Содержание
- Авиационный керосин: что это и чем отличается от обычной солярки
- Виды авиационного топлива на основе дизельных фракций
- Жёсткие требования к авиационному горючему
- Где применяют дизельное топливо в авиации
- Присадки и добавки для авиационного керосина
- Хранение и транспортировка авиационного горючего
- Экологические аспекты использования керосина в авиации
- Будущее дизельного топлива в авиации
Когда речь заходит о дизельном топливе, большинство представляет грузовики на трассе или строительную технику на площадке. Но мало кто знает, что похожее по составу горючее поднимает в небо тысячи самолётов ежедневно. Авиационный керосин — это ближайший родственник обычной солярки, только с гораздо более строгими требованиями к качеству.
Авиационный керосин: что это и чем отличается от обычной солярки
Авиационное топливо производят на тех же нефтеперерабатывающих заводах, что и дизель для грузовиков. Технология похожа: нефть нагревают, разделяют на фракции, очищают от примесей. И дизельное топливо, и авиационный керосин получают из средних фракций перегонки нефти — тех, что выкипают при температуре от 150 до 360 градусов.
Но на этом сходство заканчивается. Авиационный керосин проходит многоступенчатую очистку, которая удаляет серу, смолы и ароматические углеводороды. Содержание серы в авиакеросине не превышает 0,001%, тогда как в обычном дизтопливе допускается до 0,035%. Каждая партия проходит проверку на соответствие десяткам параметров.
Главное отличие — температура замерзания. Обычное дизельное топливо застывает при минус 10-35 градусах в зависимости от сезонности. Авиационный керосин остаётся текучим при минус 47-60 градусах. На высоте 10 километров температура за бортом опускается до минус 50 градусов, и горючее не должно превратиться в желе.
Виды авиационного топлива на основе дизельных фракций
Авиация использует несколько марок керосина, каждая из которых разработана под конкретные задачи и климатические условия.
| Марка топлива | Температура замерзания | Где применяют |
|---|---|---|
| ТС-1 | Не выше минус 60°C | Гражданская и военная авиация в холодном климате |
| РТ | Не выше минус 50°C | Гражданские самолёты в умеренном климате |
| Jet A-1 | Не выше минус 47°C | Международные авиалинии (мировой стандарт) |
| Jet A | Не выше минус 40°C | Внутренние рейсы США |
| Jet B | Не выше минус 60°C | Канада, Аляска (более лёгкая фракция) |
ТС-1 — основное горючее российской авиации. Буквы расшифровываются как «топливо сернистое первое». Несмотря на название, серы в нём минимум. Эту марку разработали ещё в СССР для работы в суровых условиях Сибири и Крайнего Севера.
РТ (реактивное топливо) появилось позже как более дешёвый вариант для тёплых регионов. Температура замерзания выше на 10 градусов, но для полётов в южных широтах этого достаточно.
Jet A-1 — международный стандарт, которым заправляют самолёты по всему миру. Российские авиакомпании переходят на эту марку для удобства международных рейсов. Химически Jet A-1 близок к ТС-1, различия в основном касаются стандартов контроля качества.
Жёсткие требования к авиационному горючему
Керосин для самолётов проверяют по 30-40 параметрам. Каждая характеристика влияет на безопасность полёта.
Плотность горючего определяет, сколько энергии получит двигатель из литра топлива. Слишком лёгкий керосин даст меньше мощности, слишком тяжёлый — создаст проблемы с прокачкой. Допустимый диапазон плотности — от 775 до 840 кг на кубометр при 20 градусах.
Вязкость влияет на качество распыления в камере сгорания. Слишком густое горючее плохо испаряется, слишком жидкое — создаёт утечки через уплотнения. При минус 20 градусах вязкость не должна превышать 8 мм² в секунду.
Температура вспышки показывает, насколько безопасно хранить и перевозить топливо. Для авиакеросина этот показатель составляет не менее 38 градусов. Это значит, что при обычной температуре пары горючего не воспламенятся от искры.
Чистота — критически важный параметр. Микроскопические частицы грязи, ржавчины или воды забивают фильтры и форсунки двигателя. Допустимое содержание механических примесей — не больше 1 миллиграмма на литр. Воды должно быть не более 0,003%.
Теплота сгорания определяет, сколько энергии выделится при сжигании килограмма горючего. Для авиакеросина этот показатель составляет не менее 43 мегаджоулей на килограмм. Чем выше теплота сгорания, тем меньше топлива нужно взять на борт.
