, 晏嘉伟
, 李玉铭中国民航大学航空工程学院, 天津 300300
收稿日期: 2021-03-10; 修回日期: 2021-06-15; 录用日期: 2021-06-15
基金项目: 中国民航大学开放基金（No.000031020102）
作者简介: 曹惠玲(1962—), 女, 教授, E-mail: hlcao@cauc.edu.cn
通讯作者（责任作者）: 晏嘉伟, E-mail: yjw980205@sina.com
摘要：随着排放对环境的影响日趋严重，排放成本被纳入飞行总成本的趋势已成为必然.在对基础飞行成本模型进行改进过程中，为了准确计算飞机排放量，依据机载QAR（Quick Access Recorder，快速存取记录器）数据中表征发动机实际运行的诸多参数，准确获取排放量，进而利用改进飞行总成本模型计算实际飞行成本.同时，讨论了燃油成本、时间成本及排放成本在综合成本中所占的比例.结果表明，燃油成本占比最大，约为41.63%；时间成本约占34.13%，排放成本占比达到24.24%，超过燃油成本的1/2.由此可见，排放成本对总成本影响很大，其影响不可忽视，多方面考虑计算排放量及排放成本，可为航空公司初步评估飞机运行成本提供有效依据.
关键词：环境污染QAR数据排放成本综合成本
Research on emission estimation of full flight segments combined with QAR Data and its impact on flight cost
CAO Huiling
, YAN Jiawei, LI YumingCollege of Aeronautical Engineering, Civil Aviation University of China, Tianjin 300300
Received 10 March 2021; received in revised from 15 June 2021; accepted 15 June 2021
Abstract: With the increasingly serious impact on the environment by emissions, it has become inevitable that emissions costs to be included in the total cost of flight. In the process of improving the basic flight cost model, in order to accurately calculate the aircraft emissions, many parameters that characterize the actual operation of the engine were used to accurately obtain the emissions according to the onboard QAR (Quick Access Recorder) data, and then the improved total flight cost model was used to calculate the actual flight cost. Discussed the cost proportion of fuel, time and emission in the overall cost. The result showed that fuel cost accounted for the largest proportion, about 41.63%, time cost was about 34.13%, and emission cost accounted for 24.24%, which exceeded half of the fuel cost. Therefore, the emission cost has a great impact on the total cost and can-not be ignored. Including the consideration of emission and emission cost calculation in many aspects could provide an effective basis for airlines to preliminarily estimate the aircraft operation cost.
Keywords: environmental pollutionQAR dataemission costcomprehensive cost
1 引言(Introduction)民用航空发动机排放污染物主要包含氮氧化物(NOx)、未燃碳氢(HC)、一氧化碳(CO)、二氧化硫(SO2)与颗粒污染物(PM), 其对环境危害主要分为两大类：机场区域环境空气质量和全球范围的气候变化(张弛等, 2015).为控制逐年增加的污染物排放, 减缓对环境的危害, 欧盟已设立有关航空排放污染物的环境保护税, 针对污染物排放实行明确定价(Cook et al., 2008), 旨在通过经济手段来控制航空排放对环境的影响.
为此, 国内外****已开始将污染物排放成本纳入飞行成本之中, 开展考虑排放的飞行总成本及减少排放成本方面的研究(魏志强等, 2016；Edwards et al., 2016).Cook等(2008)通过对不同污染物之间的权重问题进行研究, 提出了包含排放成本的动态成本指数概念, 用于对航班延误的分析；Grewe等(2013)将航空排放成本首次引入到飞行成本之中, 用以实现对飞行轨迹的优化研究；Wang等(2014)开展了降低飞机排放和成本的多目标化设计, 通过改变重要的几何变量和飞行参数, 对温室效应和飞机直接运行成本进行了近似敏感性分析和多目标化设计；Edwards等(2016)针对航空成本指数和航空碳排放的未来进行了详细研究, 得出碳排放对环境的严重影响及未来的发展趋势；魏志强等(2016)建立了污染物排放量和排放成本计算模型, 结合国际民航组织(International Civil Aviation Organization, ICAO)排放数据库给定的飞行数据, 改进飞行成本计算模型, 考虑污染物排放对飞行成本优化的影响；Tian等(2019)针对优化巡航飞行性能以最大程度减少绿色直接运行成本, 降低飞机运行对环境造成的严重影响.上述研究提出了成本指数概念, 实现了考虑排放成本的总成本计算与分析, 但由于未结合实际飞行数据, 不能通过实际污染物排放来分析排放各影响因素对飞行成本的影响.
