Metode de reducere a consumului de combustibil și a poluării. Analiza detaliată a uneia dintre direcții [306591]

Departamentul de Ingineria Sistemelor Aeronautice si Management Aeronautic „Nicolae Tipei”

Metode de reducere a consumului de combustibil și a poluării. Analiza detaliată a uneia dintre direcții

Proiect de Diplomă

Autor: Enea Daniel

Îndrumător(i): Ș.l. dr. ing. Ștefan Popescu

Sesiunea: Iulie 2017

[anonimizat], student: [anonimizat], [anonimizat]. Toate sursele externe de informații utilizate au fost citate și incluse în bibliografie. [anonimizat] o referință către sursă.

Data: 16.06.2017 Semnătura: __________________________

Cuprins

Introducere

Dezvoltarea aviației și studiul actual al problemei

Motivație/Utilitate

Efectul emisiile de gaze aeronautice assupra mediului înconjurător și a sănătății umane

Modalități pentru eficientizarea consumului de combustibil

3.1.Legătura dintre prețurile combustibilului de aviație și eficiența consumului de combustibil

3.2. Măsurile existente de eficientizare a consumului de combustibil

3.2.1. Planificarea zborului

3.2.2. Operațiuni la sol

3.2.3. Operațiuni de zbor

3.2.4. Mentenanța

3.2.5. Activități desfășurate în timpul zborului

3.3. Măsuri alternative de eficiență a consumului de combustibil

3.3.1. Biocombistibilul de aviație

3.3.2. [anonimizat] / [anonimizat] / Unitate de Putere Auxiliară

CH4 – Methane / [anonimizat] / [anonimizat] / Monoxid de carbon

CO2 – Carbon dioxide / [anonimizat] / [anonimizat] / Gentă de zbor electronică

EU / UE – European Union / [anonimizat] / [anonimizat] / [anonimizat] / [anonimizat] / Viteza de zbor indicată

ICAO/OACI – International Civil Aviation Organization / [anonimizat] / [anonimizat] – Nautical Miles / Mile Nautice

Rezumat

Emisiile de gaze afectează în mod direct ecosistemul Pământului și sănătatea umană. Preocupările legate de mediu au determinat semnarea tratatelor internaționale cu scopul de a [anonimizat]. Emisiile de gaze provenite din industria aviatică sunt rezultatul direct al consumului de combustibil. Pentru a [anonimizat] a [anonimizat] a emisiilor de gaze. Rulajul electric este o nouă tehnologie care poate îmbunătăți eficiența consumului de combustibil și reduce emisiile de gaze de la sol. [anonimizat] a primit încă certificare pentru uz comercial. Un model a fost elaborat în teză pentru a analiza efectul utilizării acestora asupra consumului de combustibil și a emisiile de gaze.

Abstract

Aircraft gas emissions directly affect the Earth’s ecosystem and human health. Environmental concerns have caused international treaties to be signed with the purpose of reducing gas emissions. Aircraft gas emissions are a direct result of fuel consumption. In order to comply with regulations, air carriers have developed and implemented fuel efficiency programmes which contain methods to reduce fuel consumption, thus gas emissions as well. Electric taxi is a new technology that can improve fuel efficiency and reduce gas emissions on the ground. There are currently two electric taxi systems in existence, but none of them has been granted certification for commercial use yet. A model was developed in the thesis to analyse the effect of electric taxi on fuel consumption and aircraft gas emissions.

Introducere

Domeniul aviatic a evoluat mult de-a lungul anilor. În momentul de față sunt peste două miliarde de oameni care calătoresc în condiții de siguranța si securitate maximă în jurul lumii în decursul unui an de zile. Cele aproximativ 23 000 de aeronave comerciale ajută industria de aviație comercială să ofere oamenilor timp și experiențe de neuitat care duc la lărgirea orizonturilor.[1]

Aviația, cu precadere cea comericală, a mărturisit progrese uimitoare, atât pe partea tehnică cât și pe cea economică, însa nici unul dintre acestea nu întrece îmbunătățirea eficienței consumului de combustibil. Acum, oamenii pot călători distanțe care cu ani în urma erau considerate imposibile, la viteze odată crezute de neatins, și toate acestea utilizând cantități relativ mici de energie, în comparatie cu celelalte metode de transport. Din fericire, dorința oamenilor și a industriei pentru o optimizare chiar continuă a consumului de combustibil grabește cu pași repezi dezvoltarea si perfecționarea industriei aviatice.

Eficiența consumului de combustibil este în strânsă corelație cu distanța care poate fi parcursă de o aeronva, de greutatea încărcăturii pe care aceasta o poate transporta și, la fel de important sau poate chiar mai important decât celelalte doua, o mai bună performanță de mediu, adica un impact cât mai mic asupra mediului înconjurator. Astfel, aviația întalnește multe provocari în încercarea de a spori progresul eficientizării economice în acest sector, în timp ce trebuie sa îsi pastreze statutul de cel mai sigur și de nădejde mijloc de transport.

Caracterul foarte competitiv al industriei aviatice, în special al aviației comerciale, împreună cu preocupările legate de creșterea prețului de combustibil, înseamnă că, mai mult decât oricând, companiile aeriene se concentrează pe modalități prin care își pot menține consumul de combustibil la un nivel cât mai acceptabil. Este drept că aceștia caută să obțină reduceri ale costurilor operaționale pentru fiecare arie din cadrul companiei. În plus, arderea combustibilului provoacă diferite efecte nedorite asupra mediului înconjurator, cum ar fi încălzirea globală.

În consecință, conservarea combustibilului a devenit o preocupare majoră pentru toate companiile aeriene și producătorii de aeronave. Din această cauză ar trebui luate în considerare utilizarea oricăror căi și mijloace de reducere a consumului de combustibil, respectând standardele și normele de siguranță, care ar trebui să rămână prioritatea numărul unu în orice moment pentru orice companie aeriană de pe piață.

Nu numai companiile aeriane încearcă sa gasească noi modalități de a eficientiza consumul de combustibil, ci si producătorii de aeronave și piese destinate avioanelor. Astfel, tendința acestora este de a reduce impactului asupra mediului generat de aeronave în toate etapele ciclului de viață. Scopul este de a minimiza consumul de combustibil al aeronavelor, reducând costurile și impactul asupra mediului.

Din punct de vedere ecologic, eficiența transportului ( „eficiența mobilității“) poate fi descrisă în funcție de cantitatea de combustibil necesară pentru a transporta o persoană pe o distanță de un kilometru, adica energia necesară pe pasager-km. Compararea transportului cargo cu alte mijloace de transport marfă este mult mai complexă din cauza anumitor restricții, cum ar fi restricțiile de greutate.

În Europa, sectorul aviatic aduce beneficii semnificative, având un impact social și economic pozitiv. Acesta contribuie în mod direct prin locurile de muncă create și în mod indirect prin încurajarea comerțului global și turismului. Cu toate acestea, există și aspecte negative care trebuiesc tratate și ameliorate, cum ar fi schimbările climatice, zgomotul și impactul asupra calității aerului. O consecință directă ar fi degradarea în timp a sanătații și calității vieții cetățenilor europeni.

Este adevărat ca aeronavele de azi sunt mult mai silențioase și produc în mod semnificativ mai puține emisii decât echivalentele lor de acum treizeci de ani. Cu toate astea, cererea transportului aerian pe piață a crescut mult, iar rata de îmbunătățire nu a reușit să țină pasul atât de mult pe cât și-ar fi dorit. Aceasta tendință de creștere se estimează să continue, înmulțind astfel provocările economice și ecologice pentru acest sector. Prin urmare, creșterea viitoare a sectorului aviatic este indisolubil legată de sustenabilitatea mediului înconjurător și de calitatea vieții de zi cu zi a cetățenilor.

Dezvoltarea aviației și studiul actual al problemei

La data de 17 decembrie 1903, doi frați, Orville și Wilbur Wright, reușesc să săvârșească primul zbor controlat, alimentat de motor, care durează 37 de metri. Astăzi, după mai bine de un secol, oamenii zboară în mod regulat distanțe mai mari de 15 milioane de metri. Nu este deloc greu de observat magnitudinea acestui eveniment care a reusit să schimbe lumea în care trăim astăzi.

Pentru cea mai mare parte a secolului XX, pionierii aviației au fost obsedați de viteză – mai întai prin depășirea vitezei sunetului în 1947, iar apoi prin dorința de a împinge limitele vitezei către valori din ce în ce mai mari . Astfel, viteza și puterea motorului au fost elemente cheie pentru câștigarea războiului în aer, dar și pentru explorarea spațiului. În aviația civilă, aeronavele rapide pot zbura la o altitudine mare, reușind astfel să evite condițiile meteo nefavorabile și să unească continentele lumii în timp record.

Abia în anul 1960 oamenii au realizat că nu viteza este cel mai important factor care trebuie luat în considerare, de altfel având nenumărate dezavantaje, cum ar fi consumul ridicat de combustibil. Avioanele rapide au introdus calătoriile intercontinentale unei noi generații de pasageri, dar acestea au fost, de asemenea, extrem de zgomotoase, în special pentru acele comunități care trăiesc în zona aeroporturilor. Astfel, industria aeronautică a trebuit să își reconsidere prioritățile și sa se reconecteze cu societate pe care o deservește.

Prin urmare, în ultimii 40 de ani o nouă obsesie a apărut, și anume eficiență. Liderii de aviație din anii 1980 și 1990 au fost cei care au reușit sa forțeze limita eficieței de proiectare. Aviația civilă începe sa se confrunte cu provocarea de a oferi mai multă putere la un zgomot mai mic. Inginerii dezvoltă în anii 70 motorul “ high-bypass ratio” care distribuie o creștere cantitativă a puterii și o scădere dramatică a zgomotului generat. Grație evoluției continue a high-bypass turbofan, avioanele sunt cu până la 50% mai silențioase în medie decât în ​​urmă cu doar 10 ani.

Avionul reprezintă o modalitate eficientă pentru deplasarea distanțelor lungi. Acesta, odată ajuns în aer, devine un vehicul extreme de eficient. Caracteristica unică care îl poziționează mai sus de toate celelalte modalități de transport este că viteza avionului este direct proporțională cu eficiența acestuia. Astfel, cu cât avionul zboară mai repede cu atât devine mai eficient. Este adevărat că până la o viteză de 150 de kilometri pe oră, trenurile și mașinile sunt mai eficiente din punct de vedere al energiei consumate, dar când această viteză este depășită, avionul reprezintă o metodă de a calatori mult mai eficace în comparație cu celelalte. Motivul pentru care avioanele sunt superioare celorlalte modalități de deplasare doar de la o anumită viteză în sus este că o mare parte din energia necesară atingerii unor viteze mari este consumată din cauza fricțiunii și a rezistenței la înaintare. Aeronavale moderne zboară la o altitudine ridicată unde aerul este mult mai rarefiat, reducând astfel rezisteța la înaintare. Acest mijloc de transport este, de asemenea, mult mai raționalizat în comparație cu trenurile, mașinile sau autobuzele.

Grafic 1.1:Gradul de umplere al diferitelor modalități de transport [2].

În graficul de mai sus putem observa că de-a lungul timpului gradul de umplere al aeronavelor a crescut. În anii 70 era de aproximativ 55%, ajungând chiar la 80% în zilele noastre. Astfel, o creștere de aproape 30% ne arată că industria este întru-un proces continuu de eficientizare a zborurilor și că oamenii sunt din ce in ce mai receptivi la acest mijloc de transport.

În comparație cu factorul de umplere al avioanelor îl avem pe cel al mașinilor, trenurilor, autocarelor sau a autobuzelor urbane. Se poate observa că avioanele au un raport mai bun de consum pe pasager decât celelalte mijloace, ceea ce il face mai eficient.

Imaginea 1.1: Dezvoltarea mijloacelor de transport pe calea aerului de-a lungul timpului [3].

Unul dintre motivele pentru care această industrie a început sa fie mai accesibilă pentru consumatori și în același timp să evolueze într-un ritm constant este că din momentul în care aeronavele sunt proiectate, inginerii și o întreaga echipă de specialiști muncesc foarte mult pentru a le crește eficiența.

În Europa, numărul zborurilor din anul 2014 a fost cu aproximativ 80% mai mare decât în ​​anul 1990. Totuși, nu acesta asta maximul atins. Anul 2008 a fost un an statistic mai bun din punct de vedere al zborurilor, pasagerilor transportați și a volumului de mărfuri. Industria aviatică a avut și ea de suferit ca toate celelalte domenii din cauza crizei economice. Astfel, 2009 a însemnat cea mai mare scădere anuală a zborurilor din ultimele decenii (-7% față de 2008) [4]

Chiar dacă această scădere poate părea un lucru alarmant, numărul pasagerilor transportați și-a revenit repede datorită faptului ca numărul mediu de pasageri pe zbor a crescut de la 87 în 2005, la 113 în 2014. Creștera numărului de pasageri este în mare parte o consecință directă a tendinței de zboruri mai lungi și aeronave mai mari, dar aceasta este in stransă legatură cu diversificarea metodelor manageriale, cum ar fi folosirea scaunelor care ocupă mai putin loc, rezultând în creșterea numărului de locuri disponibile (aceeasi aeronava poate transporta mai mulți pasageri). Altă veste bună pentru companiile aereine este că gradul de umplere a crescut de la 70,2% până la 76,7%, iar distanța medie a crescut de la 1.480 km la 1.650 km între 2005 și 2014. O urmare bună la capitolul de protejare și conservare a mediului înconjurător este o scădere de 19% a combustibilului pe pasager- kilometru.

Această tendință se observă și la zborurile cargo. Chiar dacă numărul total de zboruri cargo a scăzut cu 4%, totalul mărfurilor transportate a crescut cu aproximativ 30%. Aceste numere arată și sustin eficientizarea zborurilor de orice fel.

Statisticile arată că daca traficul aerian va urma aceeasi creștere ca în ultimul deceniu, atunci, pâna in anul 2035 numărul total de zboruri în Europa ar putea atinge 12.8 milioane, compartiv cu 8.85 milioane in 2014.

În ultimul timp ICAO a devenit mult mai implicat în reducerea emisiilor, a zgomotului și a degradării calității aerului, probleme cauzate de sectorul aviatic. Organizația ICAO publica în fiecare an rapoarte de ambianța, sub denumirea de „ICAO Environmental Report”. În aceste materiale se regăsesc concluzii și recomandări care vin în ajutorul companiilor aeriane și ai celorlalți participanți la traficul aerian, pentru a-i ajuta și îndemna sa opereze cât mai eficient, tocmai pentru a reduce poluara și a dezvolta o industrie sustenabilă [5].

Tot ICAO își propune să reducă emisiile de dioxid de carbon provenite din sectorul aviatic cu 50% față de cât acestea erau în anul 2005 [6], organizând campanii, seminarii și workshop-uri în vederea eficientizării consumului de combustibil, fiind de părere ca mai putin combustibil rezultă o reducere a emisiilor și a poluării.

IATA, de asemenea, publică materiale care pot fi cumpărate online, având ca scop reducerea consumului de combustibil pentru a ajuta companiile aeriene să facă față schimbărilor de preț și competitivității pieței [7].

Atât Boeing cât si Airbus, marii producători de avioane, construiesc și promovează avioanele lor ca fiind cât mai eficiente din punct de vedere al consumului de combustibil. Aceștia chiar ajută companiile aeriene cu programe si recomandări pentru a putea reduce costurile și pentru a-și găsi noi clienți. De cele mai multe ori, transportatorii aerieni sunt interesați de avioanele cele mai eficiente, deoarece costurile cu combustibilul sunt foarte importante pentru aceștia.

