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飞机的血液,航空燃料

时间:2022-03-03 09:46:15 浏览次数:

材料外,还广泛采用了进气增压装置。增压器利用其高速旋转的叶轮,将进入的空气增压后送入发动机的进气管,与燃料在化油器中混合或将燃料直接用高压泵通过喷嘴喷入汽缸。这样,增压器不但能提高汽缸的压缩压力,弥补高空空气稀薄的不足,从而提高发动机的功率,而且还能保持进气压力恒定,使发动机的功率不至于随飞行高度的增加而下降。对航空汽油的质量要求虽然相对车用汽油质量要求有类似之处,即要求燃料具有适当的蒸发性、良好的抗爆性和安定性,无腐蚀性、不含颗粒性杂质和水分,但具体要求的程度则有所不同。航空汽油与一般汽油的质量要求区别主要有下列几点:

蒸发性限制较严格 航空发动机要求使用的汽油具有良好的蒸发性,能在化油器和进气系统中充分气化,不至于冲稀润滑油而造成磨损。在直喷发动机中,留给燃料汽化的时间很短,所以要求燃料的蒸发性更好。与车用汽油比较,航空汽油中尾馏分较少,终馏点限制在180℃ (实际上一般为160℃左右),50%和90%馏出温度都比车用汽油低。这就是说,航空汽油的蒸发性要比车用汽油高。

同时,为了保证良好的高空性能,防止发生气阻而造成飞行事故,对航空汽油的轻质馏分含量也作了严格限制,规定初馏点不低于40℃,蒸汽压不大于48千帕。这就是说,航空汽油中不得含有过轻的组分,以免蒸发性过高。而车用汽油为了扩大来源,对初馏点通常不限制,蒸汽压要求也宽得多。

抗爆性要求较高 一般活塞往复式航空发动机的压缩比都不太高(例如运5飞机使用的活塞-5型发动机压缩比为6.4,改进型的活塞-7型发动机压缩比约为6.9),但由于有增压器增压,汽缸的温度和压力仍然较大,因此航空汽油应具备良好的抗爆性。另外,飞机在起飞或执行特殊任务时,要求发动机发出最大的功率,在这种情况下,除利用增压器提高进气压力外,还需加浓混合气。因此,航空汽油不仅要在较贫油状态下有良好的抗爆性,而且在富油状态下也能发出较大的功率。

安定性要求较好 为了保证飞行安全和发动机可靠的工作,并适于较长时间的贮存,要求航空汽油比车用汽油具有更良好的安定性。航空汽油一般不含有热裂化产品,性质较为安定。但因为航空汽油中乙基液含量较车用汽油高出很多,而乙基液中的四乙基铅容易见光分解,因此在贮存和运输过程中,应采取措施,防止因四乙基铅分解导致燃料变质。

低温性要求良好 飞机在高空低温下飞行时间较长时,燃料的温度下降,若含有悬浮水会结成微小的冰晶,堵塞滤孔,阻碍供油。因此,航空汽油中不允许含有水分和颗粒性杂质,规定结晶点不高于-60℃,而车用汽油对低温性能没有如此严格的要求。

当代主力 • 航空煤油

航空煤油的发展是和喷气式发动机的发展同步的。二战后期,传统的活塞往复式发动机已发展到极限,这时英、美、德等国都将目光转向了涡轮喷气式发动机,配套研制的喷气燃料——航空煤油也就随即产生。起初,煤油被选作喷气燃料也是一种无奈之举。在第二次世界大战期间及战后一段时间,由于活塞式发动机在航空和汽车上占统治地位,世界上对汽油的需求量非常大,战时曾一度供不应求,而各国的煤油产量却严重过剩。因此,在喷气发动机研制之初,航空发动机专家们就力图使用煤油作为燃料。在这种情况下,最初生产的喷气发动机燃料都是以煤油为基础,或是将煤油与汽油混合使用。结果歪打正着,人们很快发现煤油型燃料竟然是最理想的喷气燃料,它不但具有蒸汽压低的特点,而且闪点和冰点都很理想。另外,煤油的物理/化学性质都很稳定,非常适于运输和储藏。

喷气燃料的基本组成及分类

喷气燃料的基本组成为不同的石油烃类以及少量非烃及添加剂,其烃族组成和非烃含量主要取决于原油的品质和石油化工的生产工艺。喷气燃料所含烃类主要有烷烃、环烷烃、芳香烃和少量的烯烃。其中芳香烃会影响燃料的燃烧性,其体积不能超过总体积的25%;烯烃会影响喷气燃料的安定性,其体积不超过5%。

非烃类化合物主要为氧化物、硫化物、氯化物和有机金属化合物,它们同属喷气燃料中的杂质。特别是硫化物,会影响燃料的燃烧性,同时也会腐蚀发动机。喷气燃料中非烃总质量通常小于0.2%。另外,并非所有的非烃化合物都是杂质,有些有机盐等化合物在燃料中起到抗静电、抗磨、防冰的作用,这些都是为改善燃料性能而加入的添加剂。

由于不同的喷气发动机对燃料的要求有差异,因此要生产多种燃料以满足不同发动机的要求。喷气燃料按生产方法可分为直馏和二次加工喷气燃料。按馏分的宽窄、轻重分为宽馏分型、煤油型、重煤油型,或者更为简单明了地分为民用喷气燃料和军用喷气燃料两大类。

