автореферат диссертации по транспорту, 05.22.14, диссертация на тему:Разработка требований по применению авиационного сконденсированного топлива с учетом его эксплуатационных свойств, влияющих на безопасность эксплуатации

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

На правах рукописи

РГБ ОД

2 2 ДЕК 7ПП1

ЕРШОВ Евгений Александрович

РАЗРАБОТКА ТРЕБОВАНИЙ ПО ПРИМЕНЕНИЮ АВИАЦИОННОГО СКОНДЕНСИРОВАННОГО ТОПЛИВА С УЧЕТОМ ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ, ВЛИЯЮЩИХ НА БЕЗОПАСНОСТЬ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Специальность 05.22.14 -Эксплуатация воздушного транспорта.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2000

Работа выполнена на кафедре Безопасности полетов и жизнедеятельности Московского Государственного технического университета гражданской авиаш

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор Б.В.Зубков

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Е.А. Коняев

кандидат технических наук В.В. Медведев.

Ведущая организация - ГосНИИ ГА

Защита диссертации состоится «_»

2000 г. на заседании

диссертационного совета Д.072.05.01 в Московском государственном техническом университете гражданской авиации по адресу: 125838, г. Москва, Кроншта, ский бульвар, д. 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ ГА

Заверенный отзыв просим направлять по указанному адресу на имя ученог секретаря диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета Д.072.05.01

д.т.н. профессор С.К.Камзолов

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1 Актуальность исследовательской работы

Нарастающий дефицит авиакеросина, экологические проблемы, истощение нефтяных ресурсов делают необходимым решение вопроса перехода авиации на новые виды энергоносителей - криогенные топлива, сжиженные газы.

Учитывая важность этой задачи, Правительство Российской Федерации приняло решение о разработке отечественной концепции применения криогенных я газовых топлив и проекта Федеральной целевой программы развития авиационной техники на криогенном и газовом топливах.

Эта программа предусматривает: .

• завершение разработки гражданских грузовых и пассажирских самолетов, использующих газовое топливо до 2010 года;

• форсированное создание крупномасштабного производства альтернативных гоплив (сжижения газов, производство и сжижение водорода и их транспорти-зовка), нацеленного не только на внутренний, но и на внешний рынок;

• создание аэродромных комплексов обеспечения JIA альтернативными видами топлив.

В создании и реализации этой программы участвуют Военный авиационный схнический университет имени Н.Е. Жуковского, Координационный совет по юдородной энергетике и технологии, АИТК имени А.Н. Туполева, ГосНИИ ГА, )КБ имени C.B. Ильюшина, ОКБ имени A.C. Яковлева, Московский вертолетный авод имени М.Л. Миля, ЗО ЦНИИ, ЦАГИ, НПО Молния, РАО «Газпром», ОАО Интеравиагаз», МГТУ ГА и другие. Большой вклад в решение этой задачи вне-ли Российские ученые В.В. Орлов, В.А. Котерев, С.К. Постоев, Б.В. Зубков, Е.Ю. 1арзелович и другие.

Важной задачей является исследование эксплуатационных свойств альтер-ативных топлив, их влияние на безопасность применения и безопасность поле-ов.

з

При переводе авиации на новые виды топлив возникает проблема не толы* создания авиационных двигателей и топливных систем ЛА, но и изменения н; земной инфраструктуры эксплуатационных предприятий. Требования работы с сжиженными газами, и в частности с АСКТ, отличны от действующих требов; ний, предъявляемых при работе с авиационными керосинами и бензинами.

Усиление требований по безопасности полетов, предъявляемых к топлива* вызывает необходимость прогнозирования изменения их качества в процессе хр; нения.

Создаваемые автором диссертации рекомендации по использованию авш ционного сконденсированного топлива (АСКТ) основаны на его свойствах имеющихся на данный период инфраструктуры и оборудования топливообесп« чения эксплуатационных предприятий.

В диссертации основное внимание уделено решению вопросов по пожаро и взрывоопасности АСКТ, его влияния на безопасность полетов и эксплуатации контролю качества и технологических методов по использованию АСКТ.

1.2. Цель работ и пути ее достижения.

Цель работы - исследование эксплуатационных свойств АСКТ и с учето этого разработка дополнительных требований по безопасному использовани: АСКТ.

Для достижения этой цели сформированы и последовательно решены сл( дующие основные задачи:

• проведен анализ использования альтернативных авиакеросину топлив сделано обоснование выбора АСКТ в качестве топлива для вертолетов с ГТД;

• проведено исследование характеристик и свойств авиационного сконденм рованного топлива, влияющего на безопасность применения в процессе эксплу; тации;

• разработана модель управления качеством топлива;

• разработаны технологические методы при работе с АСКТ, которые обест чивают безопасность эксплуатации;

• разработаны и предложены требования по применению и контролю качества авиационного сконденсированного топлива для объектов топливообеспечения 1 ЛА.

1.3. Объект и методы исследования.

