Pam Mae Awyrennau'n Defnyddio Cerosin (Tanwydd Jet)?

Heddiw, rydym yn cymryd yn ganiataol bod awyrennau jet yn llosgi cerosin. Ond yn nyddiau cynnar hedfan, roedd awyrennau'n rhedeg ar yr un gasoline â'ch car. Pam newidiodd y fwydlen mor llwyr? Nid stori am dechnoleg tanwydd yn unig yw'r hanes hwn-mae'n saga o fanteision diogelwch, perfformiad a pheirianneg.

Rhan 1: Cyfnod Piston (1903–1940au) – Teyrnasiad Byr Gasoline
Defnyddiodd taith awyren gyntaf y Brodyr Wright gasoline. Roedd awyrennau cynnar i gyd yn defnyddio peiriannau piston, tebyg i beiriannau ceir, felly gasoline oedd y dewis naturiol.

Daeth problemau i'r amlwg yn fuan:

Curo Injan (Detonation): Er mwyn cynyddu pŵer, roedd angen cymarebau cywasgu uwch ar beilotiaid, ond byddai gasoline cyffredin yn tanio ac yn tanio. Gallai hyn leihau pŵer neu hyd yn oed chwalu silindrau.

Anweddolrwydd Uchel: Mae gasoline yn anweddu'n hawdd ar dymheredd ystafell, gan greu anweddau fflamadwy. Yn ystod y Rhyfel Byd Cyntaf a'r Ail Ryfel Byd, aeth llawer o awyrennau ar dân neu ffrwydrodd ar y ddaear wrth ail-lenwi â thanwydd oherwydd gwreichion sefydlog.

Eisin Carburetor ar Uchder: Byddai anwedd dŵr yn yr aer cymeriant yn rhewi yn y carburetor ar uchder uchel, gan rwystro'r injan. Weithiau roedd yn rhaid i beilotiaid cynnar diferu gwrthrewydd â llaw i'r carburetor.

Yn y 1930au, canfuwyd ateb ar ffurf Hedfan Gasoline, a elwir hefyd yn Avgas. Trwy ychwanegu cemegyn o'r enw tetraethyl plwm at y tanwydd, cynyddwyd y raddfa octan o 40 i 100/130 neu hyd yn oed yn uwch. Defnyddiwyd y tanwydd newydd hwn, Avgas, i bweru rhai o awyrennau mwyaf eiconig yr Ail Ryfel Byd, gan gynnwys yr ymladdwr P-51 Mustang a'r awyren fomio Superfortress B-29. Fodd bynnag, wrth i amser fynd yn ei flaen, daeth effeithiau gwenwynig plwm yn bryder mawr, a chyrhaeddwyd terfynau graddfeydd octan, gan annog peirianwyr i chwilio am atebion amgen.

Rhan 2: Y Chwyldro Jet (1940au) – Mae Gasoline yn cael ei Gondemnio
Ganed yr injan jet yn y 1940au (He 178 yr Almaen, Gloster Prydain E.28/39). Roedd angen tanwydd ar ei siambr hylosgi a allai:

Cael ei chwistrellu ar bwysedd uchel a llosgi'n sefydlog.

Gall lifo'n hawdd hyd yn oed pan mae'n wirioneddol oer - rydyn ni'n siarad -50 gradd neu -58 gradd F, sef y math o dymheredd y byddech chi'n ei brofi pan fyddwch chi ar uchder mordeithio.

Iro'r -plymiwr pwmp tanwydd pwysedd uchel.

Methodd Gasoline bob un o'r tri phrawf.

