黨的“十九大(dà)報告”明确指出，我(wǒ)們要建設的現代化是人與自然和諧共生(shēng)的現代化，這就爲未來中(zhōng)國的生(shēng)态文明建設和綠色發展指明了方向、規劃了路線。爲推進生(shēng)态文明建設，民航業作爲用能大(dà)戶，也将扮演極其重要的角色，必須注重綠色發展。在國務院發布的《“十三五”現代綜合交通運輸體(tǐ)系發展規劃》和《國務院關于促進民航業發展的若幹意見》中(zhōng)明确提出，促進交通運輸綠色發展，打造綠色低碳航空，推動新材料、新能源的應用。

目前，民航行業在未來仍将保持高速增長。根據國家統計局公布數據，2018年民用航空貨物(wù)周轉量和旅客周轉量相比較“十二五”結束時已經分(fēn)别上漲了26.1%和47.1%。民用機場新建28個，民用航空航線新增1276條，上升比例爲40.6%，航線裏程新增285萬公裏，上升61.4%，民用飛機新增1425架，上升了34.2%。

航空公司屬于“能源依賴型企業” , 航油占據着其主營運成本較高的比例，約在30%～40%。因此，我(wǒ)國的民用航空業在迎來業務需求增長和發展的同時，如何有效控制油耗與減緩排放(fàng)增加的嚴峻問題也擺在眼前。

爲了降低運營成本，提高利潤，赢得更好的發展空間，各大(dà)航空公司也在積極主動研究探索航空節能技術，在燃料動力、機體(tǐ)結構、地面維護及管理等方面采取了常用節能減排技術，詳見表1。

表1   航空常用節能減排技術舉例

本文将針對國内民航節能減排技術的特點及應用情況展開(kāi)闡述分(fēn)析。

一(yī)、各種節能技術特點

（一(yī)） 發動機升級

目前國内民航寬體(tǐ)客機上均采用大(dà)涵道比渦扇發動機作爲推進動力源，并且以CFM56系列和V2500系列發動機爲主。對不同飛機機型的适用發動機系列進行升級改造可以達到有效降低燃油消耗和污染物(wù)排放(fàng)的目的。

CFM56 系列航空發動機是由美國GE公司和法國SNECMA公司組建的CFMI公司共同研發的，該系列發動機是在美國F101軍用渦扇發動機爲核心機技術的基礎上，爲适應20世紀80年代末國際民用飛機市場需求而研制的100kN級大(dà)涵道比渦扇發動機，目前已經相繼推出了CFM56-2、CFM56-3、CFM56-5、CFM56-7 等4個系列^[1]。新一(yī)代升級發動機相比之前型号都有不同程度的提升，其性能更好，更安全可靠，更節能環保。例如，CFM56-5A同CFM56-2相比，耗油率降低了13%～15%，可靠性提高了30%～40%。CFM56-5B采用了更加先進的雙環腔燃燒室，NO_x排放(fàng)物(wù)降低約35%。CFM56-5C發動機耗油率比CFM56-5A1降低約5%。

V2500系列發動機則是國際航空發動機公司（IAE）研制生(shēng)産的雙轉子軸流式高涵道比渦輪風扇發動機。該系列發動機具有無凸台的寬弦空心的風扇葉片、“浮壁”燃燒室和高效的燃油率等特點^[2]。20世紀該公司已研制生(shēng)産了V2500-A1、V2527-A5、V2522-D5、V2528-D5、V2530-A5等多款V2500系列發動機。2008年IAE公司爲了進一(yī)步改進V2500發動機的性能，推出了Select One改裝計劃，對發動機高壓壓氣機（HPC）和高壓渦輪（HPT）進行升級改造，通過改裝可以達到降低2%～3%的燃油消耗的效果，同時還具有提高發動機工(gōng)作效率、減少發動機排放(fàng)、提高部件可靠性、減少返修次數等效果，詳見表2。

表2    CFM56和V2500系列發動機對應機型

上海市内已有多家航空公司進行發動機升級改造，東方航空公司、春秋航空公司和吉祥航空公司自2010年以來投入大(dà)量資(zī)金，已經對近百架飛機的發動機進行升級改造，并取得良好的節能效果。