Объектом исследования является разработка методов и правил безопасной жсплуатации авиационного сконденсированного топлива.

Предметом исследования является авиационное сконденсированное топли-

зо.

Методы исследования базируются на комплексном исследовании теорети-1еских основ, методологии, химмотологии, экспериментальных данных и математической статистики.

Исследования проводились на; базе Московского государственного техни-1сского университета Гражданской авиации.

1.4. Научная новизна работы.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые:

• синтезированы и обобщены научные данные по использованию альтернативных топлив на ЛА, их экологические свойства, проведен технико-экономический анализ при работе ЛА на различных видах топлива и дано обосно-шние выбора авиационного сконденсированного топлива для вертолетов с ГТД;

• исследованы и определены свойства АСКТ, влияющие на безопасность в фоцессе применения;

• разработана модель управления качеством топлива, позволяющая прогнози-ювать время его пригодности к эксплуатации;

• разработаны технологические методы и дополнительные требования, обес-гечивающие безопасную эксплуатацию АСКТ.

1.5. Практическая значимость работы.

Практическая значимость работы состоит в том, что ее результаты позво-

[яют:

• использовать разработанные требования по безопасности эксплуатаци АСКТ при составлении нормативной базы для авиапредприятий, эксплуатируй щих АСКТ;

• определять по количественной модели управления качеством топлива ог тимальные сроки пригодности АСКТ;

• материал диссертационной работы может быть использован при подготовь авиаспециалистов, работающих с альтернативными топливами.

1.6. Публикации и опробования работы.

По теме диссертации опубликовано 1 статья, 4 тезиса докладов на междун; родных и всероссийских конференциях и совещаниях, 2 методические разработк по специальности 2404 «Обслуживание воздушных судов горюче-смазочным материалами».

Результаты исследования использовались в учебном процессе при изучени предмета «Альтернативные топлива для ЛА» на специальности 2404.

Результаты диссертации докладывались на 4 международных конференция при МГТУ ГА и ЕАТК ГА и XXII научных чтениях по космонавтике.

1.7. Основные положения, выносимые на защиту.

Основными положениями, выносимыми на защиту, являются:

• обоснование выбора АСКТ для вертолетов с ГТД на основании технике экономического анализа, экологических и физико-химических свойств топлива;

• выбор эксплуатационных свойств АСКТ, влияющих па безопасность эк< плуатации;

• определение методов контроля качества АСКТ;

• количественная модель управления качеством топлива;

• обоснование дополнительных требований, обеспечивающих безопасное! эксплуатации АСКТ.

1.8. Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 4-х разделов, заключения, списка исполь-уемых источников. Ее объем составляет 132 страницы, включая 23 рисунка и 30 аблиц.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первом разделе описано состояние дел в области эксплуатации ЛА, рабо-ающих на альтернативных видах топлива.

Рассмотрен опыт использования различных видов альтернативных топлив [а ЛА, представлены летно-технические характеристики самолета Ту-15 6, рабо-ающего на метановом топливе (СПГ) и вертолета Ми-8ТГ - на авиационном конденсированном топливе. Особое внимание уделяется вертолету Ми-8ТГ, так :ак модификация двигателя и топливной системы достаточно проста и может !ыть выполнена на любом авиаремонтном предприятии при наличии комплек-ующих изделий.

В качестве новых видов топлива для авиационной техники приемлемым в [астоящее время является сжиженные газы нефтяного происхождения, то есть акие виды топлив, которые при небольших избыточных давлениях находятся в радиционно привычном жидком состоянии. Источником получения таких топлив вляется природный газ и газовые конденсаты.

Из таких газов можно получать бензин или широкую фракцию углеводоро-ов (ШФЛУ). Последняя является сырьем для получения пропан-бутановой >ракции (40%) и остальное (60%)- сконденсированное топливо (АСКТ). Ресурсы аких сконденсированных топлив, состоящих из пропана бутана и гексана, имейся в местах добычи и переработки нефти, а именно, в районах Севера и Запад-ой Сибири. В этом регионе эксплуатируется большая партия вертолетной техни-и, которая может использовать эти конденсаты в качестве моторного топлива.

В настоящее время топливо завозится в эти районы водным или железнодо-ожным транспортом.

Значительная часть расстояния от пункта отправки авиаГСМ до аэропорта, ороткий навигационный период на водных магистралях, что обусловливается

необходимостью емкостного парка большого объема для хранения ГСМ, все эт< повышает фактическую стоимость топлива более чем в 2 раза. Оптовая цен; АСКТ по данным технико-экономического анализа составляет около 60% О' стоимости керосина при производстве 200 тыс. т в год.

Проблема загрязнения атмосферы становится все более актуальной по мер| увеличения объема воздушных перевозок.

Сравнительный анализ эмиссии керосина, АСКТ, СПГ и ЖВ показывает что количество вредных выбросов у АСКТ и СПГ примерно одинаковы и в не сколько раз меньше чем у авиационного керосина.

