Авиационное топливо — это топливо на основе нефти или смеси нефти и синтетического топлива, используемое для питания самолетов . К ним предъявляются более строгие требования, чем к топливам, используемым для наземного использования, например, для отопления и дорожного транспорта , и они содержат присадки для улучшения или сохранения свойств, важных для характеристик топлива или обращения с ним. Они основаны на керосине ( JP-8 и Jet A-1 ) для самолетов с газотурбинными двигателями. В самолетах с поршневыми двигателями используется этилированный бензин , а в самолетах с дизельными двигателями — авиационное топливо (керосин). [1] К 2012 году все самолеты ВВС США были сертифицированы для использования смеси керосина и синтетического топлива, полученного из угля или природного газа, в соотношении 50/50, в качестве способа стабилизации стоимости топлива. [2]
Реактивное топливо представляет собой топливо от прозрачного до соломенного цвета, изготовленное на основе неэтилированного керосина (Jet A-1) или смеси нафты и керосина (Jet B). Подобно дизельному топливу , его можно использовать как в двигателях с воспламенением от сжатия , так и в турбинных двигателях . [1]
Jet-A используется в современных коммерческих авиалайнерах и представляет собой смесь чрезвычайно очищенного керосина, который горит при температуре 49 °C (120 °F) или выше. Топливо на основе керосина имеет гораздо более высокую температуру вспышки, чем топливо на основе бензина, а это означает, что для его воспламенения требуется значительно более высокая температура. Это высококачественное топливо; если он не проходит тесты на чистоту и другие тесты качества для использования на реактивных самолетах, его продают наземным пользователям с менее высокими требованиями, например железным дорогам. [3]
Avgas ( авиационный бензин ) используется в небольших самолетах, легких вертолетах и старинных самолетах с поршневыми двигателями . Его состав отличается от обычного бензина ( в данном контексте : бензин или «авиационный дух»), используемого в автомобилях , который в авиации обычно называют могазом или автогазом. [4] Хотя он бывает разных марок, его октановое число выше, чем у «обычного» автомобильного бензина.
Также могут использоваться альтернативы обычному авиационному топливу на основе ископаемого топлива, новые виды топлива, полученные методом преобразования биомассы в жидкость (например, экологически чистое авиационное топливо ), и некоторые виды растительных масел . [5]
Преимущество такого топлива, как экологически чистое авиационное топливо, состоит в том, что на самом самолете требуется мало или вообще не требуется никаких модификаций при условии, что характеристики топлива соответствуют спецификациям по смазывающей способности и плотности, а также достаточному набуханию эластомерных уплотнений в современных топливных системах самолетов. [6] Экологичное авиационное топливо и смеси ископаемого и альтернативного топлива, полученного из экологически чистых источников, дают более низкие выбросы частиц [7] и парниковых газов. Однако они не используются интенсивно, поскольку по-прежнему сталкиваются с политическими, технологическими и экономическими барьерами, например, в настоящее время они значительно дороже, чем авиационное топливо, производимое традиционным способом. [8] [9] [10]
Сжатый природный газ (СПГ) и сжиженный природный газ (СПГ) являются топливным сырьем, которое самолеты могут использовать в будущем. Были проведены исследования возможности использования природного газа [11], в том числе самолет «SUGAR Freeze» в рамках программы разработки перспективных концепций НАСА N+4 (созданной командой Boeing по исследованию сверхзвуковых ультра-зеленых самолетов (SUGAR)). Ту -155 представлял собой испытательный стенд альтернативного топлива, работавший на СПГ. [12] Низкая удельная энергия природного газа даже в жидкой форме по сравнению с обычным топливом делает его явным недостатком для полетов. [ нужна цитата ]
Водород можно использовать практически без выбросов углекислого газа , если он будет производиться с использованием возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра и солнца .
Некоторые разработки технологий для самолетов с водородными двигателями начались после тысячелетия и получили распространение примерно с 2020 года, но по состоянию на 2022 год все еще были далеки от полной разработки авиационной продукции.
Водородные топливные элементы не производят CO 2 или другие выбросы (кроме воды). Однако сжигание водорода приводит к выбросам NO x . Криогенный водород можно использовать в жидком виде при температуре ниже 20 К. Для получения газообразного водорода используются резервуары под давлением 250–350 бар. [13] Благодаря материалам, доступным в 2020-х годах, масса резервуаров, достаточно прочных, чтобы выдерживать такое высокое давление, будет значительно превосходить само водородное топливо, что в значительной степени сводит на нет энергетическое преимущество водородного топлива перед углеводородным топливом. Водород имеет серьезный недостаток по объему по сравнению с углеводородным топливом, но будущие конструкции самолетов со смешанным корпусом крыла, возможно, смогут вместить этот дополнительный объем без значительного расширения смачиваемой площади .
