民用航空生物燃料应用研究

本文系统总结了目前业界对生物燃料所做的各方面研究，并通过将生物燃料与传统燃料各种参数的对比，向人们揭示了未来生物燃料替代石油制取航空汽油和航空煤油的可行性。     

民航传真

<正>空客与马来西亚开展可持续航空替代燃料研究空中客车公司日前与马来西亚合作伙伴签署谅解备忘录,将在可持续航空替代燃料研究领域开展合作,共同推进可持续生物燃料在马来西亚的生产。此次合作的主要目的是在当地寻找最适合的生物燃料来源,确保任何生物燃料的原料都是可持续获得的,寻找不与土地、水或食物竞争的可持续解决方案。空客表示:"东南亚地区在生产航空生物燃料方面有着得天独厚的优势。研究目的是要确保任何生物燃料的原料都是可持续     

替代燃料的研究与应用

航空领域的清洁替代能源包括混和燃料、生物燃料、核能、氢能和电能等。对未来喷气发动机而言,第二代生物燃料的实用性和市场前景看好;对无人机来说,燃料电池取代太阳能电池已成为发展趋势。目前,替代燃料的合作研究趋势开始显现,验证和使用规范性研究明显得到加强,技术升级、产业布局意图愈加明显。     

航空“绿色生物燃料”指日可待

2008年2月24日,波音、维珍大西洋航空公司和通用电气合作,首次进行了以可持续性燃料为动力的民用飞机的试验飞行。其动力燃料采用的是以含有棕榈油和椰子油的混和燃料。它开创了历史的先河,凸现了将生物燃料用于民用飞机的可行性。21世纪,航空生物燃科将作为绿色生物燃料,具有广阔的发展前景。航空生物燃料项目将开发出某种可支付得起的替代生产方法。     

绿色替代燃料

生物燃料是目前业界绿色燃料研究的一个主攻方向.近两年发展迅速,有多家航空公司已进行了生物燃料的飞行试验.一些航空公司预计,到2025年将有高达25%的航空燃料为生物燃料,2030年时则会增至30%,2040年将达到50%.目前,西方的飞机制造商、航空公司和发动机生产商纷纷与能源和学术界通力合作,开发将来可在民用飞机上...     

民航动态

<正>国泰航空将运营生物燃油航班3月13日,国泰航空集团宣布将推出使用混合生物燃油的航班,国泰航空集团旗下的港龙航空也将成为中国首次使用生物混合燃料运营的航空公司。届时从3月21日开始,港龙航空一架配备罗罗发动机的空客A330-300飞机将使用混合生物燃油执飞上海—香港的航班。据悉,该飞机使用的混合燃料是由生物燃料(完全由废弃食用油提炼而成)与普通石化航空燃料以1:1比例制成,该航班的二氧化碳排放量约可减少25吨。     

航空燃料的新成员

汉莎航空宣布,2011年4月起,该公司一架往返于法兰克福与汉堡的空客A321型客机将使用生物混合燃料试飞6个月,这是全球首条使用生物燃料的民用航线,汉莎航空将为此投入约660万欧元。在目前波音的试飞中,生物燃料与传统燃料的比例为5:5,未来可提升到     

液化天然气作为航空燃料的发展趋势及特点分析

为研究液化天然气(LNG)作为航空燃料的可行性,对LNG的特点、发展趋势及作为航空燃料存在的问题进行了分析.采用了横向比较的方法,将LNG与新的航空替代燃料和传统航空燃料进行了比较和计算分析.结果表明:与新的航空替代燃料相比,LNG具有来源广泛、经济性好、发动机适应性强等优点.与传统航空燃料相比,LNG的储量大,可使用100年以上;可燃极限宽、污染物排放低,NOx排放仅为航空煤油的1/4;单位质量能量密度高、成本低,其燃料成本仅为航空汽油的一半,航空煤油的1/3;同时还具有可用于发动机高温部件冷却用的冷能,是一种极富潜力的航空燃料.指出在LNG作为航空燃料方面急需开展动力系统与飞机结构的匹配、燃料相态的有效转化及不同燃料在燃烧室内的反应特性等方面的研究工作.      

航空发动机安全边界与“即用性”燃料认证方法

在航空替代燃料缺乏足够飞行数据,几乎不可能通过有限发动机和飞行实验来评价其安全特性状况下,研究开发了一种简便却可保证适航安全性的方法来研究航空替代燃料的安全性能.“即用性”航空替代燃料被认为是发动机更换最频繁的部件,从而采用相似类比、使用经验方法来验证“即用性”燃料的适航符合性.以航空煤油实际使用经验为基准,提炼燃料性能、燃料系统、燃烧性能、发动机性能、飞机性能5个层次上参数化描述的安全边界,与通过航空替代燃料在5个层次上得到的工作边界进行相似类比,从而预测发动机使用替代燃料的安全性.该方法提炼了替代燃料在发动机安全性上的判定准则,还降低了认证流程的燃料成本和时间成本.      

