przyszłość paliw ogólnego Lotnictwa
obecnie dwa główne rodzaje paliwa stosowane w lotnictwie to Avgas 100ll i Jet A-1; Jet A-1 do silników turbinowych i Avgas do silników tłokowych z zapłonem iskrowym. Jeśli jesteś pilotem lotnictwa ogólnego, tym, który prawdopodobnie znasz bardziej, jest Avgas i właśnie na tym będziemy się koncentrować.
jak zapewne wiesz, Avgas zawiera Tetra Ethyl Lead (TEL) – dodatek, który został ostatnio zakazany w paliwach samochodowych w Unii Europejskiej ze względów środowiskowych. Chociaż całkowita ilość paliwa zużywanego w lotnictwie wynosi mniej niż 0,5% paliwa wykorzystywanego w sektorze motoryzacyjnym w Europie, Lobbyści środowiskowi wywierają znaczną presję na usunięcie lub zastąpienie TEL w Gazie Avgas i wyprodukowanie klasy bezołowiowej.
aby zrozumieć, co się z tym wiąże, musimy najpierw przyjrzeć się, jakie korzyści ma TEL. Jak być może wiesz z problemów z paliwami samochodowymi, związki ołowiu z TEL tworzą warstwę ochronną na gnieździe zaworu i zapobiegają erozji miękkich gniazd zaworów. Bez TEL małe obszary miękkiego metalowego gniazda zaworu połączą się z zaworem i zostaną „wyrwane” z powierzchni gniazda.
po przymocowaniu do zaworu tworzą one powierzchnię ścierną, która dodatkowo uszkadza gniazdo zaworu. Ta kombinacja działań jest znana jako recesja Gniazda Zaworu (VSR), ponieważ gniazdo zaworu jest zużyte i wgłębienia w głowicy cylindrów. Rozwiązaniem tego problemu jest użycie dodatku VSR lub dopasowanie hartowanych gniazd zaworów, które są odporne na to działanie.
dodatki VSR są obecnie powszechnie stosowane w benzynie zastępczej ołowiu w samochodach, jednak z kilku powodów nie są jeszcze dopuszczone do stosowania w silnikach lotniczych. Oznacza to, że jedyną obecną metodą zapobiegania recesji gniazd zaworów w silnikach lotniczych wykorzystujących paliwa bezołowiowe byłoby dopasowanie utwardzonych gniazd zaworów. Jest to powszechne w nowych produkcji silników Avco Lycoming i Teledyne Continental, ale niektóre starsze silniki wymagają modyfikacji.
innym, bardziej znaczącym problemem z paliwami bezołowiowymi jest liczba oktanowa.
liczba oktanowa jest miarą odporności paliwa na detonację lub „różowienie”; im wyższa liczba oktanowa, tym bardziej mieszanka paliwowo-powietrzna może być sprężona bez detonacji. Aby było to jasne, liczba oktanowa nie jest miarą ilości energii w paliwie, ale jest miarą jego odporności na detonację.
zaletą lub paliw o wyższej liczbie oktanowej jest to, że można zastosować wyższy współczynnik sprężania lub współczynnik doładowania, co prowadzi do wyższej wydajności cyklu silnika, co z kolei oznacza większą moc wyjściową dla danego zużycia paliwa. Jednak, aby jeszcze bardziej zmylić, istnieją cztery główne sposoby pomiaru oceny oktanowej, RON, MON, Lean Mixture i rich Mixture ratings.
paliwa drogowe mierzone są zazwyczaj w skali RON, dla których paliwa bezołowiowe zwykle wynoszą 95-98 RON, ale tylko 85-87 MON. Avgas jest mierzony na mieszance chudej (podobnej do MON), ale ma również bogatą ocenę oktanową mieszaniny.
ocena chudej mieszaniny wynosi 100 oktanów (15 oktanów więcej niż porównywalne 85 MON dla bezołowiowych moga), ale Avgas ma również bogatą ocenę mieszaniny 130, co pozwala na stosowanie wyższych ciśnień doładowania doładowania bez wystąpienia detonacji. Jest to szczególnie problem podczas używania ustawień dużej mocy na małej wysokości, na przykład podczas startu.