（二）生(shēng)物(wù)質燃料

生(shēng)物(wù)質燃料是實現航空業大(dà)幅度節能減排的技術之一(yī)，以生(shēng)物(wù)質作爲原料制造的航空生(shēng)物(wù)燃料具備原料易得、可再生(shēng)及環保等諸多優勢。生(shēng)物(wù)質合成航空燃油其化學結構和物(wù)化性質與一(yī)般化石航空燃油較爲接近，也可使用現有燃料運輸配送設備及系統。根據相關研究，在燃料生(shēng)産使用的全生(shēng)命周期内，航空生(shēng)物(wù)燃料的溫室氣體(tǐ)排放(fàng)量相比較一(yī)般化石航空燃油可以降低50%～90%^[3]。

目前制造航空生(shēng)物(wù)質燃料主要采取：生(shēng)物(wù)質氣化-費(fèi)托合成、生(shēng)物(wù)質水相催化、油脂加氫等幾類方法^[4]，詳見表3。

表3     航空生(shēng)物(wù)質燃料主要制取方法

對我(wǒ)國而言，存在大(dà)量農業廢棄物(wù)可加以利用，生(shēng)物(wù)質氣化-費(fèi)托合成技術将成爲未來的主要發展方向，尤其适合我(wǒ)國國情。中(zhōng)國國際航空股份有限公司在2011 年10月成功實施了國内首次航空可持續生(shēng)物(wù)燃料的驗證飛行。對世界範圍而言，已經不止一(yī)家航空公司在定期航班上使用生(shēng)物(wù)燃油，但也僅作爲試點工(gōng)程，仍舊(jiù)缺乏持續穩定的供應鏈，需要繼續推進其産業化、商(shāng)業化的進程。研究和發展航空生(shēng)物(wù)質燃料在中(zhōng)國具備條件優良：具有充足的人力資(zī)本和廣闊的社會需求。應創建以政府部門爲指導，企業爲主體(tǐ)，大(dà)學、研究所、金融機構共同參與的生(shēng)物(wù)質燃料創新體(tǐ)系，加強自主技術研發力度；同時國家應制定針對性的扶持政策，使企業在航空碳稅、碳交易、技術扶持資(zī)金等方面獲益。

（三）翼梢小(xiǎo)翼

飛機在巡航工(gōng)況下(xià)，機翼後渦旋所産生(shēng)的誘導阻力在總阻力中(zhōng)增長成爲較大(dà)占比。采用擴大(dà)機翼展長的方法可以達到降低誘導阻力的目的，但同時飛機展長還受到機翼結構與空間的限制，不可能無限增加。翼梢小(xiǎo)翼是美國航空航天局（NASA）蘭利風洞實驗室主任R.T.懷特科姆^[5]在20世紀70年代中(zhōng)期首先設計了一(yī)種安裝在機翼翼尖的附加裝置原型，該裝置可大(dà)幅降低飛機巡航工(gōng)況的誘導阻力。

翼梢小(xiǎo)翼主要減阻原理是：在飛機機翼尖端上下(xià)表面的壓差作用下(xià)，機翼尖端沿下(xià)表面氣流趨于外(wài)流，上表面趨于内流。飛機機翼上安裝翼梢小(xiǎo)翼後，在飛機機翼的氣流流動過程中(zhōng)将産生(shēng)端闆效應，并對飛機機翼翼梢渦産生(shēng)擴散效應，削弱機翼尾渦的下(xià)洗，誘導阻力随之減少。

目前在民機上所用的翼梢小(xiǎo)翼有：單上翼梢小(xiǎo)翼、翼梢渦擴散器、鲨魚鳍翼梢小(xiǎo)翼、翼梢帆片等。

圖1  航空翼梢小(xiǎo)翼分(fēn)類

相關研究顯示，翼梢小(xiǎo)翼安裝在機翼上能夠降低飛機飛行時的誘導阻力的20%～30%。其作爲一(yī)種節約成本和節能的先進空氣動力技術，在波音和空客的大(dà)型客機上已經有了一(yī)定的應用。

根據上海地區數家大(dà)型航空客運公司的實際運營數據，320系列飛機加裝翼梢小(xiǎo)翼後，節油率可以達到3%左右。一(yī)般而言，航程越長，巡航高度和馬赫數就越高，小(xiǎo)翼節油也越多。在短距航段，飛機爬升和下(xià)降占用過多的時間，巡航階段需時較少，因此短航程飛行時鲨鳍小(xiǎo)翼節油較少。空客實驗室的理論測試數據顯示，A320系列飛機加裝鲨鳍小(xiǎo)翼後都能達到一(yī)定比例的節油效果。根據理論測試數據，在1000海裏航程，加裝鲨鳍小(xiǎo)翼可節油2.5%以上。節油比率與航程長短成正比，航程達到3000海裏時，預計可節油3.5%以上。

