Главная -> Словарь

Сверхзвуковых самолетов

Известно, что в общем объеме эксплуатационных расходов доля расходов на топливо значительно больше на сверхзвуковых самолетах, чем на дозвуковых. Следовательно, даже при современных ценах на реактивные топлива в экономике сверхзвукового самолета стоимость топлива будет занимать большее место, чем в экономике дозвукового. Экономичность сверхзвукового самолета во многом определяется стоимостью применяемого топлива.

Анализ перечня методов, входящих в комплекс, показывает, что ряд эксплуатационных свойств, например испаряемость, воспламеняемость, защитные свойства, электризуемость, стабильность при хранении, оцениваются одним-двумя методами. Для оценки же других эксплуатационных свойств, таких, как совместимость с материалами, используют до 13 методов. Подобное положение объясняется неравнозначностью эксплуатационных свойств по видам проявлений их влияния на работу авиационной техники, а также в некоторой степени стихийностью формирования перечня показателей качества топлив, регламентируемых стандартами на них. Так, показатель высоты некоптящего пламени был введен в требования на осветительные керосины и метод его определения отражает сгорание керосина в осветительных лампах. Однако этот показатель до сих пор сохранился в требованиях даже на те керосины, которые уже используются не в осветительных приборах, а в сверхзвуковых самолетах.

та сгорания. Вследствие особенностей аэродинамических форм объемы топливных баков на сверхзвуковых самолетах ограничены, поэтому энергетический запас топлива на борту, а следовательно, и дальность полета самолета зависят от объемной теплоты сгорания топлива. Чем выше объемная теплота сгорания топлива, тем больше дальность полета летательного аппарата. Наиболее эффективный и технологически наиболее доступный способ повышения объемной теплоты сгорания — увеличение плотности топлива, что достигается утяжелением его фракционного состава, а также оптимизацией углеводородного состава.

Топлива РТ, Т-8, Т-8В и Т-6 вырабатывают с применением каталитических гидрогенизационных процессов : гидроочистки , гидрокрекинга , гидро-деароматизации . В указанных топливах гетероатомные соединения содержатся в незначительных количествах, поэтому топлива характеризуются малой склонностью к образованию отложений в топливных системах и низкой коррозионное агрессивностью. Например, осадок при испытании по методу ГОСТ 11802—66 в этих топливах не превышает^-мг/lW млу~в то время как в топливе ТС-1 он достигает 18 мг/100 мл, а в топливе Т-1-—35 мг/100 мл. Потеря массы медной пластинки при оценке коррозионных свойств этих топлив по ГОСТ 18598—73 не превышает 1 г/м2, а в топливах ТС-1 и Т-1 она достигает 10 и 3 г/м2 соответственно. Малая склонность к образованию отложений и низкая коррозионная агрессивность гидрогенизационных топлив позволяет использовать их на сверхзвуковых самолетах с температурой топлива в топливных системах существенно выше 100 °С .

Эти топлива принято делить на топлива для двигателей дозвуковой авиации и топлива для двигателей сверхзвуковой авиации. Такое деление связано с тем, что температурные условия использования топлив в этих двигателях существенно различаются. В сверхзвуковых самолетах топливо нагревается за счет аэродинамического нагрева всей конструкции самолета. При скорости полета, более чем в 2 раза превышающей скорость звука, топливо может нагреваться до 150—180 °С.

Для различных условий эксплуатации самолетов более важное значение имеет массовая, либо объемная теплота сгорания. Так, поскольку объем топливных баков для самолетов с дозвуковой скоростью полетов строго не ограничен, основное значение имеет массовая теплота сгорания. В сверхзвуковых самолетах, где объем топливных баков жестко лимитирован, превалирующее значение приобретает объемная теплота сгорания. Для всех марок реактивных топлив стандартами и техническими условиями регламентируется массовая теплота сгорания. Значения объемной теплоты сгорания топлива регламентируют косвенно, так как она равна произведению массовой

Охлаждающие свойства играют существенную роль при применении реактивных топ л ив в сверхзвуковых самолетах. В полете со скоростью 2,2 М температура отбираемого наружного воздуха достигает 150°С, что затрудняет охлаждение оборудования самолета . Поэтому желательно использовать в качестве хладоагента реактивное топливо. Для этого используются радиаторы-теплообменники. Количество отводимого топливом тепла зависит от его теплопроводности и теплоемкости. Возможности существенного улучшения охлаждающих свойств топлив практически отсутствуют.

Термоокислительная стабильность характеризует склонность реактивных топлив к окислению при повышенных температурах с образованием 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. Было установлено, что зависимость осадкообразования в топливах при изменении температуры от 100 до 300 °С носит экстремальный характер. Характерно, что для каждого вида топлива имеется своя температурная область максимального осадкообразования. Так, эта температура для топлив ТС-1 и Т-1 составляет 150 и 160 °С соответственно. Чем тяжелее фракционный состав топлива, тем при более высокой температуре наступает максимум осадкообразования. Окисление топлив при повышенных температурах значительно ускоряется за счет каталитического действия материала деталей топливных систем. Для снижения интенсивности окислительных процессов наиболее эффективно введение в реактивное топливо присадок, пассивирующих 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 течение 4 или 5 ч. Стабильность в динамических условиях 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 .

Условия применения углеводородных топлив в ракетных двигателях и в сверхзвуковых самолетах существенно различаются. Например, в советском ракетном двигателе РД-107 с тягой в пустоте 102 т топливо проходит следующий путь по системе топливопита-ния '. Из бака под наддувом газифицированного азота горючее поступает в центробежный насос, откуда через главный клапан — в зарубашечное пространство двигателя. Часть топлива после главного клапана горючего отбирается в систему автоматического управления рабочим процессом, где имеются узлы с зазорами трущихся пар 17—20 мк.

