Авиационное топливо. чем кормят самолеты?

Опубликовано: 22 Ноя 2021Рубрика: Почему не работаетАвтор: editor

Экология СПРАВОЧНИК

Все современные дозвуковые самолеты и сверхзвуковые самолеты первого поколения («Конкорд», Ту-144) в качестве топлива используют керосин различных сортов, а окислителем служит кислород окружающего воздуха. В настоящее время бензин используется в ограниченном количестве в поршневых двигателях небольших самолетов, летающих на сравнительно малых высотах.

Озоноактивными компонентами выхлопных газов являются оксиды азота и в меньшей степени оксид углерода. Продукты полного сгорания — диоксид углерода и вода — являются парниковыми газами.

Экспериментальные и теоретические исследования показали, что содержание оксидов азота в выхлопных газах реактивных двигателей, выражаемое через эмиссионный индекс (г 1М02 на 1 кг топлива), однозначно зависит от температуры воздуха, поступающего в камеру сгорания. Температура воздуха на входе в камеру сгорания определяется степенью сжатия турбокомпрессора и зависит от высоты и скорости полета. Для снижения температуры воздуха и снижения содержания оксидов азота в выхлопных газах используют впрыскивание воды или части топлива между турбокомпрессором и камерой сгорания, а также уменьшают степень сжатия в турбокомпрессоре.

В двигателях, установленных в наиболее распространенных в настоящее время дозвуковых самолетах «Боинг-707, -727», ЭС-8, -9, в крейсерском режиме образуется около 6 г 1М02 на 1 кг израсходованного топлива. В двигателях, установленных на широкофюзеляжных самолетах «Боинг-747», ЭС-Ю, А-300, «Лок-хид-1011», образуется до 16 г N02 на 1 кг топлива. Наибольшее количество диоксида азота (18 г на 1 кг топлива) образуется в двигателях «Олимпус-593» и НК-144, устанавливавшихся на сверхзвуковых транспортных самолетах первого поколения «Конкорд» и Ту-144 .

Учитывая возможное влияние оксидов азота на стратосферный озон, в ходе выполнения программы СИАП была проанализирована возможность снижения, содержания оксидов азота как путем совершенствования двигателей, так и путем перехода на другие виды топлива — сжиженный природный газ и сжиженный или сжатый водород. Результаты этого анализа показали, что только создание новых двигателей, а не модернизации существующих, может заметно снизить эмиссию оксидов азота. Однако и двигатели нового поколения по уровню эмиссии оксидов азота далеки от теоретически возможного минимума.

Бензин

Бензин — одна из фракций выкипания нефти. Бензиновая фракция выделяется при нагревании нефти в температурных пределах от 32 до 180 °C. Основа этого топлива представляет собой смесь, которая практически полностью состоит из гексана, октана и гептана. Бензин стал основным топливом для двигателей внутреннего сгорания. При этом для применения в качестве топлива необходимо производить его дополнительную химическую очистку. Помимо этого, обладает качествами растворителя и находит применение в области строительства. Помимо получения из нефти, существую способы производства бензина из горючих сланцев, такая технология получила распространение в Эстонии.

Важной характеристикой этого топлива является октановое число, характеризующее детонационную стойкость. Значение этого параметра определяет возможную степень сжатия в двигателе

К основным физическим атрибутам бензина можно отнести следующие параметры:

Плотность около 0,71 г/см3.
Теплотворная способность примерно 10 200 ккал/кг.
Температура замерзания −60 °C, для достижения этого значения используются присадки.

Зеленый керосин

Еще одно направление развития авиатопливного рынка совпадает с вектором движения рынка автомобильного — это снижение уровня вредных выбросов в атмосферу. Главная технология здесь — создание более чистого топлива, в первую очередь за счет разработки и использования биокомпонентов.

