هواپیما‌ها و هلیکوپتر‌ها چه نوع سوختی مصرف می‌کنند؟

از تمام سوالاتی که توسط علاقمندان به صنعت هوانوردی پرسیده می‌شود، یکی از اصلی‌ترین و جذاب‌ترین آن‌ها این است که هواپیما‌ها و هلیکوپتر‌ها از چه نوع سوختی استفاده می‌کنند. در هر صورت، سوال این است که آیا پرنده‌های مکانیکی نیز می‌توانند مانند خودرو‌ها از بنزین برای تامین نیرو استفاده کنند یا خیر.

اگر تا حالا از خود پرسیده اید که هواپیما‌ها و هلیکوپتر‌ها از چه نوع سوختی استفاده می‌کنند، در ادامه این مطلب قصد داریم شما را انوع سوخت‌هایی آشنا کنیم که توسط هواپیما‌ها و هلیکوپتر‌ها استفاده می‌شوند.

چه چیزی نوع سوختی که هواپیما‌ها استفاده می‌کنند را تحت تاثیر قرار می‌دهد؟

اگر از خود می‌پرسید که هواپیما‌ها از چه نوع سوختی استفاده می‌کنند پاسخ ساده است: نوع سوخت هواپیما‌ها نتیجه مستقیم نوع موتوری است که در آن هواپیما به کار می‌رود. ساده‌تر اینکه، هواپیما‌های تجاری و جنگنده از سوخت‌های بر پایه کروسن (kerosene) یا نفت سفید استفاده می‌کنند، اما معمولاً محصولات خاصی نیز به این سوخت اضافه می‌شوند. این ترکیبات شامل ضد یخ، هیدروکربن، غیرفعال کننده‌های فلز و آنتی اکسیدن است و هر چیزی که از زنگ زدگی و یخ زدن در ارتفاعات بالا جلوگیری کند.

همچنین ترکیباتی از سوخت هواپیما‌ها وجود دارد، اما در کل سه نوع سوخت هواپیما وجود دارد که به شرح زیر هستند:

سوخت هواپیمای با پایه نفت سفید

سوخت کروسن-پایه برای هواپیما‌ها معمولاً به انواع مختلفی تقسیم می‌شود که بسته به کیفیت‌های فیزیکی و ویژگی‌های خاص هواپیما و موتور آن متفاوت است. این نوع سوخت شامل موارد زیر است:

سوخت جت A: این سوخت که تنها در ایالات متحده در دسترس است به عنوان یک سوخت سنگین با نقطه اشتعال بالاتر و نقطه انجماد بالاتر نسبت به نفت سفید استاندارد توسعه یافته است. این سوخت دارای فشار بخار پایین و نقطه اشتعالی است که تقریباً ۴۳.۳ درجه سانتگیراد است.

سوخت جت A۱: اکثر هواپیما‌های با موتور‌های توربینی از این نوع سوخت استفاده می‌کنند. این سوخت دارای نقطه اشتعال ۳۷.۷ درجه سانتیگراد و نقطه انجماد حداکثر منفی ۴۶.۶ درجه سانتیگراد است. پیدا کردن این سوخت در همه جای جهان کار ساده‌ای است.

سوخت جت B: این سوخت که معمولاً به خاطر اینکه ترکیبی از نفت سفید و بنزین است با نام سوخت کامل (wide-cut) شناخته می‌شود اغلب در مناطقی استفاده می‌شود که هوا به شدت سرد است، تا حدود زیادی به این خاطر که دمای انجماد آن حدود منفی ۶۰ درجه سانتیگراد است. فشار بخار این سوخت چیزی بین بنزین و نفت سفید قرار دارد. این سوخت عمدتاً در هواپیما‌های نظامی استفاده شده و در دسته JP-۴ تقسیم بندی می‌شود. ترکیب این سوخت از ۶۵ درصد بنزین و ۳۵ درصد نفت سفید تشکیل شده و در مناطقی با دما‌های بسیار پایین استفاده می‌شود.

