سوخت هواپیماها و هلیکوپترها چه تفاوتی با بنزین معمولی دارد؟ - بانو هما

به گزارش روزیاتو، اگر تا حالا از خود پرسیده اید که هواپیما ها و هلیکوپتر ها از چه نوع سوختی استفاده می نمایند، در ادامه این مطلب قصد داریم شما را انوع سوخت هایی آشنا کنیم که به وسیله هواپیما ها و هلیکوپتر ها استفاده می شوند.

چه چیزی نوع سوختی که هواپیما ها استفاده می نمایند را تحت تاثیر قرار می دهد؟

اگر از خود می پرسید که هواپیما ها از چه نوع سوختی استفاده می نمایند پاسخ ساده است: نوع سوخت هواپیما ها نتیجه مستقیم نوع موتوری است که در آن هواپیما به کار می رود. ساده تر اینکه، هواپیما های تجاری و جنگنده از سوخت های بر پایه کروسن (kerosene) یا نفت سفید استفاده می نمایند، اما معمولاً محصولات خاصی نیز به این سوخت اضافه می شوند. این ترکیبات شامل ضد یخ، هیدروکربن، غیرفعال نماینده های فلز و آنتی اکسیدن است و هر چیزی که از زنگ زدگی و یخ زدن در ارتفاعات بالا جلوگیری کند.

بعلاوه ترکیباتی از سوخت هواپیما ها وجود دارد، اما در کل سه نوع سوخت هواپیما وجود دارد که به توضیح زیر هستند:

سوخت هواپیمای با پایه نفت سفید

سوخت کروسن-پایه برای هواپیما ها معمولاً به انواع مختلفی تقسیم می گردد که بسته به کیفیت های فیزیکی و ویژگی های خاص هواپیما و موتور آن فرق دارد. این نوع سوخت شامل موارد زیر است:

سوخت جت A: این سوخت که تنها در ایالات متحده در دسترس است به عنوان یک سوخت سنگین با نقطه اشتعال بالاتر و نقطه انجماد بالاتر نسبت به نفت سفید استاندارد پیشرفته است. این سوخت دارای فشار بخار پایین و نقطه اشتعالی است که تقریباً 43.3 درجه سانتگیراد است.

سوخت جت A1: بیشتر هواپیما های با موتور های توربینی از این نوع سوخت استفاده می نمایند. این سوخت دارای نقطه اشتعال 37.7 درجه سانتیگراد و نقطه انجماد حدبیشتر منفی 46.6 درجه سانتیگراد است. پیدا کردن این سوخت در همه جای دنیا کار ساده ای است.

سوخت جت B: این سوخت که معمولاً به خاطر اینکه ترکیبی از نفت سفید و بنزین است با نام سوخت کامل (wide-cut) شناخته می گردد اغلب در منطقه های استفاده می گردد که هوا به شدت سرد است، تا حدود زیادی به این خاطر که دمای انجماد آن حدود منفی 60 درجه سانتیگراد است. فشار بخار این سوخت چیزی بین بنزین و نفت سفید واقع شده است. این سوخت عمدتاً در هواپیما های نظامی استفاده شده و در دسته JP-4 تقسیم بندی می گردد. ترکیب این سوخت از 65 درصد بنزین و 35 درصد نفت سفید تشکیل شده و در منطقه های با دما های بسیار پایین استفاده می گردد.

سوخت های نظامی

در کل 8 نوع سوخت هواپیمای نظامی وجود دارد که به توضیح زیر هستند:

سوخت JP-1: این سوخت نفت سفید خالص بوده و دارای نقطه انجماد منفی 60 درجه سانتیگراد است. اگر چه JP-1 سوخت کارآمدی است، اما خیلی زود با دیگر انواع سوخت های جت کامل جایگزین شد، از جمله سوخت هایی که از کروسن-نفتا (بنزین سنگین) یا ترکیب کروسن-بنزین ساخته شده اند. این سوخت معمولاً در موتور های توربینی به کار می رود. هواپیما های نظامی ناتو نیز از همین سوخت استفاده می نماید، اما با ترکیبات افزودنی بیشتر که آن را در دسته Jet Propellant 8 (JP-8) قرار می دهد.

سوخت JP-2 و JP-3: سوخت JP-2 در ابتدا برای جایگزینی JP-1 پیشرفته و به ندرت مورد استفاده نهاده شد. این سوخت دارای نقطه انجماد بالا بوده، اما در نهایت با JP-3 جایگزین شد که بسیار بی ثبات و فرار بوده و قرار بود عملکرد گزینه قبلی را بهبود بخشد. اما به این خاطر که هر دوی این سوخت ها اتلاف بخار زیادی داشتند و فرار بودند، هیچکدام امروزه استفاده نمی شوند.

