Авиационное топливо — это топливо на основе нефти или смеси нефти и синтетического топлива, используемое для питания самолетов . К нему предъявляются более строгие требования, чем к топливу, используемому для наземного использования, например, для отопления и дорожного транспорта , и оно содержит присадки для улучшения или сохранения свойств, важных для топливных характеристик или обработки. Оно основано на керосине ( JP-8 и Jet A-1 ) для самолетов с газотурбинными двигателями. Самолеты с поршневыми двигателями используют этилированный бензин , а самолеты с дизельными двигателями могут использовать реактивное топливо (керосин). [1] К 2012 году все самолеты, эксплуатируемые ВВС США, были сертифицированы для использования смеси 50/50 керосина и синтетического топлива, полученного из угля или природного газа, в качестве способа стабилизации стоимости топлива. [2]
Реактивное топливо — это топливо от прозрачного до соломенного цвета, 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 и горит при температуре 49 °C (120 °F) или выше. Топливо на основе керосина имеет гораздо более высокую температуру вспышки, чем топливо на основе бензина, что означает, что для его воспламенения требуется значительно более высокая температура. Это высококачественное топливо; если оно не проходит чистоту и другие тесты на качество 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 поршневых самолетах. Его формула отличается от обычного бензина (в Великобритании: petrol или «aviation spirit» в этом контексте), используемого в моторных транспортных средствах , который в авиационном контексте обычно называют mogas или autogas. [4] Хотя он выпускается во многих различных сортах, его октановое число выше, чем у «обычного» автомобильного бензина.
Также могут использоваться альтернативы традиционному ископаемому авиационному топливу, новые виды топлива, полученные методом переработки биомассы в жидкость (например, устойчивое авиационное топливо ), и некоторые чистые растительные масла . [5]
Такие виды топлива, как устойчивое авиационное топливо, имеют то преимущество, что для самого самолета требуется немного или вообще не требуется никаких модификаций, при условии, что характеристики топлива соответствуют спецификациям по смазывающей способности и плотности, а также соответствующим образом набухающим эластомерным уплотнениям в современных топливных системах самолетов. [6] Устойчивое авиационное топливо и смеси ископаемых и альтернативных видов топлива, полученных из устойчивых источников, дают меньшие выбросы частиц [7] и парниковых газов. Однако они не используются в больших объемах, поскольку по-прежнему сталкиваются с политическими, технологическими и экономическими барьерами, например, в настоящее время они намного дороже, чем традиционно производимое авиационное топливо. [8] [9] [10]
Сжатый природный газ (СПГ) и сжиженный природный газ (СПГ) являются топливным сырьем, которое самолеты могут использовать в будущем. Были проведены исследования осуществимости использования природного газа [11] , в том числе самолет "SUGAR Freeze" в рамках программы NASA N+4 Advanced Concept Development (созданной группой Boeing's Subsonic Ultra Green Aircraft Research (SUGAR)). Туполев Ту-155 был альтернативным топливным испытательным стендом, который работал на СПГ. [12] Низкая удельная энергия природного газа даже в жидкой форме по сравнению с обычными видами топлива делает его явным недостатком для летных применений. [ требуется ссылка ]
Водород можно использовать практически без выбросов углерода , если он производится с использованием возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра и солнца .
Определенная разработка технологий для водородных самолетов началась после наступления нового тысячелетия и набрала обороты примерно с 2020 года, однако по состоянию на 2022 год она все еще далека от прямой разработки авиационного продукта.
Водородные топливные элементы не производят CO2 или другие выбросы (кроме воды). Однако при сгорании водорода производятся выбросы NOx . Криогенный водород может использоваться в качестве жидкости при температурах ниже 20 К. Газообразный водород включает в себя баллоны под давлением 250–350 бар. [13] С материалами, доступными в 2020-х годах, масса баллонов, достаточно прочных, чтобы выдерживать такое высокое давление, значительно превысит вес самого водородного топлива, в значительной степени сведя на нет преимущество водородного топлива по отношению к энергии над углеводородным топливом. Водород имеет серьезный объемный недостаток по сравнению с углеводородным топливом, но будущие конструкции самолетов со смешанным крылом могут быть способны вместить этот дополнительный объем без значительного увеличения смоченной площади .