АСКТ обладает хорошими экологическими показателями:

• производство топлива экологически чистое;

• оно не склонно к образованию сажестых частиц и дымлению;

• в нем нет углеводородов, склонных к образованию канцерогенных и мута генных продуктов сгорания;

• отсутствуют сернистые соединения;

• ЛА и поле не загрязняются топливом и продуктами сгорания.

По сравнению с авиакеросинами АСКТ обладает более высокой термоста бильностью и менее агрессивно по орошению к конструкционным, резинотехни ческим и уплотнительным материалам.

АСКТ обладает еще одним серьезным преимуществом перед метановым то пливом, его можно хранить при умеренно низких температурах. Это упрощает 1 удешевляет операции с АСКТ.

В настоящее время основные технические проблемы, связанные с перево дом ЛА сконденсированное углеводородное топливо, в принципиальном план решены. Предстоит на базе серийного оборудования разработать типовое аэро дромное топливохранилище, топливозаправочный модуль и аэродромную систе му обеспечения пожаробезопасности.

В конечном итоге широкомасштабный перевод вертолетов на авиационно сконденсированное топливо — АСКТ, позволит решить ряд народно

созяйственных задач, имеющих важное значение для освоения и развития сырье-1ых регионов России, а именно:

• более рационально использовать топливно-энергетические ресурсы Россий-:кой Федерации и привлечь новые источники сырьевых ресурсов для производст->а высококачественных авиатоплив;

• высвободить за счет замены газом значительное количество авиакеросина и [втомобильного бензина, отказаться от их ввоза в газо- и нефтедобывающие ре-ионы, снизить расходы на их хранение в течение несудоходного периода, сокра-ить внутрирайонные перевозки топлива, обеспечить региональный авиапарк особенно вертолеты, широко используемые в условиях бездорожья), экологиче-ки чистым топливом и решить тем самым топливно-транспортную проблему тих регионов; ■ ,.

• создать выгодную для газопереработчиков безотходную технологию при ыработке авиагаза из конденсата нефтяного газа (ШФЛУ) с получением авиаци-1НПОГО сконденсированного топлива (АСКТ) и автомобильного пропан-бутана;

• создать новое поколение воздушных и наземных транспортных средств, ра-отающих на газовых топливах, которые будут обеспечивать настоящее и пер-псктивное освоение богатств Сибири;

• оживить в северных регионах социальные достижения прошлого, которые бычно решались с помощью вертолетов, такие как скорая медицинская помощь, бслуживание оленеводов, доставка почты и продуктов в дальние поселки и гео-эгические экспедиции и т.п.

• улучшить экологическое состояние воздушной среды в районах интенсив-эй нефте- и газодобычи и переработки, а также в районах аэропортов.

Второй раздел посвящен исследованию характеристик и свойств АСКТ, тияющих на безопасность применения в процессе его эксплуатации.

Состав и основные физико-химические свойства АСКТ приведены в табл. 1

АСКТ представляет собой смесь предельных углеводородов от СзН8 (прс пана) до СбН|4 (гексана) и выше.

АСКТ и реактивные топлива типа ТС-1 смешиваются (взаимно растворяют ся) в любых соотношениях. Смесь АСКТ с топливом ТС-1 следует рассматриваг как широкофракционное топливо.

При оценке опасности СГ и ЛВЖ были приняты во внимание следующи основные показатели:

• концентрационные пределы воспламенения;

• взрывоопасность и давление взрыва;

• минимальную энергию зажигания;

• взрывоопасное минимальное содержание кислорода;

• нормальную скорость горения.

Табл.

Основные физико-химические свойства АСКТ (ТУ-39-1547-91)

№ Показатель Норма Метод испытания

1 Массовое содержание пропана, %, 7,2-14 ТУ-38.101524-83

2 Давление насыщенных паров, абсолютное, при 45°С, МПа (кг/см2), не более 0,50(5,0) ГОСТ 21443-75Э

3 Плотность при 20°С кг/м3, не менее 585

4 Теплота сгорания (низшая), кДж/кг (ккал/кг), не менее 45200 (10800)

5 Массовая доля сернистых соединений в пересчете на серу, %, не более 0,002 ГОСТ 22986-78

6 Содержание свободной воды отсутствие ГОСТ 21444-75Э

7 Содержание щелочи отсутствие ГОСТ 21443-75Э

8 Содержание механических примесей отсутствие ТУ-39-1340-89

9 Внешний вид бесцветный прозрачный ТУ-39-1340-89

>

Табл.2

Состав топлив АСКТ и АСКТ-Б

Показатель АСКТ АСКТ-Б

ТУ-391547-91

Температура кипения при нормальном дав- -10 20

лении, °С

Теплота сгорания, ккал/кг 10800 10860

Состав

Пропан 14 0

Изобутан 11 12

Бутан 27 30

Изопентан 15 18

Пентан 22 24

Гексан 11 16

АСКТ, представляющее собой смесь в основном от пропана до гексана в разных соотношениях, по общей опасности уступает керосину, бензину, но прс восходит природный газ.

