Химмотология ракетных и реактивных топлив (1043407), страница 47

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 47)

Вовлечение в переработку новых нефтей вызывает измене­ние углеводородного состава отбираемых фракций реактивного топлива, и, как следствие, или повышение температуры начала кристаллизации при увеличении доли алканов, или ухудшение характеристик сгорания при возрастании доли ароматических

углеводородов, особенно полициклических. Поэтому наряду с указанными выше мерами проводятся работы по доводке авиа­ционных двигателей с целью обеспечения надежной их работы на топливах с ухудшенными характеристиками сгорания.

В нашей стране в начале 80-х годов стандартом на топливо РТ предусмотрено увеличение допустимого содержания арома­тических углеводородов с 18,5 до 22%. За рубежом этот пока­затель достигает 27,5% и полагают, что целесообразно ориенти­ровать машиностроителей на повышение содержания аромати­ческих углеводородов до 35% [239, 242]. Увеличение предельно допустимого содержания ароматических углеводородов будет также способствовать вовлечению в производство реактивных топлив синтетических компонентов, получаемых из угля, слан­цев и других органических материалов.

Один из резервов экономии реактивных топлив — оптимиза­ция требований к их термоокислительной стабильности и изыс­кание наиболее дешевых путей ее обеспечения. Повышенный уровень термоокислительной стабильности реактивных топлив ведет к неоправданным расходам в нефтепереработке. Самый распространенный способ повышения термоокислительной ста­бильности топлива (гидрогенизационная обработка) связан с дополнительным расходом энергии и водорода,, а также неко­торыми потерями целевой фракции, что ухудшает экономические показатели. Поэтому, стремясь экономить энергоресурсы, оче­видно, следует уменьшить до минимума гидрогенизацию топ­лива в процессе производства, заменяя по возможности ее ме­нее энергоемкими процессами, например демеркаптанизацией, и использованием присадок.

Совершенствование конструкции двигателей и летательных аппаратов может дать очень большой эффект экономии реактив­ных топлив. По совершенствованию конструкции авиационных двигателей следует выделить два направления: 1) создание и внедрение новых, наиболее экономичных типов двигателей и 2) совершенствование двигателей тех типов, которые уже полу­чили широкое распространение в эксплуатации.

В 1950-х годах в транспортной авиации доминировали реак­тивные двигатели с воздушным винтом (ТВД), которые в даль­нейшем были вытеснены турбореактивными (ТРД), позволяю­щими развивать более высокие скорости полета, хотя и менее экономичными. В 1960—1970 гг. появились двухконтурные тур­бореактивные двигатели ТРДД, более экономичные по сравне­нию с ТРД, что несколько приблизило их по этому показателю к ТВД. Однако ограниченные запасы нефтяных ресурсов застав­ляют искать пути дальнейшего существенного повышения эко­номичности авиационных двигателей. В связи с этим модифици­руют ТРДД и создают так называемые турбовинтовентилятор-ные реактивные двигатели (ТВВД). В отличие от ТВД они снабжены воздушным винтом с большим числом укороченных лопастей тонкого профиля, и за счет этого имеют к. п. д., рав­

ный к. п. д. ТВД, при больших скоростях полета. В результате ТВВД могут эксплуатироваться на скоростях до 0,8 М с той же экономичностью, что и обычные ТВД на меньших скоростях по­лета [244].

Сравнение двух вариантов транспортных самолетов с турбо­реактивными и турбовинтовентиляторными двигателями, выпол­ненными на одинаковом техническом уровне, показало, что са­молет с ТВВД имеет большую-массу в незаправленном состоя­нии из-за наличия дополнительных винтов и редукторов, но меньшую взлетную массу из-за снижения потребного запаса топ­лива. В результате экономится до 30% топлива и снижаются требования к длине взлетно-посадочной полосы [245]. Преиму­щества ТВВД в наибольшей степени проявляются при более низких числах М полета, а экономия топлива сильно зависит от к. п. д. винтовентилятора. Несмотря на отсутствие надежных данных по ряду технических вопросов, за рубежом считают, что ТВВД могут успешно конкурировать с турбореактивными дви­гателями по топливной экономичности при скоростях полета до 0,7 М и что самолеты с ТВВД могут найти применение в начале 1990-х годов для широкофюзеляжных самолетов, которые бу­дут способны взлетать с неподготовленных полос [245].

