Применение автомобильного бензина АИ-95 в качестве авиационного топлива
С 15 по 18 апреля в столице проводится первый Международный форум двигателестроения «МФД-2014». В рамках данного форума будут рассмотрены вопросы, касающиеся проблем производства двигателей. В преддверии данного форума Президент Ассоциации «Союз авиационного двигателестроения» В.Чуйко в одном из интервью отметил, отвечая на вопрос о производстве поршневых двигателей для малой авиации, что есть поручение премьер-министра Д.Медведева подготовить постановление, готовятся решения. Но в условиях рыночной экономики государство не участвует в создании и приобретении малого авиатранспорта. Чуйко назвал систему, сложившуюся в управлении, «броуновским движением в замкнутом круге», когда внутри всё движется, трётся друг об друга, но выделяемое при этом тепло не выходит наружу.
В феврале этого года в Москве проходила другая международная конференция «Авиатопливо-2014», на которой обсуждались вопросы, связанные с обеспечением авиационным топливом гражданской авиации РФ и стран СНГ. Предметом обсуждения были вопросы политики государства в сфере обеспечения авиационным топливом, развитие рынка данного вида топлива, проблемы, касающиеся обеспечения качества авиационного топлива и безопасности полётов. Представитель Минтранспорта РФ А.Шнырёв проинформировал присутствующих о том, что Минтранс РФ инициировал на законодательном уровне отмену обязательной сертификации в сфере обеспечения авиатопливом. Шнырёв также подчеркнул необходимость подготовки всей авиационной отрасли к использованию альтернативных видов топлива.
Гендиректор «Авиасервис» С.Ткачёв отметил, что огромной проблемой отечественного рынка авиационного топлива является отсутствие производства авиатоплива.
В связи с этим хотелось бы рассмотреть вопрос эксплуатации автомобильного топлива в качестве альтернативы авиатопливу.
Федеральная программа развития гражданской авиации на ближайшие годы ориентирована лишь на модернизацию турбовинтовых и турбореактивных двигателей. Поршневые высокоэффективные двигатели, способные функционировать на стандартном безопасном в отношении возгорания и взрыва авиационном дизельном топливе, в данном документе обошли вниманием.
В наши дни во многих странах проводят замену ТВД на поршневые двигатели, работающие на дизтопливе. Данный вид двигателей экономичнее и дешевле в производстве. В Германии представлены четырёхтактные дизельные двигатели, удельный вес которых приближается к весу турбовинтовых двигателей, а КПД составляет более 50%. При этом достигается значительная экономия топлива.
Эксплуатационные расходы в результате перехода с турбовинтовых двигателей на двигатели поршневого типа снижаются в пять раз. На территории Российской Федерации данным перспективным направлением никто не занимается.
Другим направлением, разрабатываемым во многих странах, является замена авиационного горючего в поршневых двигателях на автомобильное. В последние годы в Австралии, Великобритании, а также в США проводятся работы по замене авиационного бензина на автомобильное топливо в двигателях поршневого типа. Федеральное управление гражданской авиации, FAA (США) в начале ХХ1 века разрешило применение автомобильного бензина в качестве топлива на лёгких самолётах типа Cessna 150. До принятия этого решения проводились лётные испытания различных партий бензина. Данные испытания включали и проверку на появление паровых пробок в топливной системе. Проводились мероприятия в течение 730 часов. В нашей стране подобные опытные испытания на самолётах Ан-2 проводятся в течение 12 лет, но никаких решений до сих пор не принято.
Авиационный бензин марки Б-91/115, используемый на территории нашей страны, является этилированным топливом, представляющим большую опасность для экологии. При его производстве в качестве специальной добавки используется тетраэтилсвинец, который накапливается в почве. Хранение данного вида топлива, его транспортировка и сам процесс эксплуатации связан с необходимостью иметь специальное оборудование в соответствии с санитарными нормами. Следующее поколение топлива Б-92 также содержит ТЭС. В автомобильном бензине марки АИ-95 тетраэтилсвинца нет.
Процесс складирования продукта и его эксплуатация значительно экономичнее, так как не требует оборудования специальных средств для улавливания и нейтрализации молекул тетраэтилсвинца. Производится автомобильное топливо на многих нефтеперерабатывающих заводах. Процесс перевозки автомобильного топлива давно налажен. Цена АИ-95 во много раз ниже, чем у Б-91/115.
Но следует отметить, что состав высокооктанового бензина АИ-95 требует ряда изменений, для того чтобы данный продукт мог эксплуатироваться в качестве безопасного топлива в авиационной технике.
