cahtНаучный вестник МГТУ ГАCivil Aviation High Technologies2079-06192542-0119Moscow State Technical University of Civil Aviation (MSTU CA)10.26467/2079-0619-2020-23-3-17-28caht-1700Research ArticleТРАНСПОРТTRANSPORTОбоснование соотношения биотоплива и керосина в смеси для её применения в качестве авиатопливаSubstantiation of the ratio of biofuel and kerosin in the mixture for its application as aviation fuelСамойленкоВ. М.SamoylenkoV. M.

Самойленко Василий Михайлович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой авиатопливообеспечения и ремонта летательных аппаратов

г. Москва

Vasily M. Samoylenko, Doctor of Technical Sciences, Professor, the Head of the Aviation Fuel Supply and Aircraft Repair Chair

Moscow

v.samoilenko@mstuca.aeroГрядуновК. И.GryadunovK. I.

Грядунов Константин Игоревич, кандидат технических наук, доцент кафедры авиатопливообеспечения и ремонта летательных аппаратов

г. Москва

Konstantin I. Gryadunov, Candidate of Technical Sciences, the Associate Professor of the Aviation Fuel Supply and Aircraft Repair Chair

Moscow

k.gryadunov@mstuca.aeroТимошенкоА. Н.TimoshenkoA. N.

Тимошенко Андрей Николаевич, кандидат технических наук, доцент кафедры авиатопливообеспечения и ремонта летательных аппаратов

г. Москва

Andrey N. Timoshenko, Candidate of Technical Sciences, the Associate Professor of the Aviation Fuel Supply and Aircraft Repair Chair

Moscow

a.timoshenko@mstuca.aeroАрдешириШ.ArdeshiriS.

Ардешири Шади, младший научный сотрудник

г. Монреаль

Ardeshiri Shadi, Junior Research Fellow

Montreal

shadiardeshiri@gmail.comМосковский государственный технический университет гражданской авиацииРоссияMoscow State Technical University of Civil AviationRussian FederationАвиатранспортное бюро в Международной организации гражданской авиации «ИКАО»КанадаAir Transport Bureau of the International Civil Aviation Organization (ICAO)Canada2020030720202331728Copyright © Самойленко В.М., Грядунов К.И., Тимошенко А.Н., Ардешири Ш., 20202020Самойленко В.М., Грядунов К.И., Тимошенко А.Н., Ардешири Ш.Samoylenko V.M., Gryadunov K.I., Timoshenko A.N., Ardeshiri S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://avia.mstuca.ru/jour/article/view/1700

На сегодняшний день активно развиваются технологии по производству альтернативных видов топлива и по разработке двигателей на иных принципах работы, что обусловлено как ужесточением экологических требований ИКАО (Международная организация гражданской авиации) по вредным выбросам в атмосферу и истощением невозобновляемых ресурсов, так и интересами стран – импортёров нефти. К качеству авиационных топлив предъявляются жёсткие требования, связанные с обеспечением надёжности авиационной техники и безопасности полётов. Ужесточение требований к показателям качества неизбежно приводит к удорожанию топлива, поэтому на сегодняшний день мы можем наблюдать некоторые послабления в отечественных и иностранных нормативных документах к некоторым показателям качества авиационных топлив, например, к показателям низкотемпературных свойств. Отсюда следует, что применение нефтяных топлив рано или поздно станет нецелесообразным. Технологии производства синтетических и биологических топлив из различных видов сырья позволяют получить топливо с близкими показателями качества к традиционному керосину, но полностью его заменить пока не удаётся. Поэтому сегодня рассматривается вопрос применения альтернативных топлив в смеси с нефтяным керосином в различных пропорциях. Остаётся открытым вопрос: в какой пропорции возможно применять смеси альтернативного топлива с керосином на ВС без всевозможных негативных последствий для их эксплуатации. На основании известных зависимостей в работе предложена математическая модель для расчёта некоторых эксплуатационных показателей топлива, двигателя и ВС в зависимости от пропорции смешивания альтернативного топлива и керосина. На основании проведённых расчётов обосновано наиболее рациональное соотношение нефтяного керосина и топлива SPK как с точки зрения необходимых эксплуатационных свойств, так и с точки зрения экономической целесообразности.