Даже если это наконец осуществимо, сроки внедрения водорода в отрасли довольно длительны. Альтернативы обычному авиационному топливу, доступные в ближайшем будущем, включают авиационное биотопливо и топливо, созданное синтетически (также известное как «e-jet»). [14] Эти виды топлива в совокупности называются «Экологичным авиационным топливом» (SAF).
Производство авиационного топлива делится на две категории: топливо для газотурбинных двигателей и топливо для поршневых двигателей с искровым зажиганием. Для каждого существуют международные спецификации.
Реактивное топливо — газотурбинное топливо, используемое в винтовых и реактивных самолетах и вертолетах. Он имеет низкую вязкость при низкой температуре, имеет ограниченные диапазоны плотности и теплотворной способности , чисто горит и остается химически стабильным при нагревании до высокой температуры. [15]
Авиационный бензин , часто называемый «avgas» или 100-LL (с низким содержанием свинца), представляет собой высокоочищенную форму авиационного бензина с упором на чистоту, антидетонационные характеристики и минимизацию загрязнения свечей зажигания . Avgas должен соответствовать рекомендациям по производительности как для богатой смеси, необходимой для настроек взлетной мощности, так и для более обедненных смесей, используемых во время крейсерского полета, чтобы снизить расход топлива. Авиационное топливо можно использовать в качестве топлива КПГ.
Avgas продается в гораздо меньших объемах, чем топливо для реактивных двигателей, но гораздо большему количеству индивидуальных эксплуатантов самолетов; тогда как реактивное топливо продается в больших объемах крупным эксплуатантам самолетов, таким как авиакомпании и военные. [16]
Чистая энергосодержание авиационного топлива зависит от его состава. Некоторые типичные значения: [17]
В расчетах производительности производители авиалайнеров используют плотность реактивного топлива около 6,7 фунта/галлон США, 8,02 фунта/имп-гал или 0,8 кг/л.
Конкретными случаями являются:
Авиационное топливо состоит из смесей более двух тысяч химических веществ, в основном углеводородов ( парафинов , олефинов , нафтенов и ароматических соединений ), таких добавок, как антиоксиданты и дезактиваторы металлов, биоциды, понизители статического заряда, ингибиторы обледенения, ингибиторы коррозии и примеси. Основные компоненты включают н-гептан и изооктан . Как и другие виды топлива, авиационное топливо для поршневых двигателей с искровым зажиганием характеризуется октановым числом .
Спирт, спиртовые смеси и другие альтернативные виды топлива могут использоваться экспериментально, но спирт не допускается ни в одной спецификации сертифицированного авиационного топлива. [20] В Бразилии Embraer Ipanema EMB-202A представляет собой версию сельскохозяйственного самолета Ipanema с модифицированным двигателем Lycoming IO-540-K1J5, позволяющим работать на этаноле . Другими авиационными двигателями, которые были модифицированы для работы на 100% этаноле, были несколько других типов двигателей Lycoming (включая Lycoming 235N2C и Lycoming IO-320 [21] ) [22] и некоторые двигатели Rotax. [23]
Конвенция о международной гражданской авиации (ИКАО) (Чикаго, 1944 г., статья 24) освобождает воздушное топливо, уже загруженное в самолет при приземлении (и которое остается на самолете), от налогов на импорт. [24] Двусторонние соглашения о воздушном сообщении регулируют освобождение от налогов авиационного топлива. [25] [ нужна цитата ] В ходе инициативы ЕС многие из этих соглашений были изменены, чтобы разрешить налогообложение. [ нужна цитата ] В предложении о принятии резолюции Европейского парламента о Европейской стратегии мобильности с низким уровнем выбросов говорится, что «возможности гармонизированных международных мер по налогообложению керосина для авиации» должны быть изучены. [26]
Вызывает беспокойство то, что местный налог на авиационное топливо приведет к увеличению количества заправок , когда авиакомпании возят дополнительное топливо из юрисдикций с низкими налогами. Этот дополнительный вес увеличивает расход топлива, поэтому местный налог на топливо потенциально может увеличить общий расход топлива. [24] Чтобы избежать увеличения количества заправок, было предложено ввести всемирный налог на авиационное топливо. [ кем? ] Австралия и США выступают против введения всемирного налога на авиационное топливо, но ряд других стран выразили интерес. [ нужна цитата ]
В ходе дебатов в парламенте Великобритании недополученный налоговый доход из-за освобождения от налога на авиационное топливо был оценен в 10 миллиардов фунтов стерлингов ежегодно. [27]
Планируемое включение международной авиации в Схему торговли выбросами Европейского Союза в 2014 году было названо «незаконным налогом» в странах, включая США и Китай , которые ссылаются на Чикагскую конвенцию. [28]
Топливо должно соответствовать спецификации, чтобы быть одобренным для использования в сертифицированных самолетах типа. Американское общество по испытаниям и материалам (ASTM) разработало спецификации для автомобильного и авиационного бензина. Этими спецификациями являются ASTM D910 и ASTM D6227 для авиационного бензина и ASTM D439 или ASTM D4814 (последняя редакция) для автомобильного бензина.