Даже если это в конечном итоге практично, отраслевой график принятия водорода довольно длинный. Альтернативы обычному авиационному топливу, доступные в ближайшем будущем, включают авиационное биотопливо и синтетическое топливо (также известное как «e-jet»). [14] Эти виды топлива в совокупности называются «устойчивым авиационным топливом» (SAF).
Производство авиационного топлива делится на две категории: топливо, пригодное для газотурбинных двигателей , и топливо, пригодное для поршневых двигателей с искровым зажиганием. Для каждой категории существуют международные спецификации.
Реактивное топливо — это топливо для газовых турбин, используемое в винтовых и реактивных самолетах и вертолетах. Оно 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 (низкосвинцовый), представляет собой высокоочищенную форму бензина для самолетов, с акцентом на чистоту, антидетонационные характеристики и минимизацию загрязнения свечей зажигания . Avgas должен соответствовать эксплуатационным характеристикам как для богатой смеси, необходимой для взлетных настроек мощности, так и для более бедных смесей, используемых во время крейсерского полета для снижения расхода топлива. Авиационное топливо может использоваться как топливо CNG.
Avgas продается в гораздо меньших объемах, чем авиатопливо, но гораздо большему количеству индивидуальных операторов воздушных судов; в то время как авиатопливо продается в больших объемах крупным операторам воздушных судов, таким как авиакомпании и военные. [16]
Чистое содержание энергии в авиационном топливе зависит от его состава. Некоторые типичные значения: [17]
При расчетах производительности производители авиалайнеров используют плотность реактивного топлива около 6,7 фунта/галлон США, 8,02 фунта/британский галлон или 0,8 кг/л.
Конкретные случаи:
Авиационное топливо состоит из смесей более двух тысяч химикатов, в основном углеводородов ( парафины , олефины , нафтены и ароматические соединения ), присадок, таких как антиоксиданты и дезактиваторы металлов, биоциды, восстановители статического электричества, 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 описывается их октановым числом .
Алкоголь, спиртовые смеси и другие альтернативные виды топлива могут использоваться экспериментально, но алкоголь не допускается ни в одной сертифицированной спецификации авиационного топлива. [20] В Бразилии Embraer Ipanema EMB-202A является версией сельскохозяйственного самолета Ipanema с модифицированным двигателем Lycoming IO-540-K1J5, чтобы иметь возможность работать на этаноле . Другие авиационные двигатели, которые были модифицированы для работы на 100% этаноле, были несколькими другими типами двигателей Lycoming (включая Lycoming 235N2C и Lycoming IO-320 [21] ) [22] и некоторыми двигателями Rotax. [23]
Конвенция о международной гражданской авиации (ИКАО) (Чикаго, 1944 г., статья 24) освобождает от импортных пошлин авиационное топливо, уже загруженное в самолет при посадке (и остающееся на борту самолета). [24] Двусторонние соглашения о воздушных перевозках регулируют освобождение от налогов авиационного топлива. [25] [ необходима цитата ] В ходе инициативы ЕС многие из этих соглашений были изменены, чтобы разрешить налогообложение. [ необходима цитата ] В предложении Европейского парламента о резолюции Европейской стратегии по мобильности с низким уровнем выбросов говорится, что «необходимо изучить возможности гармонизированных международных мер по налогообложению керосина для авиации». [26]
Беспокойство вызывает то, что местный налог на авиационное топливо приведет к увеличению заправки , когда авиакомпании везут дополнительное топливо из юрисдикций с низкими налогами. Этот дополнительный вес увеличивает расход топлива, поэтому местный налог на топливо может потенциально увеличить общее потребление топлива. [24] Чтобы избежать увеличения заправки, был предложен всемирный налог на авиационное топливо. [ кем? ] Австралия и США выступают против всемирного налога на авиационное топливо, но ряд других стран выразили заинтересованность. [ необходима цитата ]
В ходе дебатов в парламенте Великобритании упущенный налоговый доход из-за освобождения от налога на авиационное топливо был оценен в 10 миллиардов фунтов стерлингов в год. [27]
Планируемое включение международной авиации в Систему торговли выбросами Европейского союза в 2014 году было названо «незаконным налогом» странами, включая США и Китай , которые ссылаются на Чикагскую конвенцию. [28]
Топливо должно соответствовать спецификации, чтобы быть одобренным для использования в сертифицированных самолетах. Американское общество по испытаниям и материалам (ASTM) разработало спецификации для автомобильного бензина, а также 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 оно перекачивается и выдается из танкера или топливозаправщика . Затем топливо подается к припаркованным самолетам и вертолетам . В некоторых аэропортах есть насосы, похожие на заправочные станции , к которым самолеты должны подруливать. 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 через крыло используется на небольших самолетах, вертолетах и всех поршневых самолетах. Заправка через крыло похожа на заправку автомобиля — открывается один или несколько топливных портов, и топливо закачивается обычным насосом.
Заправка топливом под крылом, также называемая одноточечной заправкой или заправкой под давлением, где нет зависимости от силы тяжести, используется на более крупных самолетах и исключительно для реактивного топлива.
Для дозаправки 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 из баков, обычно выпускается за борт через один вентиляционный клапан на самолете. Поскольку имеется только одна точка крепления, распределение топлива между баками либо автоматизировано, либо контролируется с панели управления на точке заправки или в кабине. Раннее использование дозаправки под давлением было на de Havilland Comet и Sud Aviation Caravelle . [29] Более крупные самолеты допускают две или более точек крепления; однако это все еще называется одноточечной заправкой, поскольку любая точка крепления может заправлять все баки. Несколько креплений обеспечивают более высокую скорость потока.
Из-за опасности перепутать типы топлива, принимаются меры предосторожности, чтобы различать авиабензин и реактивное топливо, помимо четкой маркировки всех контейнеров, транспортных средств и трубопроводов. Отверстие в топливных баках самолетов, требующих авиабензин, не может быть больше 60 миллиметров в диаметре. Авибензин часто окрашивается и выдается через сопла диаметром 40 мм ( 49 мм в Соединенных Штатах). [30] [31]
Реактивное топливо прозрачно или соломенного цвета и подается через специальную насадку, называемую J-образным носиком или утконосом, которая имеет прямоугольное отверстие размером более 60 мм по диагонали, чтобы не входить в порты авиационных газов. Однако некоторые реактивные и газотурбинные самолеты, такие как некоторые модели вертолета Astar, имеют заправочный порт, слишком маленький для J-образного носика, и поэтому требуют меньшего сопла. [ необходима цитата ]
В последние годы топливные рынки стали все более нестабильными. Это, наряду с быстро меняющимися расписаниями авиакомпаний и желанием не перевозить избыточное топливо на борту самолетов, повысило важность прогнозирования спроса. В марте 2022 года международный аэропорт Остина Остин-Бергстром был близок к исчерпанию топлива, что потенциально привело к остановке самолетов. [32] Обычные методы прогнозирования включают отслеживание расписаний и маршрутов авиакомпаний, ожидаемого расстояния полета, наземных процедур, топливной эффективности каждого самолета и влияния факторов окружающей среды, таких как погода и температура. [33]
.jpg/1280px-Airbus_A321-231_-_British_Airways_-_G-EUXH_-_EHAM_(5).jpg)
Любая операция по заправке может быть очень опасной, и авиационные операции имеют характеристики, которые необходимо учитывать. Когда самолет летит по воздуху, он может накапливать статическое электричество . Если его не рассеять перед заправкой, может возникнуть электрическая дуга и воспламенить пары топлива. Чтобы предотвратить это, самолеты электрически соединяются с заправочным оборудованием до начала заправки и не отключаются до завершения заправки. В некоторых регионах требуется, чтобы самолет и/или бензовоз также были заземлены. [34] Системы заправки под давлением включают в себя выключатель мертвого хода , чтобы исключить неконтролируемую работу.
Авиационное топливо может нанести серьезный ущерб окружающей среде; все заправочные транспортные средства должны быть оснащены оборудованием для контроля разливов топлива. Огнетушители должны присутствовать на любой заправке. Пожарные силы аэропорта специально обучены и оснащены для борьбы с возгораниями и разливами авиационного топлива. Авиационное топливо должно проверяться ежедневно и перед каждым полетом на наличие загрязняющих веществ, таких как вода или грязь.
Avgas — единственное оставшееся транспортное топливо, содержащее свинец. Свинец в avgas предотвращает детонацию двигателя, которая может привести к внезапному отказу двигателя.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )