减少飞机航行时产生CO₂排放量的三大措施

2022/11/04

介绍ANA长期推行的为减少飞机航行时产生CO₂排放量所采取的三大措施。

第一项措施“Normal Climb”

襟翼(别名:增升装置)是一种翼面形可动装置,飞机通过放下或收起襟翼来改变机翼的面积,起飞时放下襟翼扩大机翼面积来增加升力,即使在低速下飞机也可上升。虽然襟翼放下亦可上升,但若在机翼面积增大的状态下飞行,则会增大空气阻力,很难提高速度。但若放下襟翼的时间过长,则会降低燃油效率。飞机起飞后通过提早(高度300米左右)收起襟翼(恢复原状)减少空气阻力,以尽快使飞机达到高效飞行的巡航高度(1万米左右),这样有助于节省燃料并减少CO₂排放量,此种方式称为“Normal Climb”。

以襟翼为中心的三幅图像说明Normal Climb的上升方式。第一张是飞机起飞前在跑道上滑行的图像,已标注襟翼位置。第二张是在飞机刚起飞后,上升中放下襟翼的图像,通过放下襟翼扩大机翼面积从而增加向上的浮力(升力),这就是飞机即使在低速下也可上升的原理。第三张是在飞机上升的早期阶段复原襟翼的图像,飞机上升后通过尽早收起襟翼恢复原状,可减少空气阻力,从而减少耗油量。
Normal Climb的图像讲解

相反,也有在飞机起飞后在放下襟翼的状态下上升到一定高度(通常为900米左右)的方法,该方法称为“Steepest Climb”。每个机场规定不同,有的机场为了降低噪声规定起飞后的高度和速度,此类机场采用Steepest Climb的方式,即飞机上升到高度900米左右前持续放下襟翼飞行。这种方法虽然有助于降低噪声,但相较Normal Climb,其受到空气阻力的时间较长,最终导致上升到巡航高度会消耗更多燃油。要上升到1万米左右的巡航高度,飞机需尽快收起襟翼恢复原状,这样才能增加燃油效率。

通过图示来比较Normal Climb与Steepest Climb。左边为Normal Climb飞行图示,三个箭头表示从飞机起飞至巡航高度10000米的上升路径。在高度300米的位置标注了飞机,表示从300米起加速至10000米。Normal Climb在高度300米左右将襟翼恢复原状,在降低空气阻力的同时加速至10000米。尽早收起襟翼恢复原状,就可尽早达到巡航高度,从而有助于节省燃油并减少CO₂排放量。右边为Steepest Climb飞行图示,与左图相同,用三个箭头表示从起飞至巡航高度10000米的飞机上升路径。在高度900米的位置标注了飞机,表示从900米起加速至10000米。有的机场为了降低噪声,规定了飞机起飞后的高度和速度,在飞机达到900米左右的高度时,放下襟翼从而扩大机翼面积使飞机上升,而上升到900米高度后飞机才能加速,因此相比Normal Climb方式飞机达到巡航高度较晚。
Normal Climb与Steepest Climb的比较

ANA在无高度及速度等规定的机场采用Normal Climb上升方式,以期尽可能地为减少CO₂排放量做贡献。相比未采用Normal Climb的情况,采用Normal Climb全年可减少约2,983吨(2021年实绩)的CO₂排放量。2,983吨左右相当于约8.5个ANA的B777-300ER飞机的重量。

第二项措施“Reverse Idle”

着陆后飞机会使用推力反向器(逆喷气装置)及制动器进行减速。通过使用安装在发动机上的推力反向器,暂时升高发动机的功率,可使高速着陆的飞机更快地实现减速。

飞机图像与发动机的放大图像。发动机的放大图像标有推力反向器的结构。推力反向器是在着陆时使发动机的后半部分向后滑动,空气从与前半部分形成的沟槽向前流动以实现减速的结构。
推力反向器的结构