现在世界各国通用的喷气燃料民用标准为美国的JET A-1、JET B标准。另外,在美国还有另有与JET A-1差别不大的JET A标准。JET A航空煤油自上世纪50年代就成为美国的标准航空煤油类型。JET A与JET A-1相似,但凝固点为-40℃,比JET A-1的-47℃高7℃;另一种常用的民用喷气燃料标准JET B是以石脑油与煤油混合制成,主要是为改善燃油在寒冷天气下的性能。不过,JET B航空煤油的安定性较差,处理时有一定的危险性,因此只有在天气非常寒冷时才会使用。

世界各国军用喷气燃料的标准则远不像民用标准那样统一。长期以来,美国的使用一套称为JP系列的标准及编号。编号从JP-1到JP-8。其中部分类型与民用燃油几乎相同,只是添加剂含量稍有不同,如JET A-1与JP-8类同,而JET B与JP-4相似。而其他的军用燃料属于高度专门化的定制品,为特定的用途而设。比如JP-6专为XB-70轰炸机研制,而JP-7就是SR-71“黑鸟”侦察机的特定燃油。两者都经过特别调配,具有很高的闪点以应付长时间高超声速飞行产生的高温。另外,美国空军曾研制过一种名为JPTS型的军用喷气燃料。此燃油于1956年开发,专为洛克希德公司的U-2高空侦察机而量身定做。苏联过去曾将喷气燃料分为T系列、TC系列及PT系列等,其中使用量最大的为TC-1和PT系列。我国在上世纪80年代之前,则是军民喷气燃料通用,分1至6号喷气燃料,其中3号和5号喷气燃料较为常用。在改革开放后,我国的民用喷气燃料已逐步与世界接轨。军用喷气燃料也呈现多样化的趋势。

喷气燃料的特点

上世纪50年代以来,随着各种喷气战机的飞行速度、升限、机动能力不断提高,飞机燃料系统构造越来越精密,对工作可靠度的要求更高。而喷气燃料的性质对战机发动机工作性能、特别是工作可靠性有很大的影响。例如,燃料密度的大小,不仅影响飞机的热能有效线荷,而且影响发动机燃油工作喷嘴喷油量及液压离心转速调节器的工作。据计算,燃料密度降低1%,将引起平衡转速增大约0.5%;而涡轮转速增加1%,涡轮叶片的强度安全系数则下降14%~18%。又例如,长期使洁净性或润滑性不足的燃料会使发动机中产生大量的固体磨损物,从而使发动机工作发生故障,甚至导致机毁人亡的严重后果。因此,现代高性能的喷气发动机对使用燃料的质量要求也十分严格。目前高质量喷气燃料主要有以下几个特点:

适当的蒸发性 喷气燃料含有适当的轻质馏分,可保证燃料混合气无论在地面或是高空都易于点燃。但喷气燃料的蒸发性又不可过大,以免在高空产生气阻,并增大燃料的损耗。换句话说,燃料应具有良好的高空性能。另外,喷气燃料还应有良好的雾化程度,雾化程度越好,越能加快可燃混合气的形成,有利于燃烧的稳定和安全。

良好的燃烧性能 喷气燃料具有适当的化学成分,保证在发动机各种工作条件下,能迅速、稳定、完全燃烧,且生成的积炭少。喷气燃料作为高速战机主要动力来源首先要易于起动和燃烧稳定,其次是要求燃烧完全。燃烧的完全程度一方面受进气压力、进气温度和飞行高度等条件的影响,另一方面也受燃料的黏度、蒸发性和化学组成的影响。

良好的安定性及热安定性 目前,喷气燃料在储存过程中的难点是容易产生有胶质,以及,燃料的酸度和颜色等指标的变化。这是因为,喷气燃料中含有少量的不安定组分,如烯烃、带不饱和侧链的芳香烃以及非烃等,导致胶质和酸度随储存时间的延长而增加。储存条件对喷气燃料的质量变化有很大的影响,其中最重要的是温度。另外,当现代战机在作超声速飞行时,飞机机体会与空气进行强烈的摩擦并产生大量的热。因而,飞机的表面温度会急剧上升,油箱内燃料的温度也会随之上升,最高时可达数百摄氏度以上,因此喷气燃料,特别是用在高空高速战斗机上的喷气燃料要具有良好的热安定性。

很高的洁净度 喷气燃料的高洁净度是指燃料中的水、颗粒污染物、表面活性物及细菌等的含量很低。喷气发动机系统机件的精密度很高,因而即使是细微的颗粒物质也可能造成燃料系统的故障。所以,必须严格符合产品质量标准中相应的指标。我国喷气燃料的标准规定,每克喷气燃料中游离水的含量不超过30微克。国外一些喷气燃料的标准中规定,每升燃料中的固体微粒不应多于1毫克,微粒直径不得超过5微米。

较好的润滑性 在喷气发动机中,燃料泵的润滑依靠的是其泵送的燃料。当喷气燃料的润滑性能不足时,燃料泵的磨损就会增大,这不仅会降低油泵的使用寿命,而且会影响油泵的正常工作,引起发动机运转失常等故障,威胁飞行安全。因此,喷气燃料通常具有一定的黏度和润滑性能,以保证发动机燃料系统的活动部件磨损最小。喷气燃料润滑性一般是通过添加特定的添加剂来实现的。

责任编辑:新浜

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