Zašto zrakoplovi koriste kerozin (mlazno gorivo)?

Danas uzimamo zdravo za gotovo da mlazni zrakoplovi sagorijevaju kerozin. Ali u ranim danima zrakoplovstva, avioni su koristili isti benzin kao i vaš automobil. Zašto se jelovnik tako potpuno promijenio? Ova povijest nije samo priča o tehnologiji goriva-to je saga o sigurnosti, performansama i inženjerskim kompromisima-.

1. dio: Klipna era (1903. – 1940.) – kratka vladavina benzina
Prvi let braće Wright koristio je benzin. Svi prvi zrakoplovi koristili su klipne motore, slične automobilskim motorima, tako da je benzin bio prirodni izbor.

Ubrzo su se pojavili problemi:

Lupanje motora (detonacija): da bi povećali snagu, piloti su trebali veće kompresijske omjere, ali obični benzin bi se sam-zapalio i detonirao. To bi moglo smanjiti snagu ili čak razbiti cilindre.

Visoka isparljivost: Benzin lako isparava na sobnoj temperaturi, stvarajući zapaljive pare. Tijekom Prvog i Drugog svjetskog rata mnoge su se letjelice zapalile ili eksplodirale na zemlji tijekom punjenja gorivom zbog statičkih iskri.

Zaleđivanje rasplinjača na nadmorskoj visini: Vodena para u usisnom zraku bi se smrznula u rasplinjaču na velikoj nadmorskoj visini, blokirajući motor. Prvi piloti ponekad su morali ručno ukapati antifriz u karburator.

Tridesetih godina prošlog stoljeća pronađeno je rješenje u obliku zrakoplovnog benzina, također poznatog kao Avgas. Dodavanjem kemikalije zvane tetraetil olovo u gorivo, oktanski broj je povećan sa 40 na 100/130 ili čak više. Ovo novo gorivo, Avgas, korišteno je za pogon nekih od najpoznatijih zrakoplova Drugog svjetskog rata, uključujući lovac P-51 Mustang i bombarder B-29 Superfortress. Međutim, kako je vrijeme prolazilo, toksični učinci olova postali su glavna briga, a granice oktanskog broja su dosegnute, što je potaknulo inženjere da traže alternativna rješenja.

Drugi dio: Revolucija mlaznjaka (1940-ih) – Benzin je osuđen
Mlazni motor rođen je 1940-ih (njemački He 178, britanski Gloster E.28/39). Za njegovu komoru za izgaranje bilo je potrebno gorivo koje je moglo:

Ubrizgava se pod visokim pritiskom i gori stabilno.

Može lako teći čak i kada je jako, jako hladno - govorimo o -50 stupnjeva ili -58 stupnjeva F, što je vrsta temperature koju biste iskusili kada ste na visini za krstarenje.

Podmažite klip-visokotlačne pumpe za gorivo.

Benzin je pao na sva tri testa.

Svojstvo Zahtjevi za benzinski mlazni motor
Plamište ~ -43 stupnja (-45 stupnjeva F) - Izuzetno zapaljivo > 38 stupnjeva (100 stupnjeva F) radi sigurnosti
Niska{0}}temperatura protoka Stvrdnjava se oko -40 stupnjeva (-40 stupnjeva F) Mora teći ispod -50 stupnjeva (-58 stupnjeva F)
Podmazivanje Vrlo loše (suho) Potrebno je malo podmazivanja za pumpu za gorivo
Ni dizel gorivo se nije smatralo dobrom opcijom. Jedan od razloga je taj što je jako gust i ne kvari se lako, što ga čini teškim za korištenje u motorima. Također, kada je hladno, dizel se još više zgusne i teče sporo, kao med. I da stvar bude još gora, za sobom može ostaviti odvratne naslage ugljika koje s vremenom mogu oštetiti motor.

Inženjeri su svoju pozornost usmjerili na kerozin, koji se često smatra savršenom sredinom - nije previše lagan poput benzina, nije pretežak poput dizela.

3. dio: Trijumf kerozina (1950. – 1960.) – Postavljanje standarda
Britanija je prednjačila: u kasnim 1940-ima, de Havilland je razvio kerozin visoke -čistoće za mlazni putnički avion "Comet", nazvavši ga Avtur (gorivo za zrakoplovne turbine). Kada je Comet prvi put poletio 1952., sagorijevao je kerozin.