Свинец, имеющийся в составе авиационного бензина Б-91/115, в ходе целого ряда химических реакций преобразуется в низкоплавкое соединение, которое является, по сути, сухой смазкой и буфером, защищающим клапаны авиационного двигателя от обгорания и прогорания. Для того, чтобы автомобильный бензин обладал подобными свойствами, в его состав необходимо ввести специальные присадки, заменяющие свинец.
Следует помнить, что способность автомобильного топлива образовывать нагар значительно выше, чем у авиационного топлива. Для уменьшения этого процесса в АИ-95 добавляются моющие присадки, вымывающие образующийся нагар.
Содержащиеся в автомобильном топливе ароматические углеводороды имеют способность растворять различные материалы. Количество данных веществ в авиационном топливе в два раза ниже, чем у АИ-95. Соответственно, чтобы снизить количество ароматических углеводородов, требуются дополнительные присадки.
Помимо вышеуказанных веществ автомобильное горючее содержит значительное количество сернистых и кислотных соединений, вызывающих активный коррозионный процесс на поверхности деталей двигателя. Для предотвращения данного процесса необходимо использовать авиационные масла с противокоррозионными добавками.
Одна из наиболее популярных присадок, используемых с целью повышения октанового числа топлива, является метил-трет-бутиловый эфир. Но эта присадка имеет высокую степень гигроскопичности, что приводит к вымыванию её водой из состава бензина. Ещё одним минусом при использовании МТБЭ является образование кристалликов льда при отрицательной температуре, помутнение и даже расслоение бензина с потерей его эксплуатационных свойств.
Следует помнить, что в процессе хранения бензин АИ-95 теряет свои первоначальные качества, а это требует частой проверки бензина для контроля его качества. Также при складировании и перевозке возможно попадание в ёмкости различных инородных частиц, что требует тщательной фильтрации топлива до начала заправки летательного аппарата.
Ни для кого не секрет, что качество автомобильного бензина оставляет желать лучшего. Остаётся большой проблемой процесс распознавания качества топлива.
Рассмотрим подробнее основные свойства автомобильного бензина, имеющие огромное значение при применении данного вида горючего в авиации.
Пусковые свойства обоих видов топлива не отличаются друг от друга. Давление насыщенных паров почти в два раза выше в АИ-95, нежели в Б-91/115. Известно, что чем выше этот показатель, тем больше степень испарения топлива. Данное свойство способствует образованию паровых пробок в системе топлива. Чем выше температура среды, тем больше вероятность образования воздушной пробки. Помимо температурного показателя имеют значение скорость полёта и высота, на которой происходит полёт. Чем выше поднимается самолёт, тем быстрее образуется паровая пробка. При интенсивном образовании паровых пробок происходит закипание топливно-воздушной смеси (кавитация) и перебои с поступлением топлива.
При использовании автомобильного топлива в авиации имеет значение детонационная стойкость, характеризующая способность воздушно-топливной смеси сгорать без детонации (взрыва). При отсутствии детонации мощность двигателя растёт плавно и динамично, он функционирует надёжно при работе на бедных смесях. Бензин Б-91/115, применяемый в двигателе марки АШ-62ИР, на бедных воздушно-топливных смесях имеет октановое число равное 91 единице, определённое по моторному методу. Данный показатель у автомобильного бензина равен 85 единицам, что приводит к нагреву головок цилиндров и снижает мощность двигателя. Для уменьшения детонации в АИ-95 вводят метил-циклопентадиенил-трикарбонил марганца (ММТ). Данная присадка известна под торговым названием «Хайтек-3000».
Быстрое сгорание смеси автомобильного топлива и воздуха вызывает дребезжание клапанов двигателя, их обгорание и прогар.
Все отмеченные нами недостатки высокооктанового бензина АИ-95 влияют на безопасность полётов.
Вместе с тем, они могут быть легко устранены. Необходимо провести ряд мероприятий, условно подразделяемых на несколько видов:
• Конструкционные мероприятия, связанные с разработкой новых агрегатов;
• Тюнинговые мероприятия, при которых проводится разработка программ, настраивающих систему двигателя на работу без детонации;
• Технологические мероприятия, при которых проводится доработка двигателя в ходе эксплуатации;
• Химмотологические мероприятия, в ходе которых проводится изменение свойств АИ-95 в лучшую сторону;
• Контрольные мероприятия, позволяющие импользовать только бензин соответствующего качества;
• Организационные мероприятия, оптимизирующие переход с дорогого и экологически опасного Б-91/115 на более безопасный и дешёвый АИ-95.
Проведение данных мероприятий требует участия государства, так как эксплуатирующие организации не могут самостоятельно, незаконно, действовать в данном направлении.