但是,使用推力反向器会消耗更多燃油。当着陆的跑道足够长,不存在安全问题时,通过将使用推力反向器时的发动机功率调小,有助于降低燃油消耗量,减少CO₂排放量,亦可降低噪声。该措施可将推力反向器的使用控制在待机水平,因此称作“Reverse Idle”。若不使用推力反向器,最终将会对轮胎制动器造成负担,但ANA使用的制动器其耐久性与制动的强弱无关,而是取决于制动器的使用次数,因此即使采用Reverse Idle措施,也不会对制动器的耐久性造成较大影响。
相比未采用该措施的情况,采用Reverse Idle措施全年可减少CO₂排放量约10,608吨(2021年实绩)。10,608吨左右相当于约30.5个ANA的B777-300ER飞机的重量。

第三项措施“One Engine Taxi In”

飞机共安装了两个发动机,分别位于左右两侧,着陆后一个发动机即可充分确保飞机在地面滑行。着陆后关闭一侧的发动机,只使用一个发动机功率驱动飞机在地面滑行的方法称为“One Engine Taxi In”,该项措施有助于减少耗油量及CO₂排放量。

飞机发动机

但是,并不是任何时候都可以关闭一个发动机的,当在降雪等地面湿滑的情况下,或遭遇刮强风时,关闭一个发动机便会影响飞机的左右平衡,容易出现与汽车打滑时相同的现象。此外,各机型均有各自的规定,比如B787机型规定着陆后发动机冷却时间必须达到5分钟等。因此,由飞行员查看天气和飞机的周边环境,当判断一个发动机没有问题时才可采取One Engine Taxi In措施。尤其对于B767机型,即使一个发动机也可提供飞机滑行所需的充足动力,因此,未来One Engine Taxi In措施将会逐渐看好。通过采用One Engine Taxi In措施,全年约减少了1,909吨(2021年实绩)CO₂排放量。1,909吨左右相当于约5.5个ANA的B777-300ER飞机的重量。

Efficient Flight Program

我们通过收集此三大措施的实绩数据,每月向航班机组人员反馈实施率及CO₂排放减少量等结果。不仅如此,我们还会提供有助于采取措施的信息,比如为了帮助判断是否可采取One Engine Taxi In措施,为航班机组人员等人员制作各机场的诱导路线趋势图表资料。而这些工作均由Efficient Flight Program事务局来管理。Efficient Flight Program是公司内部实施的一项活动,组织协调ANA航班机组人员采取减少运航油耗量和CO₂排放量的措施,本次介绍的三大措施便是其中之一。将安全放在首位,在此基础上,在注重环保的同时考虑能够实现的目标,积极推进Efficient Flight Program活动。

Efficient Flight Program事务局负责人访谈

本次对Efficient Flight Program事务局的航班机组人员西川机长进行了访谈。

航班机组人员西川机长

您有哪些日常工作?

我负责B777的航班飞行工作。主要飞美国航线和欧洲航线。此外,也负责日本国内线与中国货运航线。除了日常飞行工作外,作为所属部门的其他工作,我还与工作人员一起跟进了有关Efficient Flight Program、机组人员广播、机组人员未来工作方式等多个项目。

为何要推行“Normal Climb”、“Reverse Idle”、“One Engine Taxi In”三大措施?

因为这是最有效的减少燃油及CO₂排放量的措施。虽然也我们也采取了其他措施,但这三项措施是核心。相对于公司主导实施的其他节能减排措施,该三项措施的实施率很大程度上反映了员工的认知、努力及积累的经验。因此,我希望通过改变每个人的认知乃至整个运航部门的认知来提升实施率,这样有助于减少CO₂排放量。

未来展望

上年度起我们引进了Fuel Dashboard(燃油减少可视化工具),能够更加精确的抽取数据了。比如,可更加容易地掌握从A机场的〇〇跑道起飞时Normal Climb的实施率低等信息。期待能够充分利用这些数据,用以探索今后是否采取措施的真正原因。当然不仅限于这三大措施,现正我们正在讨论是否可以通过使用分析工具得出的各种数据,助力实施其他措施。
在航空行业深陷新冠疫情困境的大背景下,飞行员也深感不安。在新冠疫情减少航班期间,大大提高了Efficient Flight Program措施的实施率。为了防止未来复航后,这项措施的努力不会付之东流,今后,希望Efficient Flight Program委员积极发布信息。

SDGs No.7 经济适用的清洁能源
SDGs No.12 负责任消费和生产
SDGs No.13 气候行动