Наряду с созданием новых высокоэкономичных двигателей большую экономию топлива может дать также совершенствова­ние авиационных двигателей тех типов, которые уже широко эксплуатируются. Эти работы направлены на повышение к. п. д. двигателей, в основном за счет увеличения степени двухконтур-ности^ повышения температуры газа перед турбиной и степени сжатия компрессора, разработки систем активного управления клиренсом ротора компрессора и турбины, улучшения системы охлаждения, внедрения комплексных централизованных элек­тронно-гидравлических систем автоматического контроля и ре­гулирования режимов работы двигателя. По данным [246], фирма «Pratt and Whitney» рассчитывает за счет улучшения аэ­родинамических характеристик и профилирования рабочих и направляющих лопаток вентилятора, компрессора и турбины, внедрения более надежных графитовых и сотовых уплотнений, повышения жесткости корпуса вентилятора и улучшения систем охлаждения лопаток и корпуса турбины получить экономию 2— 6% в зависимости от конструкции модернизируемых двигателей. Для двигателей фирмы «Rolls-Royce» ожидают снижения удельного расхода топлива в 1990-х годах.на 15% по сравнению с началом 1980-х годов за счет улучшения основных узлов и применения полностью электронной системы регулирования [246].

Совершенствованием двигателей с точки зрения экономии топлива занимаются практически все их разработчики и изгото­вители. По приведенным выше публикациям можно сделать вы­вод, что следует ожидать снижения удельных расходов топлива к середине 1990-х годов на 10—15%.

В совершенствовании конструкции летательных аппаратов с

целью снижения расхода горючего в полете следует выделить три основных направления. Первое из них—улучшение аэро­динамических характеристик летательных аппаратов—может быть осуществлено за счет использования сверхкритических про­филей и удлиненных крыльев, применения автоматических си­стем стабилизации и устройств для повышения подъемной силы, замены клепаных соединений на клеевые и других усовершенст­вований. Так, проведенное фирмой «Lockheed» улучшение аэро­динамических характеристик самолета «L-1011» только за счет улучшения прилегания спойлеров, предкрылков, створок и зали­зов шасси, дверей, лючков и съемных панелей дало экономик» топлива, эквивалентную увеличению дальности крейсерского по­лета на 3% [247].

Второе направление—снижение массогабаритных характе­ристик летательных аппаратов, в частности, за счет использова­ния более легких алюминиевых сплавов и композитных мате­риалов в несиловых элементах конструкции, упрощения и сни­жения массы оборудования салонов и ряда других мероприятий. Считают, что уменьшение массы самолета на 1% сокращает расход топлива в среднем на 0,5% [248].

Третье направление совершенствования конструкции лета­тельных аппаратов—оснащение их приборами для индикации оптимальных параметров полета, увеличение точности показа­ний приборов для определения скорости полета, наличия топ­лива на борту и других приборов, по которым контролируется работа двигателей и самолета в целом. Это обеспечит экономию на каждом крупном самолете в сотни тонн топлива в год. На­пример, ошибка в показаниях скоростемера на величину 0,01 М вызывает перерасход топлива на одном самолете «Боинг-747» более 1000 т в год [249].

Если описанные мероприятия по улучшению конструкции двигателей и летательных аппаратов дадут экономию горючего только через некоторое время, обусловленное проектированием новых разработок и их внедрением, то улучшение технического обслуживания и ремонта, совершенствование использования авиационной техники позволяют экономить горючее сразу же по осуществлению этих мероприятий.

Улучшение технического обслуживания и ремонта летатель­ных аппаратов предполагает постоянный контроль за состояни­ем наружной поверхности их обшивки с тем, чтобы не возрастало аэродинамическое сопротивление. При техническом обслужива­нии и ремонте исключают утечки воздуха через уплотнители дверей и в закрылках, проводят регулировку руля направления, тарировку тахометра и приборов работы двигателей.

При протекании воздуха с нижней поверхности крыла на верхнюю через неправильно отрегулированный зазор пред­крылка расход топлива возрастает на 3%. Увеличение зазора между дверью и окантовкой, эквивалентное по утечке воздуха

площади 32 см², вызывает перерасход топлива на 38 Кг/ч, а на­личие неровности (вмятины) на дверях и люках размером 5 мм приводит к перерасходу топлива на 1,9 кг/ч. Загрязнения, на­капливающиеся во входном тракте двигателя за 1000 ч эксплуа­тации, увеличивают расход топлива на 132 кг/ч. а утечка возду­ха в газовоздушном тракте двигателя, эквивалентная по расхо­ду отверстию площадью 190 см², приводит к перерасходу топли­ва на 30 кг/ч для одного двигателя [247].

Правильная организация полетов с учетом получения макси­мальной экономии горючего осуществляется по различным на­правлениям. Так, если проследить работу летательного аппара­та по времени от начала подготовки к полету до посадки и раз­грузки, можно выделить следующие резервы экономии. Прежде всего—это выбор летательного аппарата: тип самолета и вер­толета, назначаемых на рейс, должен соответствовать дальности маршрута с учетом максимального запаса топлива. В США из достигнутого за последние годы снижения расхода топлива в коммерческой транспортной авиации 37% приходится на повы­шение коэффициента загрузки и 20%—на более оптимальный подбор типов самолетов для обслуживания конкретных воздуш­ных линий [250].