Eiddo Gasoline Jet Engine Gofyniad
Pwynt Fflach ~ -43 gradd (-45 gradd F) - Hynod Fflamadwy > 38 gradd (100 gradd F) er diogelwch
Isel{0}}Llif Tymheredd Yn solidoli tua -40 gradd (-40 gradd F) Rhaid llifo o dan -50 gradd (-58 gradd F)
Lubricity Gwael iawn (sych) Angen rhywfaint o lubricity ar gyfer pwmp tanwydd
Nid oedd tanwydd disel yn cael ei ystyried yn opsiwn da ychwaith. Un rheswm yw ei fod yn drwchus iawn ac nad yw'n torri i lawr yn hawdd, sy'n ei gwneud hi'n anodd ei ddefnyddio mewn injans. Hefyd, pan mae'n oer, mae tanwydd disel yn mynd yn fwy trwchus ac yn llifo'n araf, yn debyg i fêl. Ac i wneud pethau'n waeth, gall adael dyddodion carbon yucky ar ôl a all niweidio'r injan dros amser.

Trodd peirianwyr eu sylw at cerosin, a ystyrir yn aml yn dir canol perffaith - heb fod yn rhy ysgafn fel gasoline, ddim yn rhy drwm fel disel.

Rhan 3: Buddugoliaeth cerosin (1950–1960au) – Gosod y Safon
Prydain oedd yn arwain y ffordd: Ar ddiwedd y 1940au, datblygodd de Havilland cerosin purdeb uchel ar gyfer yr awyren jet "Comet", gan ei enwi'n Avtur (Tanwydd Tyrbin Awyrennau). Pan hedfanodd y Comet am y tro cyntaf ym 1952, roedd yn llosgi cerosin.

Cymerodd yr Unol Daleithiau ddull prawf a chamgymeriad i ddod o hyd i'r tanwydd cywir. Ar y dechrau, defnyddiodd Awyrlu'r UD danwydd "torri'n eang" o'r enw JP-1, a oedd yn debyg i gasoline trwm. Fodd bynnag, achosodd y tanwydd hwn lawer o broblemau, gan gynnwys dyddodion golosg a pheryglon tân aml oherwydd gollyngiadau. Yn ddiweddarach, yn ystod Rhyfel Corea, defnyddiodd y jet F-86 Saber JP-4, cymysgedd o gasoline a cerosin. Er bod JP-4 yn llai tebygol o rewi, roedd yn fflamadwy iawn, a arweiniodd at lawer o ddamweiniau ar y ddaear.

Yr ateb terfynol:

Milwrol: JP-8 (mabwysiadwyd o'r 1970au ymlaen) – yn ei hanfod cerosin gyda symiau bach o ychwanegion gwrth-statig a gwrth-eisin.

Ar gyfer awyrennau, mae dau brif fath o danwydd: Jet A a Jet A-1. Defnyddir Jet A yn yr Unol Daleithiau ac mae ganddo bwynt rhewi uchel, tra bod Jet A-1 yn cael ei ddefnyddio mewn gwledydd eraill a gall drin tymheredd oer iawn, mor isel â -47 gradd neu -53 gradd F. Dros amser, daeth y ddau fath hyn o danwydd yn safon ar gyfer y byd i gyd.

Rydym yn defnyddio llawer iawn o danwydd jet bob blwyddyn - tua 300 biliwn litr. A chael hyn, mae bron pob awyren jet, sef 99% syfrdanol, yn rhedeg ar danwydd wedi'i wneud o cerosin.

Rhan 4: Pam enillodd cerosin – Adolygiad Technegol
Pan fydd pwynt fflach tanwydd yn uchel, uwchlaw 38 gradd neu 100 gradd F, mae'n golygu na all fynd ar dân o fflam noeth pan fydd ar dymheredd ystafell. Mae hyn yn bwysig iawn oherwydd ei fod yn lleihau'r risg o danau pan fydd tanwydd yn cael ei drin ar y ddaear neu os bydd gollyngiad yn ystod taith awyren.

Rhewbwynt Isel (< -47°C / -53°F): Remains fluid at typical intercontinental cruise altitudes (around -50°C / -58°F).