На сегодня процедуру сертификации прошли несколько технологий производства авиационного биотоплива. Биокеросин производят из биомассы с помощью процесса Фишера — Тропша*, из растительного масла, создают горючее для самолетов и на основе этилового спирта. Биокомпоненты в разных пропорциях (максимум 50×50) смешиваются с обычным авиакеросином, что позволяет сократить объем выбросов углекислого газа в атмосферу почти на 50 %. При этом конечный продукт по химическому составу эквивалентен традиционному авиатопливу, и его применение не влияет на эксплуатационные характеристики самолетов.

Одним из первых коммерческие заправки биотопливом начал аэропорт норвежского Осло, а пионером в использовании экологичного керосина стала немецкая Lufthansa. Использование биотоплива одобрено Федеральной авиационной администрацией США (FAA), им уже заправляют свои самолеты в США несколько десятков авиакомпаний.

Но у развития этого направления есть одно но — производство биотоплива пока слишком дорого, поэтому сегодня, во времена низких цен на нефть, оно не может на равных конкурировать с обычным «Джетом», а тем более с ТС-1.

Виды авиатоплива

Каким топливом заправить самолет? Это зависит от его характеристик. Настоящее время, выбор не так велик — авиационный бензин и керосин, также называемый реактивным топливом. В странах СНГ и России наиболее распространенным топливом, которым заправляют советскую турбовинтовую технику, является марка ТС — 1, получаемая прямой прогонкой нефти (температура 150-250 градусов).

К слову, на нем может летать и зарубежная техника, использующая в основном полный аналог — марку Jet-A.

Авиакеросин

Керосин — авиационное топливо, применяемое для заправки воздушных судов, оборудованных газотурбинными двигателями, вертолетов, военной авиации. Оно проходит 8 степеней контроля качества и собой представляет жидкие фракции, полученные способом перегонки малосернистой нефти. Температура выкипания нефти находится в интервале 140-280 градусов по Цельсию.

Помимо прямого назначения, оно может применяться в качестве хладагента и теплоносителя, рабочей жидкости для гидравлических систем.

В России это горючее может быть нескольких марок:

Т-1, Т-2 и ТС-1 — для дозвуковых пассажирских ЛА;
Т-6 и Т-8В — для более продвинутых технически самолетов сверхзвуковых:
РТ — для Ту-22 и Су — 27.

Основные параметры:

теплота сгорания (массовая и объемная);
давление пара;
термическая стабильность;
совместимость с материалами;
вязкость;
процент серы;
электропроводность;
кислотность;
устойчивость к износу;
нагарность.

Авиационный бензин

Главным техническими параметрами топлива, применяемого для заправки судов с высоконагруженными поршневыми моторами, считаются: стабильность фракционная и химическая, детонационная стойкость. Для улучшения свойств к нему добавляют различные присадки.

В связи с выросшей популярностью турбореактивных двигателей в конце 20 века значительно сократили выпуск авиационного бензина. На то время производили только марки Б-95/130 и Б-91/115. Маркировка указана в соответствие с ГОСТ: октановое число — числитель, сортность — знаменатель. Позже и его заменили на АИ-95, аналогичный импортному AVGAS 100LL.

Спецприсадки для авиационного топлива

Спецприсадки

Для улучшения свойства авиатоплива используются присадки. С их помощью возможно стабильнее сделать работу двигателя, уменьшить (а то и исключить) негативные влияния внешней среды, увеличить срок эксплуатации всего самолета.

Их видов достаточно много:

антистатические — присадки, уменьшающие накопление статического электричества, следовательно, и вероятность взрыва, повышающие теплопроводность,
не допускающие кристаллизации воды, которая опасна остановкой двигателей;
антиокислительные — предотвращающие вероятность окисления;
противоизносные — восстанавливающие свойства топлива, понижающиеся после гидроочистки.

Нужно ли заправляться топливом без присадок или использовать последние, зависит от установленного на лайнере двигателя и его модели.

Стоимость авиатопливо и одной заправки самолета?

В среднем топливо для пассажирских лайнеров стоит в районе 47-50 тысяч рублей. В отдельных районах величина может превышать указанную цифру: до 80 000 рублей придется заплатить за тонну на Камчатке.

