Paliwo lotnicze - Aviation fuel
Paliwa lotnicze są ropopochodne -na paliwa lub mieszanki ropy naftowej i paliw syntetycznych, wykorzystywane do zasilania samolotu . Mają bardziej rygorystyczne wymagania niż paliwa stosowane do użytku naziemnego, takie jak ogrzewanie i transport drogowy , i zawierają dodatki poprawiające lub utrzymujące właściwości ważne dla wydajności lub obsługi paliwa. Są one oparte na nafcie ( JP-8 i Jet A-1 ) do samolotów napędzanych turbiną gazową. Samoloty z silnikiem tłokowym używają benzyny, a samoloty z silnikami wysokoprężnymi mogą używać paliwa do silników odrzutowych (nafty). Do 2012 roku wszystkie samoloty eksploatowane przez Siły Powietrzne Stanów Zjednoczonych otrzymały certyfikat stosowania mieszanki 50-50 nafty i paliwa syntetycznego pochodzącego z węgla lub gazu ziemnego w celu stabilizacji kosztów paliwa.
Energia właściwa jest ważnym kryterium przy doborze paliwa do samolotu. Znacznie wyższa zdolność magazynowania energii paliw węglowodorowych w porównaniu z akumulatorami do tej pory uniemożliwiała samolotom elektrycznym wykorzystującym akumulatory elektryczne jako główny magazyn energii w napędzie nawet małe samoloty osobiste.
W miarę jak lotnictwo wkracza w erę odnawialnych źródeł energii, samoloty napędzane wodorem mogą wejść do powszechnego użytku. Są to zerowe emisje dla CO2, ale nie dla NOx. Wodór kriogeniczny może być stosowany jako ciecz w temperaturach poniżej 20 K. Wodór w postaci gazowej wykorzystuje zbiorniki ciśnieniowe o ciśnieniu 250–350 bar. Dzięki materiałom dostępnym w latach dwudziestych XX wieku masa zbiorników wystarczająco silna, aby wytrzymać tego rodzaju wysokie ciśnienie, znacznie przeważy samo paliwo wodorowe, w dużej mierze niwelując przewagę pod względem masy i energii paliwa wodorowego nad paliwami węglowodorowymi. Wodór ma poważną wadę objętościową w porównaniu z paliwami węglowodorowymi, ale przyszłe konstrukcje samolotów z mieszanym kadłubem skrzydeł mogą być w stanie pomieścić tę dodatkową objętość bez znacznego powiększania zwilżonego obszaru .
Nawet jeśli w końcu jest to praktyczne, branżowy harmonogram przyjęcia wodoru jest dość długi. Alternatywą dla konwencjonalnego paliwa lotniczego dostępną w najbliższej przyszłości jest biopaliwo lotnicze , czasami nazywane zrównoważonym paliwem lotniczym (SAF).
Rodzaje paliwa lotniczego
Konwencjonalne paliwa lotnicze
Paliwo odrzutowe
Strumień paliwa jest oczywiste słomkowy paliwa, na podstawie jednej z bezołowiową nafty (Jet A-1), lub nafta - nafty mieszanki (strumień B). Podobnie jak olej napędowy , może być stosowany zarówno w silnikach o zapłonie samoczynnym, jak iw silnikach turbinowych .
Jet-A napędza nowoczesne samoloty pasażerskie i jest mieszanką niezwykle rafinowanej nafty, która spala się w temperaturach 49°C (120 °F) lub powyżej. Paliwo na bazie nafty ma znacznie wyższą temperaturę zapłonu niż paliwo na bazie benzyny, co oznacza, że do zapłonu wymaga znacznie wyższej temperatury. Jest to paliwo wysokiej jakości; jeśli nie przejdzie testów czystości i innych testów jakości do użytku w samolotach odrzutowych, jest sprzedawany użytkownikom naziemnym o mniej wymagających wymaganiach, takim jak koleje.
Avgas
AvGas ( AV iation gazu Oline) jest wykorzystywany przez małych samolotów, helikopterów światła i rocznik samolotów tłokowym. Jego formuła różni się od konwencjonalnej benzyny (w Wielkiej Brytanii: benzyna lub „spirytus lotniczy” w tym kontekście) stosowanej w pojazdach silnikowych, która w kontekście lotniczym jest powszechnie nazywana mogasem lub autogazem. Chociaż występuje w wielu różnych klasach, jego liczba oktanowa jest wyższa niż w przypadku „zwykłej” benzyny silnikowej.