سوخت JP-4: این نوع سوخت اشتعال پذیر و شفاف است با رنگی روشن یا مایل به کاهی و بویی شبیه نفت سفید. علاوه بر این، سوخت JP-4 روی آب شناور مانده و به سادگی بخار می گردد. این سوخت چنان دمای اشتعال پایینی دارد (منفی 17.7 درجه سانتیگراد) که انداختن یک کبرین در درون آن باعث اشتعالش نمی گردد و حدبیشتر دمای آب آن 3687.7 درجه سانتیگراد بود.

سوخت JP-5: این سوخت یک سوخت زرد رنگ است که حاوی هیدروکربن، نفتین (naphthene)، آلکن و هیدروکربن های آروماتیک است. این سوخت دارای دمای اشتعال بالای 60 درجه سانتیگراد و دمای انجماد آن به بیش از منفی 46 درجه سانتیگراد می رسد و البته حاوی هیچ عامل ضد الکتریسیته ساکنی نیست. این سوخت عمدتاً در هواپیما های نظامی استفاده می گردد.

سوخت JP-6: این سوخت به طور ویژه برای موتور جت General Electric YJ 93 متعلق به هواپیمای سوپرسونیک XB-70 Valkyrie طراحی شده که یک بمب افکن با ارتفاع پرواز بالا بود. این سوخت بسیار شبیه سوخت JP-5 بود، با این تفاوت که دمای انجماد آن منفی 18.3 درجه سانتیگراد بود. بعلاوه این سوخت دارای ثبات اکسید گرمایی بهتری نسبت به سوخت قبلی بود.

سوخت JP-7: این سوخت خیلی خوب با گرما و استرس ناشی از پرواز های سرعت بالای سوپرسونیک کنار می آید، تا حدودی به این خاطر که نقطه جوش بالایی داشت. این سوخت به طور ویژه برای موتور های دوقلوی توربوجت/رمجت Pratt & Whitney توسعه یافت که در هواپیمای SR-71 Blackbird به کار گرفته شد.

سوخت JP-8: سوخت JP-8 مشابه سوخت A1 است که به وسیله بیشتر هواپیما های تجاری استفاده شده و به طور گسترده در ارتش ایالات متحده و ناتو استفاده می گردد. ترکیباتی به خاطر جلوگیری از خوردگی و با هدف جلوگیری از یخ زدن به آن اضافه شده است و دارای نقطه انجماد منفی 46.6 درجه سانتیگراد و نقطه جوش 37.7 درجه سانتیگراد است. در هواپیما های تجاری و نظامی از ترکیبات اضافه متفاوتی برای این سوخت استفاده می گردد.

علاوه بر همه این ها، روسیه و کشور های سابق عضو اتحاد جماهیر شوروی از سوخت هواپیمایی به نام TS-1 استفاده می نمایند که دارای نقطه انجماد پایین منفی 50 درجه سانتیگراد است که آن را به گزینه ای مناسب برای پرواز در چنین منطقه ها سردنشینی تبدیل می نماید. بعلاوه نقطه اشتعال این سوخت 28 درجه سانتیگراد است که به آن قابلیت تبخیر بالایی می دهد.

بنزین هواپیما (AvGas)

بنزین هواپیما یک سوخت بسیار متداول هواپیماست که اغلب به وسیله هواپیما های کوچک با موتور پیستونی استفاده می گردد. این سوخت به طور ویژه برای وظایفی مانند هواپیما های دانه پاش و هواپیما های شخصی، باشگاه های پرواز و حتی آموزش پرواز استفاده می گردد. سوخت بنزین هواپیما به این خاطر روی این هواپیما ها کار می نماید که پیستون های آن ها شبیه پیستون های موتور های خودرو کار می نمایند و خود سوخت نیز روی این سیستم ها عملکردی شبیه بنزین معمولی دارد، اگر چه دو سوخت مذکور با هم متفاوتند. این سوخت دارای سرب با اکتان 100 استانداردترین سوخت هواپیماست، اما فقط هواپیما های با موتور های بنزینی می توانند از آن استفاده نمایند و هواپیما هایی که موتور توربینی یا موتور دیزلی دارند به جای آن باید از نفت سفید استفاده نمایند.

قیمت avgas بالا بوده، زیرا فراوری آن کم و کنترل کیفیت پیچیده ای دارد و به همین خاطر همه به سراغ سوخت های دیزلی یا نفت سفید می روند. به طور کلی تفاوت اصلی بین بنزین هواپیما و بنزین معمولی که در خودرو ها به کار می رود این است که بنزین هواپیما هنوز دارای مقادیر زیادی تترااتیل سرب است. اگر چه این ترکیب سمی دارای مقدار سرب بالایی است، اما به این علت که از رسوب در موتور جلوگیری نموده و در بالا بردن اکتان بسیار موثر است همچنان استفاده می گردد.

