Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Chương III
NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG PHẢN LỰC

3.1. Giới thiệu chung về động cơ phản lực và nhiên liệu của nó
3.1.1. Sơ lược về lịch sử phát triển của động cơ phản lực và nhiên liệu của nó
Nhiên liệu cho động cơ phản lực là một loại nhiên liệu được sử dụng cho các
động cơ trên máy bay phản lực, loại động cơ này làm việc trong điều kiện rất đặc biệt
(nhiệt
độ và áp suất môi trường thấp, ở độ cao lớn). Vì vậy nhiên liệu cho nó đòi hỏi
một sự khắt khe nhất trong tất cả các loại phương tiện giao thông.
Lịch sử chiếc máy bay có thể tính bắt đầu vào ngày 09/09/1890 khi Clement
Ader cho thử nghiệm thành công loại thiết bị có thể bay trên mặt đất, chiều dài mỗi
chuyến bay khoảng 50 m. Clement Ader đặt tên cho nó là "máy bay".
Ngày 17 tháng 12 năm 1903 người ta đã sản xuất được loại máy bay trang bị

động cơ piston với công suất 16 sức ngựa có hai cánh quạt, nhưng bước ngoặc trong
ngành hàng không phải đợi đến ngày 15 tháng 9 năm 1904 và ngày 20 tháng 9 năm
1904 người ta mới thực hiện được một hành trình trọn vẹn.
Động cơ piston cho ngành hành không đã phát triển mạnh mẻ từ năm 1910 đến
1930 và đã đạt được những thành công nhất định dưới gốc độ hiệu suất, nhưng nó bị
hiện tượng kích nổ
của nhiên liệu không chế do đó ở đây người ta cũng sử dụng khái
niệm chỉ số octan như trong nhiên liệu của động cơ xăng.
Năm 1911 một kỹ sư người Pháp tên la René Lorin đã thiết kế động cơ phản
lực đầu tiên nhưng trên hoả tiễn sau đó nó đã được phát triễn bởi René Leduc năm
1937, những thành công trong lĩnh vực này đã cho phép chế t
ạo được loại động cơ
phản lực thẳng và chuyến bay đầu tiên của nó được thực hiên vào ngày 21/04/1949 ở
Pháp. Sau những thành công này người ta đã chế tạo được các loại động cơ phản lực
kiểu turbine. Sự thành công của loại này diễn ra trong thời chiến tranh thế giới thứ hai

ThS. Trương Hữu Trì Trang 59
Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Sự phân loại của khối OTAN
Dạng nhiên liệu Phụ gia
chống đông
Ký hiệu
của
OTAN
Sử dụng
cho dân
dụng theo
tiêu chuẩn
ASTM
D1655
Sử dụng cho mục
dích quân sự
Kerosen Kerosen có điểm chớt
cháy cao

Loại phân đoạn rộng


TRO, JP-8,
AVTUR (TRO/ni*,
AVTUR)

TR5, JP-5
(TR5/ni*)

TR4, JP-4
(TR4/ni*)

TS, JP-7

Loại có nhiệt năng thể
tích cao
Có
Không
RJ-6, JP-9, JP-10
RJ-4, RJ-5

3.1.3. Nhiên liệu cho động cơ phản lực
Như cách phân loại trên thì nhiên liệu cho động cơ phản lực có thể được chia
thành ba dạng chính: Dạng Kerosen, dạng Kerosen với điểm chớt cháy cao và dạng
phân đoạn rộng.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 60
Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Loại nhiên liệu được dùng cho các máy bay dân dụng trên thế giới là dạng
kerosen Jet A1 tương ứng F-35 của khối OTAN, ở Hoa Kỳ thì dùng cho máy bay dân
dụng này là loại Jet A tương tự như loại Jet A1 ở trên nhưng điểm chảy của nó cao hơn
(-40
o