Где применяют дизельное топливо в авиации
Керосин заправляют не только в пассажирские лайнеры. Список потребителей авиационного горючего гораздо шире.
Гражданская авиация
Пассажирские самолёты сжигают основную долю производимого керосина. Боинг 737 расходует около 2,5 тонн горючего в час полёта. Аэробус A380 — крупнейший пассажирский лайнер — потребляет до 12 тонн в час. Полная заправка A380 составляет 320 тонн, это эквивалент 400 кубометров.
Грузовые самолёты потребляют столько же, сколько пассажирские аналогичного размера. Боинг 747 в грузовой версии берёт на борт до 216 тонн керосина.
Военная авиация
Истребители, бомбардировщики и транспортные военные самолёты заправляют тем же ТС-1, что и гражданские борта. Но военное топливо проходит дополнительные проверки на устойчивость к перепадам температур и перегрузкам.
Истребитель Су-35 вмещает около 11 тонн горючего. На форсаже расход достигает 15 тонн в час, но обычный крейсерский режим требует 3-4 тонны.
Малая авиация
Лёгкие самолёты и вертолёты часто используют авиационный керосин вместо авиационного бензина. Современные турбовинтовые двигатели работают на керосине, который дешевле и безопаснее бензина.
Вертолёт Ми-8 расходует около 600 килограммов керосина в час. Лёгкий турбовинтовой самолёт типа Cessna Caravan потребляет 150-200 литров в час.
Дизельные авиадвигатели
Последние 15 лет производители разрабатывают авиационные дизельные двигатели для малой авиации. Немецкая компания SMA и австрийская Diamond Aircraft выпускают лёгкие самолёты с дизелями, которые работают на обычном автомобильном дизельном топливе оптом в Москве или авиационном керосине.
Преимущество дизелей — расход топлива на 30-40% ниже, чем у бензиновых двигателей. Diamond DA42 с двумя дизельными моторами потребляет всего 55 литров в час против 90 литров у бензинового аналога.
Присадки и добавки для авиационного керосина
Чистый керосин не идеален. Производители добавляют в него специальные вещества, которые улучшают свойства горючего.
Антистатические присадки предотвращают накопление статического электричества при перекачке топлива. Без них искра от статики может воспламенить пары керосина. Добавляют около 3 миллиграммов присадки на литр.
Антиокислительные присадки замедляют окисление керосина при длительном хранении. Окисленное горючее образует смолы, которые забивают фильтры. Концентрация присадки — 10-30 миллиграммов на литр.
Противоизносные присадки защищают топливные насосы от износа. Керосин плохо смазывает трущиеся детали, присадка компенсирует этот недостаток. Добавляют 10-20 миллиграммов на литр.
Деактиваторы металлов связывают ионы меди и других металлов, которые ускоряют окисление топлива. Медь попадает в керосин из баков и трубопроводов. Концентрация деактиватора — около 5 миллиграммов на литр.
Биоциды убивают бактерии и грибки, которые размножаются в конденсатной воде на дне топливных баков. Микроорганизмы образуют слизь, забивающую фильтры. Биоциды добавляют периодически при обнаружении биологического загрязнения.
Хранение и транспортировка авиационного горючего
Авиакеросин капризнее обычного топлива Евро-5 оптом в хранении. Металлические резервуары защищают от прямого солнечного света, который ускоряет окисление. Температура хранения — от минус 50 до плюс 50 градусов.
Каждый бак оборудован системой удаления воды. Вода попадает в керосин с конденсатом и выпадает на дно резервуара. Если не откачивать её регулярно, начинают размножаться бактерии. Воду сливают через специальные краны в нижней точке бака.
Перекачивают керосин по трубопроводам из нержавеющей стали или алюминиевых сплавов. Обычная углеродистая сталь окисляется и загрязняет топливо частицами ржавчины. Скорость перекачки ограничивают — не более 3-4 метров в секунду. При быстрой прокачке накапливается статическое электричество.
Перед заправкой самолёта керосин проходит через несколько ступеней фильтрации. Сначала фильтр-отстойник удаляет воду и крупные частицы. Затем два-три фильтра тонкой очистки задерживают частицы размером более 5 микрометров. Последний фильтр стоит непосредственно на заправочном рукаве.
Транспортируют авиакеросин в специализированных автоцистернах или по топливопроводам. Цистерны изготавливают из алюминия или нержавейки, внутри устанавливают перегородки-волноломы. Они не дают горючему плескаться при движении и перемешивать осадок со дна.