RP-3航空煤油物理替代燃料模型及应用研究

针对现有物理替代燃料构建方法需要大量实验数据来完成多目标优化计算,导致替代燃料构建成本过高的问题,提出了基于分子结构相似来构建物理替代燃料的方法。基于直接匹配分子结构和官能基团的思路,构建了一个能描述RP-3航空煤油主要物理性质的三元替代燃料模型。以正十二烷、2,5-二甲基己烷和甲苯为基础燃料,用以匹配目标燃料的四种官能基团:CH_3,CH_2,CH和苯基。在不同压力、温度条件下测试了替代燃料模型计算密度、黏度、比热容和导热系数等物性参数的精确性,结果表明该替代燃料模型能很好地反映RP-3航空煤油在亚临界到超临界状态下的主要物理性质。最后将得到的替代燃料模型应用于管道对流换热数值模拟中,用以模拟航空煤油再生冷却过程。模拟值与实验值吻合良好,证明了本文替代燃料构建方法的有效性和实用性。     

RP-3航空煤油3组分模拟替代燃料燃烧反应机理

提出了一种包括65%正癸烷、10%甲苯与25%丙基环己烷3组分的RP-3航空煤油模拟替代燃料的燃烧反应机理,该机理由150种组分和591个基元反应组成.采用该燃烧反应机理对RP-3航空煤油模拟替代燃料在激波管和定容燃烧弹中的着火与燃烧特性进行数值模拟,并与相应工况实验数据进行对比分析.通过与RP-3航空煤油单组分正癸烷模拟替代燃料的燃烧反应机理进行对比分析发现:正癸烷、甲苯与丙基环己烷3组分替代燃料的燃烧反应机理对着火延迟时间的计算偏差能够控制在5%以内,对层流燃烧速度的计算偏差能够控制在10%以内,计算值明显优于正癸烷单组分替代燃料;进一步采用敏感性分析方法对3组分模拟替代燃料的燃料反应机理进行了适当修正,修正后机理对层流燃烧速度的计算偏差由10%提高到5%以内,能够更好预测所研究参数下的RP-3航空煤油的着火延迟时间和层流燃烧速度.      

中国航空生物燃料首次验证飞行成功完成

10月28日，“中国航空生物燃料首次验证飞行暨产业可持续发展战略研究启动仪式”在北京首都机场举行。 本次验证飞行是由国航的一架现役波音747—400型客机加载生物燃料与传统航空煤油混合的燃料（混合比例为50％：50％）执行飞行的，共计飞行55分钟。生物燃料由中国石油和美国霍尼韦尔UOP公司合作生产的，波音公司和普惠公司...     

国内外航空替代燃料的研究状况分析与思考

航空替代燃料的发展和应用越来越受到航空业界人士的关注,它不仅关系到全球气候变化和经济发展,还涉及能源和国防安全。航空发达国家的航空替代燃料研究和认证工作正在按照发展规划如火如荼地开展。在未来30～50年内,航空替代燃料将以不会对飞机和发动机硬件产生影响的"即用型"燃料为主,我国亟待启动这类航空替代燃料的论证和验证工作。     

煤油及其替代燃料点火延迟特性实验研究

为研究煤油的点火特性,在反射型激波管中测量了煤油及替代燃料的点火延迟时间。通过测量激波压力信号和OH自由基光强信号,分析了点火温度、当量比对煤油点火延迟时间的影响。实验温度范围为1100~1800K,压力为0.1MPa,反应当量比为0.5,1.0,1.5。选用正癸烷(80%)和三甲基苯(20%)组成的替代燃料,在相同实验条件下比较了替代燃料对煤油点火模拟的准确性。结果表明随着点火温度升高和当量比的降低,煤油及其替代燃料的点火延迟时间缩短,点火延迟时间的对数与温度倒数成正比。选定的替代燃料可以较好地模拟实际煤油的点火延迟过程。     