Реализация всех мер по поддержанию чистоты аэродинами­ческих поверхностей самолетов, ликвидации утечек воздуха че­рез уплотнения дверей и в закрылках, правильной регулировка двигателей и выбор высоты и скорости полета на маршруты, пс данным [251], дает 2—3% экономии топлива.

Груз на борту летательного аппарата следует размещать с учетом правильной центровки, соответствующей минимальному аэродинамическому сопротивлению. В настоящее время серьез ное внимание уделяется увеличению пассажировместимости са молетов, снижению массы резервного запаса воды и бортовы? комплектов пищевых продуктов. По данным [252], расхо;

топлива самолетами ДС-8 возрастает почти на 5% в час на каж дые 4,5 т излишнего запаса топлива; при продолжительносп полета 6 ч 30% указанного излишка топлива расходуется на еп

перевозку.

Экономия горючего возможна при отказе от использовани;

бортовой силовой установки в случаях, когда ее можно заменит! наземным источником энергии, например, для запуска двигате лей и наземного кондиционирования, а также при уменьшена времени работы двигателей при прогреве и рулении, использо вании тягачей для буксировки самолетов. По данным междуна родной статистики, 6—8% топлива расходуется на земле. Засче исключения расхода топлива на работу двигателей при ожида нии разрешения на взлет самолета ТУ-154 можно экономит 150—200 кг топлива на каждом вылете и 150—180 кг—за сче использования буксировки самолета [253].

Режим полета по маршруту должен быть оптимальные в том числе скороподъемность, высота, скорость в зависимост

от полетной массы самолета. Наибольший эффект дает расчет маршрута полета, выполняемый ЭВМ, с учетом ветра, темпера­туры воздуха за бортом, погоды на запасных аэродромах и дру­гих данных. При этом стремятся также обеспечить минималь­ный аэронавигационный запас топлива. Большое значение име­ет правильность метеосводок. Зарубежные исследования воз­можности экономии топлива тяжелыми самолетами гражданской авиации при выполнении полетов на большую дальность пока­зали, что за счет улучшения службы глобального прогнозиро­вания погоды можно получать ежегодную экономию на сумму ^1 млрд. дол. [254]. В качестве примера экономии топлива с учетом направления ветра приведен расчет расхода топлива са­молетом В-747 с обычной скоростью на дистанцию 1600 км: при встречном ветре расходуется 38,8 м³ топлива, а при попутном — только 21,8 м³.

При прибытии к месту назначения следует стремиться к ми­нимальному времени предпосадочного маневрирования. В этом большую роль играют диспетчерские службы, организация ра­ционального с точки зрения экономии топлива использования воздушного пространства вблизи аэродрома. По данным [255], потенциальные возможности экономии топлива путем совершен­ствования методов летной и технической эксплуатации находят­ся в пределах 2—8%. Однако эта экономия может быть сведена на нет неудовлетворительной организацией воздушного движе­ния. Например, задержка самолета В-727 в воздухе в зоне аэро­порта на 7 мин ликвидирует всю экономию топлива, достигну­тую применением комплекса мер летным и наземным экипажа­ми. Длительное ожидание разрешения на вылет или посадку для самолетов местных воздушных линий может повысить общий расход топлива более чем на 10% [256]. Посадку летательного аппарата необходимо осуществлять, используя оптимальные ме­тоды выпуска шасси и закрылков. Руление самолета после по­садки как и перед взлетом может производиться с частью вы­ключенных двигателей.

Снижение расхода на вспомогательные нужды может также стать значительным вкладом в экономию реактивного топлива. Прежде всего следует отметить расширение использования тре­нажеров для обучения летного состава и сокращения расхода го­рючего на учебные полеты. К вспомогательным нуждам нужно отнести и расходы горючего на работу авиационных двигателей, приспособленных для различной работы на земле. Примером могут служить тепловые машины с установленными на них выработавшими свой ресурс в полете авиационными газотурбин­ными двигателями, отработавшие горячие газы которых ис­пользуют для очистки от льда, снега и осушки бетонных взлет­но-посадочных полос. Замена такого способа подготовки указан­ных полос на другой, например химический с применением спе­циальных реагентов, позволит сэкономить многие сотни тонн го­рючего в год в каждом аэропорту. Как правило, имеются резер-

вы экономии горючего и расходования его и на других назем­ных установках с авиационными двигателями, а также на пред­приятиях технического обслуживания авиационной техники и на ремонтных заводах.

Характеристики

Список файлов книги