В табл. 3 представлены сводные показатели пожарной опасности. Где: К» - нижний предел воспламенения;

Кд - относительная опасность от концентрационного предела взрываемости;

Кс - концентрационный предел взрываемости;

К( - опасность от температуры самовоспламенения;

Ку/ - опасность по минимальной энергии воспламенения;

Ки - опасность по скорости горения;

Кр -опасность по давлению взрыва;

Кс,- опасность по скорости парообразования;

Кт - опасность по образованию зон загазованности;

Кт - опасность скорости выгорания.

Числовые величины коэффициентов относительной опасности не являются бсолютно строгими и могут несколько изменяться при изменении граничных па-аметров.

[ля целей сравнительного анализа представляется целесообразным охарактеризо-ать пожарную опасность данного вещества единым интегральным показателем.

Формально таким показателем может служить, видимо, сумма коэффициенте пожарной опасности. Сравнение приведено для веществ, имеющих полный набо; показателей относительной опасности. При этом представлены как тяжелые (пре дельные и непредельные) углеводороды гомологического ряда метана и традици онные нефтепродукты, так и перспективные виды топлива.

На эксплуатационные свойства в первую очередь влияет состав топлива.

В соответствии с назначением топлива процесс сгорания является главней шим и определяющим его эксплуатационные свойства.

Процессу сгорания топлива, безусловно, предшествуют процессы его испа рения, воспламенения и многие другие.

Один из важнейших показателей качества топлива - теплота сгорания. Дл характеристики газообразных топлив чаще всего пользуются объемной теплото сгорания, а жидких - массовой. Для топлив, применяемых в авиации, учитываю как объемную, так и массовую теплоты сгорания, т.к. в современных ЛА лимит! рующим фактором при размещении запаса топлива часто является его объем, а п масса. Пусковые свойства двигателя зависят от наличия в топливе легких углевс дородов. Чем состав топлива легче, а именно таковым является АСКТ, тем темпе ратура, при которой возможен запуск двигателя ниже. Но применение легких у| леводородов вызывает другие эксплуатационные затруднения, как, например, о( разование паровых пробок в системе питания двигателей.

Возможность образования паровых пробок в системе питания в перву] очередь связана с давлением насыщенных паров применяемого топлива. При пр< чих равных условиях интенсивность кавитации возрастает при использовании т( плива с более высоким давлением насыщенных паров. Наибольшая кавитацк возникает в том случае, когда топливо начинает кипеть, тогда, когда давление н; сыщенных паров превысит минимальное давление в топливной системе.

Образование паровых пробок и появление кавитационных режимов работ насосов способствует процесс выделения растворенного в топливе воздуха.

Табл. 2.14

Сводные показатели относительной опасности паров и газов

Вещество Показатели

кн кд кс к, ки кр ко кг 1к

Метан 66 10 38,7 32,5 0 2,95 61 48,8 63,4 40,9 364

Этан 81,6 9,8 49,0 41,3 18,3 83 32,5 86,3

Пропан 87 7,5 45,3 42,7 5,1 90 18,8 86,4 55,2 459

н-Бутан 89,1 6,8 38,7 56,9 10,9 5,1 94 2,5 93,1 40,9 438

изо-Бутан 89,8 6,6

Этилен 80,9 29,9 58,5 39,5 71,4 13,9 96 38,34 93,2 55 577

Пропилен 85,7 8,1 44,3 55,8 43,9 5,9 98 52

Бутилен 91,1 7,9 43,4 61,8 7,6 100 5,2 100

Бутадиен 50,9 53,4 60,4 12,7

Окись этилена 81,6 99,9

Винилхлорид 74,8 26,2 67,9

Диборан 100 100

Аммиак 0 12,7

Водород 74,8 73,0 100 26,2 100 100 71 100 0 100 745

Бензин Б-70 94,7 7,2 45 45 51,2 5,9 95 0 100 21,4 465

Топливо ТС-1 93,8 6,1 100 13,0

Растворимость кислорода в углеводородах примерно в 2 раза выше растворим ста азота. Поэтому газовая смесь, выделяемая из топлива, богаче кислородом, 41 обычный воздух. Пределы взрываемости паров топлива в такой смеси кислород! азотом шире, чем в воздухе. Смесь является более взрывопожароопасной.

Из выше сказанного можно заключить, что основными эксплуатационны! свойствами топлива АСКТ являются:

• плотность, которая влияет на дальность полета, на аэродинамические харг теристики ЛА;

• теплота сгорания, влияющая на экономичность работы двигателя;

• давление насыщенных паров, влияющее на образование паровоздушш пробок и на образование взрывопожароопасных топливовоздушных смесей.

Раздел 3 посвящен исследованию характеристик АСКТ и разработке техи логических методов при работе с ним.

