О методике моделирования условий образования конденсационных следов самолетов


Просмотр статьи
PDF, 1,2 МБ

On the methodology of modeling the conditions of formation of condensation trails of aircraft

This study examines the task of identifying the conditions of formation of aircraft condensation trails (ACT) during the interaction of the exhaust jet of a turbofan engine (TFE) with the environment. The method of numerical solution of the equations of gas dynamics (Reynolds equations) is applied, taking into account the nozzle shape of the considered TFEs. The calculations take into account geometric and gas-dynamic parameters that affect key processes for various types of the TFEs considered, including the bypass ratio, characteristics of internal and external flows, water vapor emissions, and others. The results obtained are necessary for the development of a criterion for the formation of stable ACT based on the degree of supersaturation of water vapor in the engine jet. The analysis of
examples of the formations of ACT is carried out, based on data from the real flight tests.

aircraft engine, axisymmetric nozzle, aircraft condensation trail, heat transfer, jet gas dynamics

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.26.3.1183


Том 26, выпуск 3, 2025 год



В данном исследовании рассматривается задача определения условий образования конденсационных следов самолетов (КСС) при взаимодействии выхлопной струи турбореактивного двигателя (ТРДД) с окружающей средой. Применяется метод численного решения уравнений газовой динамики (уравнения Рейнольдса) с учетом формы сопла рассматриваемых ТРДД. В расчетах учитываются геометрические и газодинамические параметры, определяющие ключевые процессы для различных типов ТРДД, включая степень двухконтурности, характеристики внутреннего и внешнего потоков, эмиссия водяного пара и другие. Полученные результаты необходимы для разработки критерия образования устойчивых КСС, основанного на степени перенасыщения водяного пара в струе двигателя. Проведен анализ примеров образований КСС, опираясь на данные натурных летных испытаний.

авиационный двигатель, осесимметричное сопло, конденсационный след самолета, теплообмен, газодинамика струи

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.26.3.1183


Том 26, выпуск 3, 2025 год



1. Приложение 16 к Конвенции о Международной гражданской авиации // Охрана окружающей среды // Эмиссия авиационных двигателей // ИКАО. 2023. Т. 2, вып. 5.
2. ICAO Engine Exhaust Emissions Databank // ICAO Doc. № 9646-AN/943. First Edition. 1995. (Implementation of Issue №30, 23 July 2023). URL: https://www.easa.europa.eu/en/domains/environment/icao-aircraft-engine-emissions-databank
3. Иванова А.Р. Влияние авиации на окружающую среду и меры по ослаблению негативного воздействия // Труды Гидрометцентра России. 2017. № 365. С. 5-14.
4. Dedesh V.T., Grigoriev M.A., Zamyatin A.N., Zhelannikov A.I. Calculation assessment of formation, existence and destruction of aircraft condensation trails with account of interaction with wake vortices // Int. Conference on Environmental Science and Biological Engineering (ESBE). 2014. Beijing, 17 p.
5. Lee D.S., Fahey D.W., Skowron A., Allen M.R., Burkhardt U., Chen Q. et al. The contribution of global aviation to anthropogenic climate forcing for 2000 to 2018 // Atmos. Environ. 2021. Vol. 1, 244 p.
6. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. Москва: Наука, 1984. С. 10.
7. Schumann U., Busen R., Plohr M. Experimental test of the influence of propulsion efficiency on contrail formation // Journal of Aircraft. 2000. Vol. 37. № 6. Pp. 1083-1087.
8. Schumann U. A Contrail Cirrus Prediction Model // Geoscientific Model Development. 2012. Vol. 5.
№ 3. Pp. 543–580.
9. Huang J. A Simple Accurate Formula for Calculating Saturation Vapor Pressure of Water and Ice //
J. Applied Meteorology and Climatology. 2018. Vol. 57. № 6. Pp. 1265-1272.
10. Wilcox D.C. Turbulence Modeling for CFD. DCW Industries, 2006. Pp. 34-43.
11. Дедеш В.Т., Киосе С.Н., Вид В.И., Кагарманов Р.Л., Воронич И.В., Павлова Э.Г., Тенишев Р.Х., Румянцева Г.П., Степанова С.Ю. Патент RU 2532995 C1 от 20.11.2014. Правообладатель ЛИИ им. М.М. Громова.
12. Стасенко А.Л. Физическая механика многофазных потоков. Москва, МФТИ, 2005. С. 118.
13. Поповичева О.Б., Старик А.М. Авиационные сажевые аэрозоли: физико-химические свойства и последствия эмиссии в атмосферу (обзор) // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2007. Т. 43. № 2. С. 147-164
14. Schumann U. Formation, properties and climatic effects of contrails // Comptes Rendus. Physique. 2005. Vol. 6, № 4-5. Pp. 549-565.
15. Schneider E., Czech H., Popovicheva O. et al. Mass spectrometric analysis of unprecedented high levels of carbonaceous aerosol particles long-range transported from wildfires in the Siberian Arctic // Atmos. Chem. Phys. 2024. № 24. Pp. 553–576.