هواپیماها و هلیکوپترها چه نوع سوختی مصرف می کنند و چه تفاوتی با بنزین معمولی دارد؟

از تمام سوالاتی که توسط علاقمندان به صنعت هوانوردی پرسیده می شود، یکی از اصلی ترین و جذاب ترین آن ها این است که هواپیماها و هلیکوپترها از چه نوع سوختی استفاده می کنند. در هر صورت، سوال این است که آیا پرنده های مکانیکی نیز می توانند 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 می کنند، در ادامه این مطلب قصد داریم شما را انوع سوخت هایی آشنا کنیم که توسط هواپیماها و هلیکوپترها استفاده می شوند.

چه چیزی نوع سوختی که هواپیماها استفاده می کنند را تحت تاثیر قرار می دهد؟

اگر از خود می پرسید که هواپیماها از چه نوع سوختی استفاده می کنند پاسخ ساده است: نوع سوخت هواپیماها نتیجه مستقیم نوع موتوری است که در آن هواپیما به کار می رود. ساده تر اینکه، هواپیماهای تجاری و جنگنده از سوخت های بر پایه کروسن (kerosene) یا نفت سفید استفاده می کنند اما معمولاً محصولات خاصی نیز به این سوخت اضافه می شوند. این ترکیبات شامل ضد یخ، هیدروکربن، غیرفعال کننده های 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:

1- سوخت هواپیمای با پایه نفت سفید

سوخت کروسن-پایه برای هواپیماها معمولاً به انواع مختلفی تقسیم می شود که بسته به کیفیت های فیزیکی و ویژگی های 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 A1: اکثر هواپیماهای با موتورهای توربینی از این نوع سوخت استفاده می کنند. 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 ساده ای 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 می شود اغلب در مناطقی استفاده می شود 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-4 تقسیم بندی می شود. ترکیب این سوخت از ۶۵ درصد بنزین و ۳۵ درصد نفت سفید تشکیل شده و در مناطقی با دماهای بسیار پایین استفاده می شود.

2- سوخت های نظامی

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

سوخت JP-1: این سوخت نفت سفید خالص بوده و دارای نقطه انجماد منفی ۶۰ درجه سانتیگراد است. اگر چه JP-1 سوخت کارآمدی است اما خیلی زود با دیگر انواع سوخت های جت کامل جایگزین شد، از جمله سوخت هایی که از کروسن-نفتا (بنزین سنگین) یا ترکیب کروسن-بنزین ساخته شده اند. این سوخت معمولاً در موتورهای توربینی به کار می رود. هواپیماهای نظامی ناتو نیز از همین سوخت استفاده می کند اما با ترکیبات افزودنی بیشتر که آن را در دسته Jet Propellant 8 (JP-8) قرار می دهد.

سوخت JP-2 و JP-3: سوخت JP-2 در ابتدا برای جایگزینی JP-1 توسعه یافته و به ندرت مورد استفاده قرار گرفت. این سوخت دارای نقطه انجماد بالا بوده اما در نهایت با JP-3 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 سوخت ها اتلاف بخار زیادی داشتند و فرار بودند، هیچکدام امروزه استفاده نمی شوند.

سوخت JP-4: 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-4 روی آب شناور مانده و به سادگی بخار می شود. این سوخت چنان دمای اشتعال پایینی دارد (منفی ۱۷.۷ درجه سانتیگراد) که انداختن یک کبرین در درون آن باعث اشتعالش نمی شود و حداکثر دمای آب آن ۳۶۸۷.۷ درجه سانتیگراد بود.

سوخت JP-5: این سوخت یک سوخت زرد رنگ است که حاوی هیدروکربن، نفتین (naphthene)، آلکن و هیدروکربن های آروماتیک است. این سوخت دارای دمای اشتعال بالای ۶۰ درجه سانتیگراد و دمای انجماد آن به بیش از منفی ۴۶ درجه سانتیگراد می رسد و البته حاوی هیچ عامل ضد الکتریسیته ساکنی نیست. این سوخت عمدتاً در هواپیماهای نظامی استفاده می شود.