سوخت‌های نظامی

در کل ۸ نوع سوخت هواپیمای نظامی وجود دارد که به شرح زیر هستند:

سوخت JP-۱: این سوخت نفت سفید خالص بوده و دارای نقطه انجماد منفی ۶۰ درجه سانتیگراد است. اگر چه JP-۱ سوخت کارآمدی است، اما خیلی زود با دیگر انواع سوخت‌های جت کامل جایگزین شد، از جمله سوخت‌هایی که از کروسن-نفتا (بنزین سنگین) یا ترکیب کروسن-بنزین ساخته شده اند. این سوخت معمولاً در موتور‌های توربینی به کار می‌رود. هواپیما‌های نظامی ناتو نیز از همین سوخت استفاده می‌کند، اما با ترکیبات افزودنی بیشتر که آن را در دسته Jet Propellant ۸ (JP-۸) قرار می‌دهد.

سوخت JP-۲ و JP-۳: سوخت JP-۲ در ابتدا برای جایگزینی JP-۱ توسعه یافته و به ندرت مورد استفاده قرار گرفت. این سوخت دارای نقطه انجماد بالا بوده، اما در نهایت با JP-۳ جایگزین شد که بسیار بی ثبات و فرار بوده و قرار بود عملکرد گزینه قبلی را بهبود بخشد. اما به این خاطر که هر دوی این سوخت‌ها اتلاف بخار زیادی داشتند و فرار بودند، هیچکدام امروزه استفاده نمی‌شوند.

سوخت JP-۴: این نوع سوخت اشتعال پذیر و شفاف است با رنگی روشن یا مایل به کاهی و بویی شبیه نفت سفید. علاوه بر این، سوخت JP-۴ روی آب شناور مانده و به سادگی بخار می‌شود. این سوخت چنان دمای اشتعال پایینی دارد (منفی ۱۷.۷ درجه سانتیگراد) که انداختن یک کبرین در درون آن باعث اشتعالش نمی‌شود و حداکثر دمای آب آن ۳۶۸۷.۷ درجه سانتیگراد بود.

سوخت JP-۵: این سوخت یک سوخت زرد رنگ است که حاوی هیدروکربن، نفتین (naphthene)، آلکن و هیدروکربن‌های آروماتیک است. این سوخت دارای دمای اشتعال بالای ۶۰ درجه سانتیگراد و دمای انجماد آن به بیش از منفی ۴۶ درجه سانتیگراد می‌رسد و البته حاوی هیچ عامل ضد الکتریسیته ساکنی نیست. این سوخت عمدتاً در هواپیما‌های نظامی استفاده می‌شود.

سوخت JP-۶: این سوخت به طور ویژه برای موتور جت General Electric YJ ۹۳ متعلق به هواپیمای سوپرسونیک XB-۷۰ Valkyrie طراحی شده که یک بمب افکن با ارتفاع پرواز بالا بود. این سوخت بسیار شبیه سوخت JP-۵ بود، با این تفاوت که دمای انجماد آن منفی ۱۸.۳ درجه سانتیگراد بود. همچنین این سوخت دارای ثبات اکسید گرمایی بهتری نسبت به سوخت قبلی بود.

سوخت JP-۷: این سوخت خیلی خوب با گرما و استرس ناشی از پرواز‌های سرعت بالای سوپرسونیک کنار می‌آید، تا حدودی به این خاطر که نقطه جوش بالایی داشت. این سوخت به طور ویژه برای موتور‌های دوقلوی توربوجت/رمجت Pratt & Whitney توسعه یافت که در هواپیمای SR-۷۱ Blackbird به کار گرفته شد.

سوخت JP-۸: سوخت JP-۸ مشابه سوخت A۱‌ی است که توسط اکثر هواپیما‌های تجاری استفاده شده و به طور گسترده در ارتش ایالات متحده و ناتو استفاده می‌شود. ترکیباتی به خاطر جلوگیری از خوردگی و با هدف جلوگیری از یخ زدن به آن اضافه شده است و دارای نقطه انجماد منفی ۴۶.۶ درجه سانتیگراد و نقطه جوش ۳۷.۷ درجه سانتیگراد است. در هواپیما‌های تجاری و نظامی از ترکیبات اضافه متفاوتی برای این سوخت استفاده می‌شود.