Și companiile aeriene individual caută noi metode de a eficientiza consumul de combustibil, publicând studii și afișându-se ca fiind conștienți si preocupați de efectele negative ale aviației asupra mediului înconjurător, sperând să reducă costurile și să atragă mai mulți clienți.

Ca și cărți putem aminti următoarele: “Towards Sustinable Aviation”,” Elements of Aircraft Pollution”, “Green Aviation”, “Ethical issues in Aviation”.

Cum voi arăta în următorul capitol, acest interes față de mediul înconjurător este în stransă legătura cu prețul combustibilului de aviație. În general, interesul companiilor aeriene și ai celorlalți membrii ai industriei aviatice este de a reduce cheltuielile cu combustibilul, deoarce prețul acestuia este instabil.

Motivatie/ Utilitate

Cum aviația comercială este din ce în ce mai accesibilă și mai utilizată, companiile aeriene au devenit extreme de competitive, fiind aproape imposibil pentru operatorii aerieni noi intrați pe piată să reziste, iar pentru cei deja existenți să își păstreze clienții. Aceasta competitivitate a dus la scăderea constantă a prețurilor biletelor de avion, obligând companiile aeriene să se gândească la noi metode de a reduce costurile.

Pe de altă parte, cea mai mare parte a motoarelor de aviație consumă una dintre cele două tipuri de combustibil principal, Avgas (100, 100 LL) sau Jet-A. Ambele tipuri de combustibil provin din petrol, acesta reprezentând principalul dezavantaj. Rezervele de petrol sunt limitate, ceea ce face ca prețul acestuia să fie mereu în creștere sau instabil, iar a fi dependent de o singură sursă de energie dintr-un punct de vedere strategic este o greșală.

Începând cu anul 2000, transportul aerian se confruntă cu problema creșterii uriașe a prețurilor combustibililor de aviație, în timp ce în 1990 aceste prețuri au fost foarte stabile, așa cum se poate observa în graficul 1.2 . De aceea, pe langă efortul de a găsi o sursă alternativă de combustibil pentru a rupe dependența de petrol, industria se concentrează foarte mult pe reducerea si eficientizarea consumului de combustibil. Acest lucru reduce impactul asupra mediului înconjurator, dar si costurile companiilor aeriene, ajutându-le sa facă față competitivității actuale.

Grafic 1.2 Prețul combustibilului de aviație [8].

Tehnologia motoarelor cu reacție se bazează în momentul de fata pe arderea combustibililor fosili, lucru care emite produse de ardere în primul rand la altitudini de croazieră. Aceste emisii afectează compoziția atmosferică în mod diferit față de emisiile provenite de la arderea de combustibili fosili la altitudini mici. Schimbări actuale și viitoare în compoziția atmosferică și a nebuloasei din cauza aviației au potențialul de a afecta climatul viitor. Poluanții emiși de aeronave sunt:

, care include oxid de azot (NO) și dioxid de azot (NO2)

Monoxidul de carbon (CO)

Hidrocarburi nearse – care au fost eliminate aproape în totalitate din fluxul de evacuare datorită noilor tehnologii ale motorului

Oxizi de sulf

Pulberi in suspensie – care lasă gazul evacuat sub formă de funingine neagra

Compuși organici volatili (COV) – cum ar fi benzen și acroleină

O3 care este format din oxizi de azot și compuși organici volatili emiși

Zgomot

Există, de asemenea, o legătură directă între reducerea consumului de carburant și poluarea mediului înconjurător. Fiecare tonă de combustibil salvată înseamnă aproximativ 3.15 tone mai puține emisii de [9]. Mai mult decât atât, putem spune că singura modalitate de a reduce poluarea în acest sector si a spori calitatea vieții este reducerea consumului de combustibil. Astfel, măsurile de reducere a combustibilului ajung sa ne afecteze în mod indirect pe toti. Companiile aeriene reduc costurile, iar cetatenii de rând se bucură de bilete mai ieftine și într-o oarecare proporție de aer mai curat.

Multe din aceste probleme ar fi rezolvate sau cel putin reduse daca s-ar pune mai mult accent pe reducerea si eficientizarea consumului de combustibil. Minimizarea combustibilul consumat la fiecare zbor va reduce la minim și emisiile aeronavelor. Din motive economice industria aeronautică comercială a dezvoltat deja și implementat multe tehnici pentru a minimiza consumul de combustibil. Scopul acestui lucrari este sa analizeze metodele curente și să facă recomandari pentru o mai buna folosire a acestora.

O introducere a metodelor operațioanale și tehnice pentru reducerea la minimum a consumului de combustibil în industria aeronautica poate fi rezumată după cum urmează:

Folosirea celei mai eficiente aeronave din punct de vedere al consumului pentru diferite sectoare de zbor;

Alegerea celei mai eficiente rute de taxi ;

Alegerea celei mai eficiente rute din punct de vedere al consumului de combustibil;

Alegerea și stabilirea vitezei optime pentru un consum de combustibil cât mai eficient;

Operarea la altitudinile cel mai economice;

Maximizarea factorului de încărcare al aeronavei;

Reducerea la minim a greutății aeronavei;

Folosirea unei rezerve minime de combustibil pentru a finaliza în condiții de siguranță azborul;

Reducerea la minim a zborurilor făra pasageri plătitori de bilete și încercarea de a mări gradul de umplere al aeronavei;

Menținerea motoarelor și a fuzelajului curate pentru o operare căt mai eficientă.

Industria aeronautică îsi poate masura progresele tehnologice cu ajutorul creșterii eficienței aeronavelor disponibile și a motoarelor acestora. Chiar dacă combustibilul nu reprezintă cel mai mare cost al unei companii, prețul acestuia este volatil, ceea ce înseamnă că în orice moment o companie aeriană poate înregistra pierderi din cauza prețului ridicat al combustibilului. Astfel, managerii de aviație trebuie să se gandească și să implementeze constant noi măsuri pentru a reduce costurile cu combustibilul. Prin urmare, atunci când o companie aeriană decide să cumpere echipament nou, consumul de combustibil este unul dintre primele lucruri pe care le analizează. .

2. Efectul emisiile de gaze aeronautice assupra mediului înconjurător și a sănătății umane

Acest capitol va aborda problema impactului din ce în ce mai mare al industriei aviatice asupra mediului înconjurator. Motorul aeronavei este factorul principal al externalităților negative generate de aviație. În timpul arderii combustibilului folosit de aeronave, motorul emite gaze cu efect de seră (GHG) și creează poluare fonică care afectează comunitățile aflate în imediata apropiere a aeroporturilor. Emisiile de gaze cu efect de seră contribuie la schimbările climatice și sunt considerate pe scară largă cele mai grave dintre diversele efecte asupra mediului cauzate de industria aviatică. Astfel, emisiile de gaze cu efect de seră și implicațiile acestora vor fi punctul central al acestei secțiuni.

Reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră este importantă deoarece încălzirea globală va provoca schimbări climatice extreme dacă nu se iau măsuri pentru a preveni acest lucru. Unul dintre efectele încălzirii globale care nu poate fi ignorant este creșterea nivelului apelor. Acesta a crescut deja cu o medie de 7 cm la nivel global din anul 1992 în conformitate cu National Aeronautics and Space Administration (NASA), dar rata de creștere a nivelului mării este preconizată să crească, deoarece planeta se încălzește constant la un nivel mult mai mare si mai alarmant decât în trecut, iar ghețarii acesteia se topesc continuu [10]. Această creștere a nivelului apelor ar putea afecta până la 40% din populația umană la nivel mondial [11].

Încălzirea globală este cauzată din pricina faptului că energia solară este blocată în interiorul atmosferei Pamantului de așa-numitele gaze cu efect de seră, în loc să fie emise înapoi în spațiu, încălzind astfel planeta. Cele mai importante gaze cu efect de seră sunt vaporii de apă (), Dioxidul de carbon (), metanul () și oxidul de azot ().

Dioxidul de carbon reprezintă aproximativ 70% din totalul emisiilor generate de aviație. Acesta se acumulează în atmosferă atunci când este eliberat din motoarele aeronavelor. Aviația globală este responsabilă pentru aproximativ 2% din totalul emisiile de dioxid de carbon generate de activitățile umane, și aproximativ 80% din acestea sunt emise de zboruri de peste 1.500 de kilometri, în care modalitățile alternative de transport sunt considerate nepractice .

Dioxidul de carbon este un gaz cu efect de seră care contribuie la încălzirea globală. Expunerea umană la niveluri scăzute de dioxid de carbon (mai puțin de 10%) poate cauza tensiune arterială ridicată, congestie pulmonară, deteriorarea vederii, deficitarea respirației, contracții musculare, leziuni ale sistemului nervos central, amețeli, dureri de cap, transpirație, oboseală, pierderea memoriei, greață, depresie, confuzie, arsuri ale pielii și ochilor. Expunerea la niveluri ridicate de dioxid de carbon (mai mult de 10%) poate cauza moarte, pierderi de conștiență, convulsii și deteriorarea fetusului în curs de dezvoltare [12].

Hidrocarburile includ o gamă largă de compuși chimici, inclusiv metanul care este un gaz cu efect de seră. Hidrocarburile pot reacționa cu oxizii de azot în prezența luminii solare pentru a forma ozon () care are, de asemenea, un efect advers asupra sănătății umane și este ingredientul principal în smogul aflat la nivelul solului. Efectele hidrocarburilor asupra sănătății umane depind de tipul compusului, nivelul și durata expunerii. Expunerea pe termen scurt poate provoca iritarea ochilor și a tractului respirator, amețeli, dureri de cap, tulburări vizuale, oboseală, pierderea coordonării, reacții alergice cutanate, greață și tulburări de memorie. Expunerea pe termen lung este mai gravă și poate afecta ficatul, rinichii și sistemul nervos central [13].

Vaporii de apă pot duce la formarea unor urme de condens pe cer. Efectul vaporilor de apă este supus disputelor științifice și nu se poate stabili încă un consens dacă aceștia au un efect de răcire sau încălzire asupra climei. Cert este că efectul său nu trebuie să fie trecut cu vederea. Vaporii de apă reprezintă aproximativ 30% din totalul emisiilor din aviație.

Oxizii azotului reprezintă mai puțin de 1% din totalul emisiilor din aviație. Acesta este emis la temperaturi și presiuni extreme. Se estimează că gazele NOx sunt de peste 300 de ori mai bune la captarea si stocarea căldurii decât , ceea ce face ca aceasta să fie foarte dăunătoare în ceea ce privește încălzirea globală.

Oxizii azotului reacționează cu precipitațiile și alte substanțe din atmosferă și formează ploi acide. Expunerea la nivele scăzute de oxizi de azot poate provoca iritații ale ochilor, nasului, gâtului și plămânilor, tuse, oboseală, dificultăți respiratorii și greață. Expunerea la niveluri ridicate poate duce la probleme respiratorii grave, deteriorarea plămânilor și reducerea funcției pulmonare[14].

Monoxidul de carbon nu este un gaz cu efect de seră, dar prezența acestuia afectează concentrația altor gaze cu efect de seră. Prin reacția cu radicalul hidroxil (OH) se formează dioxid de carbon. Acest proces crește și cantitatea de metan deoarece metanul este eliminat din atmosferă prin reacții cu OH. Monoxidul de carbon are, prin urmare, un efect indirect important asupra mediului. La om, expunerea la niveluri foarte ridicate poate provoca convulsii, comă și moarte. Expunerea la niveluri ridicate afectează vederea și coordonarea, provoacă amețeli, dureri de cap, confuzie și greață. Femeile gravide sunt de asemenea susceptibile la avort spontan sau la un risc crescut de a afecta fătul. Expunerea la niveluri joase poate provoca boli de inima și daune ale sistemului nervos[15].

Dioxidul de sulf reacționează cu precipitațiile și alte substanțe atmosferice pentru a forma ploaia acidă. La om, expunerea pe termen scurt poate provoca dureri de stomac, tulburări menstruale, pierderea mirosului, cefalee, greață, febră, iritație la nivelul nasului, gâtului și plămânilor, tuse și dificultăți respiratorii. Expunerea pe termen lung poate provoca bronșită cronică și alte boli respiratorii [16].

Particulele de funingine de carbon care conțin carbon grafit și compuși organici se formează din cuza combustibilului folosit de motoarele avioanelor. Ratele de emisie variază în mod complex prin factori precum combustibilul sau condițiile de funcționare și design, dar în general cresc cu setarea motorului de accelerație. Dezvoltarea reglementărilor privind emisiile de motor a redus emisiile de funingine. Astfel, emisiile motoarelor moderne sunt de 40 de ori mai mici decât cele ale motoarele din anii 1960. Această funingine absoarbe radiațiile solare, producând un element de încălzire. Ca particulele de sulfat, durata de viață atmosferică a particulelor de funingine este foarte scurtă, de ordinul unei săptămâni. În medie, impactul direct al particulelor de funingine este mic. O evaluare recentă a modelului climatic global a ajuns la concluzia că impactul direct al emisiilor de funingine aviatice ar putea fi mai mare decât se anticipase, în special în cercul arctic.

Atmosfera conține anumite elemente care, printr-un proces natural, permite luminii solare să o traverseze în timp ce absoarbe căldura radiată de Pământ. Acest proces este numit efect de seră și susține viața așa cum o știm, fiind modul natural prin care Pământul își păstrează temperatura. Cu toate acestea, activitățile umane, cum ar fi arderea combustibililor fosili și distrugerea pădurilor, sporesc nivelurile de dioxid de carbon, vapori de apă și alte gaze care blochează căldura în atmosferă. Prezența acestor gaze cu efect de seră sporește efectul natural de seră, făcând Pământul mai cald, producându-se astfel schimbarile cliamtice.

Soluția acestei probleme constă în reducerea emisiilor globale de gaze cu efect de seră, în special dioxidul de carbon. Acest lucru înseamnă o mai bună utilizare a resurselor naturale. Combustibili fosili – petrol, gaze și cărbuni pentru electricitate, încălzire, răcire și transport – reprezintă sursa majoră a emisiilor de gaze cu efect de seră. Trebuie să folosim aceste resurse mai puțin, și să le ardem mai eficient. Emisiile de provenite din sectoarele de transport reprezintă în prezent aproximativ 22% din totalul emisiilor globale de provenite din utiliziarea combustibilului fosil. În momentul de față, numai aviația este responsabilă pentru aproximativ 2% din emisiile de generate de sectorul de transport [17].

Cu toate acestea, deoarece aviația are un rol atât de important pentru omenire, cea mai radicală soluție de oprire a tuturor tipurilor de zboruri este în afara discuției, așa că trebuiesc găsite și eficientizate noi căi pentru a produce o micșorare semnificativă a emisiilor de gaze toxice și particule, fie printr-o reducere substanțială a consumului de combustibil, fie prin crearea de tehnologii alternative de propulsie. Ultimul este în present o realitate îndepărtată, astfel încât trebuie să ne concentrăm atenția asupra unor strategii ce vizează conservarea eficientă și realistă a combustibilului.