Sefydlogrwydd Thermol: Nid yw'n dadelfennu'n hawdd nac yn ffurfio dyddodion carbon mewn-cyfnewidwyr gwres olew tanwydd (yn gweithredu uwchlaw 150 gradd / 302 gradd F), a allai rwystro ffroenellau tanwydd manwl gywir.

Dwysedd Ynni Ffafriol: Mae ganddo ddwysedd ynni cyfeintiol 12% yn uwch na gasoline, sy'n cyfieithu i ystod hirach.

Lubricity Priodol: Yn darparu dim ond digon o iro ar gyfer plymwyr pwmp tanwydd pwysedd uchel (er bod cerosin sylffwr uwch--isel- modern yn gofyn am welliannau lubricity ychwanegol weithiau).

Rhan 5: Y Dyfodol – Pa mor Hirach y bydd cerosin yn tra-arglwyddiaethu?
Heriwr 1: Tanwydd Hedfan Cynaliadwy (SAF)
Mae tanwydd hedfan cynaliadwy, neu SAF, yn cael ei greu o bethau fel olew gwastraff, sbwriel o ddinasoedd, neu fwyd dros ben o ffermydd. Mae'n debyg iawn i'r cerosin a gawn o ffosilau, felly gallwn ei gymysgu gyda'r tanwydd hwnnw ar hyn o bryd - hyd at hanner a hanner. Y cynllun mawr yw peidio â chael unrhyw allyriadau carbon o gwbl erbyn y flwyddyn 2050.

Heriwr 2: Hydrogen Hylif (LH₂)
Mae Airbus yn bwriadu cyflwyno awyrennau wedi'u pweru gan hydrogen erbyn 2035. Nid oes gan hydrogen allyriadau carbon a dwysedd ynni grafimetrig uchel iawn. Fodd bynnag, mae ei ddwysedd cyfeintiol yn hynod o isel, sy'n gofyn am danciau cryogenig mawr, trwm. Erys heriau fel breuo hydrogen a risgiau ffrwydrad.

Heriwr 3: Batri-Trydanol
Dim ond yn ymarferol ar gyfer awyrennau rhanbarthol bach sy'n hedfan o dan 500 km (310 milltir). Mae dwysedd ynni batri tua 50 gwaith yn is na cherosin, sy'n ei gwneud hi'n amhosibl i jetiau pellter mawr, hir.

Am amser hir i ddod, yn ôl pob tebyg tan 2050, bydd awyrennau mawr yn dal i ddefnyddio cerosin neu danwydd tebyg a wneir mewn labordy. Mae'r math hwn o danwydd wedi bod o gwmpas ers tro, ond mae'n dda iawn am yr hyn y mae'n ei wneud ac mae'n anodd dod o hyd i rywbeth gwell. Mae fel iaith safonol hedfan, yn hen ond yn dal i fod y dewis gorau.

Epilogue: A Telltale Detail
Rhoddodd Frank Whittle, peiriannydd o Brydain, batent i'r injan jet yn ôl ym 1930. Defnyddiodd gasoline yn ei rigiau prawf i ddechrau, ond ni weithiodd yn union fel y cynlluniwyd. Byddai'r injan yn dirgrynu'n dreisgar a byddai'r caniau fflam yn cael eu llosgi. Yn rhwystredig, penderfynodd Whittle roi cynnig ar - cerosin ac roedd yn-newidiwr gêm. Dechreuodd yr injan redeg yn esmwyth ar unwaith. O hynny ymlaen, roedd yn amlwg nad gasoline oedd y dewis gorau ar gyfer awyrennau mawr. Roedd yn rhy gyfnewidiol, yn rhy gyflym, ac yn rhy beryglus. Ar y llaw arall, profodd cerosin i fod yn bartner dibynadwy ar gyfer hedfan. Roedd ei gyflymder araf a chyson yn ei wneud yn ffit perffaith ar gyfer yr awyr.