要完成对排放成本的分析, 必须首先保证排放量计算的准确性和完整性.Pham等(2010)针对澳大利亚的基础航迹数据, 建立了精度为1°×1°×1000 ft (1 ft =30.48 cm)的四维排放数据库清单；Owen等(2010)估算了2050年全球航空活动所造成的污染物排放量；魏志强等(2010)依据ICAO排放数据库数据, 对各个飞行阶段的污染物排放量进行了估算；韩博等(2017)针对一次航班全航段飞行全过程大气污染物排放特征进行了研究.本课题组利用实际运行的QAR数据, 结合ICAO提出的P3-T3方法, 对污染物基准排放指数进行修正, 完成了对飞机起降着陆循环(Landing and take-off, LTO)阶段氮氧化物排放量的计算与分析(曹惠玲等, 2019), 为进一步的排放成本计算打下了基础.
航空排放污染物主要受到发动机燃油流量(Fuel Flow, FF)、运行时间(Time In Mode, TIM)与排放指数(Emission Index, EI)的影响(ICAO, 2011).实际运行中, 燃油流量、运行时间与ICAO给定的基准值有所不同, 而污染物排放指数也会随着实际飞行工况时刻变化.QAR数据包含飞机运行实时燃油流量、飞行时间及表征飞行操纵和发动机运行的诸多参数(曹惠玲等, 2020).基于QAR数据, 本文针对GE90-115B型发动机单架次全航段污染物进行排放量计算, 改进污染物排放成本模型, 提出考虑燃油成本、时间成本、排放成本和固定成本的飞行总成本模型, 重点分析排放对飞行成本的影响.以期能够真实评估执行具体飞行任务的具体航班全航段的飞行成本, 为确立结合飞机实际运行状况的飞行总成本及讨论污染物排放对飞行成本的影响提供一定的理论依据.
2 飞行成本模型(Flight cost model)目前国内外各大航空公司都习惯于使用自己的成本细化计算方法, 从财务管理的角度出发, 把飞机运行成本划分为“固定成本”和“变动成本”两大类, 其中, “变动成本”主要是指随着运输量(包含：飞行小时、起降次数、运输周转量或者乘客数量)变动的成本, “固定成本”则是指不会随着运输量变化的成本.中国航空公司运行成本的典型分类见表 1(叶叶沛, 2018).在针对飞行成本进行研究时, 选择独立成本模块进行飞行综合成本研究, 主要选取变动成本中的燃油成本、时间成本和排放成本进行计算分析.
表 1(Table 1)
| 表 1 中国航空公司运行成本的典型分类 Table 1 Typical classification of operating costs of Chinese airlines | ||||
表 1 中国航空公司运行成本的典型分类 Table 1 Typical classification of operating costs of Chinese airlines
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固定成本的细化方法, 根据不同航空公司, 有不同的划定标准.国内划定固定成本和变动成本, 主要是根据飞机主要技术参数(飞机座位数或者商载、起飞和着陆重量、航程和相应的航油及航时、维护性和可靠性等)、航空公司的主要运行参数(机队规模、年利用率、上座率和航段距离等)、经济环境参数(飞机起降费用、地面操作费用和导航费的收费标准、维修劳务费率等)及其他综合管理成本等因素, 具体划分的固定成本种类见表 1.
不同航空公司的运营环境和商业模式有所不同, 同一款机型在不同的航空公司运营可能有不同的成本和收益.如果把与机型运行无关或者关系不大、但与运营环境和商业模式关系密切的这一类固定成本分离出去, 形成更为直接的成本分析模型, 此类成本模型将对于各类航空公司普遍适用, 不局限于某种运营环境、商业模式甚至某种单一机型, 可以更为清晰地反映出研究中所需要的结果, 普适性更高.因此, 本文针对固定成本进行研究时, 根据表 1中的分类, 将其选为常数, 不再进行具体计算讨论.
2.1 飞行成本基础模型飞行成本基础模型一般仅考虑燃油消耗成本、飞机运行时间相关成本及与各自航空公司运营相关的固定成本.基础计算公式见式(1).
 | (1) |
2.2 污染物排放成本发动机运行时的排放污染物主要有气态和颗粒污染物.污染物排放成本(CE)与污染物排放量和污染物排放价格相关, 见式(2)~(3).