În prezent, aceste strategii pot fi împartite in patru mari domenii:

Tehnologie – Aeronave și motoare noi

– Biocombustibili mai curați și noi surse de energie

Infrastructură – îmbunătățirea rutelor aeriene, gestionrea traficului aerian și a procedurilor aeroportuare

Operațiuni cu avioane – eficiențp maximă și greutatea minimă

Instrumente economice – Impozite

– Stimulente pentru finanțarea tehnologiei, a cercetării și dezvoltării

Subcapitolele anterioare au descris problemele generate de emisiile de gaze și modalități pentru combaterea lor la nivel global. Definiții ale dezvoltării durabile sunt aplicabile și la un nivel mult mai local. Mulți transportatori aerieni definesc și pun în aplicare propriile lor politici de dezvoltare sustenabilă. Dezvoltarea durabilă nu reprezintă doar preocuparea cu privire la impactul traficului aerian asupra mediului înconjurător. Un obiectiv general pentru o companie aeriană ar fi să atingă durabilitate economică și să sporească satisfacția pasagerilor în timp ce se ocupă în mod responsabil și constant de mediul înconjurător.

Cea mai grea parte din toate acestea reprezintă reducerea impactului asupra mediului înconjurător cauzat de ardere combustibilului de aviație din cauză cp este singura sursă de energie de care depinde aviația în momentul de față. În acest scop, transportatorii aerieni au elaborat programe de eficientizare a consumului de combustibil. Premisa unor astfel de programe este că, prin punerea în aplicare a anumitor măsuri, impactul asupra mediului al arderii combustibilului de aviație ar putea fi redus.

Următorul capitol se referă în totalitate la eficiența consumului de combustibil și descrie modul în care acestea ar putea fi puse în aplicare pentru a reduce consumul de combustibil și, prin urmare, emisiile de gaze, adică impactul asupra mediului înconjurător.

Pentru a evita repetarea, ori de câte ori se utilizează sintagma de consum de combustibil, va implica și emisiile de gaze. De exemplu, un nivel ridicat al consumului de combustibil implică o creștere a emisiilor de gaze, în timp ce consumul redus de combustibil implică emisii reduse de emisii.

3. Modalități pentru eficientizarea consumului de combustibil

Acest capitol descrie măsurile dedicate eficientizării consumului de combustibil, unele dintre acestea fiind deja utilizate pe scară largă în industria aviatică. Scopul principal al acestor măsuri este de a reduce consumul de combustibil, lucru care este benefic atât în ​​ceea ce privește aspectul financiar al companiilor aeriene, cât și în general pentru mediul înconjurător. Înainte de a trece la descrierea măsurilor existente pentru reducereaa consumului de combustibil, voi analiza pe scurt modulu în care prețurile combustibilului de aviație poate afecta eficiența consumului de combustibil și utilizarea acestor măsuri.

3.1. Legătura dintre prețurile combustibilului de aviație și eficiența consumului de combustibil

Combustibilul este printre cele mai importante costuri de exploatare al transportatorilor aerieni și, prin urmare, oferă o posibilitate foarte mare de economisire și reducere a costurilor. Potrivit IATA, costurile cu combustibilul au constituit 28,1% din costurile operaționale în iunie 2015. Se observa o ușoară scădere față de anii anteriori în care consumul de combustibil reprezenta 33% din totalul costurilor operaționale. Această scădere se datorează unei scăderi semnificative a prețului combustibililor de aviație. Raportul IATA s-a bazat pe prețul petrolului de 78 de dolari americani (USD) pe baril, Care este cu 33,1% mai mic decât prețul din 2014 [18].

Raportul IATA indică, de asemenea, o tendință interesantă privind eficiența consumului de combustibil. Cum se poate vedea în graficul 3.1, utilizarea combustibilului tinde să scadă în timpul perioadelor în care prețul pentru combustibil este ridicat, în timp ce folosirea acestuia este mai ridicată în perioadele cu prețuri scăzute la combustibili.

Grafic 3.1 Eficiența consumului de combustibil și prețul acestuia [19]

Faptul că prețul combustibilului pare să fie motivul principal pentru această tendință de a micșora consumul este oarecum dezamăgitor. Chiar daca aspectul financiar nu poate fi ignorat, principalul motiv pentru îmbunătățirea eficienței consumului de combustibil ar trebui să fie legat de dezvoltarea sustenabilă a transportatorilor aerieni, deoarece odată cu creșterea prețului petrolului și cu noile legi privind protecția mediului, numai acele companii aeriene care se pot adapta la noua situație vor fi capabile să supraviețuiască. În prezent, compensațiile și sancțiunile ecologice ale Uniunii Europene sunt încă oarecum mici și acceptabile. Creșterea acestor sancțiuni ar putea stimula transportatorii aerieni să depună eforturi mai mari pentru a realiza și menține o dezvoltare durabilă, ducând la o mai bună utilizare a consumului de combustibil. Faptul că programul European Emissions Trading System se aplică doar în cazul zborurilor ce se află în cadrul spațiului economic european rămâne o problemă.

3.2. Măsurile existente de eficientizare a consumului de combustibil

În timp ce unii ar putea susține că reducerea consumului de combustibil se poate face cel mai bine prin reducerea numărului de destinații operate de o companie aeriană, acesta nu este scopul unui prfogram de eficientizare a consumului de combustibil. Scopul este de a utilize combustibilul într-un mod cât mai eficient, ceea ce înseamnă că un transportator aerian ar trebui să ofere acelați număr de destinații și servicii, dar cu un consum redus de combustibil. Industria aviatică a dezvoltat programe care măsoară eficiența consumului de combustibil încă de la inceputurile aviatiei comerciale in anii 1950. În conformitate cu Peeters și colb., consumul total de energie pe scaun-kilometru disponibil a scăzut cu 43% în perioada cuprinsă între anii 1960 și 2000 [20]. Un lucru interesant de observat este faptul că această îmbunătățirea este valabilă numai atunci când se compară eficiența combustibilului folosit de avioanele cu reacție. Una dintre concluziile trase este că ultima aeronavă cu motor cu piston folosită pentru zboruri comerciale în anii 1950 are aproape aceeași eficiență a consumuluide combustibil ca și aeronavele utilizate astăzi. Acest lucru înseamnă că, în general, eficiența consumului de combustibil a suferit un regres major în tranziția de la avioanele cu piston la cele cu reacție, și abia la sfârșitul secolului al XX-lea au atins același nivel de eficiență ca vechile avioane cu piston folosite la mijlocul anilor 1950. Graficul 2 arată eficiența utilizării combustibilului la avioanele cu reacție începând cu anii 1960. Punctele albastre reprezintă eficiența consumului de combustibil a anumitor aeronave, calculată de Grupul Interguvernamental Privin Schimbările Climatice (IPCC -Intergovernmental Panel on Climate Change ). Eficiența consumului avioanelor cu piston este reprezentată de punctele maro. Graficul arată clar că avioanele moderne, cum ar fi Airbus A380, reprezentate de puncte verzi, au îmbunătățit doar marginal eficiența consumului de combustibilului comparativ cu avioanele ce foloseau motoare cu piston de la mijlocul anilor 1950.

Grafic 3.2 Consumul de combustibil per scaun kilometru [21]

În această cercetare nu au fost luate în considerare aeronavele Airbus A350 și Boeing B787, deoarece în momentul realizării studiului aceste aeronave erau încă în fază de dezvoltare. Se crede, totuși, că aceste aeronave sunt cele mai eficiente din punct de vedere al consumului de combustibil din zilele noastre.

Considerațiile prezentate în paragraful anterior arată importanța îmbunătățirii consumului de combustibil. Acest subcapitol descrie unele dintre cele mai comune metode utiliziate în zilele noastre pentru reducerea si eficientizarea consumului de combustibil. În general, măsurile pot fi împărțite în cinci domenii:

– Planificarea zborului

– Operațiuni la sol

– Operațiuni de zbor

– Mentenanță

– Activități desfașurate în timpul zborului

3.2.1. Planificarea zborului

Cerința fundamentală pentru obținerea unei optimizări a economiei de combustibil și reducerea costurilor de operare este un sistem de calitate al planificării zborului. Acesta va genera o rută optimizată din punct de vedere al traseului, vitezei și altitudinii, îndeplinind concomitant criteriile economice și preferințele operatorului. Pentru a obține acestea se iau în considerare constrângerile ATC, ratele de urcare, ratele de coborâre etc. Se vor utilize date corecte, de buna calitate (temperatură, vânt, greutatea aeronavei, sarcina utilă etc.).

Planificarea zborului, coordonarea și controlul operațional joacă un rol important în conservarea combustibilului. Dacă este făcut cu conștiinciozitate, planificarea zborurilor poate prezice o cantitate aproape exactă de combustibil care va fi folosită pentru un anumit zbor. Desigur, întotdeauna vor exista devieri imprevizbile care sunt, de obicei, o consecința a modificării condițiilor meteorologice sau a traficului aerian.

Cantitatea totală de combustibil necesară efectuării unui zbor este definită de legislația națională, bazată pe standardele și practicile recomandate de anexa 6 ICAO: Operarea avioanelor se face doar în condițiile în care aeronava transportă o cantitate suficientă de combustibil pentru a finaliza în siguranță zborul [22]. În principiu, combustibilul de la bordul aeronavei pentru un anumit zbor poate fi împărțit în:

– Combustibil taxi

– Combustibil destinat sectorului de zbor – Trip Fuel

– Combustibil pentru situații neprevazute

– Combustibil alternativ

– Rezerva de combustibil

– Combustibil suplimentar

– Combustibil extra

Anexa 6 ICAO nu desemnează cantităti precise de combustibil pentru fiecare din categoriile de mai sus, ci mai degrabă le definește într-o maniera legală.

Cantitatea de combustibil destinată procedurii de taxi se referă la taxi-out, procedură care determină deplasarea aeronavei de pe platformă la pistă pentru decolara și la procedura de taxi-in este exact contrariul – deplasarea aeronavei de la pista de aterizare la platformă sau locul desinat sosirii acesteia. În general, în cadrul programului de planificare a zborurilor s-ar putea aloca mai puțin combustibil pentru taxi în cazul în care este cunoscut în prealabil faptul că echipajul va folosi o procedură de taxi cu un singur motor sau chiar o metoda alternativă de taxi. Cu toate acestea, este foarte dificil de prezis, deoarece aceste lucruri depind foarte mult de situația actual în care este o aeronavă și de deciziile echipajului, deoarece procedurile de taxi cu un singur motor sunt, de obicei, recomandate și nu obligatorii.

Trip fuel reprezintă cantitatea de combustibil necesară pentru toate fazele de zbor, de la decolarea aeronavei de pe aeroport, până la aterizarea pe aeroportul de destinație. Luând în considerare toate posibilitățile în care poate fi un zbor, poate fi planificat combustibilul necesar pentru deplasare cu cele mai mici detalii. Aceasta înseamnă că un transportator aerian ar trebui să poată obține date despre vreme și despre condițiile de trafic aerian, pentru a ține seama, de exemplu, de devieri de traseu programate. Aceste lucruri sunt posibile cu ajutorul sistemelor moderne de planificare a zborului. Un alt lucru care poate îmbunătăți considerabil planificarea zborului este monitorizarea performanțelor aeronavei. Pe langa faptul că poate ajuta transportatorii aerieni să determine problemele de la bordul aeronavelor, oferă, de asemenea, date care ajută la o planificarea mai precisă și mai sigură a zborurilor. Acest lucru ar putea avea efecte asupra echipajului, în special comandantul aeronavei, el fiind cel care decide cu exactitate cantitatea de combustibil transportată la bordul aeronavei.

Combustibilul planificat pentru fiecare zbor ar trebui să aibă suplimentări din cauza posibilelor abateri sau devieri de traseu din motive cum ar fi vremea nefavorabilă sau întârzierile cauzate de traficul aerian. Dacă comandantul consideră că combustibilul planificat ar putea să nu fie suficient pentru a efectua un anumit zbor, el sau ea poate decide să transport combustibil suplimentar la bordul aeronavei. Comandanții iau astfel de decizii, de obicei, pe baza experiențelor anterioare. Acest lucru poate însemna că combustibilul necesar pentru un zbor a fost prezis în mod eronat de multe ori în trecut. Punerea la dispoziție a unui program special și a unei echipe de planificare a zborurilor care poate hotarî cu precizie cantitatea necesară de combustibil ar putea restabili încrederea echipajelor în programele de planificare a zborurilor. Acest lucru poate influența decizia comandantului asupra cantității suplimentare de combustibi, astfel încât mai puțin sau chiar deloc combustibil adițional ar fi încărcat la bordul aeronavelor. Decizia de a transporta mai puțin sau poate chiar deloc combustibil suplimentar nu ar trebui să fie impusă echipajului, ci ar trebui să vină mai degrabă ca o decizie naturală, deoarece încrederea în programele de planificare a zborului este redobândită treptat.

Unii ar putea susține că totalul combustibilului suplimentar, împreună cu alte cantități de combustibil, cum ar fi rezerva sau rezerva finală, nu sunt efectiv utilizate în timpul operațiunilor normale și, prin urmare, nu influențează consumul de combustibil. În timp ce prima parte din această afirmație este corectă, a doua este greșită. Consumul de combustibil este afectat de greutatea aeronavei. O aeronavă cu o masă mai mare folosește mai mult combustibil decât o aeronava cu o masă și încărcătură mai mică, iar în acest proces se produc, de asemenea, mai multe emisii de gaze[23]. Prin urmare, pur și simplu având o masă inutilă la bordul aeronavei, are un efect negativ asupra consumului de combustibil. Acest lucru reprezintă un aspect foarte important în ceea ce privește eficiența consumului de combustibil și a programelor de planificare a zborului.

Combustibilul de urgență reprezintă cea mai mare dintre următoarele două cantități: 5% din cantitatea totală planificată de combustibil sau o cantitate de combustibil necesară pentru a menține timp de cinci minute la o viteză constantă la 1500 picioare deasupra aerodromului de destinație. Acestea două sunt principalele definiții și cele mai importante ale combustibilului de urgență pentru toate aeronavele, dar există și altele care pot fi folosite în locul acestora. Acel procent de 5% din combustibilul de călătorie poate fi înlocuit fie cu 3%, sau o cantitate de combustibil necesară pentru zborul a 20 de minute bazată pe consumul de combustibil, sau a combustibilului necesar pentru 15 minute la viteză de menținere la 1500 de picioare deasupra aerodromului de destinație [24]. Acestea căi alternative de definire a combustibilului pentru situații de urgență necesită o aprobare aeronavigabilă, iar pentru zborul de 20 de minute este necesar și un program de monitorizare a consumului de combustibil. Graficul 3.3 arată cât de mult afectează aceste definiții diferite ale combustibilului de urgență valoarea totală a acestuia în raport cu distanța pentru o aeronavă Airbus A320-214.

Grafic 3.3 Cantitatea combustibilului de urgență în funcție de definirea acestuia [25]

Să luam de exemplu o aeronavă care zboară pe o distanță de 1500 de mile marine (NM). Conform graficului, din cele doua definiții ale combustibilului de urgența, mai mare este cea care îl definește ca 5% din combustibilul total. Dacă această condiție este utilizată pentru planificarea zborului, aproximativ 430 kg de combustibilul de urgență sunt necesare pentru acest zbor, dar dacă un transportator aerian poate obține o aprobare valabilă din punct de vedere aeronavigabil pentru a defini combustibilului de urgență ca 3%, atunci vor fi necesare numai 270 kg. Astfel, transportatorul aerian va reuși să transporte cu până la 160 kg de combustibil mai puțin pe zbor doar prin definirea combustibilului de urgență diferit. În plus, față de aceste economii de bază, faptul că aeronava are o masă mai mică determină o scădere a consumului total de combustibil. Așa cum am menționat mai devreme, o masă mai mare a avionului crește consumul de combustibil, în timp ce una mai mică îl scade. Cantitatea exactă de combustibil care este afectată de greutatea totală a avionului se poate calcula cu ajutorul unui factor cu denumirea de cost de greutate. Termenul greutate aici este echivalent cu masa. Din punct de vedere istoric, valoarea costului de greutate în industria aviatică a fost de aproximativ 4%. Acest lucru înseamnă, de exemplu, că o creștere de 500 kg în masa de aterizare a aeronavelor consumă o cantitate suplimentară de 20 kg de combustibil pe ora de zbor [26]. Pe o bază anuală, această creștere devine semnificativă. În cazul unui zbor de o oră care transportă în plus 500 kg și este efectuat de 4 ori pe zi si de 4 ori pe saptamana, dupa un an va fi consumat o cantitate suplimentara de combustibil de 16.640 kg. Economiile pot fi, prin urmare, semnificative, dar este greu de prezis valori exacte deoarece nu este întotdeauna posibilă calcularea cu acuratețe a masei unei aeronave.