jak widać TEL w Avgas robi znaczącą różnicę w ocenie oktanowej i bez niej oceny oktanowe wróciłyby do 80 – 85% mieszanki-poziomu dla paliw drogowych-zamiast 100 / 130. Nie stanowi to problemu dla większości typowych nowoczesnych silników wolnossących, ponieważ ich współczynniki sprężania są dość skromne, a detonacja nie stanowiłaby problemu z 80 – 85 chudym paliwem Oktanowym.
jednak w przypadku samolotów z silnikami z doładowaniem lub z turbodoładowaniem stosowanie niskooktanowych paliw bezołowiowych nie byłoby odpowiednie. Jedynym sposobem na eksploatację tych silników turboodrzutowych na obecnych paliwach bezołowiowych byłoby znaczne zmniejszenie ciśnienia doładowania i masowe zmniejszenie szybkości silników. Spadek ten byłby tak poważny, że wiele silników nie byłoby już wystarczająco mocnych dla danego samolotu.
nowoczesne paliwa bezołowiowe w lotnictwie są obecnie opracowywane, takie jak 82UL w Stanach Zjednoczonych. Jest to 82-oktanowa mieszanka beztłuszczowego paliwa i jest dopuszczona do stosowania m.in. w nowoczesnych silnikach Avco lycomings non turbo. Jednak nie jest on jeszcze dostępny w Europie, ale nie każdy może z niego korzystać – producent samolotu musi przedstawić dokument modyfikacji samolotu, aby zatwierdzić jego użycie.
niektóre nowe Cessny są zatwierdzone do stosowania 82UL, ale większość typów samolotów nie ma obecnie zatwierdzenia producenta. Potencjalna ilość samolotów z silnikiem tłokowym Avgas na całym świecie, które mogłyby korzystać z tej klasy, szacowana jest na około 60%, chociaż niektóre z nich prawdopodobnie wymagałyby modyfikacji układu paliwowego przed zatwierdzeniem.
do tej pory nie ma dostępnych dodatków zastępujących TEL, które zwiększają liczbę oktanową-dodatki stosowane w samochodowych paliwach zastępujących ołów rozwiązują tylko problem recesji gniazda zaworu i nie wpływają na liczbę oktanową paliwa. W związku z tym, gdyby avgas 100LL miał zniknąć, jedyną inną opcją dostępną obecnie dla właścicieli z silnikami turbodoładowanymi lub doładowanymi byłoby wprowadzenie przez producenta samolotu modyfikacji w celu zastąpienia ich silnika silnikiem turbośmigłowym lub wysokoprężnym.
to prowadzi nas do innych ostatnich postępów w General Aviation silników; rozwój przez kilku producentów silników technologii silników wysokoprężnych. Shell współpracuje ze wszystkimi głównymi potencjalnymi producentami silników wysokoprężnych w lotnictwie i ściśle współpracuje nad tymi projektami. Silniki te potencjalnie oferują kilka istotnych zalet w stosunku do silników Avgas.
zwracają do 30% niższe zużycie paliwa, używają Jet a-1 zamiast Avgas i mają potencjał do modernizacji wielu lekkich samolotów, zastępując ich obecne silniki typu Avgas. Minusem będzie koszt wymiany silnika i modyfikacji samolotu i chociaż niektóre aplikacje mogą być w stanie skorzystać z tej technologii, nie będzie to rozwiązanie dla wszystkich.
podsumowując, silniki lotnicze stanowią wiele unikalnych wyzwań dla rozwoju Avgas i jako takie nie ma jeszcze ustalonej daty, aby zastąpić Avgas 100ll, ale nie ma wątpliwości, że ostatecznie ołowiane Avgas zostaną wycofane z użycia. Nie wydaje się to jednak prawdopodobne, dopóki nie będą dostępne odpowiednie, w pełni rozwinięte alternatywy; sytuacja, która prawdopodobnie nastąpi kilka lat w przyszłości.