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 | (3) |
污染物排放价格定义为：航空器每排放单位质量污染物须缴纳的费用.欧盟已设立有关航空排放污染物的环境保护税, 通用飞机在运行中向大气环境排放气态及颗粒污染物, 需要向环保部门缴纳相应的环境保护费用, 以此来限制航空排放对环境的影响.目前国内在航空污染物排放价格方面理论研究较为匮乏, 本文参照欧洲空管局(Euro Control)发布的年度运营成本报告中燃油及气态污染物排放价格进行成本计算(按照当下1 � =7.8212元换算)(Cook et al., 2008), 具体价格见表 2.颗粒污染物排放目前还未有价格研究, 本文计算时应用经济学家詹恩· 丁伯根提出的影子价格理论对颗粒污染物排放价格进行估算以作为参考计算值(梁丹青, 2014), 具体价格见表 2.
表 2(Table 2)
| 表 2 航空燃油及污染物排放价格 Table 2 Aviation fuel and pollutant emission price | ||||||||||||||||
表 2 航空燃油及污染物排放价格 Table 2 Aviation fuel and pollutant emission price
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2.3 时间成本时间成本主要包含机务维修成本中与时间相关的部分、飞行阶段客舱服务费和机组人员飞行小时费这3项基础费用, 其他时间成本因素由于隶属航空公司的不同, 无法进行统一度量, 故而本文不进行讨论.
时间成本计算按照威斯敏斯特大学运输研究小组提出的基于飞机类型、机组和乘务人员数量、飞行距离等因素划分低、中、高3种不同情况的研究方案(Koetse et al., 2009; Nygren et al., 2009; Gelhausen et al., 2013), 根据Edwards等(2016)针对上述3种情况得到的计算方法, 考虑中国航空公司成本细化情况, 得到适用于本次航班的3种不同情况下的单位时间成本, 如表 3所示.
表 3(Table 3)
| 表 3 不同情况下的单位时间成本 Table 3 Unit time cost under different conditions | ||||||||
表 3 不同情况下的单位时间成本 Table 3 Unit time cost under different conditions
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其中, 低、中、高时间成本的划分标准根据飞机类型(主要影响因素为随机龄变动的维修成本)、机组和乘务人员数量(主要影响因素为相关薪资费用)和飞行距离(主要影响因素为商用飞机飞行性质：支线、干线和国际航线)不同涉及的人员维护费用决定.实际上, 还存在很多偶发的时间成本.例如, 与飞行时间有关的航班延误、旅客错过转机航班和旅客满意度等, 都有可能产生额外的运营成本；当因空管限制而造成航班起飞延误时, 飞行可能不得不放弃经济速度而采用较大的巡航速度.但对于这些偶发的时间成本, 可能难以建立可用的数学模型, 也不是本文讨论的方向, 故而不展开讨论.
维修成本随着机龄而发生变化, 飞机在“蜜月期”(0~72个月内)维修成本最低, 而进入“老化期”(144个月)之后, 维修成本较高, 72~144个月机龄的维修成本居中.在实际计算过程中应按照飞机的实际维修状态来确定与时间相关的维修成本.本研究对3种机龄情况均进行计算, 具体的维修成本计算公式可参考文献(Edwards et al., 2016；叶叶沛, 2018).
飞行阶段的客舱服务费与机组人员飞行小时费用, 由于地区不同、航空公司的经营模式(网络航空、地区航空、低成本航空或者民营航空)不同、飞机的吨位不同等, 机组成本也存在很大差异.机组人员和乘务人员相关时间成本, 通常由固定薪资费用(基本工资、福利待遇和培训/复训成本等)和变动费用(飞行小时费和超时费用)两部分组成.固定部分可调空间不大, 变动费用中, 按照额定飞行限制(每年1000 h)及超额标准(每年1200 h)3种情况进行成本计算.
飞行距离相关费用, 主要根据商用飞机飞行航程所涉及的人员维护费用决定, 目前存在支线、干线及国际航线3种飞行距离.对应不同飞行距离, 人员维护费用也不尽相同, 其具体计算过程可参考文献(Edwards et al., 2016；叶叶沛, 2018).
