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第三节 喷气燃料 一、喷气发动机的工作过程及其对燃料的要求 近几十年来，喷气发动机在航空上得到越来越广泛的应用。目前，不仅在军用上而且在民用上已基本取代了点燃式航空发动机。点燃式航空发动机受高空空气稀薄及螺旋桨效率所限，只能在10000m以下的空域飞行，时速也无法超过900km。喷气发动机是借助高温燃气从尾喷管喷出时所形成的反作用力推动前进的，它的突出优点是可以在20000m以上高空以2马赫(马赫数即为速度与音速的比数，通常用M表示。音速约为1190km／h)以上高速飞行。 1．涡轮喷气发动机的工作过程 涡轮发动机主要是由离心式压缩器、燃烧室、燃气涡轮和尾喷管等部分构成。 (1)压缩器 因高空的空气稀薄，需将迎面进入发动机的空气用离心式压缩器压缩至0.3～0.5MPa，温度达150～200℃，然后再进入燃烧室。空气压力越高，燃料的热能利用程度也越高，从而可提高发动机的经济性，增强发动机的推力。 (2)燃烧室 在燃烧室中，经压缩的空气与燃料混合，形成混合气，在起动时需要用电点火，随后即可连续不断地进行燃烧。燃烧室中心温度可高达1900～ 2200℃，为防止因高温使涡轮中的叶片受损，需通入部分冷空气，使燃气的温度降至750～800℃左右。 (3)燃气涡轮 燃气推动涡轮高速旋转，将热能转化为机械能。燃气涡轮在同一轴上带动离心式压缩器日旋转，旋转的速度为8000～16000r／min。 (4)尾喷管 从涡轮中排出的高温高压燃气在尾喷管中膨胀加速，尾气在500～600℃下高速喷出， 由此产生反作用推动力以推动飞机前进。 由此可见，喷气发动机与活塞式发动机(汽油机及柴油机)是有很大的区别的，其特点是： 首先，在喷气发动机中，燃料与空气同时连续进 入燃烧室，一经点燃，其可燃混合气的燃烧过程 是连续进行的。而活塞式发动机的燃料供给和燃烧则是周期性的。 其次，活塞式发动机燃料的燃烧在密闭的空间进行，而喷气发动机燃料的燃烧是在35～40m/s的高速气流中进行的，所以燃烧速度必须大于气流速度，否则会造成火焰中断。 2．喷气发动机对燃料的要求 喷气发动机的推力是借助燃料的热能转变为燃气的动能产生的。这个能量的转换过程是在高空飞行条件下实现的，所以对燃料的质量要求非常严格，以保证安全可靠。对喷气发动机燃料质量的主要要求如下： ①良好的燃烧性能。 ②适当的蒸发性。 ③较高的热值和密度。 ④良好的安定性。 ⑤良好的低温性。 ⑥无腐蚀性。 ⑦良好的洁净性。 ⑧较小的起电性。 ⑨适当的润滑性 二、喷气燃料的燃烧性能 喷气燃料的燃烧性能良好，是指它的热值要高，燃烧要稳定，不易因工作条件变化而熄火，一旦高空熄火后能容易再起动，燃烧要完全，产生积炭要少。 1.喷气燃料的启动性、燃烧稳定性及燃烧完全度 喷气发动机燃料不仅应保证发动机在严寒冬季能迅速启动，而且使发动机在高空一旦熄火时也能迅速再点燃，恢复正常飞行，以保证飞行安全。 燃料的启动性取决于燃料的自燃点、着火延滞期、燃烧极限、可燃混合气发火所需的最低点火能量、燃料的蒸发性大小和粘度等。 燃料在喷气发动机中能连续而稳定地燃烧有意义重大。如果燃烧不稳定，不仅会使发动机的功率降低，严重时还会因熄火而酿成事故。燃料燃烧的稳定性除与燃烧室结构及操作条件有关外，还和燃料的烃类组成及馏分轻重有密切关系。研究结果表明，正构烷烃和环烷烃的燃烧极限较芳香烃的宽，特别是在温度较低的情况下更为明显。所以，从燃烧的稳定性角度看，烷烃和环烷烃是较理想的组分，而芳香烃的燃烧极限较窄，容易熄火。此外，燃料的馏分组成对燃烧稳定性也有影响，如果馏分太轻，燃烧极限也会太窄。所以，喷气燃料一般采用燃烧极限较宽、燃烧比较稳定的煤油馏分。 喷气燃料燃烧时，首要的是易于起动和燃烧稳定 其次是要求燃烧完全。所谓燃烧完全度是指单位质量燃料燃烧时实际放出的热量占燃料净热值的百分率，它直接影响到飞机的动力性能、航程远近和经济性能。 燃料燃烧的完全度一方面受进气压力、进气温度和飞行高度等工作条件的影响，另一方面也受燃料的粘度、蒸发性和化学组成的影响，现将后者分述如下： （1）粘度 燃料的粘度与其雾化的质量有直接联系。燃料的雾化程度越好，越能加快可燃混合气的形成，因而也就加快了燃烧速度，有利于燃烧的稳定和完全。如果粘度过大，则燃料的喷射角小、液滴大、射程远而雾化不良，从而使燃烧完全度下降。粘度较小的燃料一般燃烧完全度较高，但粘 度也不能太小，否则会由于燃料的喷射角大、射程短而引起燃烧室的局部过热。 ( 2 )蒸发性 燃料的蒸发性对燃烧完全度的影响也很大。馏分较轻、蒸发性较好的喷气燃料，能较快地与空气形成可燃混合气，其燃烧完全度较高。馏分过重的燃料不易挥发，形成可燃混合气的速度较慢，其燃烧完全度也就较低。因此，