علاوه بر همه این ها، روسیه و کشور‌های سابق عضو اتحاد جماهیر شوروی از سوخت هواپیمایی به نام TS-۱ استفاده می‌کنند که دارای نقطه انجماد پایین منفی ۵۰ درجه سانتیگراد است که آن را به گزینه‌ای مناسب برای پرواز در چنین مناطق سردنشینی تبدیل می‌کند. همچنین نقطه اشتعال این سوخت ۲۸ درجه سانتیگراد است که به آن قابلیت تبخیر بالایی می‌دهد.

بنزین هواپیما (AvGas)

بنزین هواپیما یک سوخت بسیار متداول هواپیماست که اغلب توسط هواپیما‌های کوچک با موتور پیستونی استفاده می‌شود. این سوخت به طور ویژه برای وظایفی مانند هواپیما‌های دانه پاش و هواپیما‌های شخصی، باشگاه‌های پرواز و حتی آموزش پرواز استفاده می‌شود. سوخت بنزین هواپیما به این خاطر روی این هواپیما‌ها کار می‌کند که پیستون‌های آن‌ها شبیه پیستون‌های موتور‌های خودرو کار می‌کنند و خود سوخت نیز روی این سیستم‌ها عملکردی شبیه بنزین معمولی دارد، اگر چه دو سوخت مذکور با هم متفاوتند. این سوخت دارای سرب با اکتان ۱۰۰ استانداردترین سوخت هواپیماست، اما فقط هواپیما‌های با موتور‌های بنزینی می‌توانند از آن استفاده کنند و هواپیما‌هایی که موتور توربینی یا موتور دیزلی دارند به جای آن باید از نفت سفید استفاده کنند.

قیمت avgas بالا بوده، زیرا تولید آن کم و کنترل کیفیت پیچیده‌ای دارد و به همین خاطر همه به سراغ سوخت‌های دیزلی یا نفت سفید می‌روند. به طور کلی تفاوت اصلی بین بنزین هواپیما و بنزین معمولی که در خودرو‌ها به کار می‌رود این است که بنزین هواپیما هنوز دارای مقادیر زیادی تترااتیل سرب است. اگر چه این ترکیب سمی دارای مقدار سرب بالایی است، اما به این دلیل که از رسوب در موتور جلوگیری کرده و در بالا بردن اکتان بسیار موثر است همچنان استفاده می‌شود.

سوخت AvGas یک سوخت ایمن، باثبات و قابل پیش بینی است که بدون توجه به شرایط، عملکرد خوبی دارد و فرمولاسیون آن کمی متفاوت از بنزین معمولی است که در اغلب خودرو‌ها استفاده می‌شود. این سوخت دارای درجات متفاوتی است و معمولاً درجه بندی اوکتانی دارد که بسیار بالاتر بنزین معمولی است. قیمت این سوخت در حال حاضر در ایالات متحده به طور متوسط ۴.۶ دلار به ازای هر لیتر است در حالی که حداقل قیمت آن ۲.۲ دلار و حداکثر ۱۱.۴ دلار اعلم شده است.

تولید سوخت هواپیما

هنگام تولید سوخت هواپیما، معمولاً آن سوخت در دو دسته قرار می‌گیرد: سوخت مناسب موتور‌های توربینی و سوخت مناسب موتور‌های احتراق درونی. برای هر کدام از این نوع سوخت ها، ویژگی‌های بین المللی الزامی است. برای مثال، هم در هواپیما‌های توربینی و هم جت، سوخت جت به این خاطر استفاده می‌شود که گرانروی (ویسکوزیتی یا چسبندگی) کمتری در دما‌های پایین داشته و خیلی تمیز می‌سوزد. همچنین این سوخت چگالی کمی داشته و ارزش کالری آن بالاست، در حالی که حتی زمانی که دمای آن به درجات بالا می‌رسد نیز باثبات باقی می‌ماند. تمام این ویژگی‌ها برای تولید یک سوخت هواپیمای مناسب حیاتی هستند.