2.4 修正的飞行综合成本模型为了更加全面地评估污染物排放对环境带来的影响及考虑环境保护税问题, 在飞行成本基础模型中添加了污染物排放成本, 得到修正后的飞行综合成本模型, 具体见式(4).排放成本的加入, 会使原有计算成本发生很大变化.必要时航空公司需要按照修正后的成本计算方法估算飞行成本.
 | (4) |
3.1 气态污染物排放指数修正发动机排放污染物中, SO2和CO2只与燃油消耗量成正比关系, 与其他发动机性能参数无关, 不需要对其排放指数修正(ICAO, 2011).而NOx、HC和CO的排放与发动机性能相关, 需要根据发动机实时运行状况和相关参数对排放数据库中基准状态下的数据进行修正, 获得真实的排放指数.
对排放指数进行修正之前, 首先根据飞行高度、飞行马赫数、低压转子转速、油门杆解算器角度等参数对飞行阶段进行精准划分, 据此可以确定飞机在不同航段中具体的飞行时间和燃油消耗量.依据ICAO排放数据库中对应的各分阶段基准排放指数, 采用P3-T3方法对其进行修正, 获得与实际飞行阶段相对应的实际排放指数.
P3-T3方法结合发动机实时运行状态, 通过实际的燃烧室入口压力P3、油气比(Fuel Air Ratio, FAR)得到每一瞬态的排放指数, 具体计算公式见式(5)(曹惠玲等, 2019).
 | (5) |
从式(5)中可污染物基准排放以看到, 要获得不同飞行阶段的实时污染物排放指数EIiFLT, 需要获取基准状态下EIiREF、P3REF、FARREF数值, 详细计算过程参见文献(曹惠玲等, 2019).
3.2 颗粒污染物排放指数计算颗粒污染物中主要有非挥发性颗粒物(PMnvol)、挥发性硫酸盐颗粒物(PMvol-FSC)、挥发性有机颗粒物(PMvol-Fuel Organics)及挥发性滑油生成有机颗粒物(PMvol-oil)(挥发性滑油生成有机颗粒物排放量目前还未有计算研究).
3.2.1 非挥发性颗粒物(PMnvol)排放指数计算非挥发性颗粒物的主要组分是黑碳气溶胶, 依据QAR数据, 计算全航段黑碳排放指数, 可选择无需考虑采样及测试程序、直接基于黑碳的形成和氧化过程的形成氧化法.形成氧化法基于传统燃料燃烧的发动机, 为了兼顾到发动机性能和外界环境对燃料燃烧及对污染物排放的影响, 引入考虑燃烧品质的空燃比(Air Fuel Ratio, AFR)以及反映发动机燃烧性能的燃烧室主燃区温度Tfl (K), 计算每一瞬态下的黑碳浓度CBC (mg · m-3)值, 具体见式(6)；结合AFR及发动机涵道比(Bypass Ratio, BPR)得到每千克燃油的废气容积流量QMixed(m3 · kg-1), 具体见式(7).
 | (6) |
 | (7) |
综合计算得到黑碳浓度CBC与废气容积流量QMixed, 最终得到黑碳排放指数EIBC(mg · kg-1), 计算公式见式(8), 具体计算过程参见文献(曹惠玲等, 2020).
 | (8) |
 | (9) |
3.2.3 挥发性有机颗粒物(PMvol-Fuel Organics)排放指数计算挥发性有机颗粒物排放指数是从ICAO发动机排放数据库所列的发动机碳氢化合物排放指数的发动机比率计算得出, 如式(10)所示.
 | (10) |
表 4(Table 4)
| 表 4 不同状态下的比率值 Table 4 Ratio values under different states | ||||||||||
表 4 不同状态下的比率值 Table 4 Ratio values under different states
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3.3 污染物排放量计算选择与之对应的QAR数据中任意瞬态帧下的燃油流量, 结合飞行时间即可得到i类污染物在不同飞行航段中的污染物排放量EMIi, 计算方法见公式(11), 进而求得整个完整航段的不同种类污染物的排放总量EMI, 计算方法见公式(12).
 | (11) |
 | (12) |
4 案例分析(Case analysis)4.1 飞机基本参数选择从上海浦东国际机场(ICAO代码：ZSPD)飞往加拿大温哥华机场(ICAO代码：CYVR)某次航班, 机型B777-300ER, 发动机型号GE90-115B, 飞行时间10.38 h, 飞行距离9031 km.对机载QAR数据进行预处理：剔除野值、采用拉格朗日内插公式对转译遗漏数据进行补充, 去除各方面干扰而造成的波动.在完成预处理的QAR数据中提取所需要的发动机相关性能参数, 采样时间间隔选择1 s, 采集到的实际飞行数据包括飞行高度、飞行马赫数、环境总温等参数.