vận tốc đến giá trị thích hợp trước khi vào buồng cháy, ở đây không khí sẻ trộn lẫn với
nhiên liệu do bơm nhiên liệu đưa vào qua kim phun. Để khởi động động cơ, bugie
đánh lửa và hỗn hợp sẻ bắt cháy, khí cháy sinh ra đượ
c cho qua turbine tất cả hay chỉ
một phần như vừa nêu ở trên. Điều cần chú ý ở đây là bugie chỉ đánh lửa một lần trong
khoảng thời gian không quá 30 giây cho mỗi chuyến bay.
Qua phân tích nguyên tắc hoạt động của động cơ cho thấy muốn tăng tốc độ của
động cơ thì cần tăng động năng của dòng khí thải. Khi muốn tăng vận tốc của dòng khí
thải b
ằng cách tăng áp suất nén thì sẻ làm cho nhiệt độ của khí thải lớn, điều này có
thể vượt qua giới hạn chịu nhiệt của vật liệu làm buồng cháy . . . trong thực tế có hai
phương pháp để làm tăng vận tốc dòng khí thải như sau:
 Động cơ phản lực có hai dòng khí nạp (Le Turboréarteur double flux)
 Động cơ phản lực có hai vùng đốt cháy nhiên liệu.
3.3. Các chỉ tiêu về chất lượng của nhiên liệu cho động c
ơ phản lực
Trước khi nêu và phân tích các chỉ tiêu của nhiên liệu ảnh hưởng đến hoạt động
của động cơ phản lực ta có những nhận xét ban đầu về đặc điểm hoạt động của động
cơ phản lực như sau:
Quá trình cháy trong động cơ phản lực là một quá trình cháy đặc biệt trong
dòng khí xoáy có tốc độ lớn và động cơ làm việc trong điều kiện nhi
ệt độ và áp suất
môi trường thấp. Vì vậy để đảm bảo cho hoạt động của động cơ được ổn định thì nhiên
liệu phải đạt được những tính chất sau:
 Những tính chất liên quan đến quá trình cháy
 Những tính chất liên quan đến điều kiện làm việc ở độ cao lớn
 Những tính chất liên quan đến quá trình bao quản và phân phối cho động cơ.
Cụ thể nhiên liệu ph
ải Đảm bảo các yêu cầu chính sau đây:
 Có khả năng bắt cháy tốt và không bị tắt trong dòng khí cháy

toàn, mất mát vật chất.
Nhiên liệu được phun vào buồng cháy dưới dạ
ng các hạt sương, ở đây nó sẻ tiếp
xúc với dòng không khí đã được nén đến nhiệt độ và áp suất nhất định, khi đó nhiên
liệu sẻ nhận nhiệt từ không khí để bay hơi. Nếu như sức căng bề mặt nhỏ thì khả năng
hoá hơi của các hạt sương này tốt do đó nhiên liệu càng dễ hoà trộn với không khí để
ThS. Trương Hữu Trì Trang 63
Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
tạo hỗn hợp cháy tốt. Ngược lại, khi sức căng bề mặt lớn thì khả năng bay hơi tạo hỗn
hợp cháy sẻ kém nên quá trình cháy sẻ kém.
Nhiên liệu được phun vào buồng cháy dưới dạng các hạt sương, kích thước của
các hạt sương này cùng với không gian trong buồng cháy do các hạt sương này chiếm
chổ ngoài việc phụ thuộc vào cấu tạo và áp lực của kim phun thì độ nhớt của nhiên
liệu cũ
ng có những ảnh hưởng đến quá trình này. Khi độ nhớt lớn thì các tia nhiên
liệu phun ra càng dài, nghĩa là không gian chiếm chổ của nhiên liệu càng lớn, đây là
điều có lợi cho quá trình bay hơi, nhưng ngược lại khi độ nhớt lớn thì kích thước của
các hạt sương lớn làm cho quá trình bay hơi sẻ kém. Ngoài ra khi độ nhớt lớn thì trở
lực trong hệ thống nạp liệu cũng lớn. Ngược lại, khi độ nhớt quá nhỏ thì nguy cơ
gây
mài mòn hệ thống nạp liệu càng lớn.
3.3.3. Các tính chất về nhiệt hoá học
Để bảo đảm cho hiệu suất sử dụng nhiệt cao và kéo dài tuổi thọ của các vật liệu
trong buồng cháy, turbine và tuye thì yêu cầu đặt ra là nhiên liệu khi cháy phải có
ngọn lửa sáng màu, hạn chế thấp nhất sự bức xạ nhiệt và sự tạo thành cặn cacbon. Đặc
trưng cho các tính chất này người ta đưa ra hai chỉ tiêu là đi
ểm khói và chỉ số độ sáng.
Điểm khói hay còn được gọi là chiều cao ngọn lửa không khói là chiều cao
tính bằng mm của một ngọn lửa thu được khí đốt cháy nhiên liệu trong một ngọn đèn
tiêu chuẩn không tạo ra khói. Chiều cao ngọn lửa không khói là một đại lượng đặc