Wschodzące paliwa lotnicze
Biopaliwa
Można również stosować alternatywy dla konwencjonalnych paliw lotniczych opartych na paliwach kopalnych, nowe paliwa wytwarzane metodą biomasy w ciecz (takie jak zrównoważone paliwo lotnicze ) oraz niektóre proste oleje roślinne .
Paliwa, takie jak zrównoważone paliwo lotnicze, mają tę zaletę, że nie są konieczne modyfikacje w samym samolocie, pod warunkiem, że właściwości paliwa spełniają specyfikacje dotyczące smarności i gęstości, a także odpowiednio pęcznieją uszczelki elastomerowe w obecnych układach paliwowych samolotów. Zrównoważone paliwo lotnicze oraz mieszanki paliw kopalnych i paliw alternatywnych pozyskiwanych w zrównoważony sposób zapewniają niższe emisje cząstek stałych i gazów cieplarnianych. Nie są one jednak intensywnie wykorzystywane, ponieważ wciąż napotykają na bariery polityczne, technologiczne i ekonomiczne, takie jak obecnie znacznie droższe od konwencjonalnie produkowanych paliw lotniczych.
Sprężony gaz ziemny i skroplony gaz ziemny
Sprężony gaz ziemny (CNG) i skroplony gaz ziemny (LNG) to surowce paliwowe, z których samoloty mogą korzystać w przyszłości. Przeprowadzono badania nad wykonalnością wykorzystania gazu ziemnego i obejmują one samolot „SUGAR Freeze” w ramach programu NASA N+4 Advanced Concept Development (opracowanego przez zespół Boeinga Subsonic Ultra Green Aircraft Research (SUGAR)). Tupolew Tu-155 było testowa alternatywne paliwo, które napędzane na LNG. Niska energia właściwa gazu ziemnego, nawet w postaci ciekłej, w porównaniu z paliwami konwencjonalnymi, stanowi wyraźną wadę w zastosowaniach lotniczych.
Produkcja paliwa lotniczego
Produkcja paliwa lotniczego dzieli się na dwie kategorie: paliwo nadające się do silników turbinowych oraz paliwo nadające się do silników tłokowych o zapłonie iskrowym. Dla każdego z nich istnieją międzynarodowe specyfikacje.
Paliwo do silników odrzutowych to paliwo do turbin gazowych stosowane w samolotach śmigłowych i odrzutowych oraz śmigłowcach. Ma niską lepkość w niskiej temperaturze, ma ograniczone zakresy gęstości i wartości opałowej, spala się czysto i pozostaje chemicznie stabilny po podgrzaniu do wysokiej temperatury.
Benzyna lotnicza , często określana jako „avgas” lub 100-LL (o niskiej zawartości ołowiu), to wysoce rafinowana forma benzyny do samolotów, z naciskiem na czystość, właściwości przeciwstukowe i minimalizację zanieczyszczenia świecy zapłonowej . Avgas musi spełniać wytyczne dotyczące wydajności zarówno dla bogatej mieszanki wymaganej do ustawień mocy startowej, jak i uboższych mieszanek używanych podczas rejsu w celu zmniejszenia zużycia paliwa. Paliwo lotnicze może być używane jako paliwo CNG.
Avgas jest sprzedawany w znacznie mniejszych ilościach niż paliwo do silników odrzutowych, ale do znacznie większej liczby indywidualnych operatorów statków powietrznych; mając na uwadze, że paliwo do silników odrzutowych jest sprzedawane w dużych ilościach dużym operatorom lotniczym, takim jak linie lotnicze i wojsko.
Zawartość energii
Zawartość energii netto w paliwach lotniczych zależy od ich składu. Niektóre typowe wartości to:
- BP AvGas 80, 44,65 MJ / kg, gęstość w temperaturze 15 ° C, 690 kg / m 3 (30,81 MJ / litr).
- Nafta typu BP Jet A-1, 43,15 MJ/kg, gęstość w temperaturze 15 °C wynosi 804 kg/m 3 (34,69 MJ/litr).
- Nafta typu BP Jet TS-1 (dla niższych temperatur), 43,2 MJ/kg, gęstość w 15 °C wynosi 787 kg/m 3 (34,00 MJ/litr).
Gęstość
W obliczeniach wydajności producenci samolotów stosują gęstość paliwa do silników odrzutowych około 6,7 funta/gal amerykański lub 0,8 kg/l.
Konkretne przypadki to:
- Bombardier Aerospace : Samolot wielozadaniowy Challenger to specjalny wariant misji biznesowej platformy odrzutowej Bombardier Challenger 650. Firma Bombardier opiera swoją wydajność na zużyciu paliwa o średniej niższej wartości opałowej wynoszącej 18 550 BTU/lb (43,147 MJ/kg) i gęstości 0,809 kg/l (6,75 lb/US gal).
