17.5. Энергоемкость
Под удельной энергоёмкостьюпонимают объёмную удельную теплоту сгорания, равную произведению массовой удельной теплоты сгорания на плотность.
.
Для характеристики реактивных топлив
обычно применяют низшуюудельную
теплоту сгорания. Экспериментально
определяемая удельная теплота сгорания
(массовая) сильно зависит от химического
состава топлива. Она возрастает с
увеличением относительного содержания
атомов водорода в молекуле углеводорода.
Из углеводородов, выкипающих в одинаковых
температурных пределах, максимальную
теплоту сгорания имеют алканы, затем
идут нафтены и ароматические углеводороды:
.
С повышением температуры выкипания топлива удельная теплота сгорания снижается.
Плотность топлива в сравнении с удельной теплотой сгорания изменяется в обратном порядке: наиболее высокая она у ароматических углеводородов и с повышением температуры выкипание топлива увеличивается.
ρ аром> ρнафт> ρалк.
Увеличение содержания нафтенов и ароматических углеводородов, а также повышение температуры выкипания топлива приводит к увеличению его энергоёмкости.
Современные товарные реактивные топлива имеют энергоёмкость в пределах от 32,8 до 36,3 МДж/л и располагаются в порядке возрастания этого показателя следующим образом:
Т-2 > ТС-1 > РТ > Т-1 > Т-6 .
Эксплуатационное значение энергоёмкости следует рассматривать с двух точек зрения. При полной заправке топливных баков дальность полёта летательного аппарата прямо пропорциональна энергоёмкости, и наиболее выгодно топливо с максимальным значением этого показателя. Однако нередки случаи, когда нет необходимости летать на максимальную дальность. В непродолжительном полёте имеющийся объём топливных баков полностью не используется, и более выгодно взять топливо с меньшей энергоёмкостью, т.е. с большей массовой теплотой сгорания и меньшей плотностью.
17.6. Устойчивость горения
Под устойчивостью горенияреактивных топлив понимают способность сохранять фронт пламени при отклонении от нормального режима горения топлив в случае обеднения или обогащения смеси. Устойчивость горения характеризуют предельными значениями состава смеси по коэффициенту избытка воздуха, при котором сохраняется фронт пламени.
Чем шире пределы устойчивого горения топлива, тем больше возможности имеет двигатель в маневре по числу оборотов, легче обеспечивается его запуск и надёжнее работа на различных режимах. Пределы устойчивого горения определяют на установках с модульными камерами сгорания.
Надёжную работу авиационных двигателей на различных режимах за счёт расширения пределов устойчивого горения топлива можно обеспечить в том числе за счёт изменения химического состава топлива в сторону увеличения доли алканов и снижения температуры его выкипания.
17.7. Склонность к нагарообразованию
В принципе возможно создание камеры сгорания ГТД (газотурбинного двигателя), обеспечивающей сгорание топлива без образования нагара и дыма. Однако такие камеры мало пригодны для авиационного двигателя, так как имеют очень узкие пределы устойчивого горения. Расширить этот диапазон можно только обогащением горючей смеси, а при любом обогащении смеси в двигателе усиливаются процессы образования нагара. Поэтому, как правило, при сгорании топлив в серийных авиационных двигателях образуется нагар. Он откладывается локально, неравномерно на стенках камеры сгорания и на форсунках.
Обладая плохой теплопроводностью, отложения нагара приводят к неравномерному охлаждению и нагреву отдельных участков стенки камеры сгорания, вызывают большие температурные напряжения и как результат приводят к деформации и возможным разрушениям стенок камеры. При большом количестве нагара у отверстий для поступления воздуха может нарушиться работа двигателя вследствие ухудшения процесса смесеобразования.
Склонность топлива к нагарообразованию уменьшается с увеличением относительного содержания водорода в связи с уменьшением содержания ароматических углеводородов, а также с уменьшением плотности и температур выкипания.
Уменьшить склонность топлив к нагарообразованию можно с помощью присадок. В качестве таковых используют гидропероксиды, нитросоединения, азиды, галогенводороды, а также металлоорганические соединения, содержащие металлы переменной валентности (Cu,Cr,Feи др.).