Combustibilul alternativ este cantitatea de combustibil care ar trebui să fie suficientă pentru a efectua cu succes o ratare a aterizării pe aeroportul de destinație, apoi urcarea din nou la o altitudine de croazieră și operarea aeronavei pâna la noua destinație, apoi coboârea și aterizarea pe aeroportul alternativ [27]. Această cantitate de combustibil ar putea fi minimizată prin alegerea unor aeroporturi alternative, de rezervă, care sunt mai apropiate ca și distanță de aeroportul de destinație. Cu toate acestea, este posibil ca acest lucru să nu fie întotdeauna realizabil din motive de siguranță, în primul rând, dar și financiare sau logistice. Din cauza acestor factori care trebuie îndepliniți simultan, reducerea încărcăturii de combustibil din acest sector, precum si potențialele reduceri economice sunt limitate.

Rezervă finală de combustibil pentru aeronavele cu reacție este acea cantitate de combustibil necesară pentru a zbura timp de 30 de minute, la 1500 de picioare deasupra aeroportului, în condiții strandard, și este calculată în funcție de masa estimată la sosirea aeronavei la aeroport [28]. Unii transportatori aerieni definesc, de asemenea, o cantitate specifică minimă pentru acestă categorie de combustibil. Din definiție, este evident că singura modalitate de a realiza economii în această zonă este ca avionul să aibă o masă cât mai mică la sosire. O masă mai mică înseamnă consum redus de combustibil, ceea ce înseamnă că cantitatea de combustibil final va fi mai mică.

Combustibilul adițional este necesar numai în cazul in care alte cantități de combustibil nu vor fi suficiente pentru ca aeronava să se mențina timp de 15 minute la 1500 de picioare deasupra nivelului aeroportului în condiții standard și pentru a efectua ulterior o aterizare cu succes. Decizia dacă această rezervă de combustibil va fi si ea transportată depinde de alte cantități de combustibil. În cel mai bun caz, acest lucru nu ar fi necesar cu celelalte cantități de combustibil reduse la minim, însă nu poate fi realizabil în toate cazurile, astfel o altă posibilitate ar fi să nu se reducă la minimum toate celelalte cantități, făcând astfel posibil evitarea transportării acestei cantități de combustibil. Transportul combustibilului adițional ar putea fi, de asemenea, evitat prin așa-numitul concept de tankering. Tankering este o procedură în care combustibil suplimentar este încărcat la bordul unei aeronave pentru a permite efectuarea unui alt zbor după aterizare, din cauza faptului ca nu este disponibil combustibil la destinație sau pentru că prețul combustibilului la destinație este mult mai mare decât pe aeroportul de plecare. Transportatorii aerieni care efectuează tankering trebuie să ia această decizia bazată pe prețul mai ieftin al combustibilului la plecare, pe de o parte, și costul cauzat de greutatea mărită a aeronavei pe celalaltă parte. Deși taknering-ul pot fi foarte rentabil, metoda în sine nu este eficientă din punct de vedere al consumului de combustibil, deoarece mărește masa aeronavei. În cele din urmă, decizia ar trebui sa fie luată întotdeauna luând în considerare siguranța aeronavei și a ocupanților săi.

Factorii care pot afecta costurile de combustibil și deciziile privind tankering sunt urmatorii:

Costurile ridicate de combustibil din cauza infrastructurii de distribuție costisitoare și a taxelor locale.

Disponibilitatea combustibilului la anumite aeroporturi care sunt mai mici sau mai indepartate.

Prețuri impuse de guvern pentru comercializarea combustibilului (în anumite aeroporturi din Europa de Est, prețul combustibilului pentru aviație este cu aproape 50% mai ridicat decât în alte ​​aeroporturi din Europa de Vest).

Monopolul distribuției de combustibil, care poate implica subvenții încrucișate de la aeroporturile mari la cele mici mici, combinate cu o forța de muncă scumpă.

Probleme cu privire la calitatea combustibilului (de exemplu contaminarea cu apă) in anumite locații.

Timpul necesar (în cazul în exista un timp limitat pentru turn around, fapt care nu permite alimentarea cu combustibil a aeronavei, probleme de acest gen sunt întâlnite pe aeroporturile supraaglomerate, unde pot exista limitări si condiții în vederea folosirii pistelor si a terminalelor).

Estimările de la British Airways sugerează că transportul combustibilului suplimentar ca urmare a tankering duce la o crestestere a consumului de circa 0,5% din consumul total de combustibil al aeronavei [29]. Chiar daca cresterea de combustibil nu este atât de mare, scopul acestei lucrări este de a reduce consumul de combustibil si a face recomandări în acest sens.

O atla interpretare a fenomenului de tankering este alimentarea cu combustibil si transportul unei cantitati mult mai mari, doar pentru că prețul combustibilului în locul alimentarii este mult mai redus. În acest capitol vorbim despre reducerea greutății asa ca nu vom aborda această practică.

Un dezavantaj al acestei modalitati da a cumpara si folosi combustibil la un pret avantajos îl constituie fenomenul de înghețare. Cum majoritatea avioanelor din ziua de azi au amplaste rezervoarele de combustibil în aripi, problema apare atunci când avioanele zboară la o altitudine ridicată pentru o perioadă lungă de timp, unde temperatura este sub zero grade. Astfel, temperatura combustibilului din aripi poate scădea sub zero grade, lucru care va avea consecinte asupra suprafeței aripii. La coborâre sau la altitudini mai mici, daca avionul întâmpină ploaie sau condens, se va produce fenomenul de grivrare. Acest fenomen poate avea consecințe serioase, afectând siguranța zborului. Din cauza aripilor înghețate viteza optimă pentru decolare nu mai poate fi atinsă sau chiar viteza pentru menținerea zborului. Piloții trebuie sa activeze sistemele de degivrare, ceea ce presupune încălizirea combustibilului din arpi. Acest lucru necesită timp si poate duce la întarzieri, lucru care înseamnă bani pierduți.

Recomandarea mea este ca operatorul aerian să alimenteze cu combustibil o cantitate suficientă doar pentru anumite segmente de zbor, și nu pentru tot zborul, evitâd fenomenul de tankering. Chiar dacă acest lucru va fi posibil numai pentru anumite rute, avionul va minimiza astfel încărcătura de la bord, consumând mai puțin combustibil.

3.2.2. Operațiuni la sol

În general, operațiunile la sol includ toate operațiunile de manipulare a aeronavelor în aeroporturi (handling) și mișcarea acestora la sol. Reducerile consumului de combustibil în această zonă sunt relativ mici în comparație cu economiile care pot fi realizate în timpul zborului pentru operațiunile de zbor pe distanțe lungi, dar nu sunt neglijabile, mai ales pe termen lung, în special pentru zborurile efectuate pe distanțe scurte și medii.

Procedurile de taxi care pot fi utilizate pentru a reduce consumul de combustibil sunt cunoscute sub numele de engine-out taxi. În funcție de tipul de aeronavă, în special de numărul de motoare pe care aceasta le deține, această procedură se face cu un motor complet oprit sau în stare de repaus. Pentru o aeronava cu trei motoare, se efectuează, de regulă, o procedură de taxi cu un singur motor. Putem lua ca exemplu o aeronavă Airbus A320 . Planificarea combustibilului pentru procedura de taxi se bazează pe un consum de 11,5 kg / min [30]. Pentru o procedură de taxi care durează timp de 14 minute, rezultă că aeronava va consuma 161 kg pe durata acestui rulaj. Dacă în timpul acestei procedure aeronava va folosi un singur motor, atunci consumul va fi de aproximativ 103.5 kg [31]. Este interesant de observat cum cantitatea de combustibil consumată atunci cand aeronava rulează cu un singur motor pe timpul procedurii de taxi, nu este chiar jumătate față de cantitatea consumată atunci cand se folosesc ambele motoare. Acest lucru se datorează faptului că un motor trebuie pornit cu un anumit timp înainte de decolare ca să se încălzească.

Încălzirea motorului este necesară pentru a prelungi durata de viață a motoarelor și a evita posibile defecțiuni în fazele critice și importante ale zborului, cum ar fi decolarea. Între doua și cinci minute sunt necesare pentru încălzire, în funcție de motor. În acest scurt exemplu, un timp de încălzire de 4 minute s-a efectuat, rezultând o economie de 57,5 ​​kg. Aceasta reprezintă economia consumului de combustibil doar pe o singura procedura de taxi, pe timpul unui zbor. Folosind același exemplu de exploatare anuală a aeronavelor cu 3 zboruri pe săptămână, așa cum s-a făcut și în secțiunea despre combustibilul de urgență, această economie ar putea, teorotic vorbind, reprezenta aproape 18 tone de combustibil pe an pe aeronavă. O cercetare a lui Ithnan și colab. efectuată pe aeroportul Schiphol din Amsterdam și pe aeroportul Kuala Lumpur International a înregistrat o scădere medie de aproximativ 25% atât în ​​ceea ce privește consumul de combustibil, cât și emisiile de gaze în timpul procedurii de taxi atunci când se utilizează un singur motor, în comparație cu folsirea tuturor motoarelor [32]. Este, de asemenea, important să se țină cont de efectul utilizării unui singur motor în timpul procedeurii de taxi și asupra duratei de viață a motorului folosit mai mult, care va fi mai scurtă. Cu toate acestea, este greu pentru companiile aeriene să urmărească exact care dintre motoare a fost folosit pe durata acestei procedure, și să depisteze astfel cu precizie impactul asupra duratei de viață a motorului folosit mai des.

După cum s-a menționat în secțiunea 3.2.1, masa unei aeronave afectează consumul de combustibil astfel încât o masa mai mare determina un consum mai ridicat de combustibil și, prin urmare, o cantitate mai mare de emisii. Consumul de combustibil este, de asemenea, afectat de poziția centrului de greutate, adică distribuția sarcinii de greutate joacă și ea un rol important. Sarcina utilă, care este definită ca suma masei de pasageri, bagaje, mărfuri și cantitatea de combustibil utilizabil[33], afectează poziția centrului de greutate. Inginerii de la sol ar trebui, prin urmare, să fie conștienți de faptul că poziționare mai în față crește consumul de combustibil, în timp ce poziționarea a centrului de greutate mai în spate are un efect pozitiv asupra consumului, micșorându-l. Acest lucru se datorează faptului că un centru de greutate în fața produce o înclinație a avionului în față, care este apoi contracarată printr-o fortă ascensionala redusă sau negativă a stabilizatorul orizontal. Deoarece forța ascensionala a părții din spate, în acest caz este redusă sau negativă, aripile trebuie să producă mai multe portanță. Acest lucru afectează rezistența la înaintare și tocmai din acest motiv consumul de combustibil crește [34]. Prin urmare, o aernoavă ar trebui să fie încărcată în așa fel încât centrul de greutate al acesteia este cât mai înspre pupă, însă fără a puna siguranța pasagerilor în pericol. Aceasta lucru este de obicei realizat prin încărcarea corectă a bagajelor și a încarcăturii cargo. Unele aeronave Airbus au instalate special sisteme care gestionează automat poziția centrului de greutate în timpul zborului cu ajutorul transferului de combustibil între diferite rezervoare de combustibil [35].

Un alt exemplu de operațiuni la sol care afectează consumul de combustibil este utilizarea unei unități de alimentare auxiliare. APU este o unitate autonomă care permite aeronavei să fie independentă de sursele externe de energie, în timp ce motoarele sale nu funcționează prin furnizare de energie electrică pentru pornirea motorului și a aerul condiționat. Este în esență un motor mic de turbină alimentat cu combustibil, cu toate acestea, consumul de combustibil este mult mai mic decat consumul de carburant al motorului aeronavei, avînd o medie de 1,8 – 2 kg / min pentru familia de avioane Airbus A320 și Boeing 737.

3.2.3. Operațiuni de zbor

Cele mai mari economii de combustibil pot fi obținute în timpul operațiunilor de zbor, în special pe timpul croazierei, deoarece este cea mai lungă dintre toate fazele de zbor, în special pentru zborurile pe distanțe lungi. Această secțiune va descrie posibilele economii de combustibil în toate fazele unui zbor normal.

Configurarea aeronavei este unul dintre aspectele importante care afectează consumul de combustibil. În special setările flaps and slats utilizate în timpul decolării și a urcării inițiale. Cea mai mică setare este cea mai eficientă din punct de vedere al consumului de combustibil. Pe o aeronavă Airbus A320, cea mai mică setare de decolare este de 18 ° slats și 10 ° flaps extinse. Orice setare de configurare mai mare crește consum de combustibil. Airbus A320 are două setări mai mari: slats de 22 ° și flaps de 15 ° extinse, Și lamele de 22 ° și clapeta de 20 ° extinsă [36]. Flaps and stats sunt dispozitive de portanță. Scopul lor este de a crește forța ascensională în timpul fazelor critice de zbor, cum ar fi decolarea și urcarea inițială. La fel cum a fost menționat anterior, creșterea portanței crește, de asemenea, rezistența la înaintare care provoacă un consum mai mare de combustibil. Deoarece aceste dispozitive modifică și geometria aripii, rezistența la înaintare este de asemenea sporită, ceea ce contribuie la creșterea consumului de combustibil.

În afară de configurație, consumul de combustibil este de asemenea afectat de setarea tracțiunii. Airbus pretinde că o decolare și o urcare inițială la forță maximă este mai eficientă din punct de vedere al consumului de combustibil decât o decolare folosind o forță de tracțiune redusă, cunoscută sub numele de tracțiune FLEX în avionul Airbus. Deși este adevărat faptul că o turație mai mare înseamnă un consum mai mare de combustibil, în acelasi timp aeronava va finaliza această fază de zbor într-un timp mai scurt. Timpul prelungit la un nivelul de zbor inferior mărește consumul total de combustibil, chiar și cu o rată mai mică de consum datorată tracțiunii reduse [37]. În acelasi timp, procedurile de reducere a zgomotului cresc consumul de combustibil deoarece acestea impun folosirea motoarelor la un regim mai mic pentru a nu polua fonic atât de mult.

Cât de mult combustibil va consuma o aeronavă în timpul fazei de urcare depinde foarte mult de tehnica de urcare și tipul de aeronavă. Tehnica de urcare standard este de a urca la 250 noduri IAS (Indicated Air Seed) până la atingerea nivelului de zbor FL 100, apoi se accelerează la o viteză IAS aleasă, păstrându-se aceasta vitză pana ajunge la crossover altitude și în cele din urmă să urce la un număr Mach constant de la crossover altitude la nivelul de zbor solicitat. Crossover altitude este acea altitudine la care o aeronavă trece de la o viteză constant IAS la un număr Mach pentru a continua urcarea. Airbus a ales 300 noduri IAS ca viteză optimă de urcare pentru aeronavele lor. Tabelul 3.1 prezintă efectele diferitelor viteze de urcare pe care acestea le au asupra consumului și a timpului de urcare pentru diferte aeronave Airbus, folosind 300 noduri IAS ca referință. Se poate vedea că familia de avioane Airbus A320 ar putea economisi combustibil prin alegerea unei viteze mai mici de urcare, iar diferența de timp ar fi neînsemnată.

