Зашто авиони користе керозин (млазно гориво)?

Данас узимамо здраво за готово да млазни авиони сагоревају керозин. Али у раним данима авијације, авиони су радили на истом бензину као и ваш аутомобил. Зашто се мени тако потпуно променио? Ова историја није само прича о технологији горива-већ је сага о безбедности, перформансама и инжињерингу-.

Први део: Клипна ера (1903–1940) – кратка владавина бензина
Први лет браће Рајт користио је бензин. Сви рани авиони су користили клипне моторе, сличне аутомобилским моторима, тако да је бензин био природан избор.

Убрзо су се појавили проблеми:

Куцање мотора (детонација): Да би повећали снагу, пилотима су били потребни већи омјери компресије, али би се обичан бензин{0}}самозапалио и детонирао. Ово би могло смањити снагу или чак разбити цилиндре.

Висока испарљивост: Бензин лако испарава на собној температури, стварајући запаљиве паре. Током Првог и Другог светског рата, многи авиони су се запалили или експлодирали на земљи током допуњавања горива због статичких варница.

Залеђивање карбуратора на надморској висини: Водена пара у усисном ваздуху би се замрзнула у карбуратору на великој надморској висини, блокирајући мотор. Рани пилоти су понекад морали ручно капати антифриз у карбуратор.

Тридесетих година прошлог века пронађено је решење у виду Авиатион Бензина, познатог и као Авгас. Додавањем хемикалије зване тетраетил олово у гориво, октански број је повећан са 40 на 100/130 или чак више. Ово ново гориво, Авгас, коришћено је за погон неких од најпознатијих авиона Другог светског рата, укључујући ловац П-51 Мустанг и бомбардер Б-29 Суперфортресс. Међутим, како је време одмицало, токсични ефекти олова постали су главна брига, а границе октанског броја су достигнуте, што је подстакло инжењере да траже алтернативна решења.

Део 2: Револуција млазних авиона (1940-е) – Бензин је осуђен
Млазни мотор је рођен 1940-их (немачки Хе 178, британски Глостер Е.28/39). Његова комора за сагоревање захтевала је гориво које може:

Убризгава се под високим притиском и гори стабилно.

Може лако да тече чак и када је стварно, стварно хладно - говоримо о -50 степени или -58 степени Ф, што је врста температуре коју бисте осетили када сте на висини крстарења.

Подмажите клип{0}}пумпе за гориво високог притиска.

Бензин је пао на сва три теста.

Имовина Захтеви за бензински млазни мотор
Тачка паљења ~ -43 степена (-45 степени Ф) – Изузетно запаљиво > 38 степени (100 степени Ф) ради безбедности
Ниска-температура протока се учвршћује око -40 степени (-40 степени Ф) Мора да тече испод -50 степени (-58 степени Ф)
Подмазивање Веома слабо (суво) Потребно је мало подмазивања за пумпу за гориво
Ни дизел гориво се није сматрало добром опцијом. Један од разлога је тај што је заиста густ и што се не квари лако, што га чини тешким за употребу у моторима. Такође, када је хладно, дизел гориво постаје још гушће и споро тече, као мед. И да ствар буде још гора, може оставити за собом неугодне наслаге угљеника које могу оштетити мотор током времена.

Инжењери су скренули пажњу на керозин, који се често сматра савршеном средином - није превише лаган као бензин, није превише тежак као дизел.

Део 3: Тријумф керозина (1950–1960) – Постављање стандарда
Британија је предњачила: касних 1940-их, де Хавиленд је развио керозин-високе чистоће за млазни авион „Комета“, назвавши га Автур (авијационо турбинско гориво). Када је комета први пут полетела 1952. године, сагорела је керозин.

Сједињене Државе су приступиле покушајима и грешкама у проналажењу правог горива. У почетку су америчке ваздухопловне снаге користиле гориво „широко{1}}“ под називом ЈП-1, које је било слично тешком бензину. Међутим, ово гориво је изазвало много проблема, укључујући наслаге коксовања и честе опасности од пожара због цурења. Касније, током Корејског рата, авион Ф-86 Сабре користио је ЈП-4, мешавину бензина и керозина. Иако је била мања вероватноћа да ће се ЈП-4 смрзнути, био је веома запаљив, што је довело до многих несрећа на земљи.