Sjedinjene Države pristupile su pokušajima i pogreškama kako bi pronašle pravo gorivo. U početku su američke zračne snage koristile "wide{1}}cut" gorivo nazvano JP-1, koje je bilo slično teškom benzinu. Međutim, to je gorivo uzrokovalo mnogo problema, uključujući naslage koksanja i česte opasnosti od požara zbog curenja. Kasnije, tijekom Korejskog rata, F-86 Sabre je koristio JP-4, mješavinu benzina i kerozina. Iako je bilo manje vjerojatno da će se JP-4 zamrznuti, bio je vrlo zapaljiv, što je dovelo do mnogih nesreća na zemlji.

Konačno rješenje:

Vojska: JP-8 (usvojen od 1970-ih nadalje) – uglavnom kerozin s malim količinama anti-statičkih aditiva i aditiva protiv zaleđivanja.

Za avione postoje dvije glavne vrste goriva: Jet A i Jet A-1. Jet A se koristi u SAD-u i ima visoku točku smrzavanja, dok se Jet A-1 koristi u drugim zemljama i može podnijeti stvarno niske temperature, čak do -47 stupnjeva ili -53 stupnja F. S vremenom su ove dvije vrste goriva postale standard za cijeli svijet.

Svake godine koristimo veliku količinu mlaznog goriva - oko 300 milijardi litara. I shvatite ovo, gotovo svi mlazni zrakoplovi, nevjerojatnih 99%, koriste gorivo napravljeno od kerozina.

Dio 4: Zašto je kerozin pobijedio – tehnički pregled
Kada je plamenište goriva visoko, iznad 38 stupnjeva ili 100 stupnjeva F, to znači da se ne može zapaliti od otvorenog plamena kada je na sobnoj temperaturi. Ovo je jako važno jer smanjuje rizik od požara kada se gorivom rukuje na zemlji ili ako dođe do curenja tijekom leta.

Niska točka smrzavanja (< -47°C / -53°F): Remains fluid at typical intercontinental cruise altitudes (around -50°C / -58°F).

Toplinska stabilnost: ne razgrađuje se lako niti stvara naslage ugljika u izmjenjivačima topline goriva-ulja (koje rade iznad 150 stupnjeva / 302 stupnjeva F), što bi moglo začepiti precizne mlaznice za gorivo.

Povoljna gustoća energije: ima oko 12% veću volumetrijsku gustoću energije od benzina, što znači veći domet.

Odgovarajuća mazivost: Omogućuje dovoljno podmazivanja za visoko{0}}tlačne klipove pumpe za gorivo (iako moderni kerozin s ultra-niskim-sumporom ponekad zahtijeva dodatke za poboljšanje mazivosti).

Dio 5: Budućnost – Koliko će još dugo kerozin dominirati?
Challenger 1: Održivo zrakoplovno gorivo (SAF)
Održivo zrakoplovno gorivo ili SAF nastaje od stvari poput otpadnih ulja, smeća iz gradova ili ostataka s farmi. Vrlo je sličan kerozinu koji dobivamo iz fosila, tako da ga sada možemo miješati s tim gorivom - do pola-pola. Veliki plan je da do 2050. uopće nema emisije ugljika.

Challenger 2: tekući vodik (LH₂)
Airbus do 2035. planira uvesti zrakoplove s-vodikovim pogonom. Vodik ima nultu emisiju ugljika i vrlo visoku gravimetrijsku gustoću energije. Međutim, njegova volumetrijska gustoća je izuzetno niska, što zahtijeva velike, teške kriogene spremnike. Izazovi poput vodikove krtosti i opasnosti od eksplozije ostaju.

Challenger 3: Baterija-Električna
Izvedivo samo za male regionalne zrakoplove koji lete ispod 500 km (310 milja). Gustoća energije baterije je oko 50 puta niža od kerozina, što ga čini nemogućim za velike,-mlaznjake.

Još dugo vremena, vjerojatno do 2050., veliki će zrakoplovi još uvijek koristiti kerozin ili slično gorivo proizvedeno u laboratoriju. Ova vrsta goriva postoji već neko vrijeme, ali je stvarno dobra u onome što radi i teško je pronaći nešto bolje. To je kao standardni jezik letenja, star, ali još uvijek najbolji izbor.

Epilog: Izdajni detalj
Frank Whittle, britanski inženjer, patentirao je mlazni motor još 1930. godine. U početku je koristio benzin u svojim ispitnim uređajima, ali nije baš išlo kako je planirano. Motor bi snažno vibrirao i plamene limenke bi izgorjele. Frustriran, Whittle je odlučio isprobati kerozin - i to je promijenilo igru-. Motor je odmah počeo glatko raditi. Od tada je bilo jasno da benzin nije najbolji izbor za velike zrakoplove. Jednostavno je bilo previše nestabilno, prebrzo i preopasno. S druge strane, kerozin se pokazao kao pouzdan partner za letenje. Njegov spor i ujednačen hod čini ga savršenim za nebo.