AvGas که شکل کوتاه شده بنزین هواپیماست از یک نوع بسیار پالایش شده از بنزین معمولی تهیه می‌شود. این سوخت بسیار خالص بوده و دارای قابلیت‌های ضدضربه است و اختلال شمع‌ها را کاهش می‌دهد. علاوه بر این، این نوع از بنزین هم شرایط ترکیبی مناسبی برای هنگام بلند شدن داشته و برای حالت کروز که کاهش مصرف سوخت اهمیت زیادی پیدا می‌کند نیز بهترین گزینه است.

به عنوان یک قانون کلی، مقدار کمتری از این سوخت در مقایسه با سوخت جت فروخته می‌شود، اگر چه بسیاری از ناو‌های هواپیمابر از این سوخت استفاده می‌کنند. در مقابل، کمپانی‌های بزرگ هوایی از جمله ایرلاین‌های تجاری و ارتش، از سوخت جت به جای بنرین هواپیما استفاده می‌کنند.

سوخت‌های آینده

علاوه بر این انواع از سوخت‌های هواپیما، تحقیقات امیدوار کننده‌ای برای تولید انواع جدیدتر و بهتری از سوخت‌ها در آینده صورت گرفته است. این موضوع عمدتاً بدین دلیل است که اکثر سوخت‌ها از نوع فسیلی هستند و به همین خاطر پاک نبوده و نمی‌توان برای همیشه آن‌ها را در اختیار داشت. در واقع، تولید یک نوع پایدارتر از سوخت هم برای هواپیما‌ها و هم وسایل نقلیه، هدف بسیاری از این کمپانی‌های تحقیقی است که برخی از امیدوار کننده‌ترین سوخت‌های آینده را تولید می‌کنند:

سوخت‌های زیستی (Biofuel): سوخت‌هایی که با روش زیست توده به مایع تولید شده و شامل سوخت‌های ماندگار خاص هواپیما و حتی روغن سبزیجات نیز می‌شود. این سوخت با نام اختصاری SAF دارای مزایایی متعددی است، از جمله اینکه وقتی استفاده می‌شود نیازی به هیچ تغییری در خود هواپیما نیست.

برخی از انواع این سوخت دارای مقدار کمی از دیگر سوخت‌های فسیلی هستند که با آن‌ها ترکیب شوند و میزان آلایندگی آن‌ها نیز کمتر است. با این وجود، اغلب بیوسوخت‌ها قیمت بالاتری نسبت به سوخت‌های هواپیما دارند و با موانع و پیچیدگی‌های اقتصادی و سیاسی بسیار مواجهند که استفاده از آن‌ها را محدود می‌سازد.

گاز طبیعی فشرده سازی شده/گاز طبیعی مایع: هم گاز طبیعی فشرده شده یا سی ان جی و هم گاز مایع یا ال ان جی دارای انرژی کمتری هستند که باعث می‌شوند گزینه‌های مناسبی برای صنعت هوانوردی نباشند. با این وجود، برخی هواپیما‌ها مانند نسخه مفهومی N+۴ ساخته ناسا، به طور ویژه برای استفاده از سوخت گاز طبیعی طراحی شده بودند.

هلیکوپتر‌ها از چه سوختی استفاده می‌کنند؟

همانند هواپیماها، نوع سوختی که هلیکوپتر استفاده می‌کند به نوع موتور آن بستگی دارد. از آنجایی که اکثر هلیکوپتر‌های غیرنظامی دارای موتور‌های پیستونی بنزینی هستند، اغلب هلیکوپتر‌های آمریکایی و اروپایی از بنزین هواپیما برای سوخت استفاده می‌کنند.

این سوخت به ازای هر لیتر حاوی ۰.۵۶ گرم تترااتیل سرب است که سه برابر مقدار استفاده شده از میزان سرب مورد استفاده در سوخت بنزینی خودرو‌های امروزی است. هلیکوپتر‌های قدرتمندتر که بالای ۴۰۰ اسب بخار قدرت دارند، از موتور‌های توربینی استفاده می‌کنند که سوخت توربینی (Avtur یا ATF) استفاده می‌کند، سوختی که با نام سوخت جت شناخته می‌شود.

