Jetmotorn - en miljöbuse?

av Kurt Hedström Forum 1971-18, sida 15-16, 17.11.1971

Taggar: Orter: USA Teman: jetmotorn

e Staden Washington har två flygfält, det ena mitt i stadskärnan. En start eller landning i minuten är tempot, mestadels jetplanstrafik. Med tårade ögon och fingrarna i öronen kisar Was-= hingtonbon genom smogen efter planen, utstötande svavelhaltiga eder. Ut med eländet ur staden 9 Projektet undersöktes och den fruktansvärda sanninge blottades — flyttade man fältet utanför staden skulle luftföroreningarna ökas 30-falt jämfört med ”flygplansavfallet” på grund av biltrafiken till och från. En tragisk men sedelärande sann historia anno 1970.

Jetmotorn — en miljöbuse?

Av ‘dipl ing Kurt Hedström

Flygtekniken — rättare flygmotortekniken — har sedan tidiga 1960-talet brottats med två miljövårdsproblem, buller och luftföroreningar. En exponentiellt ökande trafik, allt större flygplan med kraftigare motorer och en mot flygfältsgränserna krypande bosättning har skapat lokala problem av den storleksordning att yrvakna och hostande medborgare i helig ilska samlats till aktion.

Via åtal, restriktioner och lag har tillverkare av flygplan och motorer tillsammans med flygbolagen tvingats till kamp mot buller och sot. USA leder som väntat och där har redan tidsfristen löpt ut för vissa lagbundna åtgärder.

Bullret och luftföroreningarna representerar två så vitt skilda områden att de tarvar en granskning var för sig. Bullerproblemet dök upp när jetmotorerna trädde i civilflygets tjänst. Militärbaser ligger ofta utanför bostadscentra och den pinsammaste beröringen med militärflyget i bullerhänseende är kanske den beryktade ”överljudsknallen” — av färre hörd än förbannad. Den civila flygtrafiken har däremot blivit en del av var mans vardag, tyvärr ofta nog även — natt.

Bullret från en jetmotor härrör sig från tre källor e luftintaget med fläkt- och kompressorsteg med bullerstrålning i sektorn framför motorn e strömnings- och förbränningsförloppet inuti motorn med bullerstrålning i sidoled och slutlige e avgasstrålen med bullerstrålning i sektorn bakom motorn. Beroende på i främsta rummet avståndet till ljudkällan och i vilken fas av flygningen (start, planflykt eller anflygning) flygplanet befinner sig varierar de olika bullertypernas andel i totalbullret.

Intensiteten och njutbarheten av bullret är svårdefinierade storheter. Jämför gnisslet från lärarens krita med vrålet ur diskotekets fullt påskruvade Hi-Fi eller fläktbullret ur DC-8ans motor en söndag morgon klockan 4!

Forum 18/71

Vid mätning av flygbullret idag används enheten EPNdB (Equivalent Perceived Noice decibel), ett hopkok av decibelvärden från olika frekvensområden smaksatt med en lämplig dos tid. Enligt amerikanska bestämmelser, gällande för nya flygplanstyper (Boeing 747, Douglas DC-10 och Lockheed 1011), är maximalt bullervärde 108, mätt på följande tre punkter av flygbanan e ca 5 km räknat från startrullningens början e 0,5 km på sidan om startbanan oc + 1,5 km från landningsbanans ”tröskel”.

Röster har höjts för att få bestämmelserna att gälla även äldre plantyper (t ex Boeing 707, 727, 737 och Douglas DC-8 och DC-9), vilket tekniskt ställer sig både svårt och i all synnerhet dyrt.

Nedan en förteckning över bullervärdena för tre blåvita plantyper:

Start Sidobuller Anflygning Douglas DC-8 112 104 112 Douglas DC-9 90 102 109 Super Caravelle 97 102 106

Möda och pengar i forskning ligger bakom varje steg nedåt på bullerskalan. Resultaten har nåtts främst genom följande arrangemang e övergång till fläktmotorer med högt omströmningsförhållånde (man frestas att kalla de modernaste typerna propellerturbiner med inkapslad propeller) + aerodynamiskt väl avvägd fläktkonstruktion med statorkransen framför fläkten bortlämnad och rätt förhållande mellan antalet övriga stator- och rotorblad e utjämning av turbulensen i avgasstrålen oc « ljudisolerande material i motorns strömningskanaler. Bullret efter start kan minskas från marken hört genom speciellt anpassad startteknik. Ju fortare planet kommer högre upp (längre från örat) dess bättre, ju mindre motoreffekt desto mindre buller. Kombinationen är en i början brant stigning med full effekt med påföljande effektminskning och utjämning av flygbanan. Används med fördel världen runt och”kan vidare förbättras genom att länka in flygbanan över områden med glesare bosättning. Utplacerade mikrofoner funktionerar i bullermedvetna samhällen med ”Lapp-Lisans” obönhörlighet — lappen kommer visserligen per post och inte under vindrutetorkaren.

Bullerproblemt är, om inte helt bekämpat, i varje fall under kontroll. De mångomtalade överljudsplanen, SST, är på kom 1 mande inom civilflyget, men har motats i grind vad buller och knalleffekter beträffar genom en debatt så högljudd att SST-bullret i jämförelse med den kommer att låta som en ren viskning.