Для расчета одной заправки необходимо знать объем топливных баков и расстояние до пункта приземления. Разброс цен достаточно большой и может отличаться в 3 раз. Если расстояние от Санкт-Петербурга до Москвы, например, преодолевать на Як — 40, сумма заправки составит 450 тысяч рублей, а если лететь на Боинге — порядка 150 тысяч рублей.

Особенности авиационного топлива

Воздушный транспорт России для полетов использует авиационное топливо, которое отличается повышенным качеством от того, которое применяется для автомобилей. Он отличается более высокой детонационной стойкостью и октановым числом, фракционным составом и химической стабильностью.

Эти характеристики важны для нормальной работы двигателя, что снижает риск аварий.

Сухое горение керосина

Наиболее распространенной проблемой, с которой можно столкнуться при использовании керосина в качестве топлива для дизельного авто, является его сухое горение, которое может повредить топливный насос. Как уже было сказано выше, керосин обладает очень низкой смазывающей способностью по сравнению с ДТ № 2, а без смазки топливные насосы быстро изнашиваются и могут перегореть. Вместе с насосом повышается износ таких деталей как кольца, прокладки и клапаны. Ситуацию можно исправить, добавив в топливо немного жидкости для автоматической трансмиссии. Двухтактное масло также будет отлично работать с керосином.

Вес самолёта при посадке

Существует строго ограниченный вес самолёта, заходящего на посадку. Превышать этот лимит ни в коем случае нельзя, так как данная ситуация может стать причиной крушения авиалайнера.

При посадке происходит своеобразный удар шасси о поверхность посадочной полосы. При этом шасси и фюзеляж рассчитаны на конкретные нагрузки, которые напрямую зависят от веса борта. Если данный показатель будет существенно превышен, то и нагрузка соответственно увеличится. Шасси и фюзеляж при этом могут не выдержать и сломаться под тяжестью веса. Также пострадать могут и крылья

Именно поэтому важно следить за весом при посадке

Общее[править | править код]

Начало истории развития авиатоплива

С появлением авиации в начале двадцатого века началось развитие авиационных моторов. Долгое время единственным источником механической энергии, получившем практическое применение, оставался поршневой двигатель внутреннего сгорания. приводившей в движение движитель (воздушный винт).

Первоначально для авиационных моторов в качестве топлива применялись прямогонные бензины из ароматических и нафтеновых базовых сырых нефтей. Эти моторы мало отличались от автомобильных, имели низкую степень сжатия, были маломощны и тяжелы. Так, например, бензиновый двигатель на самолёте братьев Райт использовал степень сжатия всего 4,7, развивал 12 лошадиных сил при объёме 201 кубического дюйма (3290 кубических сантиметров), и весил 180 фунтов (82 кг).

Проектировщики и инженеры старались добиться максимальной удельной мощности, снижая вес и одновременно форсируя моторы. Однако повышение степени сжатия в цилиндрах мотора приводит к аномальному горению (детонации) топливно-воздушной смеси, что заметно уменьшает мощность мотора и снижает ресурс деталей цилиндро-поршневой группы.

В 1920—1930 годах во многих странах мира начали проводить исследования моторных топлив, результатом которых стало развитие нефтехимической промышленности, а также упорядочивание классификации моторных топлив. Так, например, в довоенном СССР основными поставщиками авиационного бензина были НПЗ г. Грозного и г. Баку, а бензины так и именовались: Грозненский и Бакинский. Эти бензины отличались удельным весом, октановым числом и другими химическими параметрами. Так, грозненский авиабензин имел удельный вес 0,700÷0,720, бакинский авиабензин — 0,748÷0,754; октановое число у первого — 61, у второго — 75. Бочки с грозненским авиабензином маркировались голубой краской, бочки с бакинским — белой краской.

С появлением более мощных двигателей с повышенной степенью сжатия в эти бензины стали добавлять в качестве антидетонационного средства бензол: летний авиабензол марки «Л» нефтяной и зимний авиабензол марки «А» нефтяной. Бензол в заводских условиях добавлялся в бензин вплоть до соотношения 1:1 (разные смеси имели различную цветную маркировку тары), но на практике службой ГСМ аэродрома на месте готовилась требуемая топливная смесь по достаточно сложной технологии, под конкретные эксплуатируемые в подразделении авиамоторы.