圖2   小(xiǎo)翼節油效果示意

（四）發動機水洗

評價航空發動機典型性能參數有： EGTM（發動機排氣溫度裕度）、機械振動值、滑油壓力及滑油消耗情況等。監控各項性能參數有助于掌握航空發動機的運行狀況，預測、管理發動機維修，降低燃油消耗量，減少維護和備件成本。^[6]

航空發動機利用燃油燃燒推動工(gōng)質（空氣）進行做功，然後轉變成透平渦輪的動能，給飛機飛行提供動力源。經過長時間的運行，燃油内含有的雜(zá)質（如膠質）及高溫燃燒産生(shēng)的微溶碳化物(wù)會日積月累地附着于整個引擎系統内部，導緻油耗量上升。

發動機水洗是指對發動機進氣道、風扇葉片及整個核心機氣路用一(yī)定壓力的水（或溶劑）沖洗，一(yī)般可獲5℃～10℃的EGTM，個别發動機可達15℃之多，從而提高發動機性能和燃油效率。該方法簡單、省時、收效快，特别對于經過沙塵或沿海區域的機群航線，使用發動機水洗的效果明顯。實際操作時清洗發動機的用水流速和溫度都應有嚴格計量要求。發動機清洗車(chē)是由不鏽鋼水箱和不鏽鋼清水箱組成，按照飛行手冊相應要求，分(fēn)别充入額定的清洗劑溶液和純淨軟水，再經汽油水泵機組增壓調壓後，再通過閥門、管道等，将清水或藥水按一(yī)定流量噴射到需要清洗的地方。清洗過程中(zhōng)水溫、水槍角度、時間都有嚴格要求。水洗設備通過固定在發動機前段的固定式水槍使得清洗過程中(zhōng)水槍角度、霧化效果、水流量得到有效控制，從而達到最佳沖洗效果，提高發動機的EGT裕度，延長發動機的使用壽命。

圖3  發動機水洗設備

航空發動機水洗是保持發動機氣路性能經濟有效的在翼維護措施。目前，各大(dà)航空公司已開(kāi)始根據發動機的具體(tǐ)使用情況制定相應的水洗計劃，以此解決積垢積碳引起的發動機氣路性能衰退問題，實際運營數據也證明了其易操作和有效性。根據上海地區航空公司實際運營數據顯示，經過水洗後的發動機，節油率約爲3‰。

圖4  發動機水洗節能效果

（五）地面設備（電(diàn)源）

APU（飛機輔助動力裝置）是一(yī)種小(xiǎo)型燃氣渦輪發動機，其主要作用是向飛機獨立地提供電(diàn)力和壓縮空氣。APU有自己單獨啓動的電(diàn)動機，由單獨的電(diàn)池供電(diàn)，有獨立的附加齒輪箱、潤滑系統、冷卻系統和防火(huǒ)裝置。APU一(yī)般裝在機身最後段的尾椎之内，在機身上方垂尾附近開(kāi)有進氣口，排氣直接由尾錐後端的排氣口排出。

圖5   APU設備及控制系統

起飛前，APU供電(diàn)啓動飛機主發動機，APU可提供電(diàn)力和壓縮空氣，保證客艙和駕駛艙内的照明和空調，确保旅客的舒适；在飛機飛行時，APU是保證航空發動機空中(zhōng)停車(chē)後再啓動的主要裝備，它直接影響飛行安全；降落後，仍由APU供應電(diàn)力照明和空調，使主發動機提早關閉。APU同主發動機一(yī)樣是渦輪發動機，燃燒航空燃油排放(fàng)廢氣。其存在效率相對較低，噪聲、耗油量相對較大(dà)的缺點^[7]，給機場及機場地區帶來的大(dà)氣污染和環境噪音顯得十分(fēn)突出。

各航空企業可通過減少使用APU的方法來降低燃油成本。航空公司在航班的航前、過站、航後等地面等待時間可以使用地面電(diàn)源代替飛機APU，節能減排效果相當明顯。對于飛機着陸後使用地面設備替代APU，歐洲和日本等發達國家不少機場已寫入制度規範。飛行員(yuán)着陸後操作也很方便：地面設備（電(diàn)源）連接成功，飛機指示燈點亮提醒，飛行員(yuán)按下(xià)切換按鈕，則完成了關閉飛機APU并由地面設備（電(diàn)源）供應能源的操作。目前機場所使用的地面設備主要分(fēn)爲兩種：地面車(chē)載電(diàn)源、空調設備和地面橋載電(diàn)源、空調設備。