Коначно решење:

Војска: ЈП-8 (усвојен од 1970-их надаље) – у суштини керозин са малим количинама анти-адитива против статике и залеђивања.

За авионе постоје две главне врсте горива: Јет А и Јет А-1. Јет А се користи у САД и има високу тачку смрзавања, док се Јет А-1 користи у другим земљама и може да поднесе заиста ниске температуре, чак и до -47 степени или -53 степена Ф. Временом су ове две врсте горива постале стандард за цео свет.

Сваке године користимо огромну количину млазног горива - око 300 милијарди литара. И схватите ово, скоро сви млазни авиони, невероватних 99%, раде на гориво направљено од керозина.

Део 4: Зашто је керозин победио - технички преглед
Када је тачка паљења горива висока, изнад 38 степени или 100 степени Ф, то значи да се не може запалити од отвореног пламена када је на собној температури. Ово је заиста важно јер смањује ризик од пожара када се гориво рукује на земљи или ако дође до цурења током лета.

Ниска тачка смрзавања (< -47°C / -53°F): Remains fluid at typical intercontinental cruise altitudes (around -50°C / -58°F).

Термичка стабилност: Не разлаже се лако нити формира наслаге угљеника у измењивачима топлоте горива{0}}уља (који раде на температури изнад 150 степени / 302 степена Ф), што би могло да запуши прецизне млазнице горива.

Повољна густина енергије: Има око 12% већу запреминску густину енергије од бензина, што значи већи домет.

Одговарајуће подмазивање: Обезбеђује довољно подмазивања за клипове пумпе за гориво високог-притиска (иако модерни керозин са ултра-ниским-сумпором понекад захтева додатне побољшиваче мазивости).

Део 5: Будућност - Колико ће још дуго доминирати керозин?
Цхалленгер 1: Сустаинабле Авиатион Фуел (САФ)
Одрживо ваздухопловно гориво, или САФ, настаје од ствари као што су отпадна уља, смеће из градова или остаци са фарми. Веома је сличан керозину који добијамо из фосила, тако да можемо да га мешамо са тим горивом тренутно - до пола и пола. Велики план је да уопште нема емисија угљеника до 2050. године.

Цхалленгер 2: Течни водоник (ЛХ₂)
Ербас планира да до 2035. уведе авионе на{0}}водоник. Водоник има нулту емисију угљеника и веома високу гравиметријску густину енергије. Међутим, његова запреминска густина је изузетно ниска, што захтева велике, тешке криогене резервоаре. Изазови попут водоничне кртости и опасности од експлозије остају.

Цхалленгер 3: Баттери-Елецтриц
Изводљиво само за мале регионалне авионе који лете испод 500 км (310 миља). Густина енергије батерије је око 50 пута мања од керозина, што онемогућава велике,{4}}млазнице на дуге релације.

Још дуго времена, вероватно до 2050. године, велики авиони ће и даље користити керозин или слично гориво направљено у лабораторији. Ова врста горива постоји већ неко време, али је заиста добра у ономе што ради и тешко је наћи нешто боље. То је као стандардни језик летења, стар, али и даље најбољи избор.

Епилог: Изразити детаљ
Френк Витл, британски инжењер, патентирао је млазни мотор далеке 1930. У почетку је користио бензин у својим тестним платформама, али није баш ишло како је планирано. Мотор би снажно вибрирао и лименке би изгореле. Фрустриран, Витл је одлучио да испроба керозин - и то је променило игру-. Мотор је одмах почео да ради глатко. Од тада је било јасно да бензин није најбољи избор за велике авионе. Било је једноставно превише нестабилно, пребрзо и преопасно. С друге стране, керозин се показао као поуздан партнер за летење. Његов спор и стабилан темпо учинио га је савршеним за небо.