При заправке летательного аппарата делался экспресс-анализ топливной смеси, и на основании данных по фактической плотности залитого в баки топлива вносились изменения в штурманский расчет по максимальной дальности и продолжительности полёта. За качество и соответствие требованиям документации заправленного в самолёт топлива конечным ответственным исполнителем считался техник самолёта.

С появлением в 30-х годах присадок на основе тетраэтилсвинца в СССР заводы стали выпускать т. н. свинцовый авиабензин марки «2Б» (октановое число 90÷92) и «2Г» (октановое число 87).

Впрочем, из-за большой номенклатуры эксплуатируемых моторов на аэродромах продолжалось приготовление топливных смесей под конкретные нужды.

(применение авиабензинов в дальнейшем см. ниже)

Спецприсадки для авиационного топлива

К ним относятся следующие:

Антистатическая присадка. Увеличивает электропроводность топлива и минимизирует накопление статического электричества, которое, в свою очередь, может привести к взрыву топливного бака.
Противоизносная присадка. Необходима для увеличения срока эксплуатации автоматических механизмов в топливном отделе двигателя.
Антиокислительная присадка. Понижает уровень окислительных процессов в топливе, за счет чего препятствует возникновению образованию смол.
Антиводокристаллизационная присадка. Если в топливе присутствует хотя бы минимальный процент воды, на высоте в несколько километров она кристаллизуется. А мелкие кусочки льда могут сильно повредить двигатель, вплоть до его полного отказа. Присадка предотвращает подобные инциденты.

Мы рассмотрели, каким топливом заправляют самолеты, но еще не упомянули, как заправляют самолеты.

Как заправляют самолеты

Заправка очень важный процесс при обслуживании летной техники.

Заправка бывает двух видов:

дозаправка в воздухе (военных самолетов);
полная заправка в аэропорту.

Каждый из видов по своему сложен. Рассмотрим их по порядку.

Дозаправка в воздухе

Это один из самых сложных и, в то же время зрелищных элементов полетов военной техники. Именно в России более 100 лет назад была придумана воздушная заправка. Не всегда она была такой, как мы ее видим сейчас. Существовали уникальные методы, в частности у бомбардировщиков Ту-16, когда самолеты заправлялись «крыло в крыло». И по сей день, наша военная авиация является передовой в технике заправок в воздухе. К сожалению, этот процесс не так просто увидеть обычным зрителям. Все потому, что попросту опасен ввиду чрезвычайного сближения самолетов (примерно на 20 метров).

Смотрите видео как заправляют бомбардировщик Стелс:

https://youtube.com/watch?v=4Yw6L5hTXCE

Видео как заправляют Су-24:

https://youtube.com/watch?v=JqAsQSD7tdg

В данный момент многие типы самолетов военной авиации ВКС России обладают возможностью заправиться в воздухе.

Истребители — Су-27, Миг-31,Миг-29;
Штурмовики – Су-24М;
Бомбардировщики – Ту-95, Ту-160.

Заправщиком в основном сейчас выступает модернизированный Ил-78М.

Чтобы заправить в воздухе истребитель потребуется 6 минут, тяжелый бомбардировщик – 20 минут, танкер – 45 минут.

Смотрите видео подборку неудачных дозаправок в воздухе:

https://youtube.com/watch?v=ag27Yt4RY-o

Заправка в аэропортах

В аэропорт топливо попадает двумя путями:

Железнодорожным путем попадает топливо в цистернах, из которых при тщательном контроле всех параметров содержимое перекачивается в специальные резервуары. Рядом, по нормам всегда должны находиться подземные отсеки с водой, который в экстренном случае будут использованы для тушения горючего. На цистернах находятся специальные приборы, которые показывают все параметры топлива. Для перегонки используются мощные насосы.
Трубопровод. Этот путь включает в себя доставку по трубам горючего с ближайшего нефтеперерабатывающего узла. На территории аэропорта находятся приборы учета качества топлива, которое проверяется по 12 основным параметрам. После анализа материала, происходит перегонка в центральный заправочный комплекс.

