航空燃料

航空燃料的发展经历了漫长的历史过程，在同一时期还存在着各种不同种类和型号的燃料体系，但是归结起来每一次航空发动机的历史变革都会带来航空燃料的迅猛发展和革新，发动机的性能改进和变革会对燃料产生更高的性能要求，从而推动了航空燃料的发展。从无发动机的飞行系统中的人力动力源，到内燃机系统中的航空柴油动力源，到活塞式发动机系统中的航空汽油动力源，到喷气式发动机系统中的喷气燃料动力源，到超音速发动机系统中的高密度碳氢燃料，再到新能源发动机系统中的生物燃料或太阳能动力源，也就是说航空燃料的发展史是由航空发动机的发展衍生而来的。

航空燃料主要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）。

发展历程

萌芽阶段

像鸟儿那样在空中自由飞翔，是人类长期以来一直梦牵魂萦的向往,并为实现这一美好的愿望进行了长期的前仆后继的探索。最先，是模仿鸟儿,全身贴上羽毛、绑上翅膀、靠双臂扑动进行“人力扑翼飞行”。从公元前开始,世界上许多人多次试验，非死即伤，均告失败。但是对于扑翼机的研究持续进行。1769年，英国工人瓦特发明了蒸汽机。蒸汽机在工业领域的广泛应用爆发了第一次技术革命。那时,人们尝试把蒸汽机用在“雪茄烟”或“鲸鱼”状的气球上，称之为飞艇。1842年起，英国的斯特林费洛和亨森开始研制以蒸汽为动力的飞机模型。1871年，法国的阿方斯·佩诺设计出一种具有稳定尾翼、以蒸汽为动力的单翼飞机模型，飞行了60米。1891年，德国航空先驱利林塔尔完成了首次短程滑翔飞行，后来又进行了多次滑翔飞行，最远可飞300多米。

在这个漫长的时期内，机械水平和开采冶炼能力都处在很原始的状态，不能实现发动机动力系统的研制和开发，虽然开启了航天之梦，但是所有这一切的动力来源都来自于人力自身或是蒸汽动力，可以说是用人力(智力和体力)将人类自己送上了天空。

初始阶段

最先发明的内燃机以煤气为燃料，但是煤气内燃机燃烧热值较低，且产生CO等有毒气体，使用不方便。19世纪70年代以后随着石油开采、提炼技术的成熟，汽油、柴油取代煤气成为内燃机燃料。因此内燃机经历了煤气内燃机到汽油、柴油内燃机的发展过程。借助于内燃机带来的巨大动力持久支持，美国莱特兄弟制造出了第一架依靠动力系统进行载人飞行的飞机“飞行者”1号，实现了人类首次持续的、有动力的、可操纵的飞行。而这次飞行的动力供给就是柴油，柴油使持续的动力飞行成为了现实，实现了航空器动力升空自主飞行。

完善阶段

航空柴油的缺点较明显，然料的燃烧热值较低，含硫量较高，会造成严重的尾气污染，而且它的闪点较低，在运输、储存、使用方面存在安全隐患。第二次世界大战又一次因战争需要促进了空军的发展，这一时期是活塞式内燃发动机的完善发展期。在提高发动机功率方面，采取了加大气缸容积，增加气缸数量，加大发动机转速和预压缩工作介质等措施。由于航空汽油具有足够低的结晶点(-60℃以下)和较高的发热量，良好的蒸发性和　　足够的抗爆性，在这个特殊阶段，航空汽油逐渐取代柴油，成为了主要的航空燃料。

突破阶段

制备方法

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。

主要特点

飞机发动机对燃料的依赖性极大，要求自然也很严格。在表示燃料质量的各种性能综合中，最重要的是在飞机发动机使用过程中系统和零部件同燃料及其燃烧产物接触过程中所出现的那些性能，即所谓的使用性能。这些性能同飞机发动机的可靠性和寿命直接相关，且它们只是在使用过程中才出现。

