Ни один двигатель не может есть неподходящее для него топливо, и тип мотора здесь не имеет никакого значения. Эта аксиома верна и для ДВС, и для огромных турбовентиляторных, которые устанавливаются на современные авиалайнеры. И даром, что топливо для них используется совершенно разное – вместо обычных для автомобилей бензина и дизеля самолёты заправляют специальным авиационным керосином.
Топливо в первых самолётах
Изначально самолёты не выделялись в отдельный вид техники и воспринимались как ещё одна машина с мотором, а потому на них ставили двигатели внутреннего сгорания, работавшие на обычном бензине. Ранние поршневые авиационные двигатели снабжались карбюраторами, свечами зажигания и работали точно так же, как автомобильные. Бензин был для них лучшим топливом – легко образовывал топливную смесь и хорошо воспламенялся.
Именно по этой причине подавляющее большинство самолётов в первой половине прошлого века летали на бензине. Истребители, бомбардировщики – все они потребляли бензин тоннами, причём не автомобильный, а авиационный с очень высоким октановым числом. Только по окончании войны в них начали заливать керосин, но и то лишь по той причине, что появились новые двигатели – реактивные и турбовинтовые, для которых бензин был далеко не лучшим вариантом.
Авиационный керосин и безопасность
Главная трудность с использованием бензина связана с безопасностью: он слишком легко испаряется. После этого бензиновые пары очень быстро смешиваются с воздухом, а получившаяся смесь загорается от малейшего источника огня, даже об искры. И если для автомобиля это не имеет особого значения, то с самолётом всё иначе. Всё дело здесь в хранении топлива: в самолёте его равномерно распределяют между несколькими ёмкостями в крыльях и фюзеляже. С настолько большой площадью испарения при малейшей утечке обязательно произойдёт большой взрыв.
Керосин испаряется гораздо медленнее, а загорается он при более высокой температуре. Для сравнения: бензин может загореться при температуре окружающей среды -43 градуса Цельсия, авиационный керосин – не ниже +38. Учитывая же, что авиалайнер летит на высоте около десяти километров, где температура может понижаться до -50 градусов, керосин хранить в огромных топливных баках гораздо безопаснее, а риск воспламенения топливно-воздушной смеси гораздо ниже.
Несовместимость с бензином
Ещё одна причина перехода на авиационный керосин связана с устройством современных двигателей. Если в поршневых моторах топливо воспламеняется небольшими порциями при помощи искры или сжатия, то в турбовентиляторных и турбореактивных оно подаётся непрерывным потоком, смешивается с потоком сжатого воздуха и горит постоянно. При таком принципе работы нужен не кратковременный мощный импульс, а постоянное и стабильное горение. Бензин для этих целей подходит плохо: в отличие от авиационного керосина, он слишком быстро испаряется и даёт неустойчивое пламя. Для реактивного двигателя нестабильное горение слишком опасно, это может привести к сильным вибрациям или даже к потере тяги.
Впрочем, в реактивных самолётах топливо нужно не только сжигается в двигателях, оно выполняет сразу несколько функций. И одна из них – охлаждение топливной системы и непосредственно двигателя. Топливо пропускается через систему охлаждения, вбирает в себя лишнее тепло и разогревается перед подачей.
Вес и экономия
Самое главное качество любого самолёта – это его грузоподъёмность, поэтому эффективность топлива имеет огромное значение. Чем больше оно содержит энергии, тем меньше его потребуется для полёта, и тем дальше самолёт сможет улететь. И учитывается при этом каждый килограмм. Интересно, что в плане энергоэффективности авиационный керосин почти аналогичен бензину, но имеет одно большое преимущество – он немного тяжелее. То есть в баках того же объёма можно взять с собой больше топлива.
Хоть разница в плотности и не слишком велика, в общем объёме получаются солидные цифры: дальнемагистральный самолёт может взять на борт топлива до 40% от собственного веса. К тому же большое значение имеет экономия – авиационный бензин просто обязан обладать большим октановым числом, но производить его дорого, и авиакомпаниям он бы обходился в целое состояние. В отличие от него, керосин получить гораздо проще, сам по себе он дешевле, и покупать его могут в гораздо больших объёмах.
Дизель тоже не подходит
Казалось бы, производители могли бы пойти по пути автомобильных компаний и использовать дизель, тем более что по своему химическому составу и свойствам он очень похож на керосин. Тем не менее авиационное топливо в этом случае подходит гораздо лучше. Интересно, что авиационный керосин имеет неплохие смазывающие свойства, он сам по себе обеспечивает стабильную работу топливных насосов высокого давления. Но дело не только в этом, всё упирается как раз в состав и условия эксплуатации.
На стандартной для пассажирских самолётов (и не только их) высоте, а это около 10 километров, вся конструкция вместе с топливными магистралями и узлами переохлаждается и остывает до -50 градусов по Цельсию. При этом в дизеле образуются парафины, что для самолёта совершенно неприемлемо. Бензин тоже не очень хорошо себя ведёт при настолько низких температурах. В итоге остаётся только незаменимый керосин. Именно под него проектируются самолёты, и в ближайшем обозримом будущем это вряд ли изменится.
Альтернатива
Впрочем, нельзя сказать, что альтернативы авиационному керосину нет совсем, но широко использовать их практически невозможно. По крайней мере, в настоящий момент. Все существующие виды топлива имеют одни и те же проблемы: их производство слишком дорогое, для их создания в огромном количестве необходимы нужные всем ресурсы или же дорогостоящие технологии. Один из ярких примеров – биотопливо. Оно отлично подходит для существующих авиационных двигателей и его можно производить практически неограниченно, но это невозможно. Биотопливо делают из технических культур, но их требуется настолько много, что пришлось бы пожертвовать пшеницей, кукурузой и многим другим. К тому же в процессе производства образуется гораздо больше углекислого газа, чем при сжигании авиационного керосина.
С водородом примерно та же история. Его можно использовать либо вместо топлива, сжигая в двигателях, либо для производства энергии в топливных элементах, но всё опять упирается в стоимость. С безопасным промышленным способом производства водород получается очень дорогим, в свою очередь топливные элементы тоже стоят очень дорого. Так что пока все обходятся керосином.
Некоторые считают водородные самолёты будущим авиации, но пока что построить их невозможно. На текущий момент топливные элементы удалось установить только на несколько одномоторных концептов.