O reducere în plus a combustibilului ar putea fi realizată dacă piloților le-ar fi permis să acelereze la vitezele de urcare dorite înainte de FL 100. Acest lucru, totuși, depinde de controlorii de trafic aerian deoarece 250 de noduri reprezintă limita de viteză în clasele de spațiu aerian D, E, F și G pentru toate zborurile [38]. Controlul traficului aerian poate ridica în mod individual această limitare care ar fi benefică pentru consumul de combustibil.

Tabel 3.1 Efectul vitezei de urcare asupra consumului de combustibil și a timpului pentru diferite avioane Airbus [39]

În cazul zborurilor pe distanțe lungi, faza de croazieră poate oferi cele mai mari reduceri de combustibil. Doi dintre cei mai importanți factori care afectează consumul de combustibil în timpul fazei de croazieră sunt viteza de croazieră, care poate fi viteză indicată (IAS) sau un număr Mach, și altitudine de croazieră sau nivelul de zbor.

Fiecare aeronavă are o anumită altitudine la care specific range este cea mai bună. Acest altitudinea este cunoscută ca altitudinea optimă și variază în funcție de masa aeronavei. O masă mai mare reduce specific range, reducând astfel si altitudinea otpimă. Specific range fiind cea mai mare la această altitudine înseamnă că aeronava este, de asemenea, cea mai eficientă din punct de vedere al consumului de combustibil la această altitudine. Prin urmare, avioanele ar trebui operate la altitudinea optimă ori de câte ori este posibil. Uneori acest lucru nu este posibil, de exemplu, atunci când limitele de performanță depind de condițiile meteorologice curente, de masa aeronavelor sau limitările cauzate de traficul aerian, făcând ca nivelul de zbor sa fie mai mic decât cel optim.

Având în vedere că avioanele consumă combustibil în timpul zborului, înseamnă că masa lor scade constant. Aceasta duce la creșterea continuă a altitudinii optime în timpul zborului. În timpul zborurilor pe distanțe lungi, altitudinea optimă s-ar putea schimba cu cateva mii de picioare. Pentru a fi cât mai eficient din punct de vedere al consumului de combustibil, o aeronavă ar trebui să urce constant pentru menține o altitudine optimă. Cu toate acestea, restricțiile de control ale traficului aerian nu permit aceast lucru întotdeauna. Astfel, această urcare în trepte ar trebui să fie efectuată ori de câte ori este posibil. Urcarea în trepte este o procedură în care aeronavă urcă la o altitudine mai mare de operare după terminarea unui anumit sector de zbor pentru a rămâne cât mai aproape de altitudinea optimă posibilă.

Zborul cel mai economic ar fi cel care utilizează așa-numitul număr Mach economic. Acesta este un număr Mach care este calculat luând în considerare costurile de operare directe, având grijă ca acestea sa fie cât mai mici. Numărul Mach economic variază în funcție de raportul dintre costul din punct de vedere al timpului unei operațiuni și costul combustibilului destinat operțiunii specifice. Acest raport este cunoscut ca indexul de cost (CI – Cost Index). Un indice de cost ridicat implică faptul că aeronava va zbura mai rapid și, prin urmare, va avea un consum mai mare de combustibil, în timp ce un indice de cost redus presupune că aeronava va zbura mai lent și va avea un consum mai mic. Indicele de cost este introdus în Sistemul de Management al Zborului (FMS – Flight Management System) de către echipajul aeronavei. FMS calculează automat altitudinea optimă și numărul economic Mach bazat pe indicele costului și pe alți parametri care au fost introduși de către echipajul de zbor. Acest lucru înseamnă că rezultatul obținut este la fel de exact ca și datele introduse. Transportatorii aerieni sunt cei care determină ce indice de cost ar trebui să introducă pentru un anumit zbor. Cel mai mic indice de cost posibil, adică zero, este cel mai eficient din punct de vedere al consumului de combustibil, dar este, de asemenea, foarte ineficient din punct de vedere al timpului, așa cum se poate vedea în graficul 4, care arată cum consumul de combustibil și timpul de zbor variază în funție de diferiți indicatori de cost si diferite niveluri de zbor.

Grafic 3.4 Consumul de combustibil si timpul de zbor pentru un Airbus A319 în funcție de indexul de cost si nivelul de zbor pentru un sector de 2000 NM [40]

Graficul arată cât de drastic crește timpul de zbor pentru altitudini joase și pentru indici de cost mici, având un impact relativ mic asupra consumului de combustibil. De exemplu, o aeronavă care zboară La FL 330 cu un indice de cost egal cu 0, are nevoie de puțin peste 5 ore pentru a zbura un sector de 2000 NM. În cazul în care indicele de cost este mărit la 20, timpul de zbor va fi redus cu aproape 30 de minute, iar consumul de combustibil va raporta o creștere de 300 kg. Prin urmare, este foarte important să găsim un bun echilibrul între costurile raportate la timp și costurile cu combustibilul, pentru a fi eficient atât în consumul de ​​combustibil, dar și în alte aspectele economice.

Faza de coborâre este, în general, faza cu cel mai mic consum de combustibil din toate. Acest lucru se datorează faptului că motoarele sunt de obicei setate pe funcția de repaus, în timp ce viteza de coborâre este controlată de atitudinea aeronavei. Forța de tracțiune este folosită dacă rata de coborâre trebuie să fie redusă. În mod logic, orice utilizare suplimentareă a tracțiunii în timpul coborârii crește consumul de combustibil. Dacă faza de coborâre este începută prea devreme, aeronava va trebui să zboare la o altitudine mai mică pentru un timp sumplimentar. Orice abatere de la altitudinea optimă crește consumul de combustibil. Prin urmare, coborârea ar trebui să înceapă la un punct de coborâre calculat pentru ca zborul să fie cât mai eficient din punct de vedere al consumului de combustibil. Dacă coborârea este continuă de la punctul de vârf al coborârii la punctul final, atunci acestă procedură este cunoscută ca o sosire continuă a coborârii (CDA Continous Descent Arrival). Aplicarea acestei proceduri reduce consumul de combustibil, zgomotul și emisiile de gaze. Desigur, acest lucru nu este întotdeauna posibil din cauza condițiilor de trafic aerian sau a situației meteorologice. O procedură tipică de coborâre coordonată de serviciile de navigație pentru a reduce progresiv altitudinea în timp ce destinația se apropie. Această procedură include perioade de croazieră la altitudini mai mici, ceea ce duce la creșterea consumului de combustibil așa cum s-a explicat mai devreme.

Măsurile de reducere a consumului de combustibil în timpul fazei finale și aterizării sunt oarecum similare cu măsurile de decolare și de urcare inițială și în cea mai mare parte depinde de configurația aeronavei. O setare de configurație mai ridicată va determina o creștere a combustibilului Consumul datorat creșterii înălțimii și, în consecință, indusului și alungirii paraziților. O singura data Din nou, configurația se referă la setările lambelor și lamelelor utilizate în timpul apropierii și aterizare. Un alt lucru important de luat în considerare este extinderea trenului de aterizare. Extinderea prea devreme cauzează o creștere semnificativă a rezistenței la înaintare, ceea ce înseamnă că este nevoie de mai multă tracțiune pentru a menține culoarul de zbor, motiv pentru care crește consumul de combustibil. Faza finală și aterizarea sunt printre cele mai importante faze ale zborului, iar echipajul de zbor ar putea extinde trenul de aterizare mai devreme pentru reducerea vitezei. Dacă motivul pentru extinderea acestuia mai devreme este o abordare ce șine de siguranta aeronavei, atunci nu ar trebui să se țină cont de consumul de combustibil pentru că siguranța este cel mai important aspectu al fiecărui zbor.

3.2.4. Mentenanța

Cât de bine este menținută și îngrijită o aeronavă poate avea un efect asupra consumului de combustibil. De obicei, un avion are cel mai scăzut consum de combustibil atunci când este nou și abia ieșit din fabrică. Cu trecerea timpului și cu utilizarea acestuia, aeronava și performanțele acesteia se degreadează, fapt care duce la creșterea consumului de combustibil. Degradarea performanțelor aeronavei poate fi împărțită în deteriorarea aerodinamică și degradarea performanțelor motorului.

Motoarele aeronavei sunt consumatorii principali de combustibil, motiv pentru care acestea afectează direct consumul de combustibil. Pe măsură ce se uzează, consumul de combustibil crește. Pot fi mulți factori care contribuie la această creștere. Una dintre cele mai frecvente cauze ale degradării performanței motorului este creșterea distanței dintre vârfurile lamei turbinei și a sigiliilor statice. În acest caz, un motor deteriorat față de unul nou trebuie să ardă mai mult combustibil, la o rată mai mare, pentru a livra aceeași cantitate de putere ca și cel nou. Din cauza creșterii consumului de combustibil, motorul se încălzește mai mult, mărind astfel și temperatura gazelor evacuate. Temperatura crescută a gazelor evacuate este unul dintre principalii indicatori ai degradării performanțelor motorului. Alt factor care contribuie la creșterea temperaturii este acumularea de praf în interiorul motorului. Din fericire, acest lucru se poate rezolva prin efectuarea unei spălări minuțioase a motorului. Această procedură este foarte simplă și nu necesiă demontarea motorului. Un dispozitiv special este montat pe partea frontală a motorului și este folosit pentru a pompa apă și aditivi speciali pentru curațare în motor. Procesul curăță toate suprafețele cu atenție și crește eficiența motorului, având ca rezultat un consum mai mic de combustibil și o temperature mai scăzută a gazelor evacuate. Alte cauze ale degradării performanțelor motorului sunt degradarea materialului, care este cauzată de temperaturile extreme și cauzează fisuri sau defecțiuni în cazuri extreme, sau distrugerea cauzată de obiectele straine, cum ar fi fenomenul de bird strike.

Din punct de vedere al consumului de comubustibil, mentenanța se împarte in

Întreșinerea fuzelajului și scăderea nivelului de aerodinamicitate,

Întreținerea motorului și scăderea performanțelor.

O bună mentenanță a motorului și o întreținere corespunzatoare a fuzelajului reprezintă un aspect important în menținerea consumului de combustibil la un nivel optim . Uzura motorului și imperfecțiunile fuzelajului, cum ar fi lipsa carenajelor si a altor piese mici de importanța redusă, reduc eficiența consumului de combustibil. O investiție mică într-o reparație poate economisi o cantitate substanțială de combustibil.

Trebuie acordată o atenție sporită închiderii corecte și etanșe a ușilor, deoarece pot apărea pierderi substanțiale de combustibil. O ușă închisă greșit va da crea o denivelare pe suprafața aeronavei care va altera fluxul de aer, însa poate implica si o presurizare necorespunzatoare. În ambele cazuri, turbulențele create vor crește consumul de combustibil. Închiderea corectă a ușilor va crește confortul pasagerilor, deoarece pierderile de aer duc la un nivel de zgomot ridicat si temperaturi scăzute în zona ușilor și în vecinătatea acestora.

Figura 3.1 Închiderea greșită a unei uși

Scăderea coeficientului de aerodinamicitate rezultă în creșterea rezistenței la înaintare și se întâmplă în mod natural, pe măsură ce aeronavele îmbătrânesc, sau poate fi rezultatul unei mentenanțe necorespunzătoare. Cele mai frecvente exemple de deterioare aerodinamică sunt degradarea sigiliilor pe suprafețele de control, vopseaua crăpată, rugozitatea suprafeței, goluri excesive între uși și fuselaj, denivelări sau deformări cauzate de obiecte străine, și altele. Tot aceste deteriorări se por repara cu ajutorul procedurile adecvate de întreținere. O bună abordare este identificarea din timp a acestor problemei urmată de o repararea corespunzătoare. Una dintre cele mai simple moduri de reducere a consumului de combustibil este spălarea fuselajului aeronavei, lucru care trebuie făcut pentru că în timp acesta se murdărește, acumulându-se praf pe suprafețele exterioare și crescând astfel rugozitatea. În timp ce multe dintre aceste economii sunt relativ mici comparativ cu cele descrise mai devreme, este important să ne amintim că adevărata diferență este simțită pe termen lung, acumulând toate aceste reduceri, în ceea ce privește consumul de combustibil si emisiile de gaze.

Pentru a urmări performanța aeronavei, transportatorii aerieni ar trebui să pună în aplicare Programe de monitorizare a performanțelor aeronavelor (APM – Aircraft performance minitoring). Scopul acestor programe este de a monitoriza performanța aeronavei pentru a face o evaluare corectă a efectului de uzare și de degradare a unei aeronave asupra rezistenței la înaintare și a consumului de combustibil. Prin colectarea unor informații și date exacte, companiile aeriene pot calcula factorii de performanță specifici care pot fi apoi utilizați pentru mărirea acurateței programului de planificarea a zborului. Acest lucru poate spori încrederea echipajelor în datele de planificare a zborurilor, influențându-le astfel decizia de a lua sau nu combustibil suplimentar la bordul aeronavei pentru un anumit zbor.

Un ultim exemplu al modului în care ingineria poate contribui la reducerea consumului de combustibil este modificarea vârfului aripilor. Datorită designului lor, intensitatea vortexurilor create la vârfurile aripilor sunt mai mici. Acest lucru determină o reducere a rzistenței la înaintare a aeronavelor, făra a crește anvergura aripilor [45].

Rezistența la înaintare este forța care se opune mișcării în atmosfera a unei aeronave. Un avion trebuie sa producă suficientă energie cu ajutorul motoarelor pentru a depăși rezistența la înaintare. Astfel, cu cât această rezistență este mai mică, cu atât consumul de combustibil va fi mai mic. Producătorii de avioane si operatorii companiilor aeriene încearcă constant să găsească noi metode de a reduce rezistența la înaintare.

In ultimii ani, îmbunătățirile aerodinamice au constat in modificări aduse aripilor. Atingerea unei performanțe mai bune in aer cu ajutorul unui nou design al aripii presupune, ca si toate celelalte componente ale avionului de altfel, găsirea unei căi de mijloc pentru alegerea optimă.

Inițial, o prima idee ar fi mărirea anvergurii aripilor. Această modificare ar ajuta aeronava să decoleze și să aterizeze la viteze mai mici, rezultând în piste mai scurte. În restul zborului, la viteză de croazieră, suprafața mai mare a aripilor ar mari rezistența la înaintare. În acelasi timp, din cauza marimii, numărul de avioane care pot încăpea într-un aeroport s-ar micșora. În schimb, majoritatea avioanelor moderne au la capătul aripilor o suprafață mică, verticală, numită “winglet”.

Figura 3.2 Winglet

Aceasta reduce fluxul de aer din jurul varfului aripii, ducând la o rezistență la înaintare mai mica și, în concluzie, un consum de combustibil mai mic. În funcție de marimea distanței parcuse și modelul avionului, această modificare a aripilor poate reduce consumul de combustibil cu 3-5%.

Figura 3.3 Diferența între aripa convențională și winglet

Atunci cand aerul cu viteză mare de deasupra vârfului aripii se întalnește cu aerul cu viteză mică de sub vârful aripii, se produce un vortex de aer. Această imagine arată cum acest vortex poate fi redus în mod semnificativ cu ajotorul noului design al aripilor, făcând zborul mai eficient.