从ICAO组织公布数据库(ICAO, 2013)和机场空气质量手册(ICAO, 2011)中查得GE90-115B型发动机的基准燃油流量和排放数据(表 5), 其数据是在基准条件下由车台实验数据获得.
表 5(Table 5)
| 表 5 ICAO排放数据库给定的GE90-115B型发动机基准燃油流量和排放数据 Table 5 ICAO emission database given GE90-115B engine benchmark fuel flow and emission data | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
表 5 ICAO排放数据库给定的GE90-115B型发动机基准燃油流量和排放数据 Table 5 ICAO emission database given GE90-115B engine benchmark fuel flow and emission data
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4.2 污染物排放量计算4.2.1 飞行阶段划分将所选航班飞行全过程划分为滑行起飞爬升阶段、高空飞行阶段与进近着陆阶段, 依据实际数据获取的各阶段飞行时间与飞行高度见表 6和图 1.其中, 滑行起飞爬升阶段包含发动机启动之后的机场滑行、起飞、爬升3个阶段, 主要指滑出停机位飞至1000 m高空之内的出港活动；高空飞行阶段主要是1000 m高空之后, 继续爬升至稳态巡航高度, 完成稳态巡航之后下降至1000 m高空准备进港之前的飞行活动；进近着陆阶段主要是1000 m高度以下, 完成下降、进近、着陆的飞行活动.
表 6(Table 6)
| 表 6 全航段飞行阶段划分 Table 6 Division of flight stages for all flight segments | ||||||||||||
表 6 全航段飞行阶段划分 Table 6 Division of flight stages for all flight segments
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图 1(Fig. 1)
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| 图 1 全航段飞行高度示意图 Fig. 1Schematic diagram of flight altitude for all segments |
4.2.2 飞行全航段燃油消耗量飞行过程中由于飞行状态不同, 燃油流量和污染物排放指数时刻发生变化, 导致各个阶段燃油消耗量和污染物排放量均不相同.各阶段航空发动机的燃油消耗量与发动机的推力呈正相关, 通过对机载QAR数据中飞行阶段内每一时间帧下的燃油流量进行加和得到全航段燃油消耗总量为41302.76 kg, 全航段燃油流量变化见图 2a, 各阶段燃油消耗量见表 7.
图 2(Fig. 2)
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| 图 2 全航段燃油流量(a) 及NOx (b)、HC (c)、CO (d)、PMnvol (e)和PMvol-Fuel Organics (f) 实时排放指数变化趋势 Fig. 2Real-time change trend of fuel flow(a), and NOx(b), HC(c), CO(d), PMnvol(e) and PMvol-Fuel Organics(f) emission index for the whole flight segment |
表 7(Table 7)
| 表 7 全航段燃油消耗量 Table 7 Fuel consumption of the whole flight segment | ||||||||||||||
表 7 全航段燃油消耗量 Table 7 Fuel consumption of the whole flight segment
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4.2.3 飞行全航段污染物排放指数根据实际QAR数据中的实时燃油流量Ff、发动机燃烧室入口压力P3、温度T3、空燃比AFR等飞行数据和大气相对湿度h等环境数据, 依据第3节中建立的发动机污染物排放指数修正模型, 进行全航段污染物实时排放指数计算.
① NOx排放指数.飞行全航段中NOx主要是由于进入燃烧室的空气流中的N2, 在燃烧室主燃区的火焰烟羽中发生热氧化作用而产生, 与发动机燃烧室燃烧状况密切相关, 进而导致NOx排放指数实时变化趋势与燃油流量变化趋势较为相近, 具体如图 2b所示.
② HC、CO排放指数.HC与CO主要是在运行过程中发生不完全燃烧生成的产物, 全航段排放指数实时变化趋势与燃油流量的变化趋势相反.如图 2c~2d所示, HC在全航段飞行过程中, 排放指数主要在0.03~0.38 g · kg-1范围内变动；CO在全航段飞行过程中, 排放指数在LTO阶段波动较大, 巡航阶段较为平稳.