Физико-химические показатели нормируются ТУ 39-1547-91 на сконденс рованное авиационное топливо (табл. 1). Технические условия определяют мет дику лабораторного контроля качества АСКТ.

В процессе хранения в топливах под воздействием внешних и внутренн: факторов происходят необратимые процессы, влияющие на надежность техни< ской системы. В связи с этим необходимо предвидеть возможные состояния, к торые определяются физико-химическими параметрами топлива.

В диссертационной работе автор предлагает для прогнозирования состоян топлива использовать модель управления качеством авиационного топлива.

Пусть имеем наиболее информативный параметр, характеризующий состояние АСКТ в процессе эксплуатации. Таковым является содержание пропана (% масс.).

Обозначим через 5(1 к),//< = КМ, случайный процесс изменения данно параметра во времени.

Введем функцию удельных потерь:

У(<к) =

С

1к С+А

(1)

"•'К

где С - средние затраты на контроль качества (времени или стоимости);

А - затраты (времени, стоимости) на восстановление качества топлива или его замену.

Задача оптимизации заключается в выборе правила контроля и восстанов-тения топлива (правила оптимальной остановки) - правило Я*, обеспечивающего шнимум материального ожидания выражения (1), т.е.

(2)

ппп М\у(1к)] я

Правило Я* имеет вид Л*

(3)

где ), есть наибольшее К, при котором выполняется следующее стохас-

ическое неравенство:

(4)

А(К-1)

В этом неравенстве Ь - максимальное допустимое значение параметра, а - ) - аргумент функции распределения ^(5).

Рис. 1. Функция распределения Р(8)

Используя таблицы случайных чисел, промоделируем изменение одномер ного возрастающего процесса Д8(1к).

При нарушении выполнения неравенства (4) необходимо контролируемы! параметр ввести в норму.

В работе приведен анализ способов хранения АСКТ с учетом физико химических свойств топлива, его взрывопожароопасности. Для сравнения бьш выбраны резервуары для хранения авиакеросина и резервуары специальных кон струкций для хранения сжиженных газов. Рассмотрена степень пожарной безо пасности в зависимости от типа резервуаров. Учитывая физико-химические свой ства АСКТ и опыт работы со сжиженными газами в газоперерабатывающей прс мышленности в настоящее время хранение АСКТ целесообразно проводить стальных резервуарах под избыточным давлением. Такой способ хранения обе< печит поддержание АСКТ в жидком состоянии при температуре окружающсг воздуха до +30°С и не потребует значительных капитальных вложений при реки струкции объектов топливообеспечения, а также упрощает осуществить перека> ку топлива по трубопроводам.

• Использование АСКТ на ЛА возможно:

• в охлажденном виде при нормальном давлении;

• при температуре окружающей среды под небольшим давлением (0,3-0 МПа, при 1=+45°С).

Первый способ вызывает необходимость в теплоизоляции баков и труб проводов, а также вызывает некоторые эксплуатационные неудобства, т.к. требу хранение в теплоизолированных резервуарах или захолаживания топлива пер заправкой.

Второй способ более удобен в эксплуатационном отношении, но треб) доработки топливной автоматики двигателя, т.к. штатная автоматика не моя гарантировать от вскипания топлива по тракту.

Баки с АСКТ должны быть дополнительно оборудованы двумя самост! тельными датчиками давления, предохранительным и аварийным клапанами. I обходимо установить на баке разрывную мембрану для обеспечения направл

юго выброса газа в случае резкого повышения давления или отказе предохрани-ельной или аварийной аппаратуры.

Для повышения безопасности должна быть предусмотрена принудительная снтиляция отсеков, граничных с трубопроводами и баками. Кроме того, трубо-роводы следует заключить в герметичные кожуха с выводом дренажей из них за орт.

При стоянке ЛА с заправленными баками вокруг него возможно образова-ие загазованной зоны из-за сброса через дренажную систему паров топлива и :парение частиц топлива из трубопроводов и баков. Для предотвращения обра-1вания парового облака необходимо воспользоваться одним из следующих споров:

• отводить пары на малогабаритную наземную установку для их сжигания;

• пропускать пары топлива через адсорбент;

• обеспечить хорошую вентиляцию стоянки ЛА;

• сжигать пары в камере сгорания или выхлопной трубе ЛА.

Доставку топлива от топливохранилища к местам стоянки ЛА целесообраз-производить через системы ЦЗС. При использовании ТЗ возникает ряд про-гм, а именно:

• требуется большое количество топливозаправщиков;

• в зоне обслуживания скапливается значительное количество технических яств;

« выпускаемые в настоящее время топливозаправщики требуют конструктив-с изменений, обеспечивающих сохранность АСКТ в жидком состоянии.

Применение ЦЗС при использовании АСКТ обеспечивает практически все ожительные качества, присущие ЦЗС для авиакеросина.

Четвертый раздел диссертационной работы посвящен разработке требовало применению и оперативному контролю качества АСКТ.