Экологические аспекты использования керосина в авиации
Авиация производит около 2-3% мировых выбросов углекислого газа. Один трансатлантический рейс Москва-Нью-Йорк выбрасывает в атмосферу около 100 тонн CO₂. Это эквивалент годовых выбросов 15-20 легковых автомобилей.
Кроме углекислого газа, авиадвигатели выбрасывают оксиды азота, несгоревшие углеводороды и сажу. Оксиды азота образуются при высоких температурах в камере сгорания — около 2000 градусов. Они разрушают озоновый слой и способствуют образованию смога.
Инверсионные следы от самолётов усиливают парниковый эффект. Водяной пар из выхлопа конденсируется в кристаллы льда на высоте 8-12 километров. Эти тонкие перистые облака отражают инфракрасное излучение обратно к земле.
Производители двигателей снижают выбросы несколькими способами:
- Повышают температуру и давление в камере сгорания — топливо сгорает полнее.
- Оптимизируют форму камеры сгорания — уменьшают образование оксидов азота.
- Увеличивают степень двухконтурности — холодный воздух разбавляет выхлоп и снижает температуру.
- Используют более лёгкие материалы — меньше вес самолёта, меньше расход топлива.
Современный Боинг 787 расходует на 20% меньше керосина, чем предыдущее поколение широкофюзеляжных самолётов. Аэробус A350 экономит до 25% топлива по сравнению с конкурентами аналогичного размера.
Будущее дизельного топлива в авиации
Авиационная отрасль ищет альтернативы традиционному керосину. Главная задача — снизить выбросы углекислого газа без потери безопасности и экономической эффективности.
Синтетическое топливо производят из угля, природного газа или биомассы. Процесс Фишера-Тропша превращает газ или уголь в жидкие углеводороды, химически идентичные нефтяному керосину. ЮАР использовала этот метод ещё с 1950-х годов из-за нефтяного эмбарго.
Синтетический керосин сгорает чище обычного — в нём меньше серы и ароматических углеводородов. Но производство дорогое, и выбросы CO₂ при производстве перечёркивают экологическую выгоду от чистого сгорания.
Биокеросин получают из растительных масел, водорослей или отходов деревообработки. Растения поглощают углекислый газ при росте, поэтому суммарный углеродный след меньше, чем у нефтяного керосина.
Несколько авиакомпаний уже выполняют регулярные рейсы на смеси биокеросина и обычного топлива. KLM использует смесь с 0,5% биокеросина на некоторых рейсах. United Airlines заправляет самолёты смесью 30/70 на маршруте Лос-Анджелес-Сан-Франциско.
Проблема биокеросина — высокая цена. Стоимость в 2-4 раза выше нефтяного аналога. Производство ограничено недостатком сырья. Чтобы покрыть потребности мировой авиации, нужно засеять масличными культурами площадь, сопоставимую с территорией Франции.
Водородное топливо — самая перспективная, но и самая сложная альтернатива. При сгорании водорода образуется только водяной пар. Никакого углекислого газа, сажи или оксидов серы.
Главная проблема — хранение. Водород кипит при минус 253 градусах. Чтобы держать его в жидком виде, нужны криогенные баки с мощной теплоизоляцией. Плотность энергии водорода втрое ниже, чем у керосина — баки займут втрое больший объём.
Airbus объявил о планах создать водородный самолёт к 2035 году. Пока это концепция на бумаге, но компания инвестирует миллиарды евро в исследования. Вероятно, первыми водородными станут небольшие региональные самолёты на 50-100 пассажиров.
Электрические самолёты подходят только для коротких рейсов. Плотность энергии современных батарей в 50 раз ниже, чем у керосина. Электрический самолёт на 50 мест пролетит максимум 500-700 километров.
Несколько стартапов разрабатывают электрические аэротакси на 4-9 пассажиров для городских перелётов. Дальность — 50-100 километров. Такие аппараты появятся в коммерческой эксплуатации к 2025-2027 годам.
Для дальнемагистральных рейсов электричество не подходит. Боинг 777 на электротяге потребовал бы батарею весом около 1500 тонн. Это втрое больше максимальной взлётной массы самого самолёта.
Авиационный керосин останется основным горючим минимум до 2040-2050 годов. Переход на альтернативное топливо займёт десятилетия — нужно заменить тысячи самолётов и перестроить всю инфраструктуру заправки.