سوخت JP-6: این سوخت به طور ویژه برای موتور جت General Electric YJ 93 متعلق به هواپیمای سوپرسونیک XB-70 Valkyrie طراحی شده که یک بمب افکن با ارتفاع پرواز بالا بود. این سوخت بسیار شبیه سوخت JP-5 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-7: این سوخت خیلی خوب با گرما و استرس ناشی از پروازهای سرعت بالای سوپرسونیک کنار می آید، 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-71 Blackbird به کار گرفته شد.

سوخت JP-8: سوخت JP-8 مشابه سوخت A1ی است که توسط اکثر هواپیماهای تجاری استفاده شده و به طور گسترده در ارتش ایالات متحده و ناتو استفاده می شود. 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 می شود.

علاوه بر همه این ها، روسیه و کشورهای سابق عضو اتحاد جماهیر شوروی از سوخت هواپیمایی به نام TS-1 استفاده می کنند که دارای نقطه انجماد پایین منفی ۵۰ درجه سانتیگراد است که آن را به گزینه ای مناسب برای پرواز در چنین مناطق سردنشینی تبدیل می کند. همچنین نقطه اشتعال این سوخت ۲۸ درجه سانتیگراد است که به آن قابلیت تبخیر بالایی می دهد.

3- بنزین هواپیما (AvGas)

بنزین هواپیما یک سوخت بسیار متداول هواپیماست که اغلب توسط هواپیماهای کوچک با موتور پیستونی استفاده می شود. این سوخت به طور ویژه برای وظایفی مانند هواپیماهای دانه پاش و هواپیماهای شخصی، باشگاه های پرواز و حتی آموزش پرواز استفاده می شود. سوخت بنزین هواپیما به این خاطر روی این هواپیماها کار می کند که پیستون های آن ها شبیه پیستون های موتورهای خودرو کار می کنند و خود سوخت نیز روی این سیستم ها 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 می توانند 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 پیچیده ای دارد و به همین خاطر همه به سراغ سوخت های دیزلی یا نفت سفید می روند. به طور کلی تفاوت اصلی بین بنزین هواپیما و بنزین معمولی که در خودروها به کار می رود 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 می شود.

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 می شود. 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 می گیرد: سوخت مناسب موتورهای توربینی و سوخت مناسب موتورهای احتراق درونی. برای هر کدام از این نوع سوخت ها، ویژگی های بین المللی الزامی است. برای مثال، هم در هواپیماهای توربینی و هم جت، سوخت جت به این خاطر استفاده می شود که گرانروی (ویسکوزیتی یا چسبندگی) کمتری در دماهای پایین داشته و خیلی تمیز می سوزد. همچنین این سوخت چگالی کمی داشته و ارزش کالری آن بالاست، در حالی که حتی زمانی که دمای آن به درجات بالا می رسد نیز باثبات باقی می ماند. تمام این ویژگی ها 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 می شود. این سوخت بسیار خالص بوده و دارای قابلیت های ضدضربه است و اختلال شمع ها را کاهش می دهد. 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 می کند نیز بهترین گزینه است. به عنوان یک قانون کلی، مقدار کمتری از این سوخت در مقایسه با سوخت جت فروخته می شود، اگر چه بسیاری از ناوهای هواپیمابر از این سوخت استفاده می کنند. در مقابل، کمپانی های بزرگ هوایی از جمله ایرلاین های تجاری و ارتش، از سوخت جت به جای بنرین هواپیما استفاده می کنند.

سوخت های آینده

علاوه بر این انواع از سوخت های هواپیما، تحقیقات امیدوار کننده ای برای تولید انواع جدیدتر و بهتری از سوخت ها در آینده صورت گرفته است. این موضوع عمدتاً بدین دلیل است که اکثر سوخت ها از نوع فسیلی هستند و به همین خاطر پاک نبوده و نمی توان برای همیشه آن ها را در اختیار داشت. در واقع، تولید یک نوع پایدارتر از سوخت هم برای هواپیماها و هم وسایل نقلیه، هدف بسیاری از این کمپانی های تحقیقی است که برخی از امیدوار کننده ترین سوخت های آینده را تولید می کنند:

سوخت های زیستی (Biofuel): سوخت هایی که با روش زیست توده به مایع تولید شده و شامل سوخت های ماندگار خاص هواپیما و حتی روغن سبزیجات نیز می شود. این سوخت با نام اختصاری SAF دارای مزایایی متعددی است، از جمله اینکه وقتی استفاده می شود نیازی به هیچ تغییری در خود هواپیما نیست. برخی از انواع این سوخت دارای مقدار کمی از دیگر سوخت های فسیلی هستند که با آن ها ترکیب شوند و میزان آلایندگی آن ها نیز کمتر است. با این وجود، اغلب بیوسوخت ها قیمت بالاتری نسبت به سوخت های هواپیما دارند و با موانع و پیچیدگی های اقتصادی و سیاسی بسیار مواجهند که استفاده از آن ها را محدود می سازد.

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 می شوند گزینه های مناسبی برای صنعت هوانوردی نباشند. با این وجود، برخی هواپیماها مانند نسخه مفهومی N+4 ساخته ناسا، به طور ویژه برای استفاده از سوخت گاز طبیعی طراحی شده بودند.

هلیکوپترها از چه سوختی استفاده می کنند؟

همانند هواپیماها، نوع سوختی که هلیکوپتر استفاده می کند 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 می کنند. 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 می کنند که سوخت توربینی (Avtur یا ATF) استفاده می کند، سوختی که با نام سوخت جت شناخته می شود.

به طور کلی باید گفت که هواپیماها و هلیکوپترها از سوخت مشابهی استفاده می کنند. هواپیماها و هلیکوپترهای با موتور پیستونی از سوخت بنزین هواپیمای ۱۰۰LL استفاده می کنند. هواپیماها و هلیکوپترهای توربینی نیز از سوخت توربینی هواپیمایی Jet-A به عنوان سوخت استفاده می کنند. مقدار مصرف بنزین در هر هلیکوپتر به نوع سوخت آن وابسته است. هلیکوپترهایی که از سوخت توربینی استفاده می کنند، سوخت بیشتری نسبت به موتورهای پیستونی مصرف می کنند. اما Avtur ارزان تر از Avgas بوده و به همین دلیل مقدار بیشتری سوختی که مصرف می شود را جبران می کند.

به طور معمول، هلیکوپترهای کوچک با موتور پیستونی به ازای هر ساعت پرواز ۲۲ تا ۶۰ لیتر سوخت مصرف می کنند. هلیکوپترهای توربینی بزرگ تر نیز می توانند حداقل ۷۶ لیتر سوخت در ساعت مصرف کنند که تا ۳۸۰ لیتر در ساعت نیز می تواند بالا برود. برای مثال، هلیوپتر ترابری MIL MI-26 ساخت روسه، هر ساعت ۳,۸۰۰ لیتر سوخت مصرف می کند. این هلیکوپتر توان بلند کردن و حمل و نقل تا ۱۳ تن تجهیزات نظامی را داراست. برای مقایسه، هواپیمای مسافربری Boeing 747 هر ثانیه ۴ لیتر سوخت مصرف می کند که در یک پرواز ۱۰ ساعته به ۱۵۰,۰۰۰ لیتر می رسد. این هواپیما به ازای هر کلیومتر ۱۲ لیتر سوخت مصرف می کند.

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 می دهند، لیفتی که در هلیکوپترها ایجاد می شود توسط روتورها صورت می گیرد. همچنین هلیکوپترها با سرعت پایین تری پرواز می کنند که مصرف سوخت را تحت تاثیر قرار می دهند. 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 صرفه تر هستند.

تمام سوخت های جت در ظاهر بی رنگ تا رنگ کاهی هستند. از طرف دیگر، بنزین هواپیما برای اینکه ایمنی استفاده اش بالا برود حاوی رنگ های 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 می تواند بدون انفجار تحمل کند بیشتر است. رنگ کردن سوخت باعث می شود که اطمینان حاصل شود سوخت درستی به کامیون های سوخت رسان و باک سوخت هلیکوپترها ریخته می شود.