Luftföroreningarna är miljövårdsproblemet nummer två. Här måste inledningsvis konstateras att sällan har så litet sot smutsat ner så mycket. Vederhäftiga undersökningar visar att flygtrafikens bidrag till de på månget håll onekligen problematiska luftföroreningarna i värsta fall tangerar 19/0 nivån. Smuts är värst när den syns och följaktligen är det sotet, det ofarliga sotet, som gett upphov till ramaskrin, åtal och lagstiftning. Nya offer på miljövårdens altare har lett till synbara resultat — eller snarare osynliga. De nya jetmotorerna som utvecklats under senare hälften av 60-talet utspyr ett minimum av sot och för närvarande genomgår världens mest använda motortyp, den amerikanska Pratt & Whitney JT8, ett modifikationsprogram som skall göra Super Caraveller, DC-9or, B-7270or och -7370r rökfria.

Olika källors bidrag till luftföroreningarna fördelar sig i USA enligt en utredning daterad 1967 på följande sätt: transportväsen (flyget icke medräknat) 59 9/0 industri 19 9/0 elverk 12 9/9 uppvärmning 6 ‘/o avfallsförbränning 3 ‘/0 e flygväsen 1 9/0.

Värdena gäller bl’ a för Los Angeles-regionen som vad flygtrafik beträffar hör till världens livligaste. Samma område är även känt som motorfordonens Mecca, vilket framgår ur nedanstående avgasanalys där siffrorna betecknar daglig produktion i ton:

Motorfordon Jetplan Kolmonoxid 9282 24 Kväveoxider 624 7 Kolväten 1677 & Svaveldioxid ål 3 Sot 43 Nn

En annan jämförelse, jetflyget till fördel: vid produktion av 1 passagerarkilometer alstrar diesel-elektrisk järnväg ca 5 gånger, ‘kolvmotorflyg 15 gånger, passagerarfartyg 30 gånger och bilar 50 gånger så mycket luftföroreningar som jetflyget.

Är det någon mer som önskar smutskasta flygmotorn?

Rökfri brännkammare för jetmotor av typ Pratt & Whitney JT8, använd i bla DC-9 och Super Caravelle.

ADDED ANNULAR SCOOP ADDED INTERNAL COOLING LOUVER

REVISED FUEL NOZZLES REVISED COMBUSTION AND AND NOZZLE NUTS COOLING HOLE PATTERN

Textöversättningar: added annular scoop = extra strömningsmantel, added internal cooling louver = extra värmesköld, revised fuel nozz1es. and nozzle nuts = ändrat insprutningsmunstycke för bränsle, added seven air nozzles = 7 nya intag för primärluft.

16

Finnairs Caravelle med rökfri brännkammare i den vänstra motorn.

Den synliga röken består av mikroskopiska sotpartiklar som uppstår i brännkamrarnas främre ända som en följd av ofullständig förbränning inom områden med rik bränsleblandning. Som helhet betraktad är förbränningen 99 procentig och minst dubbelt så bra som förbränningen i en kolvmotor, vilket framgår med önskvärd tydlighet ur siffrorna ovan. Man kan bildlikt talat andas avgaserna ur en jetmotor.

För förbättrandet av förbränningsfördelningen har följande faktorer undersökts: bränsletyp, tillsatsämnen och brännkammarkonstruktion (insprutningsmunstycken, luftfördelning och förblandning av bränslet). Vad JT8-motorn beträffar resulterade forskningen i en förbättrad brännkammartyp — en av närmare 500 utprovade laboratoriekammare — som utgör produktionsstandard sedan 1970. Året innan installerade bla tre flygbolag i Europa, bland dem Finnair, i försökssyfte nya brännkammare i ett antal motorer med gott och rökfritt resultat. Avgasanalysen utvisar följande värden, uttryckta i kg per ton bränsle förbrukat vid starteffekt:

Ursprunglig ’ Rökfri brännkammare brännkammare Sot 1,8 0,5 Kolmonoxid 1,0 1,0 Kväveoxider 4,1 5,4 Kolväten 0,08 0,08

Som en följd av den kraftiga nedgången i sotalstringen har avgasen i praktiken blivit rökfri med en mörkhetsgrad, uttryckt i von Brands system, på 22 jämfört med tidigare 62. Synlighetsgränsen ligger i trakten av 25. En trollkonst som kostar ca 25 000 mk per motor.

Utbytet av brännkamrarna utförs i samband med motoröversynerna och tar därför en rätt lång tid i anspråk innan ett flygbolags samtliga motorer är modifierade. Bli alltså inte förskräckt när en skenbart enmotorig Caravelle susar fram över staden — det ser bara så ut när bara en motor sotar.

Om staden heter Helsingfors kan en betraktelse i hemmamiljö vara på sin plats. Med 40 jetstarter per dag — ett lämpligt värde 1972 — utspys ungefär 115 kg sot på ett område med 75 km diameter. Detta ger ett nedfall av storleksordningen : 0,02 gr sot per 100 m? och dygn. För ett ordinärt kraftverk är motsvarande värde ca 1,4 och det totala nedfallet av föroreningar i Helsingfors är uppskattat till 220 gr per 100 m? och dygn. Flygtrafiken bidrar alltså med futtiga 0,1 promille. Varför då besvära sig med detta dyrbara ståhej? I USA säger lagen: ingen rök from 1973. Europa kommer att följa efter en vacker dag och i detta miljövårdens tidevarv vill väl ingen vara en Drummel-Petter. Oo

Forum 18/71