采用地面設備（電(diàn)源）代替APU供電(diàn)，可以節約燃油消耗、節省APU維修費(fèi)用、減少二氧化碳等氣體(tǐ)的排放(fàng)。根據不同航空公司測試及營運數據顯示，APU每小(xiǎo)時消耗航空煤油一(yī)般爲100～120千克/小(xiǎo)時。而一(yī)般地面設備（電(diàn)源）僅爲10～15千克柴油/小(xiǎo)時，節油率可達80%以上。

圖6   地面電(diàn)源車(chē)設備

（六）管理節能

1.優化航線

國務院發布《關于促進民航業發展的若幹意見》文件中(zhōng)明确提出，“實行航路航線截彎取直，提高臨時航線使用效率，優化地面運行組織，減少無效飛行和等待時間”。我(wǒ)國航線普遍存在彎曲程度較高、技術等級和開(kāi)放(fàng)程度較低等問題。我(wǒ)國航路航線非直線系數約爲1.11，而歐洲和美國均低于1.05，這樣就導緻飛機飛行距離(lí)增加，提高了運營成本。民航空管部門在目前狀況下(xià)提出了“東部擴展、西部延伸、南(nán)部分(fēn)流、北(běi)部拉直、中(zhōng)部疏通”的指導思路。優化海南(nán)、深圳等地區空域，啓用京昆、廣蘭和京廣等大(dà)通道，使用東南(nán)沿海海上飛行航線這些舉措都體(tǐ)現了上述思路。各大(dà)航空公司也積極優化航線，例如，東航僅2009年航線優化就節約能源3298 噸标準煤，節省成本約1300萬元。并先後對上海-曼谷/普吉、紐約-浦東、浦東-巴黎/法蘭克福、歐洲去(qù)程回程、西北(běi)區内等航線進行了優化，都取得了良好的節能減排效果^[8]。

2.計算飛行計劃精準化

航空公司的飛行計劃與飛機耗油量直接相關，一(yī)般而言,飛機飛行途中(zhōng)特殊天氣、風速、飛行高度、飛機性能、載重等都會對用油量産生(shēng)很大(dà)影響。春秋航空開(kāi)發使用了一(yī)套計算機模拟飛行計劃，飛行前，利用計算機技術，結合氣象、性能及載重參數，可以較爲準确地預測飛行情況。使用計算機模拟飛行計劃取代固定油量模式，根據實時的飛行線路風向和風速等參數,确定最優飛行高度,通過計算機模拟計算得到一(yī)個準确、安全的航班加油量,減少了飛行重量,可節省航班運行中(zhōng)的燃油消耗。東航則使用了一(yī)套直接運行成本（DOC）控制和管理系統。每月根據國際油價和運行成本狀況的變化，随時調整發布各機型的CI 成本指數，使公司的DOC 控制和管理形成長效管理機制。根據東航統計數據顯示，該系統使用前後，平均單位飛行小(xiǎo)時油耗可以下(xià)降10％^[9]。

3.飛機重心調整

在飛機載荷分(fēn)布情況确定了飛機重心位置。除了在重心位置以外(wài)，飛機上各部位載重量變化，飛機重心都會移動，向載重變大(dà)的方向偏移。一(yī)般而言，飛機重心越靠後,巡航阻力越小(xiǎo),耗油越少,因此可以通過重心後移減少燃油消耗。

飛機在實際運行中(zhōng)，可以通過旅客和貨物(wù)位置合理布置控制飛機重心位置，在确保飛行安全的前提下(xià)，向後挪移飛機重心以達到節油目的。後移重心範圍由工(gōng)程師依據飛機重心包線劃定，在進行配載平衡時，配載工(gōng)作人員(yuán)協調值機和裝貨工(gōng)作人員(yuán)對旅客和貨物(wù)的位置進行調整，使飛機重心處于劃定範圍中(zhōng)。山東航空在煙台、青島、濟南(nán)基地實施了飛機重心後移，年節油量約110噸。

4.飛機減重

飛機減重是減少飛機燃油消耗的重要手段，根據計算,飛機載重每減少100公斤載重,小(xiǎo)時油耗可降低2.1公斤/小(xiǎo)時。飛機減重可以通過如下(xià)幾種手段實現：

