В современной гражданской и военной авиации широкое примене-
ние получили воздушно-реактивные двигатели (ВРД), работающие на
жидком углеводородном топливе. Это обусловлено достаточно широ-
кими ресурсами нефтяных углеводородных топлив, их сравнительно
невысокой стоимостью, высокими энергетическими показателями
и рядом других достоинств.
Применение ВРД, являющегося одновременно движителем само-
лета без сложных механических передаточных и ходовых устройств,
позволяет при относительно небольшой массе создать большую тягу,
причем в отличие от поршневых двигателей с пропеллером сила тяги
ВРД не только не снижается с увеличением высоты и скорости полета,
наоборот, даже возрастает.
Совершенствование ВРД и реактивных самолетов всегда было на-
правлено на дальнейшее увеличение высоты и скоростей полета, повыше-
ние моторесурса, надежности и экономичности двигателей, обеспечение
безопасности полетов. В зависимости от развиваемых скорости и высо-
ты полета принято классифицировать ВРД и соответственно топлива
на два типа: для дозвуковых и сверхзвуковых реактивных самолетов.
59
Среди моторных топлив повышенные требования предъявляются к
качеству реактивных – технологию как при производстве, так и транс-
портировке, хранении и применении подвергают более тщательному
контролю.
К топливу для ВРД предъявляются следующие основные требова-
ния:
– оно должно полностью испаряться, легко воспламеняться и быстро
сгорать в двигателе без срыва и проскока пламени, не образуя паровых
пробок в системе питания, нагара и других отложений в двигателе;
– объемная теплота сгорания его должна быть возможно высокой;
– оно должно легко прокачиваться по системе питания при любой
и экстремальной температуре его эксплуатации;
– топливо и продукты его сгорания не должны вызывать коррозии
деталей двигателя;
– оно должно быть стабильным и менее пожароопасным при хранении
и применении.
Испаряемость – одно из важнейших эксплуатационных свойств ре-
активных топлив. Она характеризует скорость образования горючей
смеси топлива и воздуха и тем самым влияет на полноту и стабиль-
ность сгорания и связанные с этим особенности работы ВРД: легкость
запуска, нагарообразование, дымление, теплонапряженность камеры
сгорания, а также надежность работы топливной системы.
Испаряемость реактивных топлив, как и автобензинов, оценивают
фракционным составом и давлением насыщенных паров. Для реак-
тивных топлив нормируются температура начала кипения, 10-, 50-, 90-
и 98%-го выкипания фракции. Температура конца кипения (точнее,
98 % перегонки) регламентируется требованиями прежде всего к низ-
котемпературным свойствам, а начала кипения – пожарной опасностью
и требованием к упругости паров. Естественно, у реактивных топлив
для сверхзвуковых самолетов температура начала кипения существен-
но выше, чем для дозвуковых. В ВРД нашли применение 3 типа разли-
чающихся по фракционному составу топлив. Первый тип реактивных
топлив, который наиболее распространен, – это керосины с пределами
выкипания 135…150 и 250…280 °С (отечественные топлива Т-1, ТС-1
и РТ, зарубежное – JR-5). Второй тип – топливо широкого фракцион-
ного состава (60…280 °С), являющееся смесью бензиновой и керосино-
вой фракций (отечественное топливо Т-2, зарубежное – JR-4). Третий
тип – реактивное топливо для сверхзвуковых самолетов: утяжеленная
керосино-газойлевая фракция с пределами выкипания 195…315 °С (оте-
чественные топлива Т-6, Т-8В и зарубежное JR-6).
60
Давление насыщенных паров реактивного топлива обусловливает
потери топлива и избыточное давление в баках, необходимое для обес-
печения бескавитационной работы топливных насосов. Оно определя-
ется в приборе типа бомбы Рейда при температуре 38 °С для топлива
Т-2 и при 150 °С для топлив, не содержащих бензиновой фракции.
Горючесть является весьма важным эксплуатационным свойством
реактивных топлив. Она оценивается следующими показателями:
удельной теплотой сгорания, плотностью, высотой некоптящего пла-
мени, люминометрическим числом и содержанием ароматических угле-
водородов (общим и отдельно бициклическим).