Today, technologies for the production of alternative fuels and for the development of engines on different operating principles are actively developing, due to both the tightening of the environmental requirements of ICAO (International Civil Aviation Organization) for harmful emissions into the atmosphere and the depletion of non-renewable resources, and the interests of the oil importing countries. Strict requirements are imposed on the quality of aviation fuels related to ensuring the reliability of aviation technology and flight safety. Requirement toughening for quality indicators will inevitably lead to higher fuel prices, so today we can observe some concessions in domestic and foreign regulatory documents to certain quality indicators of aviation fuels, for example, to indicators of low-temperature properties. It follows that the use of petroleum fuels will sooner or later become inappropriate. Technologies to produce synthetic and biological fuels from various types of raw materials make it possible to obtain fuel with close quality indicators to traditional kerosene, but it has not yet been completely replaced. Therefore, today we are considering the use of alternative fuels in a mixture with petroleum kerosene in various proportions. The question remains open: in what proportion is it possible to use mixtures of alternative fuel with kerosene on the aircraft without any negative consequences for their operation. Based on the known dependencies, a mathematical model is proposed for calculating some operational indicators of fuel, engine and aircraft depending on the proportion of mixing alternative fuel and kerosene. In accordance with the calculations, the most rational ratio of petroleum kerosene and SPK fuel is substantiated both from the point of view of the necessary operational properties and from the point of view of economic feasibility.