③ PM排放指数.颗粒污染物中非挥发性组分PMnvol主要是碳质燃料未完全燃烧发生热解的产物, 被认为是引起气候变暖仅次于CO2的重要污染物(Jacobson, 2005), 排放指数与燃料燃烧息息相关, 与燃油流量的变化趋势相似, 如图 2e所示, 排放指数在不同飞行阶段差异性也较大, 最大值出现在起飞阶段.挥发性硫酸盐颗粒物PMvol-FSC排放指数是根据ICAO给定模型计算得到的, 与飞行阶段无关.挥发性有机颗粒物PMvol-Fuel Organics同样也是燃料未完全燃烧的产物, 排放指数变化趋势与HC、CO近似, 如图 2f所示, 排放指数同样也是在不同阶段差异性较大, 起飞阶段数值最大, 慢车滑行阶段最小.
4.2.4 飞行全航段污染物排放量结合4.2.2节中全航段燃油消耗量与4.2.3节中不同污染物的全航段实时排放指数, 由式(11)、(12)计算得到全航段各类污染物排放总量(图 3a).不同飞行阶段各类污染物排放量如图 3b所示, 飞行各阶段各类污染物排放量具体数值见表 8.
图 3(Fig. 3)
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| 图 3 全航段(a) 及不同飞行阶段(b) 各类污染物排放量 Fig. 3Emissions of various pollutants in whole flight segment(a) and different flight stages(b) |
表 8(Table 8)
| 表 8 飞行各阶段各类污染物排放量 Table 8 Emissions of various pollutants in each stage of flight | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
表 8 飞行各阶段各类污染物排放量 Table 8 Emissions of various pollutants in each stage of flight
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从图 3a中可以看到, 温室气体CO2的全航段排放量最多, 约为131445.89 kg, 远远高于其他污染物的总和；对环境污染最为严重的NOx, 全航段排放总量约为2027.63 kg；SO2和CO的全航段排放总量次之, 分别约为161.34 kg和88.19 kg；排放量最少的则为HC与PM, 全航段排放量均在10 kg以内, 分别约为6.21 kg与4.36 kg.
从图 3b中可以看到, 飞行过程中飞行时间最长、飞行距离最远、燃油消耗量最大的巡航阶段, 污染物排放量最多.SO2和CO2的产生仅与燃油燃烧和飞行时间相关；而NOx、CO、HC与PM排放量则不仅受到燃油流量和飞行时间的影响, 还会受到实时变化的排放指数的影响.
为了对照依据ICAO排放数据库给定数值进行计算和按照实际QAR数据进行计算的异同, 计算了本次航班LTO阶段排放量估算值相对偏差, 结果见表 9.从表中可见, 实际爬升时间低于ICAO排放数据库中给定值, 而其它阶段时间均多于ICAO给定的时间, 整体LTO阶段中真实飞行时间比基准时间多出20%.同时, 实际飞行过程中, 燃油流量几乎都小于给定的基准燃油流量, 进而导致实际燃油消耗总量约少于基准数值的5%.
表 9(Table 9)
| 表 9 按照QAR实际数据与依据ICAO基准参数计算结果的相对偏差 Table 9 The relative deviation between the actual QAR data and the calculated results based on ICAO benchmark parameters | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
表 9 按照QAR实际数据与依据ICAO基准参数计算结果的相对偏差 Table 9 The relative deviation between the actual QAR data and the calculated results based on ICAO benchmark parameters
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排放污染物中, 气态污染物SO2和CO2的排放指数只与燃油消耗量成正比关系, 故而实际排放总量几乎都是呈现和燃油消耗量一样少于基准排放量的趋势.NOx全航段排放量仅次于CO2, 整个LTO阶段中, NOx实际排放量均多于ICAO基准排放量, 总量偏差值为36%.其中, 在滑行阶段偏差值最大, 约为80%, 在其他分阶段中, 偏差值在16%~34%之间.HC和CO两种污染物是气态污染物中排放量最少的, 飞行阶段实际排出量相比ICAO基准排放量, 偏差值分别为-12%和-18%.全航段PM排放总量的实际排出量与基准排放量偏差值为27%, 起飞、爬升和滑行阶段, 实际排出量均高于基准排放量, 偏差值在19%~53%之间不等；进近阶段, 由于燃油消耗量不同, 实际排出量低于基准排放量, 偏差值为-48%.