Процесс заправки лайнера может осуществляться двумя способами: через топливо заправщик или специальные колонки, расположенные по всей территории.

В заключении отметим, что процесс заправки очень важен для современных полетов, как гражданских, так и военных. Эта весьма сложная и опасная процедура. В ней много особенностей, исходя из условий применения и типов самолетов.

Гражданские самолеты в большинстве случаев потребляют огромное количество топлива, однако в пересчет на одного пассажира – это приемлемая цифра. Многие производители модифицируют самолет, чтобы повысить ее экономичность и, следовательно, уменьшить расходы на обслуживание. Современное высококачественное авиационное топливо поставляется во все крупные аэропорты, где происходит дозаправка лайнеров. А дозаправка в воздухе – одно из самых захватывающих зрелищ для зрителей и ответственных процедур для военных летчиков. Главным фактором остается одно – соблюдение техники безопасности.

Сколько топлива нужно для заправки?

Расход топлива является, чуть ли не основным параметром воздушного судна. Ведь чем меньше топлива расходуется, тем меньше затрат на обслуживание самолета приходится компании.

Количество горючего на борту напрямую зависит от параметров полета и типа самолета. На близкое расстояние топливо скорей всего сильно сэкономят.

Также немаловажен маршрут полета, наличие промежуточных пунктов посадки. Учитываются даже погодные условия на маршрутом пути.

Рассчитать точное количество топлива, которое требуется для заправки лайнера, очень сложно. Это число редко совпадает с тем, что указано в технических характеристиках. Однако примерно посчитать эту цифру все-таки можно.

На определенный рейс, самолет заправят учитывая:

Топливо необходимое для преодоления расстояния до аэропорта назначении.
Топливо для полета от аэропорта назначение до запасного аэродрома.
Горючее для ожидания посадки в течение 30 минут на малой высоте.
Надбавка 5% на непредвиденные обстоятельства.

Видео как заправляют самолеты:

Сколько же стоит заправить самолет на один рейс?

Возьмем для примера рейс Москва – Санкт-Петербург. Расстояние перелета в данном случае будет равно 633 км. Путем умножения, получаем расход на пассажира = 16,14 кг., а учитывая цену керосина в аэропорту Домодедово, это 763,5 рубля. Средняя вместимость лайнера 737 – 150 человек, соответственно заправить его обойдется в 114 523 руб. Эта цифра, естественно не окончательный расход. Учитывая вышеописанные условия, она может увеличиться до 150 000 ₽.

Сколько стоит заправить Боинг 747?

Рассмотрим один из самых больших лайнеров современности Боинг 747. Несмотря на свои гигантские размеры и большую стоимость, самолет может похвастать своей высокой экономичностью. Потребляет он для модели 100 – 32г. на пассажира за километр, а серии 300 – 22,4 г. Часовой расход горючего – 14 500 км., то есть на полет Москва-Санкт-Петербург чисто гипотетически будет потрачено около 700 000₽. Тем не менее самолет очень популярен и состоит в большинстве ведущих компаний мира.

Авиационные бензины[править | править код]

Основная область применения авиационных бензинов — топливо высоконагруженных поршневых двигателей внутреннего сгорания.

Основной способ добычи авиационных бензинов — прямая перегонка нефти, каталитического крекинга или риформинга без добавки или с добавкой высококачественных компонентов, этиловой жидкости и различных присадок.

Для авиабензина основными показателями качества являются:

детонационная стойкость (определяет пригодность бензина к применению в двигателях с высокой степенью сжатия рабочей смеси без возникновения детонационного сгорания)
фракционный состав (говорит об испаряемости бензина, что необходимо для определения его способности к образованию рабочей топливовоздушной смеси; характеризуется диапазонами температур выкипания (40—180(°)С) и давлений насыщенных паров (29—48 кПа))
химическая стабильность (способность противостоять изменениям химического состава при хранении, транспортировке и применении).