эксплуатационные свойствабиотопливотопливная смесьпоказатели качества топливасинтетический керосинoperational propertiesbiofuelfuel mixturefuel quality indicatorssynthetic keroseneReferencesФедоров Е.П., Французова Н.А. Разработка синтетического реактивного топлива из биосырья / Под общ. ред. Л.С. Яновского // Труды ЦИАМ: Прямоточные ВРД и химмотология: сб. науч. ст. 2010. № 1340. С. 107–116.Fedorov, E.P. and Frantsuzova, N.A. (2010). Development of synthetic jet fuel from bioraw materials. Ramjet WFD and Chemmotologi, in L.S. Yanovskii (Ed.). Proceedings of CIAM, no. 1340, pp. 107–116. (in Russian)Глаголева О.Ф., Белоконь Т.Н. Топлива для двигателей внутреннего сгорания и альтернативная энергетика // «55 лет химмотологии. Основные итоги и направления развития»: тезисы докладов Межведомственной научно-технической конференции. Москва, 27 ноября 2019 г. С. 49.Glagoleva, O.F. and Belokon, T.N. (2019). Topliva dlya dvigateley vnutrennego sgoraniya i alternativnaya energetika [Fuels for internal combustion engines and alternative energy]. 55 let khimmotologii. Osnovnyye itogi i napravleniya razvitiya: tezisy dokladov Mezhvedomstvennoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii [Proceedings of the Interdepartmental scientific and technical conference «55 years of chemmotology. Main results and directions of development» reports], p. 49. (in Russian)Николайкин Н.И., Мельников Б.Н., Большунов Ю.А. Перевод на альтернативные виды топлива как способ повышения энергетической и экологической эффективности транспорта // Научный Вестник МГТУ ГА. 2010. № 162. С. 12–21.Nikolaykin, N.I., Melnikov, B.N. and Bolshunov, Yu.A. (2010). Transfer into alternative kinds of fuel as the way of transport power and ecological efficiency increase. Nauchnyy Vestnik MGTU GA, no. 162, pp. 12–21. (in Russian)Glover B.M. Boeing and the environment: our commitment to a better future: presentation of boeing management company. Seattle (USA): Boeing Management Company, 17.06.2008. 40 p.Glover, B.M. (2008). Boeing and the environment: our commitment to a better future: presentation of boeing management company, Seattle (USA): Boeing Management Company, 40 p.Васильев А.Ю., Челебян О.Г., Медведев Р.С. Особенности применения биотопливной смеси в камерах сгорания современных газотурбинных двигателях // Вестник СГАУ им. Академика С.П. Королева. 2013. № 3 (41). С. 57–62.Vasilev, A.Yu., Chelebyan, O.G. and Medvedev, R.S. (2013). Peculiarities of application of biofuel mixture in combustion chambers of modern gas turbine engines. Vestnik SGAU imeni Akademika S.P. Koroleva, no. 3 (41), pp. 57–62. (in Russian)Schmidt M. Challenges for ground operation arising from aircraft concepts using alternative energy / M. Schmidt, A. Paul, M. Cole, K.O. Ploetner // Journal of Air Transport Management. 2016. Vol. 56. Part B. Pp. 107–117. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jairtraman.2016.04.023Schmidt, M., Paul, A., Cole, M. and Ploetner, K.O. (2016). Challenges for ground operation arising from aircraft concepts using alternative energy. Journal of Air Transport Management, vol. 56, part B, pp. 107–117. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jairtraman.2016.04.023Грядунов К.И. Сравнительный анализ показателей качества авиационных керосинов, биотоплив и их смесей / К.И. Грядунов, А.Н. Козлов, В.М. Самойленко, Ш. Ардешири // Научный Вестник МГТУ ГА. 2019. Т. 22, № 5. С. 67–75. DOI: 10.26467/2079-0619-2019-22-5-67-75Gryadunov, K.I., Kozlov, A.N., Samoilenko, V.M. and Ardeshiri, Sh. (2019). Comparative analysis of quality indicators of aviation kerosine, biofuels and their mixtures. Civil Aviation High Technologies, vol. 22, no. 5, pp. 67–75. DOI: 10.26467/2079-0619-2019-22-5-67-75. (in Russian)Бащенко Н.С., Аджиев А.Ю., Шеин О.Г. Возможности получения нового авиационного топлива – АСКТ // Экспозиция нефть и газ. 2009. № 5. С. 40–41.Bashchenko, N.S., Adzhiev, A.Yu. and Shein, O.G. (2009). Vozmozhnosti polucheniya novogo aviatsionnogo topliva – ASKT [Opportunities for obtaining new aviation fuel-ASKT]. Exposition Oil & Gas, no. 5, pp. 40–41. (in Russian)Ратнер С.В. Инновации в авиастроении: анализ результатов исследовательских программ по разработке альтернативных видов авиационного топлива // Национальные интересы: приоритеты и безопасность. 2018. Т. 14, № 3. С. 492–506. DOI: 10.24891/ni.14.3.492Ratner, S.V. (2018). Innovation in the aircraft industry: An analysis of results of research programs for developing alternative types of aviation fuel. National Interests: Priorities and Security, vol. 14, no. 3, pp. 492–506. DOI: 10.24891/ni.14.3.492. (in Russian)Fu J. Direct production of aviation fuels from microalgae lipids in water / J. Fu, C. Yang, J. Wu, J. Zhuang, Z. Hou, X. Lu // Fuel. 2015. Vol. 139. Pp. 678–683. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2014.09.025Fu, J., Yang, C., Wu, J., Zhuang, J., Hou, Z. and Lu, X. (2015). Direct production of aviation fuels from microalgae lipids in water. Fuel, vol. 139, pp. 678–683. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2014.09.025Гишваров А.С. Эксплуатационная надежность топливных систем воздушных судов: учеб. пособие. Уфа: УГАТУ, 2008. 298 с.Gishvarov, A.S. (2008). Ekspluatatsionnaya nadezhnost toplivnykh system vozdushnykh sudov: uchebnoye posobiye [Operational reliability of aircraft fuel systems: textbook. Allowance]. Ufa: UGATU, 298 p. (in Russian)Законы горения / Под общ. ред. Ю.В. Полежаева. М.: Энергомаш, 2006. 352 с.Polezhaev, Yu.V. (Ed.). (2006). Zakony goreniya [The laws of combustion]. Moscow: Energomash, 352 p. (in Russian)Демская И.А., Разносчиков В.В. Методика определения новых составов альтернативных топлив // Вестник Московского авиационного института. 2012. Т. 19, № 5. С. 72–80.Demskaya, I.A. and Raznoschikov, V.V. (2012). Metodika opredeleniya novykh sostavov alternativnykh topliv [Methodology for determining new compositions of alternative fuels]. Aerospace MAI Journal, vol. 19, no. 5, pp. 72–80. (in Russian)Теоретические основы химмотологии / Под ред. А.А. Браткова. М.: Химия, 1985. 320 с.Bratkov, A.A. (Ed.). (1985). Teoreticheskiye osnovy khimmotologii [Theoretical foundations of chemmotology]. Moscow: Khimiya, 320 p. (in Russian)Пискунов В.А. Химмотология в гражданской авиации: справочник / В.А. Пискунов, В.Н. Зрелов, В.Т. Василенко и др. М.: Транспорт, 1983. 248 с.Piskunov, V.A. (1983). Himmotologiya v grazhdanskoy aviatsii: spravochnik [Chemmotology in civil aviation: directory]. Moscow: Transport, 248 p. (in Russian)Литвинов А.А. Основы применения горюче-смазочных материалов в гражданской авиации: учебник для вузов. М.: Транспорт, 1987. 308 с.Litvinov, A.A. (1987). Osnovy primeneniya goryuche-smazochnykh materialov v grazhdanskoy aviatsii. Uchebnik dlya VUZ [Bases of fuels and lubricants application in civil aviation: Textbook for Universities]. Moscow: Transport, 308 p. (in Russian)Дубовкин Н.Ф. Справочник по углеводородным топливам и их продуктам сгорания. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1962. 288 с.Dubovkin, N.F. (1962). Spravochnik po uglerodnym toplivam i ikh produktam sgoraniya [Handbook on the thermophysical properties of hydrocarbon fuels and their products of combustion]. Moscow-Leningrad: Gosenergoizdat, 288 p. (in Russian)Дубовкин Н.Ф. Физико-химические и эксплуатационные свойства реактивных топлив: справочник / Н.Ф. Дубовкин, В.Г. Маланичева, Ю.П. Массур, Е.П. Федоров. М.: Химия, 1985. 240 с.Dubovkin, N.F., Malanicheva, V.G., Massur, Yu.P. and Fedorov, E.P. (1985). Fizikokhimicheskiye i ekspluatatsionnyye svoystva reaktivnykh topliv: spravochnik [Physical and chemical and operational properties of jet fuels: directory]. Moscow: Khimiya, 240 p. (in Russian)Серёгин Е.П. Развитие химмотологии. М.: Первый том, 2018. 880 с.Seregin, E.P. (2018). Razvitiye himmotologii [Development of chemmotology]. Moscow: Pervyy tom, 880 p. (in Russian)Хворенкова А.Ж. Теория горения и взрыва: сб. задач. Екатеринбург: Изд-во УрГУПС, 2014. 80 с.Khvorenkova, A.Zh. (2014). Teoriya goreniya i vzryva: sbornik zadach [Theory of combustion and explosion: collection. Task]. Yekaterinburg: Izdatelstvo UrGUPS, 80 p. (in Russian)Кульчицкий А.Р. Топлива для энергоустановок. Расчет термохимических показателей: учеб. пособие. Владимир: Изд-во Владим. гос. ун-та, 2009. 100 с.Kulchitskiy, A.R. (2009). Topliva dlya energoustanovok. Raschet termokhimicheskikh pokazateley: uchebnoye posobiye [Fuel for power plants. Calculation of thermochemical parameters: textbook]. Vladimir: Izdatelstvo Vladimirskogo gosudarstvennogo universiteta, 100 p. (in Russian)Chishty W.A. Benchmarking data from the experience gained in engine performance and emissions testing on alternative fuels for aviation / W.A. Chishty, T. Chan, P. Canteenwalla, C.R. Davison, J. Chalmers // Journal of the Global Power and Propulsion Society. 2017. Pp. 195–210. DOI: https://doi.org/10.22261/S5WGLDChishty, W.A., Chan, T., Canteenwalla, P., Davison, C.R. and Chalmers, J. (2017). Benchmarking data from the experience gained in engine performance and emissions testing on alternative fuels for aviation. Journal of the Global Power and Propulsion Society, pp. 195–210. DOI: https://doi.org/10.22261/S5WGLD

The authors declare that there are no conflicts of interest present.