Министерство образования и науки Российской федерации

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Кафедра «Авиационные двигатели»

Топлива и рабочие процессы в авиационных и ракетных двигателях

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

ДЛЯ СТУДЕНТОВ НАПРАВЛЕНИЯ 160100.62

«АВИА- И РАКЕТОСТРОЕНИЕ»

Издательство

Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2013

Автор А.А. Григорьев

1. Топлива, применяемые в воздушно-реактивных двигателях (врд)

Топливо авиационное – вводимое вместе с воздухом в камеру сгорания двигателя летательного аппарата (ЛА) для получения тепловой энергии в процессе окисления кислородом воздуха (сжигания).

В ВРД используются реактивные топлива, вырабатываемые из среднедисциллятных фракций нефти, выкипающих при температуре 140 – 280 ^о С. По способу получения реактивные топлива делятся на прямопергонные и гидрогенизационные. Первые (Т-1, ТС-1, Т-2) получаются непосредственно из отогнанных фракций нефти без их глубокой переработки. Технология получения вторых включает такие процессы, как гидроочистку (РТ, Т-8В, Т-6), глубокое гидрирование (Т-6), гидрокрекинг (Т-8В). При гидроочистке из нефтяного дисциллята удаляются агрессивные и содержащие серу, азот и кислород, нестабильные соединения практически без изменения углеводородного состава топлива. При гидрокрекинге и гидрировании наряду с очисткой исходного сырья происходит изменение его углеводородного состава.

Применение гидрогенизации процессов при производстве реактивных топлив позволяет расширить сырьевую базу топлив и значительно повысить их термостабильность.

К качеству реактивных топлив предъявляются следующие требования:

• высокая теплотворная способность H_u (количество тепла, выделяющееся при полном сгорании 1 кг топлива). H_u = (43100…43900) кДж/кг или (10300…10500) кал/кг – весовая теплотворная способность (авиационный керосин);

• низкая температура начала кристаллизации (менее – 60 ^оС);

• низкая вязкость при минусовых температурах;

• высокая термостойкость;

• высокие антикоррозионные свойства;

• отсутствие нагарообразования;

• большой срок хранения;

• отсутствие воды и механических примесей;

• широкий эксплуатационный диапазон температур и давлений;

• хорошие пусковые свойства (надежный запуск при низких температурах окружающей среды);

• высокая плотность (возможность взять бóльшую массу топлива в ограниченный объем баков).

Наиболее удовлетворяют предъявленным требованиям авиационные керосины:

ТС-1, РТ – обладают средним и высоким уровнем термической стабильности (≤ 100…120 ^оС) и являются наилучшими топливами для ВРД дозвуковой авиационной техники (АТ) (с небольшой продолжительностью сверхзвукового полета).

Т-2 – обладает средним уровнем термической стабильности (≤ 100 ^оС). Имеет более низкую, чем у ТС-1 и РТ, плотность и более высокую теплотворную способность, а также более высокую коррозионную активность при лучших пусковых свойствах (выше испаряемость). Т-2 является резервным по отношению к топливу ТС-1 и применяется в ВРД дозвуковой АТ (с небольшой продолжительностью сверхзвукового полета) в районах с низкой температурой воздуха и как резервное топливо взамен ТС-1 и РТ.

Т-6 – имеет более высокую, чем у ТС-1, РТ и Т-2, плотность и более низкую теплотворную способность вследствие чего обладает меньшей коррозионной активностью и худшими пусковыми свойствами при низких температурах (ниже испаряемость). Имеет высокий уровень термической стабильности (≤ 300 ^оС) и применяется в сверхзвуковой АТ.

Т-8В характеризуется повышенной плотностью и высокой термостабильностью и является резервным по отношению к топливам РТ и Т-6.

Стехиометрический коэффициент для ТС-1 и РТ – L₀= 14,7 кг_возд/кг_топл, Т-2 – L₀ = 14,9 кг_возд/кг_топл, Т-6 – L₀ = 14,6 кг_возд/кг_топл.

Низшая теплотворная способность H_u для ТС-1, РТ, Т-2, Т-6 находится в диапазоне – (42900…43300) кДж/кг.

В ТВаД наземного применения в качестве топлива используют природный (топливный) газ с L₀ = (16,7…17) кг_возд/кг_топл и H_u ≈ 45640 (бутан) …50060 (метан) кДж/кг.

Для работы гиперзвуковых прямоточных двигателей планируется применять криогенное топливо на основе жидкого водорода.