سوخت AvGas یک سوخت ایمن، باثبات و قابل پیش بینی است که بدون توجه به شرایط، عملکرد خوبی دارد و فرمولاسیون آن کمی متفاوت از بنزین معمولی است که در اغلب خودرو ها استفاده می گردد. این سوخت دارای درجات متفاوتی است و معمولاً درجه بندی اوکتانی دارد که بسیار بالاتر بنزین معمولی است. قیمت این سوخت در حال حاضر در ایالات متحده به طور میانه 4.6 دلار به ازای هر لیتر است در حالی که حداقل قیمت آن 2.2 دلار و حدبیشتر 11.4 دلار اعلم شده است.

فراوری سوخت هواپیما

هنگام فراوری سوخت هواپیما، معمولاً آن سوخت در دو دسته قرار می گیرد: سوخت مناسب موتور های توربینی و سوخت مناسب موتور های احتراق درونی. برای هر کدام از این نوع سوخت ها، ویژگی های بین المللی الزامی است. برای مثال، هم در هواپیما های توربینی و هم جت، سوخت جت به این خاطر استفاده می گردد که گرانروی (ویسکوزیتی یا چسبندگی) کمتری در دما های پایین داشته و خیلی تمیز می سوزد. بعلاوه این سوخت چگالی کمی داشته و ارزش کالری آن بالاست، در حالی که حتی زمانی که دمای آن به درجات بالا می رسد نیز باثبات باقی می ماند. تمام این ویژگی ها برای فراوری یک سوخت هواپیمای مناسب حیاتی هستند.

AvGas که شکل کوتاه شده بنزین هواپیماست از یک نوع بسیار پالایش شده از بنزین معمولی تهیه می گردد. این سوخت بسیار خالص بوده و دارای قابلیت های ضدضربه است و اختلال شمع ها را کاهش می دهد. علاوه بر این، این نوع از بنزین هم شرایط ترکیبی مناسبی برای هنگام بلند شدن داشته و برای حالت کروز که کاهش مصرف سوخت اهمیت زیادی پیدا می نماید نیز رجحانن گزینه است. به عنوان یک قانون کلی، مقدار کمتری از این سوخت در مقایسه با سوخت جت فروخته می گردد، اگر چه بسیاری از ناو های هواپیمابر از این سوخت استفاده می نمایند. در مقابل، کمپانی های بزرگ هوایی از جمله ایرلاین های تجاری و ارتش، از سوخت جت به جای بنرین هواپیما استفاده می نمایند.

سوخت های آینده

علاوه بر این انواع از سوخت های هواپیما، تحقیقات امیدوار نماینده ای برای فراوری انواع جدیدتر و بهتری از سوخت ها در آینده اجرا شده است. این موضوع عمدتاً بدین علت است که بیشتر سوخت ها از نوع فسیلی هستند و به همین خاطر پاک نبوده و نمی توان برای همواره آن ها را در اختیار داشت. در واقع، فراوری یک نوع پایدارتر از سوخت هم برای هواپیما ها و هم وسایل نقلیه، هدف بسیاری از این کمپانی های تحقیقی است که بعضی از امیدوار نماینده ترین سوخت های آینده را فراوری می نمایند:

سوخت های زیستی (Biofuel): سوخت هایی که با روش زیست توده به مایع فراوری شده و شامل سوخت های ماندگار خاص هواپیما و حتی روغن سبزیجات نیز می گردد. این سوخت با نام اختصاری SAF دارای مزایایی متعددی است، از جمله اینکه وقتی استفاده می گردد نیازی به هیچ تغییری در خود هواپیما نیست. بعضی از انواع این سوخت دارای مقدار کمی از دیگر سوخت های فسیلی هستند که با آن ها ترکیب شوند و مقدار آلایندگی آن ها نیز کمتر است. با این وجود، اغلب بیوسوخت ها قیمت بالاتری نسبت به سوخت های هواپیما دارند و با موانع و پیچیدگی های مالی و سیاسی بسیار مواجهند که استفاده از آن ها را محدود می سازد.

گاز طبیعی فشرده سازی شده/گاز طبیعی مایع: هم گاز طبیعی فشرده شده یا سی ان جی و هم گاز مایع یا ال ان جی دارای انرژی کمتری هستند که باعث می شوند گزینه های مناسبی برای صنعت هوانوردی نباشند. با این وجود، بعضی هواپیما ها مانند نسخه مفهومی N+4 ساخته ناسا، به طور ویژه برای استفاده از سوخت گاز طبیعی طراحی شده بودند.

هلیکوپتر ها از چه سوختی استفاده می نمایند؟

همچون هواپیماها، نوع سوختی که هلیکوپتر استفاده می نماید به نوع موتور آن بستگی دارد. از آنجایی که بیشتر هلیکوپتر های غیرنظامی دارای موتور های پیستونی بنزینی هستند، اغلب هلیکوپتر های آمریکایی و اروپایی از بنزین هواپیما برای سوخت استفاده می نمایند. این سوخت به ازای هر لیتر حاوی 0.56 گرم تترااتیل سرب است که سه برابر مقدار استفاده شده از مقدار سرب مورد استفاده در سوخت بنزینی خودرو های امروزی است. هلیکوپتر های قدرتمندتر که بالای 400 اسب بخار قدرت دارند، از موتور های توربینی استفاده می نمایند که سوخت توربینی (Avtur یا ATF) استفاده می نماید، سوختی که با نام سوخت جت شناخته می گردد.

به طور کلی باید گفت که هواپیما ها و هلیکوپتر ها از سوخت مشابهی استفاده می نمایند. هواپیما ها و هلیکوپتر های با موتور پیستونی از سوخت بنزین هواپیمای 100 LL استفاده می نمایند. هواپیما ها و هلیکوپتر های توربینی نیز از سوخت توربینی هواپیمایی Jet-A به عنوان سوخت استفاده می نمایند. مقدار مصرف بنزین در هر هلیکوپتر به نوع سوخت آن وابسته است. هلیکوپتر هایی که از سوخت توربینی استفاده می نمایند، سوخت بیشتری نسبت به موتور های پیستونی مصرف می نمایند. اما Avtur ارزان تر از Avgas بوده و به همین علت مقدار بیشتری سوختی که مصرف می گردد را جبران می نماید.

به طور معمول، هلیکوپتر های کوچک با موتور پیستونی به ازای هر ساعت پرواز 22 تا 60 لیتر سوخت مصرف می نمایند. هلیکوپتر های توربینی بزرگ تر نیز می توانند حداقل 76 لیتر سوخت در ساعت مصرف نمایند که تا 380 لیتر در ساعت نیز می تواند بالا برود. برای مثال، هلیوپتر ترابری MIL MI-26 ساخت روسه، هر ساعت 3،800 لیتر سوخت مصرف می نماید. این هلیکوپتر توان بلند کردن و حمل و نقل تا 13 تن تجهیزات نظامی را داراست. برای مقایسه، هواپیمای مسافربری Boeing 747 هر ثانیه 4 لیتر سوخت مصرف می نماید که در یک پرواز 10 ساعته به 150،000 لیتر می رسد. این هواپیما به ازای هر کلیومتر 12 لیتر سوخت مصرف می نماید.

به طور کلی، نرخ مصرف سوخت در هواپیما ها بهتر از هلیکوپترهاست که به علت ماهیت طراحی هر کدام است. در مقایسه با هواپیما ها که بال هایشان بیشتر لیفت را انجام می دهند، لیفتی که در هلیکوپتر ها ایجاد می گردد به وسیله روتور ها صورت می گیرد. بعلاوه هلیکوپتر ها با سرعت پایین تری پرواز می نمایند که مصرف سوخت را تحت تاثیر قرار می دهند. علاوه بر این، هلیکوپتر ها در هنگام پرسه زدن و ایستادن در آسمان مصرف سوخت بسیار بالاتری دارند، کاری که هواپیما ها توان انجام آن را ندارند. رجحان دیگر هلیکوپتر ها این است که در هنگام فرود آمدن آزادی عمل بیشتری داشته و در بعضی سفر های کوتاه و خاص، ارزان تر هستند.

تمام سوخت های جت در ظاهر بی رنگ تا رنگ کاهی هستند. از طرف دیگر، بنزین هواپیما برای اینکه ایمنی استفاده اش بالا برود حاوی رنگ های افزودنی است. علت این که سوخت جت بیرنگ است این است که عموماً استفاده از آن برای هلیکوپتر های با موتور توربینی بلامانع است. اما قابل شناسایی بودن avgas اهمیت دارد، زیرا هر چه درجه بنزین بالاتر باشد، فشاری که سوخت می تواند بدون انفجار تحمل کند بیشتر است. رنگ کردن سوخت باعث می گردد که اطمینان حاصل گردد سوخت درستی به کامیون های سوخت رسان و باک سوخت هلیکوپتر ها ریخته می گردد.