3.2.5. Activități desfășurate în timpul zborului

Reducerea greutatii este metoda cu cele mai multe solutii de pus in practica. Este recomandata inspectarea ocazionala a obiectelor aflate la bordul aeronavelor, fie pentru siguranta sau pentru recreerea pasagerilor, pentru a ne asigura de utilitatea acestora urmand sa fie eliminate unde este cazul. De exemplu echipamentul de siguranta destinat numai zborurilor ce traverseaza apa.

Urmatorul tabel arata impactul reducerii masei mai multor tipuri de avioane cu 2 250 kg

Tabel 3.2 Impactul reducerii masei avioanelor asupra consumului de combustibil [46]

Cantitatea de combustibil care este utilizată în timpul unui zbor este aproximativ proporțională cu rezistența la înaintare a aeronavei. O rezistență mai mare la înaintare implica un consum de combustibil mai mare. Astfel, inginerii de aviație dedica o mulțime de atenție modelarii eficiente a aeronavei pentru a reduce rezistența la înaintare. Greutatea este de asemenea importantă. Mărind masa unei aeronave nu implica nimic altceva decat utilizarea unei mai mari forțe de ridicare pe tot parcursul călatoriei – ceea ce crește și rezistenta la înaintare.

Figura 3.4

Puterea necesară mișcării unei aeronave în aer este direct proporțională cu greutatea acesteia. Astfel, un avion foarte mare și greu are nevoie de mai multă putere dată de motoare, folosind mai mult combustibil, pe cand un avion mai ușor se comportă exact invers, rezultând un consum de combustibil mai mic. Această relație dintre greutate si consumul de combustibil este valabilă si are consecințe indiferent de volumul cu care este micșorată greutatea aeronavei. În concluzie, o reducere relativ mică a greutății tot oferă o îmbunătățire a eficienței consumului de combustibil.

Luând în considerare acest lucru, companiile aeriene au inceput să elimine sau să înlocuiasca anumite obiecte din avion pentru reducerea consumului de combustibil. Unele dintre aceste schimbări în greutate sunt posibile datorită avansarii tehnologiei (cum ar fi sistemele wi-fi la bord), pe cand altele sunt datorate schimbării standardelor serviciilor si segmentarea acestora (de exemplu renunțarea sau înlocuirea anumitor produse de catering).

Pentru a întelege mai bine importanța acestui aspect există o legendă urbana conform căreia fostul CEO al companiei American Airlines, Bob Crandall, a economisit 100 000$ într-un an prin micșorarea salatelor de la clasa I cu o măslină. Conform poveștii, o parte din această reducere a costurilor vine din reducerea consumului de combustibil provenite din reducerea greutății [47].

Chiar dacă această legendă urbană poate părea exagerată și greu de crezut, companiile aeriene pot reduce costurile seminificativ cu ajotorul eficientizării greutății la bordul aeronavelor. Cercetatorii de la Massachusetts Institute of Technology au estimat cât îi costa pe cei de la Southwest Airlines dacă fiecare pasager ar aduce urmatoarele la bordul aernovelor:

Grafic 3.5 Efectul greutății suplimentare asupra consumului de combustibil [48]

Menționez că la momentul studiului, flota celor de la Southwest măsura aproape 700 de avioane, iar dacă în momentul de fața s-ar extrage greutatea unei masline de la fiecare pasager, compania ar salva 40 000$ anual.

Alți factori care reprezintă o greutate suplimentară sunt apa potabilă și echipamentele de urgență. Ajustarea valorii transportate la cerința prevăzută, cu o alocație de urgență, ar putea realiza unele economii de combustibil. Cantitatea totală si strictețea echipamentului de urgență diferă în funcție de politica companiei aerine și natura zborului. În plus, greutatea aeronavei poate crește considerabil în funcție de serviciile pentru clienți, cum ar fi calitatea si confortul scaunelor, divertismentul din timpul zborului si bunurile duty-free. Acești factori cresc marketing-ul cu clienții și clădesc o relație mai bună, însă este important să fim constienți că toate acestea își pun amprenta asupra consumul de combustibil, fiind necesar să staibilm un echilibru între acestea. Astfel, e normal ca operatorii lung curier să aibă mai multe facilități în timpul zborului, pe când companiile scurt curier și low cost încearcă să reducă totul la minim.

Aproape fiecare transportator aerian din lume oferă anumite beneficii în timpul zborului pentru pasagerii săi, de exemplu băuturi și mâncare în timpul zborului, un magazin duty-free, in-flight entertainment și altele. Toate aceste activități impun o greutate suplimentară care duce la o creștere a consumului de combustibil. Astfel, ideea de bază din spatele acestui subcapitol este reducerea greutății care nu este necesară de la bordul avionului.

Cu cât echipamentul eliminat este mai greu, cu atât este mai mare reducerea de combustibil. Unele dintre componentele cu masa cea mai mare găsite în interiorul unei aeronave sunt încălzitoarele de apă, aparatele de cafea, cuptoarele și cărucioarele pentru alimente și băuturi. Majoritatea aeronavelor sunt echipate cu mai mult de unul dintre aceste dispozitive, astfel încât pentru zborurile pe distanțe scurte înlăturarea parțială sau chiar totală ar putea fi justificată. Este important să se ia în considerare faptul că această modificare nu este ieftină și nu este ușor de realizat, prin urmare, este justificată doar ca o măsură pe termen lung, atunci când transportatorul aerian este absolut sigur că nu va mai avea nevoie de echipamentele înlăturate în viitorul apropiat. Deoarece această este nu este rentabilă pentru zborurile pe distanțe lungi, transportatorii aerieni care totuși operează astfel de rute, ar putea pune în aplicare alte măsuri, cum ar fi scoaterea din uz a magazinului duty-free de la bordul aeronavei. Cum magazinele duty free sunt foarte des întâlnite pe aproape orice aeroport din lume, prezența acestuia la bordul aeronavei nu reprezintă o necesitate. Altă cale de reducere a masei poate fi realizată prin eliminarea revistelor din avion, care sunt de obicei plasate în buzunarul fiecărui scaun. Oferind mai puține reviste sau chiar deloc, un transportator aerian ar putea economisi combustibil. Eliminarea documentelor a avut loc deja și este dovedită ca o modalitate eficientă de reducere a masei. Până la introducerea sșa-numitelor genți de zbor electronice (EFB), care sunt dispozitive electronice, fie integrate în cockpitul aeronvei sau sub forma unei tablete, cockpiturile erau, de obicei, umplute cu foarte multe manuale grele și hârtii. În zilele noastre numai cele mai importante manuale sunt păstrate în format fizic, în timp ce toate celelalte sunt digitalizate și stocate pe EFB.

Gențile de zbor electronice (Electonic Flight Bags în limba Engleză) sunt dispozitive electronice de gestionare a informațiilor care cresc eficiența și performanța echipajelor de zbor de a-și duce la capat sarcinile manageriale ale zborului. Un EFB stochează electronic și preia documentele necesare pentru operațiunile de zbor, cum ar fi manualele de operare, hărțile aeronautice, informații despre aeroporturi, informații legate de traseu, planul de zbor, informații meteo, jurnalul de bord, o lista cu pasagerii aflați la bord si eventual poziția acestora, technical log și altele.

Geanta electronică își ia numele din tradiționala geantă a piloților, o genta cu documente ce trebuie să stea in cabina de pilotaj, și este varianta digitală a acestor documente.

Nu numai ca EFB-ul înlocuieste documentele printate cu versiuni electronice ale informațiilor necesare, dar piloții au parte și de software special construit pentru a completa cerințe care în mod normal erau efectuate manual, cum ar fi calculele performanței de decolare. Un EFB poate fi utilizat pe tot parcursul și durata zborului.

Pe măsură ce capacitățile de hardware și sistemele electronice de bord au evoluat de-a lungul anilor, din ce în ce mai mulți operatori au căutat modalități de a integra utilități inovative în aceste tablete din cabina piloților, folosind noile instrumente pentru a utiliza la maxim conexiunea Wi-Fi și Bluetooth. Astăzi, piloții care folosesc gențile electronice pot accesa planul de zbor oriunde doar folosindu-se de tabletă si de Wi-fi. Odată ajunsi în cabina de zbor, piloții pornesc aparatele de bord si încărcă direct planul de zbor în sistemul de management al zborului, utilizând o conexiune fără fir Wi-Fi sau Bluetooth.

Aceasta metoda care reduce greutatea de la bordul avionului are multe alte beneficii. Efectele secundare ale utilizării gentilor electronice sunt:

Ajută la eliminarea producției lunare a sute de hărti aeronautice, tabele, plăci de abordare, manuale de operare, manuale de proceduri, etc.

Elimină necesitatea de a trimite noi variante ale documentelor deja existente și aruncarea celor care nu mai sunt de actualitate.

Reduce numărul de ore necesare sortării a mii de pagini pentru a înlocui pe cele care nu mai sunt în conformitate cu noile strandarde.

Astfel, nu numai pilotii au de câștigat, ci și echipa din spatele piloților care se asigură ca toate documentele sunt la zi.

Reduce volumul de munca al piloților, făcându-le sarcinile mai ușoare, reușind să se concentreze mai bine asupra altor cerințe.

Acces mai rapid la informațiile necesare, crescând astfe eficiența piloților în situațiile obișnuite cât și în situațiile de urgență.

Software-ul care este instalat pe tableta poate ajuta la finalizarea anumitor calcule, realizate anterior de mână, reducând volumul de munca și eliminând astfel erorile umane.

Software-ul permite date și calcule exacte despre decolare și aterizare, optimizând consumul de combustibil și marind ciclul de viață al motoarelor aeronavei.

Calculele de bord pot fi, de asemenea, finalizate cu succes, ducând la îmbunătățirea siguranței la bord și eficientizarea zborului.

Oferă informații meteo în timp real îmbunătătind deciziile legate de traseu.

Informația este transmisă rapid, ceea ce înseamnă că rapoartele de zbor pot fi trimise eficient și in timp real, orice tip de problema sau neregulariate fiind rezolvate multe mai repede decât în ​​cazul în care pilotii s-ar baza pe hartii completate de mână. .

Nu în ultimul rând, poate reduce problemele de sanatate ale pilotilor.

Această metoda foarte inovativă de reducere a greutății a fost folosită de compania American Airlines. Acestia au înlocuit manualele de zbor ale piloților cu iPad-uri. Fiecare iPad, care cantărește aproximativ jumatate de kg, va înlocui pana la18 kg de hărtii, manuale de zbor, tabele de navigație, informatii meteo, etc. Metoda este și foarte ecologică, deoarece înlocuieste aproximatic 12 000 de foi pe un singur pilot, ducând la salvarea a 16 milioane de hârtii anual, echivalentul a 1 900 de copaci. Cei de la American Airlines susțin că această digitalizare le va aduce o economie de 1.2 mlioane de dolari datorită reducerii consumului de combustibil[49].

Consider că această metoda este foarte folositoare companiilor aeriene. Chiar dacă relativ cu celelalte metode de reducere a greutătii nu este asa de eficientă, recupereaza pe alte planuri, având nenumarate avantaje. Impactul asupra mediului înconjurător este redus prin doua metode: arderea unei cantități mai mici de combustibil, reducând astfel emisiile, și reducerea consumului de hârtie. În acelasi timp pune bazele unei comunicări și unei corespondențe în timp real, ușurând sarcinile piloților și companiilor aerine. Dacă această modernizarea ar fi prealuată de toate companiile, devenind obligatorie, ar avea un impact imens.

Lucrurile pot merge chiar și mai departe prin planificarea exactă a cantității de mâncare și băutură necesară pentru un anumit zbor. De exemplu, dacă sunt doar 100 de pasageri la bordul unei aeronave cu o capacitate de 160 de locuri, atunci se pot încărca alimente și răcoritoare doar pentru cei care au cumparat bilete, și nu pentru întreaga capacitate a aeronavei. Mai mult decât atât, majoritatea aeronavelor de pasageri sunt echipate cu un rezervor de apă care furnizează apă potabilă în timpul zborului. Recent, au fost ridicate întrebări cu privire la calitatea apei furnizate la bordul aeronavei, motiv pentru care este olosită în cea mai mare parte în toalete pentru folosirea acesteia și pentru spălarea mâinilor. Acest lucru consumă foarte puțină apă, astfel încât aeronava care decolat cu un rezervor plin de apă ar putea ateriza cu cea mai mare parte din el încă plin. Planificând cu exactitate cantitatea de apă încărcată la brdul aeronavei în funcție de numărul estimat de pasageri, ar putea reduce consumul de combustibil. Mai mult decât atât, acest lucru ar putea economisi tone de apă anual pe aeronavă. Dispozitive care elimină umezeala din interiorul aeronavei ar putea fi, de asemenea, instalate pentru reducerea greutății.

Rezervorul de apă potabilă conține apă utilizată în timpul zborului de catre însoțitorii de zbor și de pasageri. Acestea sunt umplute înainte de fiecare zbor la cel mai înalt nivel posibil. De exemplul, pentru avionul Boeing 737-800 sau Boeing 757-200 acest nivel este de 227 litri. Aceasta este o procedura standard, iar rezervorul de apă este întotdeauna umplut până când apa începe să curgă dintr-o gaură din fuzelajul aeronavei, moment în care rezervorul este plin. Din fiecare rezervor al aeronavei există o conductă care duce apa din rezervor în afara aeronavei când acesta este umplut la maxim, motiv pentru care apa curge afară din fuzelajul aeronavei. Boeing oferă diferite conducte speciale pentru rezervoarele de apă; de exemplu pentru Boeing 737-800 este posibil să se utilizeze dispositive care limitează rezervoarele de volum la maxim 150, 190 și 227 litri, iar pentru Boeing 757-200 este posibilă utilizarea conductelor care limitează volumul maxim al rezervorului la 190 sau 227 litri.

O altă metodă de a limita cantitatea de apă în rezervoare este de a instala un indicator de volum lângă gaura de umplere a rezervolui, făcând astfel posibilă verificarea cantității de apă din rezervor. Cu ajutorul aceastei modificari, personalul avionului poate sa solicite o anumită cantitate de apa care sa fie in conformitate cu distanța parcursă, ruta, gradul de umplere și experiențele antecedente.

Pentru a vedea cât de multă apă este de fapt necesara, se poate efectua un studiu în legatură cu consumul de apă, urmând să se reducă volumul de apă sub cantitatea standard de 227 litri. Astfel se poate adăuga o noua sarcină pentru membrii echipajului și anume verificarea consumului de apă înainte și dupa alimentare.

Alta recomandare este umplerea rezervoarele de apă în funcție de numarul de pasageri de la bordul aeronavei, mai degrabă decât umplerea completă a acestora la fiecare zbor. O companie aeriană a reușit să reducă consumul anual de combustibil cu 0,09% numai prin această măsură.

Putem presupune ca în medie această reducere a greutății va fi de 50 de kg pe fiecare zbor. Cum cei de la American Airlines suțin ca o reducere a greutății de 14.5 kg datorată înlocuirii manualelor de zbor cu iPad-uri le aduce o economie de 1.2 milioane de dolari, putem calcula cu aproximație cât putem economisi cu reducerea cantității de apă. Rezultatele diferă în funcție de mărimea flotei unei companii și de numărul de zboruri.

