第三节喷气燃料

1、第三节,喷气燃料,?,一、喷气发动机的工作过程及其对燃料的,要求,?,近几十年来，喷气发动机在航空上得到越来越广,泛的应用。目前，不仅在军用上而且在民用上已,基本取代了点燃式航空发动机。点燃式航空发动,机受高空空气稀薄及螺旋桨效率所限，只能在,10000m,以下的空域飞行，时速也无法超过,900km,。喷气发动机是借助高温燃气从尾喷管喷,出时所形成的反作用力推动前进的，它的突出优,点是可以在,20000m,以上高空以,2,马赫,(,马赫数即为,速度与音速的比数，通常用,M,表示。音速约为,1190km,h),以上高速飞行。,图,1,喷气发动机,1,涡轮喷气发动机的工作过程,?,涡轮发动机主要是

2、由离心式压缩器、燃烧室、燃,气涡轮和尾喷管等部分构成。,?,(1),压缩器,?,因高空的空气稀薄，需将迎面进入发动机的空气,用离心式压缩器压缩至,0.3,0.5MPa,，温度达,150,200,，然后再进入燃烧室。空气压力越高，,燃料的热能利用程度也越高，从而可提高发动机,的经济性，增强发动机的推力。,?,(2),燃烧室,?,在燃烧室中，经压缩的空气与燃料混合，形成混,合气，在起动时需要用电点火，随后即可连续不,断地进行燃烧。燃烧室中心温度可高达,1900,?,?,?,?,?,?,?,2200,，为防止因高温使涡轮中的叶片受损，需,通入部分冷空气，使燃气的温度降至,750,800,左右。,(3

3、),燃气涡轮,燃气推动涡轮高速旋转，将热能转化为机械能。,燃气涡轮在同一轴上带动离心式压缩器日旋转，,旋转的速度为,8000,16000r,min,。,(4),尾喷管,从涡轮中排出的高温高压燃气在尾喷管中膨胀加,速，尾气在,500,600,下高速喷出，,由此产生反作用推动力以推动飞机前进。,由此可见，喷气发动机与活塞式发动机,(,汽油机及,柴油机,),是有很大的区别的，其特点是：,首先，在喷气发动机中，燃料与空气同时连续进,入燃烧室，一经点燃，其可燃混合气的燃烧过程,?,?,?,?,?,是连续进行的。而活塞式发动机的燃料供给和燃,烧则是周期性的。,其次，活塞式发动机燃料的燃烧在密闭的空间进,行

4、，而喷气发动机燃料的燃烧是在,35,40m/s,的,高速气流中进行的，所以燃烧速度必须大于气流,速度，否则会造成火焰中断。,2,喷气发动机对燃料的要求,喷气发动机的推力是借助燃料的热能转变为燃气,的动能产生的。这个能量的转换过程是在高空飞,行条件下实现的，所以对燃料的质量要求非常严,格，以保证安全可靠。对喷气发动机燃料质量的,主要要求如下：,良好的燃烧性能。,适当的蒸发性。,?,?,?,?,?,?,?,较高的热值和密度。,良好的安定性。,良好的低温性。,无腐蚀性。,良好的洁净性。,较小的起电性。,适当的润滑性,二、喷气燃料的燃烧性能,?,喷气燃料的燃烧性能良好，是指它的热值要高，,燃烧要稳定，

5、不易因工作条件变化而熄火，一旦,高空熄火后能容易再起动，燃烧要完全，产生积,炭要少。,?,1.,喷气燃料的启动性,、,燃烧稳定性及燃烧完全度,?,喷气发动机燃料不仅应保证发动机在严寒冬季能,迅速启动，而且使发动机在高空一旦熄火时也能,迅速再点燃，恢复正常飞行，以保证飞行安全。,?,燃料的启动性取决于燃料的自燃点,、,着火延滞期、,燃烧极限、可燃混合气发火所需的最低点火能量、,燃料的蒸发性大小和粘度等。,?,燃料在喷气发动机中能连续而稳定地燃烧有意义,重大。如果燃烧不稳定，不仅会使发动机的功率,降低，严重时还会因熄火而酿成事故。燃料燃烧,的稳定性除与燃烧室结构及操作条件有关外，还,和燃料的烃类组