Классификация авиационных бензинов основывается на их антидетонационных свойствах, выраженных в октановых числах и в единицах сортности. Сорта советских авиационных бензинов ранее маркировались по системе: буква Б и через дефис — цифра, обозначающая октановое число. Как пример, в СССР середины XX века выпускались авиационные бензины — Б-59, Б-70, Б-74, Б-78б и Б-78г, причём два последних несколько различались по химическому составу, что обозначали литеры после цифры: б — это из бакинских месторождений нефти, а г — из грозненских.

В дальнейшем для повышения октанового числа в бензин вводилась антидетонационная присадка:

продукт Р-9 (тетраэтилсвинец — 55 %, бромистый этил — 35 %, монохлорнафталин — 10 %, красный краситель)
продукт В-20 (тетраэтилсвинец — 55 %, бромистый этил — 35 %, дихлорэтан — 10 %, синий краситель)

Присадка добавлялось по объёму от 1 до 4 куб. см. жидкости на 1 литр. Бензины с присадкой имели маркировку:

на основе Б-59: 1Б-59(73), 2Б-59(78), 3Б-59(81), 4Б-59(82)
на основе Б-70: 1Б-70(80), 2Б-70(85), 3Б-70(87), 4Б-70(88)
на основе Б-74: 1Б-74(85), 2Б-74(88), 3Б-74(90), 4Б-74(92)
на основе Б-78: 1Б-78(87), 2Б-78(92), 3Б-78(93), 4Б-78(95)

где цифра перед буквой Б означает объём количества присадки в см³ на литр бензина. В скобках число показывает итоговое октановое число смеси бензина с присадкой. Также готовились топливные смеси, с добавлением в бензин бензолов и изооктанов, с октановым числом 95:

Смесь № 1: 60 % Б-70, 20 % изооктана и 20 % неогексана.
Смесь № 2: 60 % Б-70, 20 % алкилбензола и 20 % неогексана.
Смесь № 3: 60 % Б-70, 32 % изооктана и 8 % изопентана.

С распространением турбореактивных двигателей производство авиационных бензинов было значительно сокращено. К концу XX века в производстве оставались этилированные бензины Б-91/115 и Б-95/130, которые маркируются по ГОСТ 1012-72 через дробь: в числителе — октановое число или сортность на бедной смеси, в знаменателе — сортность на богатой смеси. Затем производство этих бензинов на территории РФ было полностью прекращено, а парк легкомоторной авиации начал использовать автомобильный бензин АИ-95, или импортный авиационный бензин AVGAS 100 или AVGAS 100LL. Последний считается «экологичным», так как имеет в пять раз меньшее содержание ТЭС. С осени 2016 года авиационный бензин 100LL производится в РФ по ГОСТ Р 55493-2013.

Также осталось производство бензина Б-70, который долгое время применялся в качестве горючего для турбостартеров двигателей самолётов типа Ту-16, Ту-22, МиГ-21 и ряда др. В настоящее время этот бензин в основном применяется при техническом обслуживании техники в качестве растворителя.

Спецприсадки для авиационного топлива

К ним относятся следующие:

Антистатическая присадка. Увеличивает электропроводность топлива и минимизирует накопление статического электричества, которое, в свою очередь, может привести к взрыву топливного бака.
Противоизносная присадка. Необходима для увеличения срока эксплуатации автоматических механизмов в топливном отделе двигателя.
Антиокислительная присадка. Понижает уровень окислительных процессов в топливе, за счет чего препятствует возникновению образованию смол.
Антиводокристаллизационная присадка. Если в топливе присутствует хотя бы минимальный процент воды, на высоте в несколько километров она кристаллизуется. А мелкие кусочки льда могут сильно повредить двигатель, вплоть до его полного отказа. Присадка предотвращает подобные инциденты.

Мы рассмотрели, каким топливом заправляют самолеты, но еще не упомянули, как заправляют самолеты.

Виды авиатоплива

То, на каком топливе летает самолет, зависит от его характеристик. Всего применяется два вида: авиакеросин или авиационный бензин. В большинстве случаев используется керосин, называющийся также реактивным топливом.