Đối với nhiên liệu cho động cơ phản lực thì người ta nghiên cứu đồng thời khối
lượng riêng và nhiệt cháy bởi vì hai đại lượng này có những ảnh hưởng ngược nhau
lên hiệu suất sử dụng củ
a nhiên liệu, do đó nó ảnh hưởng lên chiều dài chuyến bay.
Đối với mỗi loại máy bay thì kích thước của thùng chứa đã cố định. Khi khối
lượng riêng nhỏ sẻ giảm được tổng khối lượng của nhiên liệu mà máy bay phải mang
theo trong hành trình của nó. Tuy nhiên, khi khối lượng riêng nhỏ thì nhiệt cháy tổng
thể tích hay khối lượng của toàn bộ nhiên liệu chứa trong thùng với cùng một kích
thước như trên sẻ nhỏ hơ
n do đó chiều dài của đường bay sẻ ngắn lại.
Ví dụ:
Xét hai loại nhiên liệu có khối lượng riêng và nhiệt cháy như sau:
Loại I có ρ = 0.790 kg/dm
3
với PCIv = 34356 kJ/ dm
3
, PCIm = 43500 kJ/kg
Loại II có ρ = 0.880 kg/dm
3
với PCIv = 37180 kJ/ dm
3
, PCIm = 42250 kJ/kg
Giả sử thùng chứa của của máy bay có thể tích 10 000 dm
3
khi đó lượng nhiệt
của hai nhiên liệu tảo ra khi đốt cháy như sau:
Loại I: PCIm
1
= 0.790*10000*43500 = 343650000 kJ
Loại II: PCIm

3.3.4.3. Sự bay hơi và thoát khí
Trong mỗi chuyến bay, sau khi cách cánh khoảng vài chục phút thì máy bay sẻ
đạt được độ cao của nó. Ở độ cao này thì nhiệt độ áp suất xuống rất thấp khoảng 0.3
bar cho độ cao 11000 m. Nhiệt độ của nhiên liệu trong thùng chứa cũng giảm dầ
n
nhưng với tốc độ chậm hơn, sau khoảng và giờ bay nó mới đạt được nhiệt độ của môi
trường bên ngoài. Như vậy, sau khi máy bay cất cánh thì tồn tại một khoảng thời gian
nhất định mà ở đó nhiệt độ của nhiên liệu còn khá cao trong khi nhiệt độ và áp suất
của môi trường đã xuống rất thấp. Trong những điều kiện này phần nhẹ của nhiên liệu
ThS. Trương Hữu Trì Trang 66
Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
rất dễ bay hơi và các khí hoà tan trong nhiên liệu cũng dễ dàng thoát ra ngoài (vì độ
hoà tan của các khí trong chất lỏng sẻ giảm dần cùng với áp suất).
Vì những lý do nêu trên mà trong thanh phần nhiên liệu người ta tránh tối đa sự
hoà tan của các chất khí và các phần nhẹ có độ bay hơi lớn và bắt buộc phải có hệ
thống điều chỉnh áp suất ở thùng chứa.
3.3.4.4. Độ ổn định nhiệt
Nhiên liệu cho động cơ ph
ản lực trước khi đi vào buồng cháy nó có thể đi qua
một số vùng có nhiệt độ cao và đôi khi nó được dùng như chất tải nhiệt cho dầu bôi
trơn, chất lỏng thuỷ lực hay không khí cho hệ thống điều hoà vì vậy nhiệt độ của nhiên
liệu có thể tăng lên cao, do đó cần phải khống chế độ bền nhiệt của nhiên liệu.
Độ bền nhiệt của nhiên liệ
u phụ thuộc vào cấu trúc hoá học của các hợp chất có
trong thành phân của nó. Đối với các hydrocacbon thì độ bền nhiệt của paraffin lơn
hơn naphten và aromatic, còn đối với các phi hydrocacbon hay chất bẩn khác thì sự có
mặt của nó trong nhiên liệu có những ảnh hưởng rất xấu đến độ bền nhiệt. Sự có mặt
của oxy hoà tan các hợp chất của nitơ hay nước sẻ thúc đẩy các phản ứng oxy hoá hay
polymer hoá tạo các nhựa hay cặn.
3.3.4. Các tính chất liên quan sự an toàn trong tồn chứa và phân phối.

ASTM D4952 (còn gọi là Doctor test) dùng để
xác định H
2
S, lưu huỳnh tự do và
mercaptan hay phương pháp đo độ ăn mòn trực tiếp trên tấm đồng, bạc theo tiêu chuẩn
ASTM D130.
3.3.4.4. Độ dẫn điện
Khi thực hiện quá trình vận chuyển hay bơm cho máy bay thì nhiên liệu có thể
tích một lượng điện tích rất lớn và có thể xãy ra hiện tượng phóng điện. Điều này dễ
gây ra hiện tượng nổ. Vì vậy để tránh hiện tượng cháy nổ này thì phải kh
ống chế độ
dẫn điện của nhiên liệu. Độ dẫn điện của của nhiên liệu khi chưa có phụ gia rất thấp,
khi có mặt của phụ gia thì độ dẫn điện này tăng lên, để không chế độ dẫn điện này
người ta dùng phụ gia chống tĩnh điện, phụ gia này sẻ phân tán điện tích tích luỷ trong
khi vận chuyển hay bơm nhiên liệu cho may bay.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 68