Удельная массовая теплота сгорания реактивного топлива колеблет-
ся в небольших пределах (10 250…10 300 ккал/кг), а удельная объемная –
более существенно в зависимости от плотности топлива (которая из-
меняется в пределах от 755 для Т-2 до 840 кг/м3 для Т-6). Плотность
топлива – весьма важный показатель, определяющий дальность полета,
поэтому предпринимаются попытки получения топлив с максимально
высокой плотностью.
Высота некоптящего пламени – косвенный показатель склонности
топлива к нагарообразованию. Она зависит от содержания ароматичес-
ких углеводородов и фракционного состава.
Люминометрическое число характеризует интенсивность теплово-
го излучения пламени при сгорании топлива, т. е. радиацию пламени,
является также косвенным показателем склонности топлива к нагаро-
образованию. Оно определяется путем сравнения с яркостью пламени
эталонных топлив – тетралина и изооктана.
Склонность топлива к нагарообразованию в сильной степени зависит
от содержания ароматических углеводородов.
Воспламеняемость реактивных топлив обычно характеризуется
концентрационными и температурными пределами воспламенения,
самовоспламенения и температурой вспышки в закрытом тигле и др.
Прокачиваемость реактивных топлив оценивают следующими пока-
зателями: кинематической вязкостью, температурой начала кристал-
лизации, содержанием мыл нафтеновых кислот и содержанием воды
и механических примесей.
Кинематическая вязкость топлив нормируется при двух темпера-
турах: при 20 и при 40 °С.
Температура начала кристаллизации для всех отечественных реак-
тивных топлив нормируется не выше минус 60 °С.
Химическая стабильность реактивных топлив. Поскольку топли-
ва для ВРД готовят преимущественно из дистиллятных прямогонных
61
фракций, они практически не содержат алкенов, имеют низкие иодные
числа (не выше 3,5 г I2/100 мл) и характеризуются достаточно высо-
кой химической стабильностью. В условиях хранения окислительные
процессы в таких топливах идут очень медленно. Гидроочищенные
реактивные топлива, хотя в них удалены гетеросоединения, тем не ме-
нее легче окисляются кислородом воздуха ввиду удаления природных
антиокислителей и образуют смолоподобные продукты нейтрального
и кислотного характера. Для повышения химической стабильности
гидроочищенных топлив добавляют антиокислительные присадки
(типа ионола). Химическая стабильность реактивных топлив оцени-
вается по иодным числам и содержанию фактических смол.
Термоокислительная стабильность характеризует склонность реак-
тивных топлив к окислению при повышенных температурах с обра-
зованием осадков и смолистых отложений. В условиях авиационных
полетов имеет место повышение температуры топлива в топливных
системах вплоть до 200 °С и выше, например, в сверхзвуковых самолетах.
Окисление топлив при повышенных температурах значительно уско-
ряется за счет каталитического действия материала деталей топливных
систем. Для снижения интенсивности окислительных процессов наибо-
лее эффективно введение в реактивное топливо присадок, пассивирую-
щих каталитическое действие металлов. Оценку термоокислительной
стабильности реактивных топлив проводят в специальных приборах
в статических и динамических условиях. Статический метод оценки
заключается в окислении образца топлива при 150 °С в изолированном
объеме с последующим определением массы образовавшегося осадка
(в мг/100 мл) в течение 4 или 5 ч. Стабильность в динамических услови-
ях оценивают по величине перепада давления в фильтре при прокачке
нагретого до 150…180 °С топлива в течение 5 ч или по образованию
осадков в нагревателе (в баллах).
Повышение термоокислительной стабильности реактивных топлив
обеспечивают технологическими методами (гидроочисткой) и введе-
нием специальных присадок (антиокислительных, диспергирующих
или полифункциональных).
Коррозионная активность реактивных топлив. Она оценивается, как
и для топлив поршневых ДВС, следующими показателями: содержани-
ем общей серы, в т. ч. сероводорода и меркаптановой серы, содержанием
водорастворимых кислот и щелочей, кислотностью и испытанием на
медной пластинке. Топлива должны выдерживать испытание на медной
пластинке (при 100 °С в течение 3 ч), а также в них должны отсутство-
вать сероводород, водорастворимые кислоты и щелочи.