一种新的RP-3航空煤油模拟替代燃料

为了遴选出符合RP-3航空煤油物理与化学特性的模拟替代燃料,综合分析了RP-3航空煤油的物理与化学特性。针对其物理与化学特性,确定了RP-3航空煤油模拟替代燃料的遴选指标（包括摩尔质量、氢碳比、十六烷值与低热值）。针对遴选指标,提出了由正癸烷、正十二烷、异十六烷、甲基环己烷及甲苯等五种组分组成的RP 3航空煤油模拟替代燃料,并对该模拟替代燃料中各组分的摩尔分数进行了优化。同时,对比分析了不同温度下该模拟替代燃料与RP 3航空煤油的密度与运动黏度。结果表明,当该模拟替代燃料中正癸烷、正十二烷、异十六烷、甲基环己烷及甲苯的摩尔分数分别为14%、10%、30%、36%与10%时,该模拟替代燃料的摩尔质量、氢碳比、十六烷值与低热值与RP 3航空煤油的相应数据非常吻合。同时,不同温度下该模拟替代燃料的密度与运动黏度变化趋势与RP-3航空煤油吻合较好。      

一种高密度碳氢燃料替代模型及其热物性分析

针对一种应用于高超声速飞行器再生冷却的高密度碳氢燃料，提出适用于其超临界态流动及换热特性研究的替代燃料模型。基于实验获得的碳氢燃料高温裂解的产物组分及现有航空煤油替代模型，提出三组分替代模型，以多物性参数分子摩尔质量、密度、运动黏度、比热容和导热系数为遴选指标，通过多目标优化寻出一种替代燃料模型(71.1%反式十氢化萘、19.4%正十二烷、9.5%正十三烷)。基于碳氢化合物的混合热物性参数数据库(NIST SUPERTRAPP)，通过二次开发对替代燃料模型的超临界态热物性进行预测和分析，发现在临界压力2.8MPa，临界温度700K附近，该种碳氢燃料的热物性参数变化最明显，并且随着压力的升高，变化逐渐变小。     

RP-3航空煤油综合替代燃料模型构建

基于直接匹配分子结构和官能基团的思路,选取正十二烷、2,5-二甲基己烷、1,3,5-三甲基苯和十氢化萘作为基础燃料,为RP-3航空煤油构建了替代燃料模型。物理替代验证表明该替代燃料模型能很好地反映RP-3航空煤油在亚临界到超临界状态下的主要物理性质。利用所构建的替代燃料简化机理验证了其化学替代性能,结果表明:该模型不仅在高温区和低温区都能与着火延迟时间的实验值良好吻合,而且也能够良好反映燃料的在低压条件下(0.1～0.01 MPa)的着火延迟现象。模拟的物性参数和着火延迟时间与实验值的良好吻合证明了该替代燃料能同时实现物理替代和化学替代,为深刻认识超燃冲压发动机中燃料再生冷却与燃烧过程耦合机理,实现航空发动机再生冷却系统和推进动力系统等多部件联合仿真奠定基础。     

中国与波音进一步合作发展可持续生物燃料

<正>9月23日,根据中国发改委与波音之间合作备忘录的框架协议,双方宣布了一项将中国的农业废弃物转化为可持续航空生物燃料的新合作项目。双方的合作内容包括将玉米芯、小麦秸秆等农业废弃物转化为航空生物燃料,以减少航空业的碳排放。     

含氧生物燃料的雾化性能测试及分析

采用离心喷嘴对含氧生物燃料及其与传统航空煤油RP-3不同比例混合燃料的雾化性能进行测试,并分析了该燃料的组分和理化性质对雾化性能的影响.同时,对含氧生物燃料体积分数在50%以下的混合燃料,发展了具有较高精度的雾化颗粒索太尔平均直径(SMD)预估模型.试验结果表明:随着含氧生物燃料比例的减少,混合燃料的雾化性能得到改善,并且随着供油压差的增大,不同比例混合燃料间的雾化性能差距缩小;供油压差高于1.0MPa后混合燃料的SMD均可达到小于40μm的水平.经分析,目前该含氧生物燃料还不能直接应用于航空发动机,需要通过燃料氢化处理或者飞行器硬件改造,才可用于长远期的未来航空.      

RP-3航空煤油模拟替代燃料燃烧特性的实验

在定容弹中实验测试了初始压力分别为0.1、0.3 MPa、初始温度分别为390、400、420 K、当量比范围为0.8～1.5时RP-3航空煤油模拟替代燃料的层流燃烧特性,并对比分析了模拟替代燃料与RP-3航空煤油的层流燃烧速率。结果表明,模拟替代燃料层流燃烧火焰的马克斯坦长度随初始压力或当量比的降低逐渐增大,表明火焰稳定性逐步增强;初始温度对火焰稳定性的影响不明显;随初始温度的升高或初始压力的降低,模拟替代燃料的层流燃烧速率逐渐升高;随着当量比的逐渐增大,模拟替代燃料的层流燃烧速率先增大后降低,在当量比为1.2时达到最大;在相同工况下,模拟替代燃料与RP-3航空煤油的层流燃烧速率吻合较好。