6、成及馏分轻重有密切关系。研究,结果表明，正构烷烃和环烷烃的燃烧极限较芳香,烃的宽，特别是在温度较低的情况下更为明显。,所以，从燃烧的稳定性角度看，烷烃和环烷烃是,较理想的组分，而芳香烃的燃烧极限较窄，容易,熄火。此外，燃料的馏分组成对燃烧稳定性也有,影响，如果馏分太轻，燃烧极限也会太窄。所以，,喷气燃料一般采用燃烧极限较宽、燃烧比较稳定,的煤油馏分。,?,喷气燃料燃烧时，首要的是易于起动和燃烧稳定,其次是要求燃烧完全。所谓燃烧完全度是指单位,质量燃料燃烧时实际放出的热量占燃料净热值的,百分率，它直接影响到飞机的动力性能、航程远,近和经济性能。,?,燃料燃烧的完全度一方面受进气压力、进气温度,和

7、飞行高度等工作条件的影响，另一方面也受燃,料的粘度、蒸发性和化学组成的影响，现将后者,分述如下：,?,（,1,）粘度,?,燃料的粘度与其雾化的质量有直接联系。燃料的,雾化程度越好，越能加快可燃混合气的形成，因,而也就加快了燃烧速度，有利于燃烧的稳定和完,全。如果粘度过大，则燃料的喷射角小、液滴大、,射程远而雾化不良，从而使燃烧完全度下降。粘,度较小的燃料一般燃烧完全度较高，但粘,?,度也不能太小，否则会由于燃料的喷射角大、射,程短而引起燃烧室的局部过热。,?,( 2 ),蒸发性,?,燃料的蒸发性对燃烧完全度的影响也很大。馏分,较轻、蒸发性较好的喷气燃料，能较快地与空气,形成可燃混合气，其燃烧完

8、全度较高。馏分过重,的燃料不易挥发，形成可燃混合气的速度较慢，,其燃烧完全度也就较低。因此，现代一般喷气燃,料的终馏点都控制在,300,以下。,?,（,3,）化学组成,?,研究表明，各种烃类的燃烧完全度高低顺序是：,正构烷烃,异构烷烃,单环环烷烃,双环环烷烃,单,环芳烃,双环芳烃。由此可见，燃料中芳烃含量,越高，其燃烧完全度越差，这是在喷气燃料中限,制芳烃体积分数不大于,20%,的重要原因之一。,2,喷气燃料生成积炭的倾向,、,?,喷气燃料在燃烧过程中会产生炭质微粒，炭质微,粒积聚在喷嘴、火焰筒壁上就形成积炭。喷嘴上,的积炭会恶化燃料的雾化质量，使燃烧过程变坏。,积炭附在火焰筒的部分壁上，会使

9、火焰筒因受热,不均匀而变形，甚至产生裂纹。此外，在发动机,工作时，火焰筒壁上剥落下来的积炭碎片会进入,涡轮，擦伤叶片。,?,喷气燃料燃烧时在发动机中生成积炭的倾向，与,燃烧室的构造、发动机工作条件及燃料的性质都,有关系。就燃料而言，其化学组成对生成积炭的,影响最大。由表,4,13,可见，在喷气发动机中最,容易生成积炭的成分是芳香烃，尤其是双环芳香,烃。为此，在喷气燃料的质量标准中除限制芳香,?,?,?,?,烃含量外，还规定萘系烃的体积分数不大于,3.0%,。,(1),烟点,又称无烟火焰高度，是指油料在一标准灯具内，,于规定条件下作点灯试验所能达到的无烟火焰的,最大高度，单位为毫米。燃料的烟点取

