Влияние физико-химических свойств керосина и биотоплив на характеристики газотурбинных двигателей

Cовременной тенденцией развития мировой гражданской авиации является рост пассажирских и грузовых перевозок, что влечет потребление авиакеросина. В этих условиях важное значение приобретает повышение топливной эффективности применяемого авиатоплива. Мировое потребление энергоресурсов непрерывно возрастает, и прежде всего встает вопрос о диверсификации ресурсов нефти, из которой производится основная доля моторных топлив, на другие виды сырья (природный газ, уголь, биомассу) в настоящее время приходится только незначительная часть объема производства. Однако анализ развития авиатоплив свидетельствует, что интенсивно ведутся работы по получению авиатоплив из других источников сырья, и особенно биотоплива. Большое внимание уделяется получению биотоплива из восстанавливаемых источников – водорослей. Проблема массового перехода гражданской авиации на альтернативные виды топлива является сложной и требует решения комплексных как технических, так и экономических вопросов. Одним из таких вопросов является оценка влияния новых видов топлива на служебные характеристики ГТД. Важно дать объективную и быструю оценку влияния применения различных видов топлив на основные характеристики двигателя – дроссельную и высотно-скоростные. При этом необходимо учитывать сложные химические процессы в химмотологической системе новых видов топлива. Для оценки влияния топлив на характеристики ГТД предлагается применить математическую модель, которая бы учитывала основные характеристики самого топлива. Поэтому в работе предложена математическая модель расчета характеристик ГТД с учетом изменения свойств самого топлива. Проведено сравнение процентного соотношения смеси биотоплива и керосина JetA1, а также чистых керосинов JetA1 и ТС-1. Данные расчеты по предложенной модели согласуются с получаемыми характеристиками ГТД в эксплуатации при использовании керосинов JetA1 и ТС-1. Особенно ценным являются полученные характеристики ГТД в зависимости от смеси биотоплива и керосина. Установлено, что смесь биотоплива и керосина изменяет физико-химические характеристики топлива и влияет на изменение тяги двигателя и удельного расхода топлива. Показано, что в зависимости от получаемых физико-химических свойств смеси биотоплива и керосина можно повысить топливную эффективность и экологичность применяемых ГТД.

биотопливо, керосин, физико-химические свойства, математическая модель, тяга, удельный расход топлива, дроссельная и высотная характеристики двигателя

1. Грядунов 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: 10.26467/2079-0619-2019-22-5-67-75

2. Васильев А.Ю. Особенности применения биотопливной смеси в камерах сгорания современных газотурбинных двигателей / А.Ю. Васильев, О.Г. Челебян, Р.С. Медведев // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2013. № 3–2 (41). С. 57–62. DOI: 10.18287/1998-6629-2013-0-3-2(41)-57-62

3. Liu K. Biodiesel as an alternative fuel in Siemens DLE combustors: atmospheric and high pressure rig testing / K. Liu, J.P. Wood, E.R. Buchanan, P. Martin, V.E. Sanderson [Электронный ресурс] // ASME Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2010. Vol. 132, no. 1: 011501. URL: https://doi.org/10.1115/1.3204617 (дата обращения: 10.07.2019).

4. Федоров Е.П., Французова Н.А. Разработка синтетического реактивного топлива из биосырья // Труды ЦИАМ: Прямоточные ВРД и химмотология: сб. науч. ст. / под общ. ред. Л.С. Яновского. 2010. № 1340. С. 107–116.

5. Нургалеев А. Биотопливо нуждается в государственной поддержке [Электронный ресурс] // Отраслевое агентство «АвиаПорт». URL: https://www.aviaport.ru/news/2012/02/01/ 228946.html (дата обращения: 15.03.2019).

6. Lefebvre A.H., Ballal D.R. Gas Turbine Combustion Alternative Fuels and Emissions [Электронный ресурс] // International Renewable Energy Agency. URL: https://www.irena.org/DocumentDownloads/Publications/IRENA_Biofuels_for_Aviation_2017.pdf (дата обращения: 15.06.2019).

7. Завялик И.И. Моделирование функционирования агрегатов топливной системы газотурбинного двигателя летательного аппарата с учетом изменения качества авиационного топлива / И.И. Завялик, В.С. Олешко, В.М. Самойленко, Е.В.Фетисов // Научный Вестник МГТУ ГА. 2016. № 225. С.49–54.

8. Коняев Е.А., Грядунов К.И. Эксплуатационные свойства авиационных горючесмазочных материалов: учебное пособие. М: МГТУ ГА, 2016. 80 c.

9. Нечаев В.М., Ткачев Ф.И. Горюче-смазочные материалы и специальные жидкости: учебное пособие / Университет ГА. Санкт-Петербург, 2015. 60 c.

10. Гишваров А.С. Эксплуатационная надежность топливных систем воздушных судов: учебное пособие. Уфа: УГАТУ, 2008. 298 с.

11. Chishty W.A., Chan T. 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: 10.22261/S5WGLD