- Embraer : W podręczniku planowania lotniska dla E195 stosuje się przyjętą gęstość paliwa 0,811 kg/l (6,77 funta/galon USA).
Skład chemiczny
Paliwa lotnicze to mieszanki ponad dwóch tysięcy substancji chemicznych, głównie węglowodorów ( parafiny , olefiny , nafteny i aromaty ), dodatków takich jak antyoksydanty i dezaktywatory metali, biocydy, reduktory statyczne, inhibitory oblodzenia, inhibitory korozji oraz zanieczyszczenia. Główne składniki to n-heptan i izooktan . Podobnie jak inne paliwa, paliwo lotnicze do silników tłokowych z zapłonem iskrowym opisuje ich liczba oktanowa .
Alkohol, mieszanki alkoholowe i inne paliwa alternatywne mogą być używane eksperymentalnie, ale alkohol nie jest dozwolony w żadnej certyfikowanej specyfikacji paliwa lotniczego. W Brazylii Embraer Ipanema EMB-202A jest wersją samolotu rolniczego Ipanema ze zmodyfikowanym silnikiem Lycoming IO-540-K1J5 tak, aby mógł jeździć na etanolu . Inne silniki lotnicze, które zostały zmodyfikowane do pracy na 100% etanolu, to kilka innych typów silników Lycoming (w tym Lycoming 235N2C i Lycoming IO-320) oraz niektóre silniki Rotax.
Podatek
Konwencja o międzynarodowym lotnictwie cywilnym (ICAO) (Chicago 1944, artykuł 24) zwalnia paliw lotniczych już załadowany na pokład statku powietrznego przy lądowaniu (i które pozostają na pokładzie samolotu) z podatków importowych. Dwustronne umowy o komunikacji lotniczej regulują zwolnienie z podatku paliw lotniczych. W ramach inicjatywy UE wiele z tych umów zostało zmodyfikowanych, aby umożliwić opodatkowanie. Ponadto w projekcie rezolucji Parlamentu Europejskiego w sprawie europejskiej strategii na rzecz mobilności niskoemisyjnej stwierdzono, że należy zbadać „możliwości zharmonizowanych międzynarodowych środków dotyczących opodatkowania nafty w lotnictwie”. Australia i Stany Zjednoczone sprzeciwiają się wprowadzeniu ogólnoświatowej opłaty za paliwo lotnicze, ale zainteresowanie wyraziło wiele innych krajów. Podczas debaty w brytyjskim parlamencie utracone dochody podatkowe z tytułu zwolnienia z podatku od paliwa lotniczego oszacowano na 10 miliardów funtów rocznie. Ponadto planowane włączenie lotnictwa międzynarodowego do unijnego systemu handlu uprawnieniami do emisji w 2014 r. zostało nazwane „nielegalnym podatkiem” przez kraje, w tym Stany Zjednoczone i Chiny , które powołują się na konwencję chicagowską.
Orzecznictwo
Paliwa muszą być zgodne ze specyfikacją, aby mogły być dopuszczone do stosowania w statkach powietrznych z certyfikatem typu. Amerykańskie Stowarzyszenie Badań i Materiałów (ASTM) opracowane specyfikacje dla benzyny samochodowej, jak i benzyny lotniczej. Te specyfikacje to ASTM D910 i ASTM D6227 dla benzyny lotniczej oraz ASTM D439 lub ASTM D4814 (najnowsza wersja) dla benzyny samochodowej.
W użyciu
Paliwo lotnicze zazwyczaj dociera na lotnisko za pośrednictwem systemów rurociągów, takich jak CEPS . Następnie jest przepompowywany i dozowany z cysterny lub tankowca . Paliwo jest następnie transportowane do zaparkowanych samolotów i helikopterów . Niektóre lotniska mają pompy podobne do stacji benzynowych, do których samolot musi kołować. Niektóre lotniska mają stałe orurowanie prowadzące do parkingów dla dużych samolotów.
Paliwo lotnicze jest przesyłane do statku powietrznego jedną z dwóch metod: nadskrzydłowe lub podskrzydłowe.
Nadskrzydło
Tankowanie nadskrzydłowe jest stosowane w mniejszych samolotach, helikopterach i wszystkich samolotach z silnikiem tłokowym. Tankowanie nadskrzydłowe jest podobne do tankowania samochodowego — jeden lub więcej otworów paliwowych jest otwieranych i paliwo jest wpompowywane za pomocą konwencjonalnej pompy.