62
Марки реактивных топлив. Отечественными стандартами преду-
сматривается возможность производства реактивных топлив четырех
марок для дозвуковой авиации (Т-1, ТС-1, Т-2 и РТ) и две марки для
сверхзвуковых самолетов – Т-6 (табл. 1.10). Топливо Т-1 – это пря-
могонная керосиновая фракция (150…280°С) малосернистых нефтей.
Выпускают его в очень малых количествах. Т-2 – топливо широкого
фракционного состава (60…280 °С) – признано резервным и в насто-
ящее время не вырабатывается. Наиболее массовыми топливами для
дозвуковой авиации являются ТС-1 и РТ. Топливо ТС-1 – прямогон-
ная фракция 150…250 °С сернистых нефтей. Отличается от Т-1 более
легким фракционным составом. Топливо РТ разработано взамен Т-1
и ТС-1. В процессе его производства прямогонные дистилляты
(135…280 °С) подвергают гидроочистке. Для улучшения эксплуата-
ционных свойств в топливо РТ вводятся присадки противоизносные
марки П (0,002…0,004 % мас.), антиокислительная (ионол 0,003…0,004 %
мас.), антистатические и антиводокристаллизирующие типа тетрагид-
рофурфуролового спирта (ТГФ).
Таблица 1.10 – Требования к качеству реактивных топлив
Показатель ТС-1 РТ Т-6 Т-8В
Плотность при 20 °С, кг/м3, не менее 780 775 840 800
Фракционный состав, температура, °С:
начало кипения, не выше 150 155 – –
начало кипения, не ниже – 135 195 165
10 % , не выше 165 175 220 185
50 % , не выше 195 225 255 –
90 %, не выше 230 270 290 –
98 % , не выше 250 280 315 280
Вязкость кинематическая, мм2 /с:
при 20 °С, не менее 1,25 1,25 4,5 >1,5
при –40 °С, не более 8 16 60 16
Теплота сгорания низшая, кДж/кг, не менее 43 100 43 100 42 900 42 900
Высота некоптящего пламени, мм, не менее 25 25 20 20
Кислотность, мг КОН/100 мл, не более 0,7 0,7 0,1 –
Температура начала кристаллизации, °С, не выше –60 –55 –60 –50
Иодное число, г I2/100 мл, не более 3,5 0,5 0,8 0,9
63
Показатель ТС-1 РТ Т-6 Т-8В
Содержание:
аренов, % , не более 22 22 10 22
фактических смол, мг/100 мл, не более 3 4 4 4
общей серы, % , не более 0,2 0,1 0,05 0,1
меркаптановой серы, % , не более 0,003 0,001 0 0,001
сероводорода, %, не более отсутствие
Испытание на медной пластинке выдерживает
Содержание водорастворимых кислот, щелочей,
мех. примесей и воды отсутствие
Зольность, %, не более 0,003 0,003 0,003
Содержание мыл нафтеновых кислот отсутствие
Содержание нафталиновых углеводородов, %,
не более 1,5 1 1
Термическая стабильность в статических услови-
ях при 150 °С, мг/100 мл, не более:
в течение 4 ч 18 – – –
в течение 5 ч – – 6 6
Термическая стабильность
в динамических условиях при 150...180 °С:
перепад давления на фильтре за 5 ч, МПа,
не более 0,083 0,01 0,01 0,01
отложения на подогревателе, баллы, не более 2 2 0 –
Люминометрическое число, не менее 55 55 45 45
Температура вспышки в закрытом тигле, °С,
не менее 28 28 62 45
Реактивное топливо для сверхзвуковой авиации Т-6 представляет
собой глубокогидроочищенную утяжеленную керосино-газойлевую
фракцию (195…315 °С) прямой перегонки нефти. У топлива низкое
содержание серы, смол, ароматических углеводородов (до 10 % мас.,
а фактическое – 3…7 % мас.), высокая термическая стабильность, хо-
рошо прокачивается, малокоррозийно и используется на самолетах,
имеющих скорости полета до 3,5 М.
Топливо для сверхзвуковой авиации Т-8В представляет собой гид-
роочищенную керосиновую фракцию 165…180 °С сернистых нефтей.
Отечественные реактивные топлива по качеству не уступают зару-
бежным маркам топлив, например ДЖЕТА (А-1) и УР-5, а по некото-
рым показателям превосходят их.