O altă metodă care ar putea fi implementată privește sistemele de divertisment în timpul zborului. Multe aeronave de pasageri au sisteme de divertisment electronice instalate în fiecare scaun pentru pasageri. Masa sistemelor electronice și a cablajelor necesare conectării acestora pot ajunge până la câteva sute de kilograme. Lufthansa afirmă că doar greutatea cablurilor necesare sistemelor electronice de divertisment pe un Airbus A340 se însumează la aproximativ 900 kg, și susțin că eliminarea acestora ar putea economisi până la 47 de tone de combustibil pe aeronavă de-a lungul unui an [50]. Ideea lor este să elimine cablajul și să aibă sisteme electronice bazate pe Wi-Fi instalat în fiecare scaun. O altă alternativă ar fi eliminarea completă a sistemelor de divertisment din scaune, iar în schimb, punerea la dispoziție a unei conexiuni gratuite Wi-Fi pentru toți pasagerilor. În felul acesta, pasagerii ar putea folosi propriile dispozitive electronice pentru divertisment sau în alte scopuri. Au existat unele preocupări cu privire la interferențele conexiunii Wi-FI cu sistemele aeronavei. Honeywell a descoperit că interferează cu unele unități de afișare pe care aceștia le produc, dar nu reprezintă un risc pentru operațiunile aeronavei [51]. Unii transportatori aerieni deja oferă conexiuni Wi-Fi la bordul aeronavei pe toată durata zborului. Preocuparea mai mare în cazul conexiunii Wi-Fi este securitatea aeronavei. Se susține că ar putea fi folosită pentru a sabota sistemele aeronavei și a prelua controlul aeronavei din cabina pasagerilor [52].

Componente mai ușoare
Pe parcursul a 25 de ani de operațiuni, este foarte posibil ca o aeronavă să beneficieze de cel puțin două sau trei modificari complete de interior, pentru a introduce panouri de comanda, bucătării și scaune mai ușoare. Dar există și alte modificări importante ce îmbunătățesc eficiența aeronavei, care pot fi luate in considerare odata ce avionul este în service.

O aeronavă mare poate fi construită din mai mult de un milion de bucati. Când este timpul pentru o lucrare de mentenanță majoră, se pot face un număr mare de modificări, cu scopul de a reduce greutatea.

Figura 3.5 Componente de la bordul aeronavei ce pot fi înlocuite

O nouă generație de materiale ușoare ca greutate, dar rezistente, bazate pe fibra de carbn s-a dezvoltat tocmai pentru a înlocui materialele tradiționale din aliaje de aluminiu folosite pentru sistemele si echipamentele de interiorul avionului. Scopul acestei reorintari a fost de a reduce greutatea. Atunci când o companie aeriană a introdus un nou carucior pentru bauturi care a fost cu 9 kg mai ușor decât versiunea anterioară, a estimat că va reduce costurile cu combustibilul cu 500.000 de dolari pe an. Această modificare a fost facută pe toate avioanele din flota companiei respective.

In Martie 2009 a fost produs un scan pentru clasa economica care cantărea doar 6 kg, fiind cu cel puțin patru kilograme mai ușor decât media scaunelor din clasa economică. Prin înlocuirea scaunelor din aliaj de aluminiu cu scaune din fibră de carbon, o companie aeriană a reusit să reducă greutatea transportată cu 8.8 kg pe rândul de scaune. Eliminarea meselor calde de pe anumite zboruri permite companiilor aeriene să elimina cuptoarele, compactoarele de deșeuri și întreaga bucatarie a avionului. Suporturile de reviste au disparut, iar separatorele între clasele economice au fost înlocuite cu perdele.

Carucioarele de catering

Pentru niște cutii pe roți, cerințele de reglementare pentru cărucioarele de catering sunt extreme de stricte. Acestea trebuie să respecte limitele de foc, fum și toxicitate ca oricare alt obiect aflat la bordul aeronavei, iar in plus sunt supuse și unor solicitări pentru a se asigura că ușile stau închise în cazul unui impact. Nici testele de echilibru nu sunt de neglijat, acestea fiind importante pentru a se asigura ca aceste cărucioare nu se vor răsturna prea usor. Materilale din care sunt făcute trebuie sa fie de bună calitate și foarte durabile pentru a suporta folosirea abuziva de-a lungul timpul din cauza încărcărilor si descărcărilor repetate, ciclurilor de spălari și lovirii acestora în timpului zborului de scaune.

O rezistența mai buna înseamnă de obicei o greutate mai mare, însă în ultimii ani au început sa se foloseasca compoziți în favoarea construcțiilor tradiționale din aluminium. Schimbarea este cauzată de dorinta companiilor aerine de a folosi componente cât mai ușoare, tocmai pentru a reduce greutatea. Rezultatul este foarte satisfăcător, carucioarele cântărind acum cu 10 kg mai puțin decât în trecut. O altă metodă de a le reduce greutatea este folosirea frânelor de plastic.

Cu toate acestea, Thomas Koehler, vice presedinte al companiei Norduyn, companie specializată pe construcția și comercializarea cărucioarelor de aviație, marturisește că există un paradox pe piață. Există cerere pentru ultimile metode de reducere a greutății și soluții inteligente, însa companiile aerine nu sunt tocmai receptive la prețurile de achiziție mai scumpe, ca și cum acestea ar subestima calitatea acestora și avantajele consumului redus de combustibil. Un alt motiv ar fi că se cauta o standardizare a acestor carucioare, cu care noile avioane vin deja echipate.

Diferența dintre cărucioarele moderne și mai ușoare ca preț față de cele standard este de 100 de dolari. Intrebarea este dacă această investiție este profitabilă. Cum acestea pot salva in medie 5 kg pe cărucior, investiția poate fi recuparată repede cu ajutorul economiilor facute din reducerea consumului de combustibil.

Covoare cu o greutate redusă

În materie de covoare, lumea aviatică este împărțită în doua tabere: cei care aleg covoarele din nailon și cei care aleg covoarele din lâna. La prima vedere mulți cred ca nailonul este mai ieftin și mai rezistent în timp, facând covoarele din nailon varianta mai economică, în timp ce lâna este mai scumpă și mai puțin rezistentă în timp, transformand-o în varianta premium. Această alegere nu este totusi atât de simplă pe cât pare.

Totusi este adevarat ca nailonul este de doua-trei ori mai rezistent decat lana, iar acest lucru faca industria aviatica sa se indrepte catre folosirea covoarelor din nailon, bazandu-se pe premisa ca daca covorul rezista mai mult atunci il poti folosi mai mult. Pe de alta parte, nailonul are anumite dezavantaje: retine mai mult praf si se decoloreaza mai repede in comparatie cu covoarele din lana. Pentru a mentine covoarele curate trebuie facuta menteanta mai des, iar costurile cu intretinerea cresc. Totusi, depinde foarte mult si de strandardele de curatenie impuse de compania aeriana.

Companiile aeriene își schimbă covoarele când sunt murdare și au atins stadiul în care este mai avantajos economic să le înlocuiască decât să le curete, acestea fiind uzate. Există totuși companii care fac o alegere bazându-se pe viitoarele cheltuieli cu întreținerea.

Noile covoare cântăresc , pe când cele standard de cântăresc Având în vedere că un Boeing 737 are nevoie în general de aproximativ 100de covor, pe cand un Boeing 747 in jur de 400 se salvează în medie 500 de grame pe , depinzând foarte mult de modelul ales. Astfel ajungem la urmatoarele reduceri de greutate:

;

Aceste tipuri de covoare pot ajunge să cântărească și jumatate din greutatea covorelor standard, iar prețul este chiar mai mic, pastrandu-și însa toate proprietățile și trecând fară probleme testele de durabilitate, uzură, urme lăsate de carucioare sau decolorare. Cum aceste covoare au acelasi nivel de calitate ca și cele convenționale, recomandarea mea este înlocuirea celor vechi la următoarea lucrare de mentenanță, reducând greutatea seminficativ, iar în final datorită consumului mai mic de combustibil aceste covoare ajung să se plătească singure.

3.3. Măsuri alternative de eficiență a consumului de combustibil

Măsurile de eficientizare ale consumului de combustibil descrise în subcapitolul anterior sunt utilizate pe scară largă în cadrul industriei aviatice, cu efortul de a reduce costul combustibilului și de a reduce emisiile de gaze. Măsurile au fost optimizate pe scară largă de-a lungul anilor, astfel încât nu se mai pot face prea multe îmbunătățiri. Din acest motiv, se încearcă dezvoltarea a unor măsuri noi și eficiente. Reducerea masei și rezistenței la înaintare rămân cele mai importante și eficiente modalităti pentru reducerea consumului de combustibil, dar unele măsuri mai elaborate, încearcă să influențeze direct consumul de combustibil. Trei dintre măsurile alternative cu cel mai mare potențial de economisire a combustibililor și reducere a emisiilor de gaze sunt biocombustibilii din aviație, învelișul nanotehnologic și metodele alternative de taxi.

3.3.1. Biocombistibilul de aviație

Biocombustibilul din domeniul aviației este un termen folosit pentru a descrie combustibilii alternativi utilizați pentru avioanele cu reacție. Acesta este în mare parte derivat din culturi uleioase durabile, cum ar fi jatropha, camelină și alge sau din lemn și biomasa deșeurilor. IATA susține că acești biocombustibili pot reduce amprenta totală a carbonului cu aproximativ 80% în timpul întregului lor ciclu de viață[53]. Scopul lor principal este de a reduce emisiile gazelor de aviației, deoarece în prezent reprezintă aproximativ 2% din emisiile globale și este așteptat să ajungă la 3% până în 2050.

Biocombustibilii se află încă în faza de dezvoltare și probabil vor avea nevoie de mult timp pâna să fie utilizați pe scară largă. În ciuda acestui fapt, au fost aprobați pentru uz comercial în 2011. De atunci, mai mult de 20 de transportatori aerieni au utilizat biocombustibili pe zboruri comerciale. Majoritatea zborurilor efectuate au utilizat un amestec de 50% din biocombustibil și 50% din combustibilul Jet A1. În timp ce acest lucru nu oferă aceeași reducere a emisiilor ca și un biocombustibil pur 100%, este totuși mult mai bine decât JET A1 pur. Obiectivul actual în dezvoltarea biocombustibililor este de a folosi resurse care nu afectează aprovizionarea mâncării.

Biocombustibilul din aviație este catalogat ca cea mai bună șansă pentru reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră pe termen scurt, ceea ce înseamnă până în anul 2050. Anul 2050 este, de asemenea, anul pe care IATA l-a selectat pentru obiectivul de reducere a emisiilor. Ei speră că până în 2050 nivelurile de emisii de dioxid de carbon vor fi reduse la 50% în comparație cu nivelurile din 2005. În prezent, acest obiectiv pare foarte ambițios și probabil se va confrunta cu dificultăți. Una dintre cele mai mari dificultăți în prezent este costul biocombustibilului din aviație, care este în prezent de câteva ori mai mare decât combustibilul convențional, deoarece costul de producere si livrare a biocombustibilul de aviație este mult mai mare decât costul pentru producerea și livrarea de combustibil convențional.

3.3.2. Straturile nanotehnologice

Avansurile din domeniul nanotehnologiei de la începutul secolului XXI au făcut posibilă acoperirea aeronavei cu straturi care ar putea oferi nu numai economii de combustibil, ci ar putea îmbunătăți durata de viață a motorului și ar putea împiedica fenomenul de givrare. Acoperirile nanotehnologice, cunoscute și ca nano-acoperiri, sunt polimeri care sunt răspândiți pe o suprafață oerindu-i astfel proprietăți speciale.

Primele nano-acoperiri specializate în aviație au fost folosite pe avionul de lupta F-22 Raptor pentru a-l face nedetectabil radar. În aviația civilă, aceste acoperiri pot fi utilizate din mai multe motive. Învelișurile cu proprietăți termice pot fi aplicate componentelor motorului care sunt supuse temperaturilor ridicate, încetinind procesul de îmbătrânire și uzare a motoarelor, crescându-le durata de viață cu 300% . Motoarele pot funcționa astfel la temperature mai ridicare cu o eficiență sporită, fără deteriorarea părților critice, care, așa cum a fost descris anterior, ar putea determina o creștere a consumului de combustibil.

Acoperirile cu proprietăți super-hidrofobe sunt proiectate să respingă apa. Utilizarea acestora ar putea împiedica acumularea de gheață pe suprafețele aeronavei, deoarece existența acesteia sporește rezistența la înaintare. Există totusi modalități de a împiedica și stopa givrarea, dar se folosesc de puterea motorului. Nano-acoperirile reprezintă o modalitate pasivă de protecție care ar putea reduce consumul de combustibil prin împiedicarea înghețării și prin reducerea necesității de a utiliza o parte din puterea motorului pentru a rula sistemele de degivrare. În cazul temperaturilor sub zero grade, apa îngheață instantaneu când ia contact cu o suprafață care nu este tratată, alunecând în caz contrar, daca suprafața a fost tratată nanotehnologic.

Nano-acoperirile simple, fără proprietăți speciale, pot reduce consumul de combustibil. Ideea din spatele acestui lucru este că aproape fiecare suprafață este o suprafață aspră la un nivel atomic. Crăpături, fisuri și alte imperfecțiuni care sunt invizibile pentru ochiul uman sunt responsabile pentru scăderea coeficientului de aerodinamicitate. Scopul nano-acoperirii în acest caz ar fi să umple aceste imperfecțiuni și să creeze o suprafață plană, aparent perfectă. Acest lucru nu numai că ajută la reducerea rezistenței la înaintare, dar de asemenea împiedică acumularea prafului și a altor resturi pe suprafața aeronavei. Unul dintre cele mai mari beneficii ale nano-acoperirilor este că acestea sunt foarte ușoare, neafectând consumul de combustibil. Astfel, efectul net al acoperirilor nanotehnologice este reducerea consumului total de combustibil și a emisiilor de gaze cu efect de seră.

Metode alternative de Taxi

Motoarele avioanelor sunt concepute pentru a fi eficiente în aer, iar atunci când acestea sunt folosite pentru operațiunile de taxi consumă aproximativ 11.5 kg/min [54]. Operațiunile de taxi se impart în două categorii: taxi in, procedura efectuată dupa aterizare și taxi out, prodecedura efectuată înainte de docalare. Statisticile arată ca procedura de taxi out durează mai mult și ca timpul acestora crește de la an la an din cauza traficului.

În momentul de față exista doua metode alternative pentru efectuarea procedurii de taxi și anume electronic și tugs, adică remoarcarea avionului.

Remorcarea avionului

În lumea aviației, conceputul de tug reprezintă o mașină condusă de un șofer pentru a realiza operațiunea de pushback. Aceasta presupune împingerea din față a aeronavei până la cea mai apropiată cale de rulaj. Taxi tug este folosit nu doar pentru pushback, ci și pentru aducerea aeronavei la pistă. Acest conceput poate fi văzut în figura 4.1, însă nu este foarte răspândit deoarece afectează în timp structură trenului de aterizare.

Figura 4.1 Taxi realizat cu ajutorul unei mașini speciale care practice remorchează avionul

TaxiBot este un vehicul semiautonom conceput de Israel Aerospace Industries care nu afectează componentele avionului. Trenul de aterizare este conectat la vehicul, iar pilotul este în control pe toată perioada de taxi, folosindu-se de un mecanism pentru a controla vehiculul. TaxiBot-ul accelerează automat iar motoarele avionului sunt pornite pentru încâlzire. Înainte de a ajunge pe pistă, vehiculul se deconectează, fiind condus înapoi de soferul acestuia.

Figure 4.2 TaxiBot

Avantajul acetei metode este că nu implică cresterea masei avionului, reduce consumul de combustibil, emisiile de gaze și poluarea fonică din aeroport. Însă acest sistem certificat de EASA nu este încă disponibil pe toate aeroporturile, iar la cele aglomerate poate cauza întârzieri din cauza cererii foarte mari.