Podskrzydło
Tankowanie podskrzydłowe, zwane również tankowaniem jednopunktowym lub tankowaniem ciśnieniowym, gdy nie jest zależne od grawitacji, jest stosowane w większych samolotach i wyłącznie na paliwo do silników odrzutowych.
W przypadku tankowania pod ciśnieniem dołączony jest wąż wysokociśnieniowy i paliwo jest wpompowywane pod ciśnieniem 275 kPa (40 psi ) i maksymalnie 310 kPa (45 psi) w przypadku większości samolotów komercyjnych. Ciśnienie dla samolotów wojskowych, zwłaszcza myśliwców, wynosi do 415 kPa (60 psi). Powietrze przemieszczające się w zbiornikach jest zwykle odprowadzane za burtę przez pojedynczy otwór wentylacyjny w samolocie. Ponieważ istnieje tylko jeden punkt mocowania, dystrybucja paliwa między zbiornikami jest albo zautomatyzowana, albo sterowana z panelu sterowania w punkcie tankowania lub w kokpicie. Wczesne zastosowanie tankowania ciśnieniowego miało miejsce na kometach de Havilland i Sud Aviation Caravelle . Większe samoloty pozwalają na dwa lub więcej punktów mocowania; jednak nadal jest to określane jako tankowanie jednopunktowe, ponieważ każdy punkt mocowania może zatankować wszystkie zbiorniki. Wiele załączników pozwala na szybszy przepływ.
Niewłaściwe paliwo
Ze względu na niebezpieczeństwo pomylenia rodzajów paliwa podejmowane są środki ostrożności w celu rozróżnienia między paliwem avgas a paliwem do silników odrzutowych poza wyraźnym oznaczeniem wszystkich pojemników, pojazdów i rurociągów. Otwór w zbiornikach paliwa statków powietrznych wymagających paliwa gazowego nie może mieć średnicy większej niż 60 milimetrów . Avgas jest często barwiony i jest dozowany z dysz o średnicy 40 mm (49 mm w Stanach Zjednoczonych).
Paliwo do silników odrzutowych jest przezroczyste lub ma kolor słomkowy i jest dozowane ze specjalnej dyszy zwanej dziobkiem typu J lub kaczym dziobem, która ma prostokątny otwór o przekątnej większej niż 60 mm, aby nie zmieścić się w portach AVG. Jednak niektóre samoloty odrzutowe i turbinowe, takie jak niektóre modele śmigłowców Astar, mają otwór tankowania zbyt mały dla dziobka J, a zatem wymagają mniejszej dyszy.
Środki ostrożności
.jpg)
Każda operacja tankowania może być bardzo niebezpieczna, a operacje lotnicze mają cechy, które należy uwzględnić. Gdy samolot leci w powietrzu, może gromadzić elektryczność statyczną . Jeśli nie zostanie rozproszony przed tankowaniem, może powstać łuk elektryczny i spowodować zapłon oparów paliwa. Aby temu zapobiec, samoloty są elektrycznie połączone z urządzeniem do tankowania przed rozpoczęciem tankowania i nie są odłączane aż do zakończenia tankowania. Niektóre regiony wymagają również uziemienia samolotu i/lub ciężarówki z paliwem. Systemy zasilania ciśnieniowego zawierają wyłącznik czuwakowy, aby wykluczyć niemonitorowaną pracę.
Paliwo lotnicze może spowodować poważne szkody w środowisku; wszystkie pojazdy zasilane paliwem muszą być wyposażone w sprzęt do kontroli wycieków paliwa. Gaśnice muszą być obecne podczas każdej operacji tankowania. Lotniskowe straże pożarne są specjalnie przeszkolone i wyposażone do radzenia sobie z pożarami i wyciekami paliwa lotniczego. Paliwo lotnicze należy sprawdzać codziennie i przed każdym lotem pod kątem zanieczyszczeń takich jak woda lub brud.
Avgas jest jedynym pozostałym paliwem transportowym zawierającym ołów. Ołów w gazie żrącym zapobiega niszczącemu stukaniu lub detonacji silnika, które może spowodować nagłą awarię silnika.
Zobacz też
Bibliografia
Zewnętrzne linki
- Historia paliw do silników odrzutowych (przez AirBP )
- Przegląd Techniczny Paliw Lotniczych ( Chevron Global Aviation )
- "Shauck i jego żona przelecieli jednosilnikowym samolotem przez Ocean Atlantycki w 1989 roku, używając 100% etanolu" . Grudzień 2005. Zarchiwizowane z oryginału w dniu 2006-09-27.
- Air NZ widzi zbawienie biopaliw w jatrofie .
- Podręcznik World Jet Fuel Specyfikacje 2008
- Podręcznik paliw lotniczych Shell