به طور کلی باید گفت که هواپیما‌ها و هلیکوپتر‌ها از سوخت مشابهی استفاده می‌کنند. هواپیما‌ها و هلیکوپتر‌های با موتور پیستونی از سوخت بنزین هواپیمای ۱۰۰ LL استفاده می‌کنند. هواپیما‌ها و هلیکوپتر‌های توربینی نیز از سوخت توربینی هواپیمایی Jet-A به عنوان سوخت استفاده می‌کنند. مقدار مصرف بنزین در هر هلیکوپتر به نوع سوخت آن وابسته است.

هلیکوپتر‌هایی که از سوخت توربینی استفاده می‌کنند، سوخت بیشتری نسبت به موتور‌های پیستونی مصرف می‌کنند. اما Avtur ارزان‌تر از Avgas بوده و به همین دلیل مقدار بیشتری سوختی که مصرف می‌شود را جبران می‌کند.

به طور معمول، هلیکوپتر‌های کوچک با موتور پیستونی به ازای هر ساعت پرواز ۲۲ تا ۶۰ لیتر سوخت مصرف می‌کنند. هلیکوپتر‌های توربینی بزرگ‌تر نیز می‌توانند حداقل ۷۶ لیتر سوخت در ساعت مصرف کنند که تا ۳۸۰ لیتر در ساعت نیز می‌تواند بالا برود. برای مثال، هلیوپتر ترابری MIL MI-۲۶ ساخت روسه، هر ساعت ۳،۸۰۰ لیتر سوخت مصرف می‌کند.

این هلیکوپتر توان بلند کردن و حمل و نقل تا ۱۳ تن تجهیزات نظامی را داراست. برای مقایسه، هواپیمای مسافربری Boeing ۷۴۷ هر ثانیه ۴ لیتر سوخت مصرف می‌کند که در یک پرواز ۱۰ ساعته به ۱۵۰،۰۰۰ لیتر می‌رسد. این هواپیما به ازای هر کلیومتر ۱۲ لیتر سوخت مصرف می‌کند.

به طور کلی، نرخ مصرف سوخت در هواپیما‌ها بهتر از هلیکوپترهاست که به دلیل ماهیت طراحی هر کدام است. در مقایسه با هواپیما‌ها که بال هایشان اکثر لیفت را انجام می‌دهند، لیفتی که در هلیکوپتر‌ها ایجاد می‌شود توسط روتور‌ها صورت می‌گیرد. همچنین هلیکوپتر‌ها با سرعت پایین تری پرواز می‌کنند که مصرف سوخت را تحت تاثیر قرار می‌دهند.

علاوه بر این، هلیکوپتر‌ها در هنگام پرسه زدن و ایستادن در آسمان مصرف سوخت بسیار بالاتری دارند، کاری که هواپیما‌ها توان انجام آن را ندارند. برتری دیگر هلیکوپتر‌ها این است که در هنگام فرود آمدن آزادی عمل بیشتری داشته و در برخی سفر‌های کوتاه و خاص، مقرون به صرفه‌تر هستند.

تمام سوخت‌های جت در ظاهر بی رنگ تا رنگ کاهی هستند. از طرف دیگر، بنزین هواپیما برای اینکه ایمنی استفاده اش بالا برود حاوی رنگ‌های افزودنی است. دلیل این که سوخت جت بیرنگ است این است که عموماً استفاده از آن برای هلیکوپتر‌های با موتور توربینی بلامانع است. اما قابل شناسایی بودن avgas اهمیت دارد، زیرا هر چه درجه بنزین بالاتر باشد، فشاری که سوخت می‌تواند بدون انفجار تحمل کند بیشتر است. رنگ کردن سوخت باعث می‌شود که اطمینان حاصل شود سوخت درستی به کامیون‌های سوخت رسان و باک سوخت هلیکوپتر‌ها ریخته می‌شود.

منبع: روزیاتو