（1）羅列設備、物(wù)料和飛機用品清單和明細，避免重複計算；準确稱量各種設備、物(wù)料和飛機用品重量，精确計算飛機總重量。

（2）規範飛機供應用品、機載雜(zá)志(zhì)等數量和加水量等，如按照航班的特點靈活配備機供品和雜(zá)志(zhì)、按照航程的長短規範加水量等，減少不必要的重量。

（3）使用輕質材料座椅等輕質材料配件。

5. 降低起飛推力

滿推力起飛是目前大(dà)部分(fēn)飛機在起飛過程中(zhōng)普遍使用的方式，然而當實際起飛重量低于起飛限制重量時，飛機起飛過程中(zhōng)可以适當降低推力。适當降低起飛推力可以降低發動機排氣溫度，減少零件損耗，進而提升飛機發動機可靠性，減少維護成本。同時，減推力起飛也減少了燃油用量和噪聲污染。減推力起飛實際使用過程中(zhōng)需要工(gōng)程師提供合理充足的起飛性能數據供飛行員(yuán)使用，并給予相應的規範和指導。飛機減推力起飛時發動機可靠性和油耗情況示意圖如圖7所示。

圖7  減推力起飛發動機性能和油耗示意

奧凱航空在2010年将數架B737-800飛機的CFM56發動機的27KN推力下(xià)降至26KN^[7]。該公司咨詢了通用電(diàn)氣公司和自身的飛機性能部門,評估了将發動機推力降低至26K對航線運營的影響，并與波音公司進行商(shāng)讨，最終确定并實施了該項目，取得了良好的節能減排效果。

二、結論和展望

爲深入貫徹落實生(shēng)态文明建設要求，我(wǒ)國民航業過去(qù)近10年已經采取了諸多有效措施，全面全方位地推進節能減排工(gōng)作，形成了推進節能減排工(gōng)作的良好氛圍，取得了較爲顯著的成效。但面對國内國外(wài)新形勢新要求，仍舊(jiù)存在民航業綠色低碳發展基礎不牢、能力不強、動力不足等問題。

我(wǒ)國民航業面臨的國内外(wài)資(zī)源環境約束可以預見将日益明顯。以國家層面來說，我(wǒ)國到2020年需實現碳強度降低40%～45%的約束性目标以及2030年左右二氧化碳排放(fàng)達到峰值的目标，我(wǒ)國的生(shēng)态文明制度體(tǐ)系建設将持續推進，環境保護與節能減排領域的硬約束、硬指标将不斷加強。

我(wǒ)國民航業節能減排工(gōng)作将同時面臨新的挑戰和機遇。我(wǒ)們應該正确認識并積極探索民航業發展規律以及如何協調發展與減排之間的關系，充分(fēn)運用市場手段，不斷激發、提升民航業節能減排内生(shēng)動力，繼續加大(dà)節能減排技術的研究開(kāi)發力度，努力在未來構建出安全、高效、便捷、綠色的現代民用航空系統。

參考文獻：

[1]陳志(zhì)英,鄭家祥,劉勇,谷裕.CFM56系列發動機風扇葉片設計特點分(fēn)析[J].裝備制造技術,2018(03):70-74.

[2]向大(dà)钊.V2500發動機的維修問題及改進型V2500 SelectOne發動機[J].航空制造技術,2009(18):58-59.

[3]趙光輝,姜偉,牛欣宇,趙輝.航空生(shēng)物(wù)燃料制備技術及應用前景[J].中(zhōng)外(wài)能源,2014,19(08):30-34.

[4]李宇萍,章青,王鐵軍,馬隆龍,劉琪英.第二代生(shēng)物(wù)航空燃油的關鍵技術分(fēn)析和進展動态[J].林産化學與工(gōng)業,2014,34(05):162-168.

[5]張建軍.翼梢小(xiǎo)翼:降耗增效的利器[J].大(dà)飛機,2017(08):77-78.

[6]王悅閣. 發動機水洗流程優化及決策的研究[D].中(zhōng)國民航大(dà)學,2016.

[7].奧凱航空公司節能減排工(gōng)作經驗[J].空運商(shāng)務,2011(02):32-35.

[8]王珍.突出重點在拓寬節能減排工(gōng)作的廣度深度上下(xià)功夫———中(zhōng)國東方航空股份有限公司節能工(gōng)作先進事迹[J].上海節能,2011(08):43.

[9].中(zhōng)國東方航空公司節能減排工(gōng)作經驗[J].空運商(shāng)務,2011(02):14-17.