基本性能

抗爆性

抗爆性是航空汽油最重要的使用性能，通常由辛烷值/品度值表征并以其值命名它们的牌号。我国航空汽油分为RH-75、RH-95/130和RH-100/130三个品级。其中RH-75航空汽油主要用于轻负荷低速飞机，RH-95/130航空汽油主要用于中负荷高速飞机，RH-100/130航空汽油适用于重负荷高速飞机。汽油的辛烷值/品度值越高，汽油的抗爆性能越好。辛烷值表示汽油在贫油时的抗爆性，品度值表示汽油在富油时的抗爆性。不同压缩比的发动机应选用辛烷值/品度值合适的汽油，高压缩比发动机使用低辛烷值/品度值汽油时,发动机会产生爆震，导致发动机损坏。汽油的抗爆性与其组成中的烃类的化学结构有关，芳香烃最好，烷烃和环烷烃次之，由于碳链易断裂，所以正构烷烃的抗爆性最差。四乙基铅抗爆剂可有效地提高汽油的抗爆性。目前高标号的航空汽油均添加四乙基铅抗爆剂。低铅和无铅化是航空汽油的发展方向，重点是开发新型的无公害抗爆添加剂。

要求严格

为了保证飞行安全和使用寿命，飞机发动机对燃料质量的要求很严格。由于我国的航空燃料未达到其总统专机的燃料标准，1996年俄罗斯叶利钦总统、1997年美国克林顿总统、2001年布什总统、2003年普京总统的访华专机均拒绝添加中国生产的航空燃料；美国的“挑战者号”和“哥伦比亚号”航天飞机的失事也与燃料密切相关；新式战机的研制很大程度上也在于材料及内部燃料，由此可见研究航空航天燃料，获得更高标准的燃料乃是大势所趋。在美苏两国，航空航天燃料的研究已经有相当长的时间，并已取得了相当好的成果。我国在该领域的研究虽然起步较晚，但是通过广大科研人员的努力攻关，也取得了不错的成就。

主要种类

现代飞机发动机对喷气燃料提出了一系列要求，而这些要求在一定程度上又是相互排斥和矛盾的。每一种燃料都是飞机发动机所提出的各种要求之间以及这些要求同原料资源、生产工艺的价格等之间的折中和妥协。由于在一种燃料中不可能融合现代飞机发动机对燃料提出的全部要求，因此生产了多种燃料，其中的每一种，在考虑到价格和资源的同时，在使用性能上都有其一定的特点，应按其特点优先用于一定用途的飞机发动机上。

我国喷气燃料现有四个品种：煤油型的RP-3的喷气燃料、宽馏分型的RP-4的喷气燃料、高闪点型的RP-5喷气燃料和大比重型的RP-6喷气燃料，它们共同构成了我国较为完整的喷气燃料体系。喷气燃料的基本组成为不同的石油烃类和残留的少量非烃及添加剂。其烃族组成和非烃含量主要取决于原油性质(或类属)和喷气燃料的加工工艺。在这些组分中，烃类主要是烷烃、环烷烃、芳香烃和少量的烯烃。其中芳香烃因影响喷气燃料的燃烧性，标准规定其体积分数不超过20%~25%；烯烃将影响喷气燃料的安定性，标准规定其体积分数不超过5%。残留在喷气燃料中的非烃主要为含氧化合物，含硫化合物，含氮化合物和有机金属化合物。他们同属喷气燃料中的非理想成分（杂质），会产生很坏的作用，特别是含硫的化合物影响燃烧性、安定性、腐蚀性和环境保护，所以喷气燃料的标准对总硫含量和硫醇型硫含量等做出了比较严格的限制。喷气燃料中非烃总质量分数通常小于0.2%。为了改进喷气燃料的某些性能，可按要求由生产厂加入或用户自行选择加入经过试验、鉴定和批准的添加剂，但是其加入量要严格控制。喷气燃料在飞机发动机中除用作能源外，还用作润滑系统、辅助系统的冷却剂和燃料系统摩擦机件的润滑剂。因此，要求喷气燃料具有良好的热氧化性和润滑性。特别是随着飞机发动机热强度的提高，对喷气燃料热氧化安定性的要求越来越高。热氧化安定性是指燃料在高温和氧的作用下氧化分解和缩合生成胶质和沉淀物的倾向，胶质和沉淀物会严重影响发动机的正常工作。所以，提高热氧化安定性仍是喷气燃料的发展目标之一，其主攻方向是研究新的燃料加工工艺和添加剂，国外已研究出能将现行的煤油型喷气燃料的耐热性提高55℃的添加剂。用添加剂来提高现行喷气燃料的热氧化安定性是一种经济有效的途径。

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。