Учитывая свойства АСКТ, конструкцию резервуаров и имеющееся резер-шое оборудование, разработаны требования безопасной эксплуатации хране-топлива.

В диссертационной работе предложены дополнительные требования к эст; кадам, предназначенным для приема из железнодорожных цистерн. На эстакада должны предусматриваться газосборники, а также малогабаритные установки дл нейтрализации паров АСКТ в цистернах после их опорожнения.

Предложены мероприятия по конструктивным изменениям топливозапрт щиков, а именно:

• увеличение прочности цистерны;

• установка манометров, показывающих давление в надтопливной части ци< терны;

• установка ограничителя наполнения, срабатывающего при заполнении 85' емкости цистерны;

• замена задвижек клапанами (желательно пневматическими);

• установка трехходового крана для ручного сброс давления;

• цистерна должна быть оборудована теневым кожухом.

Особое внимание в работе уделено оперативному контролю качества АСК т.к. от этого во многом зависит безопасность полетов.

• Оперативный контроль качества должен проводиться:

• на складах хранения АСКТ;

• при выдаче АСКТ в средства заправки;

• перед заправкой ЛА на стоянке;

• после заправки ЛА.

При оперативном контроле необходимо определять чистоту АСКТ (налич механических загрязнений, воды), а также показатели, влияющие на пожа{ взрывобезопасность.

Особое внимание следует уделить замерам концентрации газов в рабоч зонах, что не контролируется при работе с авиакеросинами. Газовый контре следует периодически проводить в зонах хранения, выдачи, на стоянках ЛА.

Также в работе предложены дополнительные меры к топливным систел< ЛА, использующих АСКТ, а именно:

• перед заправкой ЛА на стоянке;

• после заправки ЛА.

При оперативном контроле необходимо определять чистоту АСКТ (нали-те механических загрязнений, воды), а также показатели, влияющие на пожа-зо-взрывобезопасность.

Особое внимание следует уделить замерам концентрации газов в рабочих юнах, что не контролируется при работе с авиакеросинами. Газовый контроль ледует периодически проводить в зонах хранения, выдачи, на стоянках ЛА.

Также в работе предложены дополнительные меры к топливным систе-гам ЛА, использующих АСКТ, а именно:

• возможность равномерной выработке АСКТ из баков при отказе одного :з двигателей;

• питание СУ без перерыва при переходе с АСКТ на керосин, или наобо-от;

• установка систем контроля количества топлива в каждом баке, в расход-ых системах и в целом;

• подключение систем дренажа топливных баков к наземным средствам, с :лью дальнейшей утилизации возможных утечек топлива;

• выводы дренажных систем в места, исключающие образование взрыво-шсных смесей в воздухозаборниках двигателей и ВСУ, гондолах двигателей, а кже в места, где возможно присутствие экипажа и пассажиров.

Кроме того, на ЛА должны быть предусмотрены:

• сигнализация об утечках паров газов должна быть выведена в кабину ипажа;

• система газового контроля и пожарной сигнализации должны содержать едств'а самоконтроля;

• заполнение отсеков с повышенной концентрацией газов должны произво-ться автоматически. Кроме этого, необходимо предусмотреть и ручное равление подачи нейтрального газа.

• пожаро - взрывоопасные свойства;

• экологические свойства.

С учетом всех свойств АСКТ выбраны эксплуатационные свойства, влияющ! как на безопасность полетов, так и на безопасность применения.

3. С целью обеспечения безопасности полетов и рационального использоваш АСКТ разработана количественная модель управления качеством авиационно! топлива, что позволяет определять оптимальные сроки эксплуатации АСКТ.

4. Разработаны и предложены технологические методы при работе с АСК обеспечивающие безопасность эксплуатации.

5. Разработаны требования для работы с АСКТ при:

• приеме, хранении и транспортировании;

• заправке ЛА с помощью ЦЗС и ТЗ.

6. Определены показатели оперативного контроля качества АСКТ и поряя его проведения;

7. Предложены дополнительные требования к топливным системам ЛА, i пользующих АСКТ.

8. Показана актуальность и перспективность использования на вертоле' авиационного сконденсированного топлива

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Ершов Е.А. Анализ опыта использования альтернативных топлив на 1 Сборник научных трудов 1997-1998 г.г. Егорьевск, ЕАТК ГА, 1999 . С. 15-18.

2. Ершов Е.А. Анализ пожаробезопасности при хранении АСКТ в резервуа и баках вертолетов. МНТК Чкаловские чтения. Инженерно-физические пробл< авиационной и космической техники. Тезисы докладов. Егорьевск ЕАТК 1999. С. 43.

3. Ершов Е.А., Волков Д.И., Кондратенко C.B. Возможные способы получс авиационного сконденсированного топлива. Тезисы докладов. Ч. 1. Егорье ЕАТК ГА, 1997. С. 71.

4. Ершов Е.А., Фадин В.П. Альтернативные топлива для летательных апп тов. Тексты лекций. Егорьевск, ЕАТК ГА, 1999. 25 с.