发动机排放污染物真实排放量与ICAO给定基准值之间存在较大差距, 不仅与飞行时间、飞行状态相关, 发动机自身的性能也受到外界环境条件、工作年限和维护状态等诸多因素影响；考虑到降低油耗和起飞噪声等, 实际飞行过程中, 飞行员也会被要求实行减推力等飞行操作, 这也使得实际污染物排放量与给定基准值有较大差异.由此可见, 排放数据库给定基准排放数据更适合用于针对固定机型的统计分析, 为了更为准确地评估执行具体飞行任务的具体航班单架次飞行成本, 应以结合实际飞行数据计算的污染物排放量作为成本计算基准.
4.3 飞行成本计算4.3.1 燃油与排放成本依据计算得到的各阶段排放量, 结合表 2中的燃油及污染物排放价格可得飞行全航段燃油成本及污染物排放成本, 结果如表 10所示.不同种类污染物排放成本占比如图 4所示.由图 4可以看出, 长航程排放污染物中NOx排放成本最高, 占比高达69.34%, 当局须高度重视减少NOx排放量的实施措施, 进而减少其高昂的排放成本；目前CO2排放量最多, 但由于碳排放价格较其他污染物低, 排放成本次之, 近乎少于NOx排放成本的1/2, 占比约为25.09%；SO2的排放量较低, 单价较高, 排放成本也不可忽视, 占比约为5.24%；HC、PM和CO的排放成本最低, 占比分别约为0.18%、0.08%和0.07%.
表 10(Table 10)
| 表 10 飞行全航段燃油及污染物排放成本 Table 10 Fuel and pollutant emission costs for the entire flight segment | |||||||||||||||||||||||||||
表 10 飞行全航段燃油及污染物排放成本 Table 10 Fuel and pollutant emission costs for the entire flight segment
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图 4(Fig. 4)
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| 图 4 不同种类污染物排放成本占比 Fig. 4Proportion of different types of pollutant emission costs |
4.3.2 时间成本鉴于所选航班飞行时间长、机组人员多、乘客数量庞大、飞行距离远等实际情况, 选择2.3节中所述的高时间成本情况进行计算研究.由公式(4)结合表 6中实际飞行时间(622.93min), 得到全航段时间成本为206607.19元.
4.3.3 成本综合依据计算得到的除固定成本之外的各类成本及占比见表 11和图 5.剔除视为常数的固定成本, 燃油成本为综合成本中占比最大的一项, 占比约为41.63%.时间成本占比次之, 约为燃油成本的2/3, 随着航程、机组人员等因素的增加, 时间成本仍会继续增加, 在本次航班飞行过程中, 占比约为34.13%.一直未纳入成本计算的污染物排放成本在长航程成本占比中达到24.24%, 多于燃油成本的1/2之上, 愈加说明排放对飞行成本的重要影响.
表 11(Table 11)
| 表 11 全航段不同种类成本 Table 11 Different types of costs throughout the flight segment | ||||||||||
表 11 全航段不同种类成本 Table 11 Different types of costs throughout the flight segment
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图 5(Fig. 5)
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| 图 5 全航段不同种类成本占比 Fig. 5The proportion of different types of costs in the whole flight segment |
5 结论(Conclusions)1) 污染物排放指数经修正后纳入计算模型得到飞行全航段实际污染物排放量, 与ICAO基准模型LTO阶段估算结果进行比对, 实际飞行时间相较基准模型多20%；而因燃油流量小于基准数值, 导致实际燃油消耗量较基准数值少5%, 直接导致与燃油消耗量成正比的SO2和CO2排放量也较基准数值少5%；其它污染物排放量也较基准数值有所增减, 其中, NOx和PM排放量多于基准值, 其他污染物排放量均少于基准值.
2) 对不同种类成本进行经济性量化, 计算得出全航段飞行综合成本中, 燃油成本占比最大, 约为41.63%；时间成本占比达到了燃油成本的2/3, 约为34.13%；基础模型中未纳入的排放成本占比达到24.24%, 多于燃油成本的1/2.
3) 纳入污染物排放成本, 完善了飞行成本计算模型, 可更为真实地量化飞机运行的经济性成本, 同时表明排放成本对飞行成本的影响不可或缺, 为确立结合飞机实际运行状况的飞行总成本计算提供了参考依据.
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