10、决于其化,学组成，烟点与芳烃含量有一定的对应关系，其,芳烃含量越多，则其烟点就越低。喷气燃料的烟,点与发动机中生成积炭量之间也有密切关系，烟,点越低，生成的积炭就越多。我国的喷气燃料要,求烟点不小于,25mm,。,2),辉光值,当燃料的生炭性强时，其燃气流中的炭粒就多，,炽热的炭粒能使火焰的亮度增加，热辐射加强。,辉光值是在一定的火焰辐射强度,(,相当于四氢萘烟,点时的辐射强度,),下，将试验燃料和两个标准燃料,分别在灯中燃烧，比较火焰的温度升高,(,温升,),多,?,少而得出的。生炭性强的燃料，达到同样辐射强,度的火焰温升小，辉光值也小；生炭性小的燃料，,火焰温升大，辉光值也大。对于碳数相同

11、的烃类,而言，烷烃的辉光值最大，环烷烃的居中，芳烃,的最小。在测定时，人为地规定一种标准燃料四,氢萘的辉光值为零，另一种标准燃料异辛烷的辉,光值为,100,。试样的辉光值是与四氢萘、异辛烷,两者相比较而得到的。其计算式如下：,辉光值,= x 100,T,3,-,T,1,式中,T1,、,T2,、,T,2-,T,1,T3,分别表示燃烧四氢萘、,异辛烷及试样时火焰的温升,(,),。我国规定喷气,燃料的辉光值不小于,45,。,?,3,热值和密度,?,喷气发动机的推力取决于所用燃料的热值。如使,用热值低的燃料，必然导致耗油率的增大。,?,对于喷气燃料，不仅要求有较高的质量热值,(kJ,kg),，而且也要

12、求有较高的体积热值,(kJ,dm,3,),。,质量热值越大，发动机的推力越大，耗油率越低。,由于喷气飞机上油箱的体积是有限的，为了使航,程能尽可能长些，这就还要求燃料有尽可能高的,体积热值。换言之，即要求喷气燃料除有较高的,质量热值外，还要有较大的密度，这样，在一定,容量的油箱中可装有更多的燃料，储备更多的热,量。我国喷气燃料的质量标准中规定其净热值不,小于,42.8,或,42.9MJ,kg,，,20,密度不小于,0.750,或,0.775g,cm,3,。,?,喷气燃料的热值和密度与其化学组成和馏分组成,有关。由于氢的质量热值比碳大得多，因此，氢,碳比越高的燃料的质量热值也越大。,三、喷气燃料

13、的安定性,?,喷气燃料的安定性包括储存安定性和热安定性。,?,(1),储存安定性,?,喷气燃料在储存过程中容易变化的质量指标有胶,质，酸度及颜色等。胶质和酸度增加的原因是由,于其中含有少量不安定的成分，如烯烃、带不饱,和侧链的芳烃以及非烃等。喷气燃料质量指标标,准中对实际胶质、碘值以及硫、硫醇含量都作了,严格的规定。,?,储存条件对喷气燃料的质量变化有很大影响，其,中最重要的是温度。当温度升高时，燃料氧化的,速度加快，使胶质增多及酸度增大，同时也使燃,料的颜色变深。此外，与空气的接触、与金属表,的接触以及水分的存在，都能促进喷气燃料氧化,变质。,?,（,2,）热安定性,?,当飞行速度超过音速以

14、后，由于与空气摩擦生热，,使飞机表面温度上升，油箱内燃料的温度也上升，,可达,100,以上。在这样高的温度下，燃料中的,不安定组分更容易氧化而生成胶质和沉淀物。这,些胶质沉积在热交换器表面上，导致冷却效率降,低；沉积在过滤器和喷嘴上，则会使过滤器和喷,嘴堵塞，并使喷射的燃料分配不均，引起燃烧不,完全等。因此，对长时间作超音速飞行的喷气燃,料，要求具有良好的热安定性。,?,喷气燃料的热安定性只要取决于其化学组成。研,究表明，喷气燃料中的饱和烃生成的沉淀物很少，,而加入芳香烃后沉淀物就成十倍地增多；而燃料,中的所含胶质和含硫化合物也会使其热安定性显,著变差，使产生的沉淀物量大大增加。,四、喷气燃料

