Топлива для воздушно-реактивных двигателей

В отличие от бензинового и дизельного двигателя, в которых поступательное движение поршней цилиндров преобразуется во вращательное движение коленчатого вала, в воздушно-реактивном двигателе (ВРД) происходит непрерывное сгорание топлива на форсунках. Тепловое энергия, образующаяся при его сгорании превращается в кинетическую энергию дымовых газов, выходящих через суженое отверстие (сопло), расположенное в тыльной стороне ВРД. За счет этого создается тяговая сила противоположная по направлению движению дымовых газов. Чем выше скорость истечения газов тем большую работу они совершают, и тем выше тяговая сила двигателя. Чтобы скорость истечения газов из сопла была достаточной, необходимо обеспечить высокую интенсивность процесса сгорания топлива, что достигается поддержанием в камере сгорания соответствующих температуры и давления, а так же состава топливовоздушной смеси. Воздух в камеру сгорания подается с помощью турбокомпрессора, приводимого во вращение газовой турбиной, расположенной в задней части двигателя. Отсюда и названия ВРД - турбореактивные (ТРД), турбовинтовые (ТВД), турбокомпрессорные (ТКРД). Топливо сгорает в потоке воздуха, движущемся со скоростью 35-45 м/с, т.е. в 2. Отсюда и высокие требования к теплоте сгорания топлива.

В ВРД могут применяться более тяжелые топлива и с более широким фракционным составом, чем в поршневых двигателях. Однако, утяжеление фракционного состава ведет к ухудшению процесса образования горючей смеси. Это может нарушить непрерывность горения, что вообще недопустимо, или может вызвать неполноту сгорания, что снижает к.п.д. двигателя и может стать причиной нагарообразования.

Наиболее подходящими для такого процесса сгорания являются керосиновые фракции нефти, выкипающие в пределах 120-320^оС. В двигателях для дозвуковой авиации применяются топлива более легкие, для сверхзвуовой - более тяжелые. Кроме испаряемости наиболее важными характеристиками являются: теплотворная способность топлива, кинематическая вязкость, температура начала кристаллизации, содержание серы, воды, механических примесей и др.

Низкая калорийность топлива снижает тяговую силу и дальность полета, слишком высокая вязкость ухудшает распыл топлива на форсунке. Однако, топливо имеющее слишком низкую вязкость имеет плохие противоизносные свойства. Повышенное содержание нормальных парафиновых углеводородов вызывает кристаллизацию топлива в верхних холодных слоях атмосферы. Попадание в топливо воды может ухудшить его прокачиваемость. Возможность образования кристаллов льда в авиационных топливах особенно высока в связи с быстрым изменением в полете температуры и влажности воздуха, атмосферного давления. При понижении температуры и атмосферного давления и увеличении влажности растворимость воды в топливе снижается, а избыток ее выпадает в топливных баках в виде тонкодисперсных капель, способных к замерзанию. Для предотвращения образования кристаллов льда в топливо вводится присадка этилцеллозольв - жидкость “И”. Сернистые соединения, особенно меркаптаны, вызывают коррозию, как топливной аппаратуры, так и камеры сгорания. Механические примеси забивают топливные фильтры, форсунки, приводят к износу лопатки турбины. Все эти явления усугубляются тем, что авиамашина находится в воздухе, и устранить повреждения, а, тем более, остановить двигатель практически невозможно.

Кроме этого реактивное топливо должно обладать хорошими антистатическими свойствами, поскольку трение плоскостей и фюзеляжа авиамашины о воздух вызывает накопление в топливе статического электрического заряда, который может вызвать пожар или взрыв. Таким образом, можно сказать, что к качеству реактивных топлив предъявляются более жесткие требования, чем другим видам моторных топлив.

В России выпускают топлива для дозвуковой по ГОСТ 19227-86 Т-1, ТС-1 и РТ и сверхзвуковой авиации по ГОСТ 12308-89 Т-6 и Т-8В. Топлива Т-1 и ТС-1 получают процессами прямой перегонки нефти, РТ с применением гидроочистки, Т-6 путем глубокого гидрирования керосино-газойлевых фракций нефти. Основные физико-химические свойства некоторых авиакеросинов приведены ниже.