Масла для реактивных двигателей и в частности тех, которые устанавливают на летательных аппаратах, проходят наиболее тщательную проверку. При оценке качества масла учитывают возможные условия эксплуатации и напряженность работы его в двигателе. Последняя характеризуется по температуре масла на выходе из двигателя. По этому показателю двигатели летательных аппаратов условно можно разделить на 4 группы: с температурой масла на выходе соответственно не более 150,, 200, 250 и ЗО0°С. Условия работы, определяемые первой группой, как правило, реализуются в дозвуковой авиации и сверхзвуковых самолетах, летающих со скоростью, не превышающей 1,5М. Ко второй группе относятся самолеты со скоростью полета до 2,0—2,2М, к третьей — до 2,5—2,8М и к четвертой до 3,0—3,2М.

Для применения на дозвуковых самолетах получают топлива марок Т— 1, ТС-1 и РТ, причем последнее может быть использовано также и в сверхзвуковых самолетах с кратковременным полетом со скоростью до 1,5 М. Для длительных полетов со скоростью не более 2,5 М предназначается топливо Т-8, а со скоростью - 2,5-3,5 топливо Т—6.

Отличительной особенностью топливной системы сверхзвукового самолета является ее значительно большая тепловая напряженность. В результате аэродинамического разогрева, а также за счет тепла, отводимого от различных рабочих тел , температура топлива может повыситься до 150—160° С, в то время как на дозвуковых самолетах она редко поднимается выше 50—80° С. В топливных баках сверхзвукового самолета, где топливо находится продолжительное время, температура его к концу полета может повышаться до 125—130° С . В топливных баках дозвукового самолета топливо в процессе полета охлаждается до —20-^30° С. Таким образом, топливо для сверхзвуковых самолетов должно сохранять длительное время свои эксплуатационные свойства при высоких температурах. На сверхзвуковом самолете топливо разогревается до высоких температур в процессе полета со сверхзвуковой скоростью. На участках же полета от взлета до преодоления сверхзвукового барьера топливо находится при относительно невысоких температурах, а в момент запуска силовых установок на земле в зимний период может находиться при отрицательных температурах. Таким образом, топлива для сверхзвуковых самолетов должны сохранять свои эксплуатационные свойства и при низких температурах .

2. СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ТЕРМОСТАБИЛЬНОСТИ ТОПЛИВ ДЛЯ СВЕРХЗВУКОВЫХ САМОЛЕТОВ

Термоокислительная стабильность топлив для сверхзвуковых самолетов может быть повышена следующими способами:

Пожалуй самым эффективным и самым перспективным способом повышения термостабильности топлив для сверхзвуковых самолетов является разработка и применение эффективных присадок. В настоящее время ведутся большие исследования с этой целью. Исследованы сотни органических и неорганических соединений известных и специально синтезированных.

—• для двигателей сверхзвуковых самолетов 176

— для сверхзвуковых самолетов 109

2. Способы повышения термостабильности топлив для сверхзвуковых самолетов...................... 114

Испаряемость реактивных топлив оценивают, как и автобен — зинов, фракционным составом и давлением насыщенных паров. Для реактивных топлив нормируются температура начала кипения, 10, 50, 90 и 98-процентного выкипания фракции. Температура конца кипения регламентируется требованиями прежде всего к низкотемпературным свойствам, а начала кипения — пожарной опасностью и требованием к упругости паров. Естественно, у реактивных топлив для сверхзвуковых самолетов температура начала кипения существенно выше, чем для дозвуковых. В ВРД нашли применение 3 типа различающихся по фракционному составу топлив. Первый тип реактивных топлив, который наиболее распространен, — это керосины с пределами выкипания 135— 150 и 250-280 "С , являющееся смесью бензиновой и керосиновой фракций . Третий тип — реактивное топливо для сверхзвуковых самолетов: утяжеленная керосино-газойлевая фракция с пределами выкипания 195—315 "С .

Марки реактивных топлив. Отечественными стандартами предусматривается возможность производства реактивных топли в 4 марок для дозвуковой авиации и одна марка для сверхзвуковых самолетов — Т-6 . Топливо Т-1 — это прямогонная керосиновая фракция малосернистых нефтей. Выпускают его в очень малых количествах. Т-2 — топливо широкого фракционного состава , признано резервным и в настоящее время не вырабатывается. Наиболее массовыми топливами для дозвуковой авиации являются ТС-1 и РТ. Топливо "С-1 — прямогонная 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 подвергают гидроочистке. ^\ля улучшения эксплуатационных свойств в топливо РТ вводятся присадки противоизносные марки П , антио — кислительная , антистатические и ан — тиводокристаллизирующие типа тетрагидрофурфуролового спирта .

Однако для сверхзвуковых самолетов и крылатых ракет топлива типа Т-2 использованы быть не могут из-за аэродинамического нагрева летящего аппарата. Развитие сверхзвуковой авиации

В процессе эксплуатации сверхзвуковых самолетов происходит шншшение температуры реактивных топлив в результате передачи тепла от силовой установки, использования топлива для охлаждения отдельных узлов самолета и вследствие аэродинамического нагрела поверхности летящего аппарата. Например, установлено, что при скорости полета 2М топливо перед форсункой при длительном полете имеет температуру 180—200 С . Возможный нагрев топлив при эксплуатации некоторых летательных аппаратов приведен в табл. 49.