12.2.5. Влияние характеристик топлива на основные параметры двигателя и самолета

Теплота сгорания – одна из важнейших характеристик топлива, от которой непосредственно зависят такие основные параметры двигателя, как удельная тяга и удельный расход топлива и, следовательно, основные летно-технические характеристики самолета и, в первую очередь, дальность полета.

Удельные параметры двигателя и дальность полета самолета связаны с теплотой сгорания топлива определенными зависимостями:

удельная тяга двигателя ;

удельный расход топлива ;

дальность полета самолета ,

где - теплота сгорания топлива, Дж/кг;

- переводный эквивалент, Дж/кгс^.м;

- термический КПД двигателя;

- коэффициент избытка воздуха;

- количество воздуха, необходимое для сгорания одного килограмма топлива, ;

- расход воздуха через двигатель, кг/с;

- расход топлива, потребляемого двигателем, кг/с;

- скорость полета самолета, м/с;

- полный полетный КПД самолета;

- начальная полетная масса самолета, кг;

- конечная полетная масса самолета, кг;

- качество самолета ( - коэффициент подъемной силы; - коэффициент сопротивления).

Из полученных зависимостей видно, что удельная тяга двигателя пропорциональна, а удельный расход топлива обратно пропорционален теплоте сгорания в степени ½. Дальность же полета пропорциональна теплоте сгорания в первой степени и определяется объемной теплотой сгорания топлива. Таким образом, по теплоте сгорания можно судить об энергетических возможностях топлива, реализуемых непосредственно в двигателе и на самолете.

12.2.6. Смазочные свойства топлива

Смазочные свойства топлива определяются в основном его поверхностной активностью, т.е. способностью каких-либо содержащихся в нем веществ адсорбироваться на поверхности металла. Тем самым предотвращается сухое трение деталей топливного насоса на участках высокого контактного давления, выжимающего жидкость из зазора. Из веществ, которые могут содержаться в реактивном топливе, поверхностно активными являются смолы, органические кислоты и другие кислотосодержащие соединения, а также серо- и азотосодержащие соединения, т.е. вещества, присутствие которых вредно с точки зрения термической стабильности и коррозионных свойств топлива.

Глубокая очистка топлива от этих веществ резко усиливает износ.

Существует такое оптимальное содержание примеси или присадки гетероорганических соединений в топливе, которое достаточно для обеспечения смазки насосов и не опасно с точки зрения осадкообразования и коррозии. Существенное улучшение смазочных свойств реактивных топлив достигается путем введения нескольких тысячных долей процента поверхностно-активной присадки. Введение 0,003% нафтеновых кислот в топлива РТ и Т-8В компенсирует ухудшение противоизносных свойств, вызванное «переочисткой».

12.2.7. Нагарообразующие характеристики топлива

При работе газотурбинного двигателя на расчетном режиме полнота сгорания топлива достигает своего максимального значения (приблизительно 0,98). На нерасчетном режиме она может значительно уменьшиться и вызвать неполное сгорание топлива. При неполном сгорании выделяется свободный углерод, который частично уходит с отработавшими газами в виде дыма и сажи, а частично отлагается в виде нагара на стенках камеры сгорания. Возникают также местные перегревы и коробление стенок камеры сгорания вследствие ухудшения их теплопроводности при отложении нагара. Возникает эрозия лопаток турбины отрывающимися кусочками нагара.

Количество и место отложения нагара в камере сгорания в основном зависят от степени совершенства организации процесса сгорания и конструкции самой камеры сгорания. Однако в немалой степени на нагарообразование влияют и физико-химические свойства самого топлива: химический состав углеводородов и их молекулярная масса; фракционный состав топлива и его плотность, наличие в топливе посторонних (в том числе неорганических) примесей. С увеличением молекулярной массы входящих в топливо углеводородов нагарообразование увеличивается.

Выход свободного углерода при сгорании зависит от относительного содержания его в углеводородах топлива. Чем больше относительное содержание углерода в них, тем больше его выделяется в свободном состоянии. Наибольшее относительное содержание углерода характерно для ароматических углеводородов. Наименьшее отложение нагара наблюдается при горении топлив с повышенным содержанием парафиновых углеводородов за счет относительно меньшего содержания в них углерода. При сгорании топлива в числе продуктов сгорания могут находиться и неорганические соединения в виде золы. Количество золы увеличивается при сгорании тяжелых топлив (керосинов) и уменьшается при сгорании легких (бензинов). Зола, содержащаяся в продуктах сгорания, вызывает коррозию и эрозию лопаток турбины и способствует отложению на них нагара.