航空航天燃料概论

航空航天燃料概论

“民以食为天”,而飞机火箭这些巨无霸不仅仅要飞上蓝天冲向宇宙往往还要有很大的负重，那么它们的能量来源是什么呢？这是一直困扰我的问题，这学期选修了朱岳麟老师的航空航天燃料概论的课程，我对于航空航天燃料有了一些初步的认识，。课后我还在网上查找相关内容的资料，在图书馆借阅相关书籍，对航空航天燃料有了更深一步的了解。

航空燃料与航天燃料是不同的概念，二者不能简单地混为一谈。首先我来谈谈航空燃料。航空燃料是本世纪初，随着飞机的诞生而出现的。航空燃料包括供点燃式活塞发动机用的航空汽油和供燃气涡轮发动机用的喷气燃料(俗称航空煤油)。目前主要由石油加工制得。对所有航空燃料组成的共同要求，就是他们应当是只含有专用添加剂的、纯粹的烃类混合物。但由于不同类烃的性能不同，对某些烃类如芳香烃和烯烃的含量有一定的限制。残留在燃料中的非烃如：含氧、含硫、含氮等杂有机化合物及其燃烧产物，不仅引起系统金属零部件腐蚀，而且还会污染大气，且在燃料中容易被氧化缩合成胶质和沉淀物，引起燃料系统堵塞等，通常认为是不理想组分，在燃料的标准中以不同的方式加以严格限制。

目前，世界各航空公司所使用的航空燃料主要有两大类：航空汽油和喷气燃料，分别适用不同类型的飞机发动机。航空汽油用在活塞式航空发动机的燃料。航空活塞式发动机与一般汽车发动机工作原理相同，只是功率大，自重轻一些，因而对航空汽油的质量要求和车用汽油就有类似之处。现在这种发动机只用于一些辅助机种，如直升机、通讯机、气象机等，所以相应的航空汽油的用量也大大减少。随着航空工业和民航事业的发展，民航的大型客机的动力装置逐步被涡轮喷气发动机代替。这种发动机推动飞机向前飞行，通过把燃料燃烧转变为燃气产生推力，使用的燃料称为喷气燃料，由于国内外普遍生产和广泛使用的喷气燃料多属于煤油型，所以通常称之为航空煤油，简称航煤。

现行最常用的航空煤油，是以煤油为基础的JET A-1，并根据国际标准规格生产。在美国，另有一种型号的JET A-1煤油，称为JET A。另一种常用的民用航空煤油是JET B，这是一种以石脑油与煤油混合配方制成的航空煤油，主要是为改善寒冷天气下的性能而制的。不过，JET B航空煤油的重量较低，处理时的危险性较大，因此只有在寒冷天气而有绝对需要时才会使用。

两种航空煤油都具有一些添加剂主要有：四乙基铅（TEL, Tetra-ethyl lead ），以提高燃油的闪点；抗氧化剂，用来防止起胶，通常为碱性酚，如AO-30、AO-31或AO-37；防静电剂，以消减静电并防止发生火花；其中一个例子是Stadis 450，含有dinonylnaphthylsulfonic acid (DINNSA)作为有效成分；腐蚀抑制剂，例如用于民用与军用燃料的DCI-4A，以及军用燃料专用的DCI -6A；燃料系统结冰抑制剂(FSII)，例如二乙烯甘油单甲基醚，一般在使用前才混合，这样，具有燃料加热管道的飞机，就不需要额外支付此类添加剂的费用；杀灭生物的添加剂。

对于航空燃料的发展前景，大体的方向已经确定，还需要研究人员进一步的实验证明。目前由于燃油紧缺和价格上涨使得替代性航空燃料的研究成为当务之急。生物柴油是清洁的可再生能源它以大豆和油菜籽等油料作物、油棕和黄连木等油料林木果实、工程微藻等油料水生植物以及动物油脂、废餐饮油等为原料制成的液体燃料是优质的石油柴油代用品。生物柴油具有以下优点:

1 原料易得且价廉。用油菜籽和甲醇为生产原料可以从根本上摆脱对石油制取

燃油的依赖。

2 有利于土壤优化。种植油菜可与其他作物轮种改善土壤状况调整平衡土壤养分挖掘土壤增产潜力。

3副产品具有经济价值。生产过程中产生的甘油、油酸卵磷脂等一些副产品市场前景较好。

4 环保效益显著。生物渣燃烧时不排放二氧化硫，排出的有害气体可获得充分降解，有利于生态环境保护。生物柴油是典型“绿色能源”是研究和实验的热点。除了生物燃料之外，利用可再生资源来合成航煤也是一种应急办法。目前再生合成的方式很多有灯烟提纯和煤制油等。灯烟提纯就是利用回收的旧轮胎燃烧后所产生的灯烟几乎100 是碳来作提纯的材料对成千上万的旧轮胎进行循环利用煤制油就是把相对不便于运输、贮存、使用的固态燃料转变为液态燃料，把相对污染程度较严重的“煤”转化为更洁净的“油”的技术。简单地讲就是将煤炭进行液化。目前再生资源合成航煤尚处在工业化试验和示范阶段，还存在技术和工程放大风险需进一步进行大量的实验和摸索。除此以外，我们还学习了有关航天燃料的知识，如火箭的固体、液体燃料及特殊飞行器的燃料等。其相关构成及性能与航空燃料有很大的相似之处。在航天燃料中，燃料电池有很大的应用。按电解质的不同在航天领域中应用过的燃料电池可分为PEMFC和碱性燃料电池AFC。AFC主要作为航天飞机的主电源PEMFC既可作为主电源应用也可作为再生燃料电池RFC的组成部分。燃料电池在航天领域最早的应用是美国GE 公司为双子星载人飞船开发的聚苯磺酸膜燃料电池为早期的PEMFC。在使用中电池中的电解质膜发生降解造成电池寿命变短、生成物水被污染不能提供给航天员饮用。尽管GE公司之后推出了全氟磺酸膜燃料电池但没有中标后来AFC 在航天领域开始应用并取得了成功。近20 年来PEMFC在地面应用上展现出巨大的潜力激发了人们的研究兴趣性能上有了很大的提高价格也在逐渐降低。研究人员开始注意到PEMFC在航天中的应用潜力开展了许多研究。了解到这些基础知识，并集合自己的专业知识，我自己希望今后出现的航空航天燃料除了在安定性，挥发性，抗氧化性，抗爆性，洁净性等方面不断得到改善，性能得到提高之外。还应该在航空航天燃料的生产流程上有所改进，一来航空航天燃料多为有机物而有机反应的副产物较多产率较低流程也很复杂反应中所涉及到的化合物毒性大二来航空航天燃料复杂的制备及精制过程耗资较多使成本较高.我认为我们可以结合生物技术膜技术尤其是发展生物催化剂以利用其催化性能的单一性高效性低能耗性便捷的获得大量高质的航空航天燃料为了得到目的催化生物如目的细菌、真菌等，我们可以采用基因重组、基因诱导变异等方法使一些微生物得到相关的机能。另外，我们还可以尝试将微波、激光、红外、X 光等现代技术用于燃料的精制与提纯中，通过这些技术的一些特性去影响燃料，使其理化性质向着我们所希望的方向发展。最后如果我们的技术水平足够的话，我们可以考虑采用非化学能源，如高压风能，核能等来实现发动机的高速运转。

除此以外，我们还学习了有关航天燃料的知识，如火箭的固体、液体燃料及特殊飞行器的燃料等。

从物理形态上讲，火箭发动机使用的推进剂有两种形式，一种是液态物质，另一种是固态物质。燃烧剂和氧化剂都是呈液体形态的发动机则称为液体燃料发动机，或称为液体火箭发动机，两者都是呈固体状态，则称为固体燃料火箭发动机或固体火箭发动机。如果在两种燃料中，一种为固体，一种为液体，则称为固－液火箭发动机或直接称其物质名称的火箭发动机。如，氢氧火箭发动机。由于