5. Ершов Е.Л., Фадин В.П. Химмотология ГСМ. Ассортимент горюче-мазочных материалов и технических жидкостей, применяемых в ГА. Егорьевск, 'ЛТК ГА, 2000. 56 с.

6. Зубков Б.В., Ершов Е.А. Возможность использования сжиженных газов в ачестве альтернативных топлив на ВС. МНТК Инженерно-физические проблемы виационной и космической техники. Тезисы докладов. Ч. 1. Егорьевск, ЕАТК А, 1995. С. 26-27.

7. Зубков Б.В., Ершов Е.А. Выбор эксплуатационных свойств авиационного конденсированного топлива (АСКТ), влияющих на безопасную работу топлив-ых систем ВС. МНТК Современные научно-технические проблемы гражданской ¡нации. Тезисы докладов. М., МГТУ ГА, 1996. С. 77.

ЛР №020580 от 23.06.97 г. Подписано в печать 16.11.00 г. Печать офсетная Формат 60X84/16 1,25 уч.-изд.л. 1,16 усл.печ.л._Заказ № 538/ / У УУ_Тираж 80 экз.

Московский государственный технический университет ГА Редакционно-издательский отдел 125493, ул.Пулковская, д.ба

0 Московский государственный технический университет ГА.2000

ВВЕДЕНИЕ.

АНАЛИЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ВЫБОР АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ТОПЛИВ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ НА ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТАХ.

Анализ опыта использования альтернативных топлив на

Технико-экономический анализ по использованию альтернативных топлив.

Экологические проблемы применения альтернативных топлив.

Обоснование выбора АСКТ в качестве альтернативного топлива для Л А.

Нарастающий дефицит авиакеросина, экологические проблемы, истощение нефтяных ресурсов делают необходимым решение вопроса перехода авиации на новые виды энергоносителей - криогенные топлива, сжиженные газы.

В настоящее время Россия занимает ведущие позиции в этой области. Эти позиции она не должна утрачивать, а при планомерном их укреплении она выигрывает как в технико-экономическом, так и в военном отношении. Это повысит национальную безопасность России - экономическую, военную, экологическую и положительно повлияет на социальную сферу - на профессиональную ориентацию массы людей, на качество жизни общества.

Учитывая важность этой задачи, Комитет по промышленности, строительству, транспорту и энергетике и Комитет по безопасности Государственной Думы рекомендовал Правительству Российской Федерации принять решение о разработке отечественной концепции применения криогенных и газовых топ-лив и проекта Федеральной целевой программы развития авиационной техники на криогенном и газовом топливах.

Эта программа предусматривает: - завершение разработки гражданских грузовых и пассажирских самолетов, использующих газовое топливо и частичный перевод гражданской авиации на газовое топливо до 2010 года;

- форсированное создание крупномасштабного производства альтернативных топлив (ожижения газов, производство и ожижение водорода и их транспортировка), нацеленного не только на внутренний, но и на внешний рынок;

- создание аэродромных комплексов обеспечения J1A альтернативными видами топлив.

В создании и реализации этой программы участвуют Военный авиационный технический университет имени профессора Н.Е. Жуковского, Координационный совет по водородной энергетике и технологии, АНТК имени А.Н. Туполева, ГосНИИ ГА, ОКБ имени C.B. Ильюшина, ОКБ имени A.C. Яковлева, Московский вертолетный завод имени М.Л. Миля, 30 ЦНИИ, ЦАГИ, НПО 5

В третьей главе «Разработка технологически методов обеспечения ЛА топливом АСКТ» решаются проблемы лабораторного контроля качества АСКТ. Предложена количественная модель управления качеством топлив. Представлена на основании исследований свойств АСКТ сравнительная характеристика различных способов хранения АСКТ в аэродромных условиях. Разработаны и обоснованы методы заправки ЛА АСКТ и возможные способы хранения его на борту вертолета Ми-8ТГ.

Количественная модель управления качеством рассмотрена на основании изменения одного, хотя и основного, параметра. Эта модель требует дальней разработки и эксперимента, как в лабораторных условиях, так и на производственных предприятиях ГА с учетом всех показателей качества.

В четвертой главе «Разработка требований по применению и контролю качества АСКТ» представлены требования по безопасности работы с АСКТ при приеме, транспортированию, хранению и заправке. Определены показатели свойств, которые необходимо проверять при оперативном контроле с АСКТ и технологическая карта контроля АСКТ. Также определены дополнительные требования к топливной системе ЛА, пожарной защите и газовому контролю.

В диссертационной работе при разработке дополнительных требований практически не уделено внимания средствам фильтрации, от которых во многом зависит безопасность полетов. Необходимо отразить кратность фильтрации, порядок очистки АСКТ от загрязнения и воды, типы фильтроэлементов.

Все указанные замечания являются не недостатками диссертационной работы, а предложениями, решения которых более полнее раскрыло бы тему.

