Авиационный бензин характеризуется следующими базовыми показателями.
Детонационная стойкость. Данный параметр указывает, насколько пригодно топливо для использования в агрегатах с высокой степенью сжатия поступающей смеси. Нормальная работа авиационного мотора подразумевает исключение возгорания от детонации.
Химическая стабильность. Показатель горючей жидкости, который оценивает уровень ее противостояния изменениям во время эксплуатации, транспортировки и хранения.
Фракционный состав. Эта характеристика определяет степень испаряемости бензина, которая указывает на образование топливно-воздушной смеси.
Виды авиационного бензина
Авиационное топливо подразделяется на два основных вида – прямогонный бензин и актил-бензин. Первый вид горючей смеси для летательных аппаратов был очень востребован в середине 20 века. Прямогонное топливо изготавливается путем ректификации и последующего отбора нефтяных фракций, которые из-за процедуры специального нагрева испаряются. Причем бензин относится к первому сорту, когда фракции испаряются при температуре до 100 °C. Если же температура для испарения фракций достигает 110 °C, то горючая смесь считается «специальной» категории. А при испарении нефтяных фракций при температуре, достигающей 130 °C, авиационное топливо принадлежит ко второму сорту качества.
Несмотря на имеющиеся различия в параметрах авиационного бензина, изготовленного путем перегонки, из-за его сортамента, низкие показатели октанового числа (ОЧ) их все-таки объединяют. Следует учитывать, что в настоящее время прямогонный бензин для летательных аппаратов с ОЧ выше 65 можно произвести только из нефти, добывающейся на территории Азербайджана, Средней Азии, Краснодарского края и Сахалина. Все остальное нефтяное сырье может служить лишь для изготовления топлива с худшими показателями октанового числа из-за высокого содержания в нем парафиновых углеводородов.
К непосредственным достоинствам прямогонного бензина для авиации следует относить высокую стабильность, хорошую испаряемость, прекрасные антикоррозийные параметры, малую гигроскопичность, устойчивость к низким температурам и отличную теплопроводность.
Октановое число
Для того чтобы определить качество авиационного бензина необходимо в первую очередь разобраться с таким его параметром, как октановое число. ОЧ горючего материала определяет степень его стойкости к детонации. Другими словами, этот показатель показывает возможность топливной жидкости самовоспламеняться при сжатии в двигателе внутреннего сгорания. Таким образом, ОЧ равняется содержанию в горючей смеси изооктана и н-гептана, которые непосредственно влияют на стойкость авиационного бензина к детонации.
Определение ОЧ исследуемого образца топливной смеси осуществляется в стандартных условиях при установлении эквивалента по сопротивлению и детонации с известными показателями. В данном контексте следует принять во внимание, что плохо окисляющийся изооктан имеет стойкость к детонации 100 ед., а вещество н-гептан, мгновенно детонирующее при малейшем сжатии, характеризуется аналогичным показателем, принятым равным нулю. А для определения устойчивости к детонации бензина, у которого октановое число превышает 100 единиц, создали специальную шкалу, в которой используется изооктан с добавкой тетраэтилсвинца в разном количестве.
Следует знать, что ОЧ бывают исследовательскими (ОЧИ) и моторными (ОЧМ). Первый тип ОЧ показывает, как при средней и малой нагрузке двигателя реагирует авиационный бензин. Для определения данного показателя применяется специальная установка в виде одноцилиндрового мотора, конструкция которого сжимает топливо с переменной нагрузкой. При этом частота вращения коленвала равняется 600 оборотов в минуту при температуре 50 °C.
ОЧМ демонстрирует, каким образом горючая жидкость реагирует на повышенные нагрузки. При этом методология аналогична предыдущей за исключением того, что частота вращения коленвала составляет 900 оборотов в минутк, а температура воздуха на испытаниях достигает 150°C .
Особое значение в части, касающейся увеличения ОЧ, приобретают присадки, благодаря которым достигается его уровень, необходимый для авиации (не менее 95 единиц). Раньше для целей увеличения ОЧ использовалась этиловая жидкость, а сегодня применяются целые комплексы, содержащие кислородосодержащие компоненты, эфиры, стабилизаторы, красители, антикоррозийные вещества и т.д.
Бензин Б 91 115 и Avgas 100 ll
Авиационный бензин Б 91 115 представляет собой топливную смесь, которую получают за счет прямой перегонки с применением каталитического риформинга. В его состав включены алкилбензолы, толуол и различные присадки (этил, антиокислитель, краситель). В свою очередь, авиационный бензин Avgas 100 ll состоит из смеси подобных высокооктановых и базовых компонентов. Однако для получения данной марки авиационного горючего добавляют кроме того краситель и присадки, препятствующие образованию коррозии и статического электричества.
Основными отличительными свойствами этих марок авиационного топлива является сортность применяемых присадок и компонентов, в которых содержится различный уровень тетраэтилсвинца. Так, в первосортном топливе тетраэтилсвинца должно быть не больше 2,5 г/л, а во втором – 0,56 г/л. Буквенный шифр «ll» в маркировке авиационного топлива означает низкое содержание в нем свинца, наименьшее количество которого в первую очередь влияет на его улучшенные экологические характеристики. Следует учитывать, что российское законодательство не регламентирует добавление в состав авиационного топлива присадок против коррозии, кристаллизации и статики.
Сортность и производство
На устойчивость к взрыву при работе двигателя внутреннего сгорания на максимальной мощности в первую очередь влияет сортность топливной смеси. Например, горючее №115 допускает прирост рабочей мощности на 15% больше, чем авиационное топливо, созданное на изооктане. Авиационный бензин Avgas 100 ll согласно технической документации имеет сортность не менее 130 единиц. У топлива же марки 91 115 этот показатель превышает 115 единиц, что прописано в ГОСТ 1012. Топливо Avgas 100 ll даёт прирост к мощности, но только в том случае, если двигатель работает на обогащённой смеси. Мощность в этом случае увеличивается на 15% по сравнению с авиационным бензином марки Б 91 115.
Производство авиационного бензина представляет собой достаточно сложный процесс, заключающийся в следующих технологических операциях:
- производство различных компонентов (стабильный катализатор, толуол и т. д.);
- процесс фильтрации присадок и других компонентов;
- смешивание присадок и компонентов.
В России авиационный бензин не производится из-за наличия запрета на изготовление этила. Однако при условии закупки недостающего компонента за границей РФ изготовление топлива для летательных аппаратов будет экономически не обоснованным, что связано с небольшими объемами его использования.
Авиационное топливо обязательно содержит тетраэтилсвинец (ТЭС), который существенным образом улучшает его детонационные характеристики. Кроме того, этот компонент увеличивает износоустойчивость трущихся элементов двигателя. Однако ТЭС в чистом виде не используется, а его концентрация в применяемой для этих целей этиловой жидкости составляет 50%.
Согласно ГОСТ к авиационному бензину применяются более жесткие требования, чем к автомобильным видам топлива. А его производство подразумевает четкое число технологических процессов.