Авиационное топливо обычно поступает в аэропорт по трубопроводным системам, таким как CEPS . Затем его перекачивают и выдают из цистерны или автозаправщика . Затем топливо подается к припаркованным самолетам и вертолетам . В некоторых аэропортах есть заправочные станции, похожие на заправочные станции , к которым должны подруливать самолеты. В некоторых аэропортах есть постоянные трубопроводы к стоянкам для больших самолетов.
Авиационное топливо подается в самолет одним из двух способов: над крылом или под крылом.
Заправка над крылом используется на небольших самолетах, вертолетах и всех самолетах с поршневыми двигателями. Заправка над крылом аналогична заправке автомобиля : открываются одно или несколько топливных отверстий и топливо закачивается обычным насосом.
Заправка под крылом, также называемая одноточечной дозаправкой или дозаправкой под давлением, если она не зависит от силы тяжести, используется на более крупных самолетах и исключительно для реактивного топлива.
Для заправки под давлением присоединяется шланг высокого давления, и топливо закачивается под давлением 275 кПа (40 фунтов на квадратный дюйм ) и максимум 310 кПа (45 фунтов на квадратный дюйм) для большинства коммерческих самолетов. Давление для военных самолетов, особенно истребителей, составляет до 415 кПа (60 фунтов на квадратный дюйм). Воздух, вытесняемый в баках, обычно выбрасывается за борт через единственное вентиляционное отверстие на самолете. Поскольку точка крепления всего одна, распределение топлива между баками либо автоматизировано, либо контролируется с пульта управления на заправочной точке или в кабине. Дозаправка под давлением впервые использовалась на самолетах de Havilland Comet и Sud Aviation Caravelle . [29] Более крупные самолеты допускают наличие двух или более точек крепления; однако это по-прежнему называется одноточечной дозаправкой, поскольку любая точка крепления может заправлять все баки. Несколько насадок позволяют увеличить скорость потока.
Из-за опасности перепутать типы топлива принимаются меры предосторожности, чтобы различать авиационное топливо и топливо для реактивных двигателей, помимо четкой маркировки всех контейнеров, транспортных средств и трубопроводов. Отверстия в топливных баках самолетов, требующих использования авиационного бензина, не могут иметь диаметр более 60 миллиметров . Avgas часто окрашивается и подается из форсунок диаметром 40 мм (49 мм в США). [30] [31]
Реактивное топливо имеет цвет от прозрачного до соломенного и подается из специального сопла, называемого J-образным носиком или «утконосом», которое имеет прямоугольное отверстие с диагональю более 60 мм, чтобы не попасть в порты для авиационного газа. Однако некоторые реактивные и турбинные самолеты, такие как некоторые модели вертолета Astar, имеют заправочный люк слишком мал для J-желоба, и поэтому требуют меньшего сопла. [ нужна цитата ]
В последние годы топливные рынки становятся все более нестабильными. Это, наряду с быстро меняющимися расписаниями авиакомпаний и желанием не брать с собой на борт самолетов лишнее топливо, повысило важность прогнозирования спроса. В марте 2022 года в международном аэропорту Остин-Бергстром в Остине закончилось топливо, и самолет мог оказаться на мели. [32] Общие методы прогнозирования включают отслеживание расписаний и маршрутов авиакомпаний, ожидаемого пролетаемого расстояния, наземных процедур, топливной эффективности каждого самолета и воздействия факторов окружающей среды, таких как погода и температура. [33]
Любая операция по заправке топливом может быть очень опасной, а авиационные операции имеют особенности, которые необходимо учитывать. Когда самолет летит по воздуху, он может накапливать статическое электричество . Если его не рассеять перед заправкой, может возникнуть электрическая дуга, которая воспламенит пары топлива. Чтобы предотвратить это, самолеты электрически подключаются к заправочному устройству перед началом заправки и не отключаются до тех пор, пока заправка не будет завершена. В некоторых регионах требуется также заземление самолета и/или бензовоза. [34] Системы заправки топливом под давлением включают в себя аварийный выключатель , предотвращающий неконтролируемую работу.
Авиационное топливо может нанести серьезный ущерб окружающей среде; все заправочные машины должны иметь оборудование для контроля разливов топлива. При любой заправке должны присутствовать огнетушители . Пожарные в аэропортах специально обучены и оснащены для борьбы с пожарами и разливами авиационного топлива. Авиационное топливо необходимо проверять ежедневно и перед каждым полетом на наличие таких загрязнений, как вода или грязь.
Avgas — единственное сохранившееся транспортное топливо, содержащее свинец. Свинец в бензине предотвращает повреждение двигателя детонацией или детонацией, которые могут привести к внезапному выходу двигателя из строя.
{{cite web}}
: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ){{cite web}}
: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )