Авиационное топливо
Авиационное топливо — это нефти на основе топливо 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 ]
Виды авиационного топлива
[ редактировать ]Обычное авиационное топливо
[ редактировать ]Реактивное топливо
[ редактировать ]
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, горящего 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 ]
Выхлоп
[ редактировать ]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.
Новые авиационные виды топлива
[ редактировать ]Биотопливо
[ редактировать ]альтернативы обычному авиационному топливу на основе ископаемого топлива, новые виды топлива, полученные методом превращения биомассы в жидкость (например, экологически чистое авиационное топливо ), и некоторые виды растительных масел . Также могут использоваться [ 5 ]
Преимущество таких видов топлива, как экологически чистое авиационное топливо, состоит в том, что на самом самолете требуется мало модификаций или вообще их не требуется, 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, приводят к снижению выбросов твердых частиц. [ 7 ] и парниковые газы. 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 и сжиженный природный газ
[ редактировать ]Сжатый природный газ (СПГ) и сжиженный природный газ (СПГ) являются топливным сырьем, которое самолеты могут использовать в будущем. Проведены исследования по целесообразности использования природного газа. [ 11 ] и включить самолет «SUGAR Freeze» в программу разработки передовых концепций НАСА N+4 (созданную 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 ссылка ]
Жидкий водород
[ редактировать ]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 при горении водорода образуются NOx Выбросы . 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 превышать вес самого водородного топлива, 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 вместе называются «Экологичным авиационным топливом» (SAF).
Производство авиационного топлива
[ редактировать ]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 ]
Содержание энергии
[ редактировать ]Чистая энергосодержание авиационного топлива зависит от его состава. Некоторые типичные значения: [ 17 ]
- АД Выхлоп 80, 44,65 [ сломанный якорь ] МДж /кг, плотность при 15°С 690 кг/ м. 3 (30,81 МДж/литр).
- Керосин типа BP Jet A-1, 43,15 МДж/кг, плотность при 15 °С 804 кг/м. 3 (34,69 МДж/литр).
- Керосин типа BP Jet TS-1 (для более низких температур), 43,2 МДж/кг, плотность при 15 °С 787 кг/м. 3 (34,00 МДж/литр).
Плотность
[ редактировать ]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:
- Bombardier Aerospace : Многоцелевой самолет Challenger представляет собой специальный вариант платформы бизнес-джета Bombardier Challenger 650. Bombardier основывает производительность на использовании топлива со средней нижней теплотой сгорания 18 550 БТЕ/фунт (43,147 МДж/кг) и плотностью 0,809 кг/л (6,75 фунта/галлон США). [ 18 ]
- Embraer : В руководстве по планированию аэропортов для E195 принята принятая плотность топлива 0,811 кг/л (6,77 фунта/галлон США). [ 19 ]
Химический состав
[ редактировать ]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 ]
Налог
[ редактировать ]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 ссылка ] В ходе инициативы ЕС многие из этих соглашений были изменены, чтобы разрешить налогообложение. [ нужна ссылка ] В предложении Европейского парламента о Европейской стратегии мобильности с низким уровнем выбросов говорится, что «необходимо изучить возможности гармонизированных международных мер по налогообложению керосина для авиации». [ 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 ссылка ]
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 ]
Сертификация
[ редактировать ]Топливо должно соответствовать спецификации, чтобы быть одобренным для использования в самолетах, сертифицированных по типу. 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.
В использовании
[ редактировать ]
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.
Надкрылье
[ редактировать ]
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.
Подкрылок
[ редактировать ]
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 ] На более крупных самолетах допускается 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.
Неправильная заправка
[ редактировать ]Из-за опасности перепутать типы топлива принимаются меры предосторожности, чтобы различать авиационный газ 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 быть больше 60 миллиметров в диаметре. 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 размером более 60 мм по диагонали, чтобы не попасть в газовые порты. Однако некоторые реактивные и турбинные самолеты, такие как некоторые модели вертолета Astar, имеют заправочный люк слишком мал для J-желоба, и поэтому им требуется сопло меньшего размера. [ нужна ссылка ]
Прогнозирование спроса
[ редактировать ]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 ]
Меры предосторожности
[ редактировать ]
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 оснащены аварийным выключателем , исключающим неконтролируемую работу.
Авиационное топливо может нанести серьезный ущерб окружающей среде; все заправочные машины должны иметь оборудование для контроля разливов топлива. огнетушители При любой заправке должны присутствовать . Пожарные силы аэропорта 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.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б «SKYbrary Авиационная безопасность» (PDF) .
- ^ «Проблема с топливом ВВС» .
- ^ Комиссия по столетию полетов США. «Авиационное топливо» . Архивировано из оригинала 20 апреля 2012 года . Проверено 10 мая 2012 г.
- ^ Разработка поршневых авиационных двигателей , Билл Ганстон, 1999, Патрик Стивенс Лимитед, ISBN 1 85260 599 5 , с. 36
- ^ Ван, М.; Чен, М.; Фанг, Ю.; Тан, Т. (2018). «Высокоэффективная конверсия растительного масла в биоавиационное топливо и ценные химические вещества путем сочетания ферментативной переэтерификации, перекрестного метатезиса олефинов и гидроочистки» . Биотехнология для биотоплива . 11:30 . дои : 10.1186/s13068-018-1020-4 . ПМК 5801801 . ПМИД 29445419 .
- ^ Корпоран, Эдвин; и др. (2011). «Исследование химической, термической стабильности, разбухания уплотнений и выбросов альтернативных видов топлива для реактивных двигателей». Энергетика и топливо . 25 (3): 955–966. дои : 10.1021/ef101520v .
- ^ Мур, Р.Х.; и др. (2017). «Смешивание биотоплива снижает выбросы частиц из авиационных двигателей в крейсерских условиях» (PDF) . Природа . 543 (7645): 411–415. Бибкод : 2017Natur.543..411M . дои : 10.1038/nature21420 . ПМЦ 8025803 . ПМИД 28300096 .
- ^ «Отчет РРЭБ» (PDF) . kic-innoenergy.com . Архивировано (PDF) из оригинала 14 сентября 2016 года . Проверено 7 мая 2018 г.
- ^ Отчет ИАТА 2014 г. об альтернативных видах топлива.
- ^ «Вывод на рынок биореактивного топлива» . Архивировано из оригинала 5 ноября 2016 г. Проверено 27 декабря 2016 г.
- ^ «Проектирование самолетов — Лаборатория авиации и окружающей среды Массачусетского технологического института» . Архивировано из оригинала 30 декабря 2016 г. Проверено 27 декабря 2016 г.
- ^ EnergyWire. «Может ли природный газ стать топливом для коммерческих рейсов будущего?» . Архивировано из оригинала 5 ноября 2016 г. Проверено 27 декабря 2016 г.
- ^ Крамер, Дэвид (1 декабря 2020 г.). «Водородные самолеты могут получить подъемную силу» . Физика сегодня . 73 (12): 27–29. Бибкод : 2020ФТ....73л..27К . дои : 10.1063/PT.3.4632 .
- ^ Тракимавичюс, Лукас (декабрь 2023 г.). «Миссия Net-Zero: прокладывая путь к использованию электронного топлива в вооруженных силах» (PDF) . Центр передового опыта НАТО в области энергетической безопасности.
- ^ Воздушный БП. «Авгаз против реактивного топлива» . Архивировано из оригинала 25 апреля 2012 года . Проверено 10 мая 2012 г.
- ^ Sergeant Oil & Gas Co Inc. «Авиационный бензин» . Архивировано из оригинала 28 мая 2012 года . Проверено 10 мая 2012 г.
- ^ Эйр БП . Справочник по продуктам BP. Архивировано 8 июня 2011 г. в Wayback Machine . Проверено 13 сентября 2008 г.
- ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 8 апреля 2017 г. Проверено 7 апреля 2017 г.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ) - ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 7 апреля 2017 г. Проверено 7 апреля 2017 г.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ) - ^ ФАУ. «Документ ФАУ по безопасности этанола» . Архивировано из оригинала 12 января 2012 года . Проверено 10 мая 2012 г.
- ^ «Команда — Авангардная эскадрилья» . Архивировано из оригинала 16 октября 2016 года . Проверено 27 декабря 2016 г.
- ^ «Двигатели Lycoming для использования этанола» (PDF) . cadдет-re.org . Архивировано из оригинала (PDF) 17 мая 2017 года . Проверено 7 мая 2018 г.
- ^ Двигатели Rotax на смеси этанола и обычного топлива. Архивировано 21 сентября 2013 г., в Wayback Machine.
- ^ Jump up to: а б Библиотека Палаты общин. «Налогообложение авиационного топлива. Норматив СН00523 (2012 г.)» (PDF) . п. 3, примечание 11 . Проверено 4 ноября 2016 г.
- ^ «Топливный сервис и авиационное топливо» . Сети FBO, наземное обслуживание, планирование поездки, авиационное топливо премиум-класса . Проверено 3 марта 2023 г.
- ^ «ОТЧЕТ о Европейской стратегии мобильности с низким уровнем выбросов - A8-0356/2017» . www.europarl.europa.eu . Архивировано из оригинала 6 декабря 2017 года . Проверено 7 мая 2018 г.
- ^ Лукас, Кэролайн (24 января 2012 г.). «Субсидирует ли правительство авиакомпании на 10 миллиардов фунтов стерлингов?» . 2012 . Проверка фактов. Архивировано из оригинала 17 августа 2013 года . Проверено 27 августа 2013 г.
- ^ Малина, Роберт (2012). «Влияние схемы торговли выбросами Европейского Союза на авиацию США» . Журнал управления воздушным транспортом . 19 : 36–41. дои : 10.1016/j.jairtraman.2011.12.004 . hdl : 1721.1/87114 . Архивировано из оригинала 15 февраля 2015 года . Проверено 27 августа 2013 г.
- ^ «ЗАПРАВКА КОМЕТЫ» . Архивировано из оригинала 17 мая 2013 года . Проверено 2 июля 2013 г.
- ^ CSGNetwork.com. «Авиационное топливо-авиационный бензин» Информационный авиационный бензин» . Архивировано из оригинала 25 мая 2012 года . Проверено 10 мая 2012 г.
- ^ Shell.com. «Марки и характеристики AvGas» . Архивировано из оригинала 28 мая 2012 года . Проверено 10 мая 2012 г.
- ^ Бест, Пол (28 марта 2022 г.). «Аэропорт Остина рассылает предупреждение о нехватке топлива на фоне «повышенной активности рейсов» » . Фокс Бизнес . Проверено 7 ноября 2022 г.
- ^ «Управляйтесь волатильностью спроса на авиационное топливо с помощью эффективного прогнозирования» . Цириум . Проверено 7 ноября 2022 г.
- ^ «Правила и положения» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 5 января 2011 г. Проверено 22 апреля 2010 г.