В целом ознакомление с диссертационной работой Ершова Е.А. позволяет утверждать, что его исследование посвящено важной, актуальной в настоящее время проблеме, имеющей большое теоретическое и практической значение, и отвечает требованиям ВАК, предъявляемым к кандидатским диссертациям по специальности 05.22.14 - «Эксплуатация воздушного транспорта», а сам автор заслуживает присвоения ученой степени кандидата технических наук. 6 рованного топлива (АСКТ) в эксплуатационных предприятиях и БП в авиакомпаниях России.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые:

- синтезированы и обобщены научные данные по использованию альтернативных топлив на ЛА, их экологические свойства, проведен технико-экономический анализ при работе ЛА на различных видах топлива и дано обоснование выбора авиационного сконденсированного топлива для вертолетов сГТД;

- исследованы и определены свойства АСКТ, влияющие на безопасность в процессе применения;

- предложена модель управления качеством топлива, позволяющая прогнозировать время его пригодности к эксплуатации;

-разработаны технологические методы и дополнительные требования, обеспечивающие безопасную эксплуатацию АСКТ.

На защиту выносятся следующие основные результаты:

- обоснование выбора АСКТ для вертолетов с ГТД на основании технико-экономического анализа, экологических и физико-химических свойств топлива;

- выбор эксплуатационных свойств АСКТ, влияющих на безопасность эксплуатации;

- определение методов контроля качества АСКТ;

- количественная модель управления качеством топлива;

- обоснование дополнительных требований, обеспечивающих безопасность эксплуатации АСКТ.

Практическое значимость работы.

Практическая значимость работы состоит в том, что ее результаты позволяют:

- использовать разработанные требования по безопасности эксплуатации АСКТ при составлении нормативной базы для авиапредприятий, эксплуатирующих АСКТ; 7

- определять по количественной модели управления качеством топлива оптимальные сроки пригодности АСКТ;

-материал диссертационной работы может быть использован при подготовке авиаспециалистов, работающих с альтернативными топливами.

За время работы над диссертацией автор принял участие в научно-исследовательской работе, проводимой в Московском государственном университете ГА и Егорьевском авиационном техническом колледже ГА, по тематике связанной с вопросами обеспечения БП, технической эксплуатации ЛА и объектов топливообеспечения, экологическим проблемам. Результаты исследования использовались в учебных дисциплинах «Альтернативные топлива для ЛА», изучаемом по специальности 2404 и «Авиационные ГСМ» по специальности 1303.

Апробация результатов работы

Основные результаты работы были представлены и обсуждены на:

- 1-ой Международной научно-практической конференции (МНТК)» Инженерно-физические проблемы авиационной и космической техники», Егорьевск, ЕАТК ГА, МГТУ ГА, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1995;

- МНТК «Современные научно-технические проблемы гражданской авиации";

- 2-ая МНТК Инженерно-физические проблемы авиационной и космической техники», Егорьевск, ЕАТК ГА, МГТУ ГА, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997;

- XXII научные чтения по космонавтике им. С.П. Королева, Москва, ИИЕТ РАН, 1998.

Публикация результатов работы

Основные результаты работы опубликованы в:

- сборнике тезисов докладов 1-ой Международной научно-технической конференции. Егорьевск, ЕАТК ГА, МГТУ ГА, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1995;

- сборнике тезисов докладов МНТК. Москва, МГТУ ГА, 1996;

- сборнике тезисов докладов 2-ой МНТК, Егорьевск, ЕАТК ГА, МГТУ ГА, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997 г. 8

- сборнике тезисов докладов XXII научных чтений по космонавтике, Москва, ИИЕТ РАН, 1998.

- сборнике научных трудов 1997-1998 г.г., Егорьевск, ЕАТК ГА, 1999.

Содержание и объем диссертационной работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы.

1. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И СВОЙСТВ АВИАЦИОННОГО СКОНДЕНСИРОВАННОГО ТОПЛИВА, ВЛИЯЮЩИХ НА БЕЗОПАСНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ

2. Массовое содержание пропана, %, не более 7,2-14 ТУ-38.101524-83

3. Давление насыщенных паров, абсолютное, при 45°С, МПа (кг/см2), не более 0,50 (5,0) ГОСТ 21443-75Э

4. Плотность при 20°С кг/м3, не менее 585

5. Теплота сгорания (низшая), кДж/кг (ккал/кг), не менее 45200 (10800)

6. Массовая доля сернистых соединений в перечете на серу, %, не более 0,002 ГОСТ 22986-78

7. Содержание свободной воды отсутствие ГОСТ 21444-75Э

8. Содержание щелочи отсутствие ГОСТ 21443-75Э

9. Содержание механических примесей отсутствие ТУ-39-1340-89

10. Проведенный анализ состава и основных свойств АСКТ, как объекта исследования, подтвердил возможность использования АСКТ в качестве топлив для вертолетов с ТРД.78

11. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛА ТОПЛИВОМ АСКТ