15、的低温性能,?,喷气燃料的低温性能，是指在低温下燃料在飞机,燃料系统中能否顺利的泵送和过滤的性能，即不,能因产生烃类结晶体或所含水分结冰而堵塞过滤,器，影响供油。喷气燃料的低温性能是用结晶点,或冰点来表示的，结晶点是燃料在低温下出现肉,眼可辨的结晶时的最高温度；冰点是在燃料出现,结晶后，再升高温度至原来的结晶消失时的最低,温度。,?,对喷气燃料低温性能的要求，决定于地面的最低,温度和在高空中油箱里燃料可以达到的最低温度。,我国,1,、,2,号喷气燃料的结晶点相应要求不高于,60,。,50,和，,3,号喷气燃料则要求冰点不,高于,47,。,五、喷气燃料的腐蚀性,?,喷气燃料的腐蚀主要是指喷气燃料

16、对储运设备和,发动机燃料系统产生的腐蚀。对技术材料有腐蚀,作用的主要是燃料中的含氧、含硫化合物和水分。,需要注意的是，喷气发动机的高压燃料油泵一般,采用了镀银机件，而银对于硫化物的腐蚀极为敏,感。因此，喷气燃料质量标准中除规定了酸度、,水溶性酸或碱、含硫量、硫醇硫含量、铜片腐蚀,等指标外，还增加了银片腐蚀试验。,六、喷气燃料的洁净度,?,喷气发动机燃料系统机件的精密度很高，因而，,即使较细的颗粒物质也会造成燃料系统的故障。,引起燃料脏污的物质主要是水、表面活性物质、,固体杂质及微生物。,?,水的存在，除了对燃料的腐蚀性、低温性产生不,良影响外，还会破坏燃料在系统部件中所起的润,滑作用，并能导致

17、絮状物的生成和微生物的滋长。,?,燃料中的表面活性物质会增强油水乳化，使油中,的水不易分离，并且会促使一些细微的杂质聚集,在过滤器上，使过滤器的使用周期大大缩短。,?,在喷气燃料储运过程中，带入燃料的固体颗粒主,要是腐蚀产生的氧化铁及外界进入的尘土等。它,们对于燃料系统中的高压油泵和喷油嘴等精密部,件危害极大。因此，喷气燃料的质量指标中规定,不能含有机械杂质。,?,喷气燃料中若含有细菌不但那会加速油料容器的,腐蚀和使涂层松软，如果条件有利，还会大量繁,殖，以致堵塞过滤器。,?,我国喷气燃料质量指标中，用外观和水反应试验,等技术指标来保证喷气燃料的洁净度。水反应试,验的目的是检查喷气燃料中的表面

18、活性物质及其,对燃料和水的界面的影响。,七、喷气燃料的起电性,?,喷气发动机的耗油量很大，在机场往往采用高速,加油。在泵送燃料时，燃料和管壁、阀门、过滤,器等高速摩擦，油面就会产生和积累大量的静电,荷，其电势可达到数千伏甚至上万伏。这样，到,一定程度就会产生火花放电，如果遇到可燃混合,气，就会引起爆炸失火，往往酿成重大灾害。,?,影响静电荷积累的因素很多，其中之一是燃料本,身的导电率。电荷率小的燃料，在相同的条件下，,静电荷的消失慢而积累快；反之，电导率大的燃,料，静电荷消失速度快而不易积累。质量标准中,要求喷气燃料的电导率（,20,）为,50,450pS/m,。,八、喷气燃料的润滑性,?,在喷气发动机中，燃料泵的润滑依靠的是自身泵,送的燃料。当燃料的润滑性能不足时，燃料泵的,磨损增大，这不仅降低油泵的使用寿命，而且影,响油泵的正常工作，引起发动机运转失常甚至停,车等故障，威胁危机安全。,?,燃料的润滑性是由它的化学组成决定的。据研究，,燃料组分的润滑性能按照非烃化合物,多环芳烃,单环芳烃,环烷烃,烷烃的顺序依次降低。这,是由于非烃化合物具有较强的极性，易被金属表,面吸附，形成牢固的油膜，可有