 降噪方法
4.2.1 发动机部件
4.2.2 机体噪声
4.3 未来的降噪技术
4.3.1 发动机降噪
4.3.2 机体降噪
4.3.3 飞机降噪目标
4.4 总结
第5章 绿色航空的先进材料
5.1 引言
5.2 轻质材料
5.2.1 聚合物基复合材料
5.2.2 应用于结构方面的碳纳米管
5.2.3 多功能材料
5.2.4 夹层结构的蜂窝状材料
5.3 智能材料
5.3.1 形状记忆合金
5.3.2 压电材料
5.4 高温材料
5.4.1 镍基高温合金
5.4.2 陶瓷基复合材料
5.4.3 涡轮工作温度升高对环境退化的挑战
……
第6章 清洁燃烧和排放控制
第7章 空域系统技术
第8章 替代燃料与绿色航空
第9章 替代燃料的驱动因素,技术选择和需求满足概述
第10章 生物质燃料原料和供应链:生态模型如何帮助设计和扩大规模
第11章 用于航空燃料的微藻原料
第12章 可替代燃油审定
第13章 可替代航空燃油的环境性能
第14章 绿色航空的未来展望