4.2. Taxi alimentat elctric

Prin instalarea unor motoare electrice alimentate de unitatea APU în trenul de aterizare, aeronava se poate deplasa la sol fara a avea nevoie de motoarele principale. Momentan sunt două sisteme care funționează pe acest principiu, însă nu sunt ceritificate: Electric Green Taxiing System (EGTS) și WheelTug.

4.2.1 Electric Green Taxiing System

EGTS este un sistem complet autonom care nu depinde de surse externe de energie, în mare parte destinat avioanelor Boeing 737 și Airbus A320 pentru zboruri de scurt si mediu curier [55]. Sistemul este bazat pe două motoare electrice montate pe roțile principalelor trenuri de aterizare.

Figura 4.3 Sistem EGTS montant pe trenul de aterizare al unui Airbus A320

Generatorul APU trebuie să fie modificat deoarece acesta trebuie să genereze suficientă putere pentru a atinge viteze de 20 de noduri. Aceste modificări vor crește masa aeronavei cu până la 400 kg [56]. Chiar daca consumul de combustibil va crește inițial din cauza masei suplimentare, per total se estimează reducere de 4% pentru un Airbus A320 zburând pe o distanță de 600 NM cu 15 minute de taxi-out și 8 minute de taxi-in [57].

4.2.2 WheelTug

Diferența principală dintre EGTS și WheelTug este că cel din urmă este instalat pe trenul de aterizare din față. WheelTug este construit astfel încât să nu necesite modificări APU, iar din cauza aceasta este limitat la viteze de până la 8,69 noduri. Compania suține ca dispozitivul este construit pentru aeroporturile aglomerate care necesită multe opriri din cauza traficului. Este interesant de notat faptul că nu reducerea consumului de combustibil este promovată de creatori, ci reducerea timpului de operare la sol a aeronavei, eliminând nevoia și costul unei mașini pentru pushback.

Altă difernța între aceste două sisteme este că WheelTug-ul este mult mai ușor, cântărind 136 kg și este alcătuit din două motoare electrice amplasate pe roțile trenului de aterizare din față.

Figura 4.5 Roata din fată a unui Boeing 737 (stânga) și aceeași roată cu sistemul WheelTug instalat (dreapta)

Este important de considerat faptul că trenul de aterizare din față este mai mic decat cel principal, iar încărcarea acestuia cu o masă adițională ar putea duce la uzarea lui înainte de vreme. Este posibil ca unele modificări să fie implementate pentru sporirea siguranței.

Figure 4.6 Sistemul WheelTug instalat pe un Boeing 737

4.2.3 Avantajele rulajului electric

Cel mai evident avantaj este reducerea consumului de combustibil, și cum costurile cu combustibilul reprezintă aproximativ o treime din costurile directe de operare, iar prețul combustibilului nu este deloc stabil, rezultă o reducere a costurilor. În același timp poluarea mediului înconjurător dar si poluarea fonică din aeroport vor fi reduse.

Sistemele electrice de taxi reduc și timpul de turnaround, motoarele se pornesc mai târziu și se opresc mai devreme, reducând simultan pericolele la care sunt supuși inginerii și tehnicienii de la sol. Un timp redus de turnaround presupune și costuri de aeroport reduse. Faptul ca motoreale sunt folosite mai putin le mărește durata vieții, iar uzura frânelor este și ea redusă .

Analiza efectului implementării rulajului electric asupra consumului de combustibil

Vom folosi ecuații matematice pentru a analiza diferitele meteode pentru operațiunea de taxi și pentru a aproxima eventualele reduceri de costuri.

5.1. Coeficientul eficienței combustibilului

Pentru a putea compara metoda electrică definim FEI (Fuel Efficiency Index) ca raportul dintre combustibilul consumat în timpul rulajului electic și combustibilul utilizat din timpul rulajului cu toate motoarele pornite. Pentru ca noua metoda să fie eficient, raportul trebuie sa fie subunitar.

Similar raportului de mai sus, putem calcula eficiența rulajului cu un singur motor în raport cu folosirea tuturor motoarelor.

5.2. Variabilele consumului total de combustibil

Pentru a calcula coeficientul de eficiență se pot folosi date reale sau aproximative. Pentru aceste calcule se ia in considerare timpul de taxi-in, taxi-out, încălzirea și răcirea motorului, timp în care combustibilul este consumat.

5.2.1. Consumul total de combustibil în timpul rulajului folosind toate motoarele.

Unde:

n este numărul de destinații

N este numărul de ciclii LTO (Landing to Take-Off) pe destinație

FFi este media consumului de combustibil pe destinație în timpul folosirii tuturor motoarelor

FFAPUi este media consumului de combustibil datorat APU-ului

touti este media timpului destinat procedurii de taxi-out

tini este media timpului destinat procedurii de taxi-in

5.2.2. Consumul total de combustibil în timpul rulajului electric

În acest caz, consumul total de combustibil în timpul rulajului electric, FCet, se referă la întreaga procedură detaxi-in sau taxi-out. Se presupune că consumul de combustibil datorat motoarelor este zero, deoarece acestea sunt oprite, iar APU este mult mai solicitată.

(8)

Unde:

tetini este timpul de taxi-in pe durata operării unui sistem de taxi electric

texouti este timpul de taxi-out pe durata operării unui sistem de taxi electric

Pentru acest model trebuie să considerăm timpul pentru încălzirea și răcirea motorului. Astfel, timpul destinat încălzirii motorului este între 2 și 5 minute, deci considerăm 3 minute ca timp de încălzire. Luăm operațiunea de taxi-out ca fiind minim 5 minute, astfel încât vom avea 3 minute taxi cu toate motoarele și doua minute folosind APU. Pentru procedurile de taxi-in stabilim un timp de răcire al motoarelor de 3 minute.

Iar dacă considerăm doar procedurile de taxi-out, ecuația devine:

5.2.3. Consumul total de combustibil în timpul rulajului cu un singur motor

Pentru modelul matematic, considerăm consumul de combustibil în timpul rulajului cu un singur motor ca fiind 70% din consumul normal de combustibil dacă s-ar fi folosit toate motoarele.

Luăm în considereare timpii necesari pentru încălzirea respectiv răcirea motorului, iar modelul va calcula doar pentru timpii de taxi-out mai mari de 5 minute și timpii de taxi-in mai mari de 4 minute.

Iar dacă calculăm doar procedurile de taxi-out:

5.3. Calculul emisiilor de gaze în timpul procedurii de taxi

ICAO a definit ciclul Landing to Take-OFF (LTO) pentru a calcula emisiile la 3000 de picioare deasupra aeroportului. Un ciclu LTO este alcătuit din apropiere, aterizare, taxi, decolare și uracarea inițială. Cu ajutorul valorilor oferite de ICAO Airport Air Quality Manual [56] vom calcula rata emisiilor pentru Boeing 737NG și pentru Airbus A320.

Ecuațiile pentru Boeing 737NG:

Ecuațiile pentru Airbus A320:

Pentru finalizarea calculelor este necesar să înlocuim mf cu valorile FCSE, FCALL, FCET.

Concluzii

Încă de la primul zbor în 1903, industria aviatică depinde de derivate ale petrolului pentru a funcționa, iar dispariția acestuia este de neimaginat într-o lume care depinde atat de mult de el. Arderea petrolului produce gaze care sunt daunătoare pentru planeta și sănătatea noastră, iar în momentul de față aviația este mult prea dependenă de această sursă de energie pentru a înceta brusc folosirea ei.

Obiectivul de a reduce emisiile de gaze cu efect de seră la 50% până în 2050 raportat la nivelul din 2005 este foarte important pentru a preveni încălzirea globală și schimbările de climă. Din cauza improbabilității ca industria aviatică să trecă la o nouă sursă de energie este foarte important ca măcar să se încerce micșorarea impactului prin reducere consumului de combustibil și a emisiilor de gaze.

Măsurile care se concentrează exclusiv pe reducerea masei aeronavelor ar putea să nu suficiente. De aceea este necesară dezvoltarea și implementarea unor noi măsuri pentru a accelera procesul de reducere a poluării. Una dintre aceste măsuri ar putea fi rulajul electric, care nu numai ar reduce impactul asupra mediului, dar ar si reduce costurile de operare ale transportatorilor aerieni.

Cu toate acestea, din cauză ca aceste sisteme încă nu au fost certificate, modelul mathematic creat ramene unul idelist și trebuie luat în considerare că sunt mulți alți factori care influența utilizarea acestor sisteme. De exemplu, încă nu este cunoscut efectul stării meteorologice asupra sistemelor electrice sau durata de viață a acesotra, respective impactul lor asupra avionului.

Totuși, rulajul electric oferă mai mult decât reduceri de combustibil și de gaze poluante. Unele dintre aceste beneficii sunt reducerea timpului de operare la sol, de exemplul timpul necesar procedurii de turnaround și pushback, mărirea durate de viață a motoarelor și frânelor, reducerea costurilor aeroportuare, reducerea poluării fonice în aeroport. Toate aceste aspecte și implicațiile lor ar trebui studiate în continuare pentru o mai bună întelegere a reducerilor economice.

Bibliografie

[1] Aviation statistics [Internet] 2014: http://aviationbenefits.org/around-the-world

[2] Load factors over time [Internet] 2014: http://aviationbenefits.org/social-development

[3] Development of aviation [Internet] 2014: http://aviationbenefits.org/ Beginner’sGuidetoAviationEfficiency

[4] Economic growth [Internet] 2015: http://aviationbenefits.org/economic-growth

[5] ICAO Environmental Report [Internet] 2016: https://www.icao.int/environmental-protection/Documents/ICAO%20Environmental%20Report%202016.pdf

[6] ICAO [Internet] 2015 https://www.icao.int/Meetings/EnvironmentalWorkshops/Documents/2015-Dubai/6-2_Tracking-Aviation-Emissions_Fuel-Efficiency-Improvements-MBMs-IATA.pdf

[7] IATA Guidelines [Internet] 2017: http://www.iata.org/publications/store/Pages/fuel-efficiency-guidelines.aspx

[8] Fuel Prices 2015 [Internet] http://fuelprices.tk/fuel-prices/100ll-fuel-prices

[9] Emissions 2016 [Internet] http://www.carbonindependent.org/sources_aviation.html

[10] Griggs MB. NASA: Sea Level Rise is going to Get Much Worse [Internet] 2016: http://www.popsci.com/nasa-sea-level-rise-going-get-much-worse

[11] Sea Level [Internet] 2016: http://www.climatehotmap.org/globalwarming- effects/sea-level.html

[12] Carbon Dioxide [Internet] 2016: http://toxtown.nlm.nih.gov/text_version/chemicals.php?id=6

[13] Volatile Organic Compounds [Internet]. 2015: http://toxtown.nlm.nih.gov/text_version/chemicals.php?id=31

[14] Nitrogen Oxides [Internet] 2016: http://toxtown.nlm.nih.gov/text_version/chemicals.php?id=19

[15] Carbon Monoxide [Internet]. 2016: http://toxtown.nlm.nih.gov/text_version/chemicals.php?id=7

[16] Sulphur Dioxide [Internet]. 2016: https://toxtown.nlm.nih.gov/text_version/chemicals.php?id=29

[17] Facts & Figures [Internet]. 2014: http://www.atag.org/facts-and-figures.html

[18] IATA. Economic Performance of the Airline Industry. IATA; 2015 June 05. p. 4: https://www.iata.org/whatwedo/Documents/economics/IATA-Economic-Performance-of-the-Industry-end-year-2015-report.pdf

[19] Fuel efficiency and the price of jet fuel: https://www.iata.org/whatwedo/Documents/economics/IATA-Economic-Performance-of-the-Industry-end-year-2015-report.pdf

[20] Peeters PM, Middel J, Hoolhorst A. Fuel Efficiency of Commercial Aircraft. National Aerospace Laboratory NLR; 2005 November. p. 25

[21] 23 Peeters PM, Middel J, Hoolhorst A. Fuel Efficiency of Commercial Aircraft. National Aerospace Laboratory NLR; 2005 November. Graph from original source, Fuel efficiency jet aircraft. p. 24

[22] Annex 6 to the Convention on International Civil Aviation: Operation of Aircraft. 9th ed. ICAO; 2010.

[23] Švragulja D, Domitrović A. Review of Aircraft Fuel Efficiency Measures. In: Ščukanec A, Babić D, editors. Science and Transport Development; 2015 May 12; Zagreb. Zagreb: Faculty of Transport and Traffic Sciences; 2015. p. 213

[24] Flight Planning. 6th ed. Nordian AS; 2010. Capitol 3

[25] Getting to Grips with Fuel Economy. 4th ed. Airbus; 2004 October. p. 15

[26] Denuwelaere S. A New Approach to Cost of Weight. Aircraft IT Operations. 2012; 5:18-21.

[27] Flight Planning. 6th ed. Nordian AS; 2010.

[28] Flight Planning. 6th ed. Nordian AS; 2010.

[29] Fuel efficiency [Internet] 2016: http://www.economist.com/blogs/gulliver/2015/11/fuelish-endeavour

[30] A318/A319/A320/A321 Performance Training Manual. Airbus; 2005. p. 32

[31] Getting to Grips with Fuel Economy. 4th ed. Airbus; 2004 October. p. 18

[32] Ithnan MI, Selderbeek T, Beelaerts van Blokland WWA, Lodewijks G. Aircraft Taxiing Strategy Optimization. Technology University of Delft, the Netherlands; 2013.

[33] Mass & Balance. 6th ed. Nordian AS; 2010. Capitol 2. p. 1

[34] Švragulja D, Domitrović A. Review of Aircraft Fuel Efficiency Measures. In: Ščukanec A, Babić D, editors. Science and Transport Development; 2015 May 12; Zagreb. Zagreb: Faculty of Transport and Traffic Sciences; 2015. p. 214

[35] Getting to Grips with Fuel Economy. 4th ed. Airbus; 2004 October. p. 8

[36] A318/A319/A320/A321 Flight Crew Operating Manual. Airbus; 2012. Ch. 1.27.50. p. 5

[37] Getting to Grips with Fuel Economy. 4th ed. Airbus; 2004 October. p. 26

[38] Air Law & ATC Procedures. 6th ed. Nordian AS; 2010. Capitol. 7. p. 4

[39] Getting to Grips with Fuel Economy. 4th ed. Airbus; 2004 October. Tabel din sursa originală , Effect of climb speed on fuel and time. p. 34

[44] Getting to Grips with Fuel Economy. 4th ed. Airbus; 2004 October grafic din sursa originală. p. 5

[45] Principles of Flight. 6th ed. Nordian AS; 2010. Capitol. 3. p. 31

[46] Mass reduction [Internet] 2015: https://www.ipcc.ch/ipccreports/sres/aviation/124.htm

[47] Reducing costs [Internet] 2016 : https://fivethirtyeight.com/features/if-everyone-went-to-the-bathroom-before-boarding-the-plane-ticket-prices-might-be-lower/

[48] http://web.mit.edu/airlinedata/www/default.html

[49] EFB [Internet] 2015 http://aviationweek.com/aftermarket-solutions/next-generation-efbs-integral-nextgen-cockpit

[50] Fuel Efficiency at the Lufthansa Group. Balance sustainability report. Lufthansa; 2012.

[51] Hopewell L. Wi-Fi proven to interfere with aircraft [Internet]: http://www.zdnet.com/article/wi-fi-proven-to-interfere-with-aircraft/

[52] Rundle M. In-flight Wi-Fi is ‘direct link’ to hackers [Internet]: http://www.wired.co.uk/news/archive/2015-04/15/aeroplane-wifi-hacks-possible

[53] Alternative Fuels [Internet] 2015: http://www.iata.org/whatwedo/environment/Pages/alternative-fuels.aspx