航空燃料黏度测量

1 背景简介

1.1 什么是航空燃料航空燃料是应用在航空领域，用作航空涡轮喷气发动机、涡轮螺浆发动机、活塞发动机的原料。

1.2 化学组成航空燃料主要由烃类(石蜡、链烷烃、环烷烃、芳香烃、烯烃)组成，此外还包含用于不同用途的添加剂。链烷烃比其他的烃类燃烧起来更洁净，环烷烃会增加燃料的密度，这些成分降低了燃料的冰点。芳香烃是一种很好的能源但燃烧时容易产生烟雾，所以需限制它的最高含量。烯烃与链烷烃相似。它是烃类中最活跃的，因此它的允许添加量也受到限制。苯常见于宽馏分燃料，但苯属于污染源，它的含量通常低于0.5%。此外，还包含非烃类组分比如硫、硫化物，根据使用用途的不同，航煤含有少量的添加剂比如燃料系统结冰抑制剂、抗氧化剂、金属钝化剂、防腐剂和防静电添加剂。宽馏分燃料是由煤油和石脑油的混合物，被分成宽馏分煤油和宽馏分石脑油。所有的航空燃料须严格遵守国际标准法规和国家标准法规。

1.3 燃料类型煤油有Jet A-1/a, JP-8，TS-1和 3号航煤等。 ➢ Jet A-1 是全球范围内民航领域用得最多的煤油类型。可由不同炼油厂按照国际和国家标准规格以同样质量生产。 ➢ JP-8主要供给军用，等效于Jet A-1，Jet A-1和 JP-8的唯一区别就是JP-8的添加剂。 ➢ TS-1的低温特性较好，主要用于东欧和俄罗斯 ➢ 3号喷气燃料主要在中国使用。这些煤油可应用在涡轮喷气发动机、涡轮螺浆发动机。宽馏分燃料宽馏分燃料沸点很宽，从35到315℃。可用在扩展的温度范围，特别是极寒天气。宽馏分燃料是煤油和汽油的混合物。众所周知的有Jet B,JP-4和T-2。 Jet B主要用于民航领域;JP-4用于军事领域，被用作涡轮喷气发动机和涡轮螺浆发动机的动力原料。与T-2相反的是Jet B和JP-4没有黏度规范。高闪点煤油这种燃料的特点与煤油类型燃料基本一样，区别在它的安全性较高，其最低闪点可达60℃，主要在航空母舰上用到，最常用的是JP-5。低挥发性煤油最常见的是JP-7，这是一种军用的航煤，由于其优越的温度稳定性和高闪点，它主要用于超音速飞机。

航空汽油 AVGAS，该燃料油根据其辛烷值(如100LL)可划分4 个等级。航空汽油含铅化合物作为抗震组分，其润滑性质较差，仅用于活塞发动机和汪克尔发动机。与煤油相反的是，航空汽油没有黏度规范。

2 黏度性能 - 为什么黏度测量?

2.1 概述黏度对于飞机的安全飞行是至关重要的参数，因为黏度直接影响到燃料喷射系统和燃油泵的性能。燃料喷射在高压下，航空燃料经喷嘴喷射进入涡轮发动机的燃烧室。该系统产生油滴的细雾滴，与热蒸汽混合后迅速蒸发，油滴大小和雾化状态会受燃料黏度的直接影响如果黏度太高，油滴不够细小，可能导致飞行中再次启动发动机时出问题。所以需要限定黏度的上限。燃油泵-性能和润滑性燃料黏度同样影响着燃料系统压力下降。黏度越高，燃料系统压力下降得越厉害，燃油泵更难以提供恒定的燃料流率。黏度更进一步影响着在飞行员动力杆和燃料阀之间的飞机燃料系统控制单元的性能。燃油泵通常被整合于控制单元中，燃油的流动虽不受动力杆直接控制，但通过动力杆使电脑来决定燃油的需求量。另一方面，最糟糕的是过低的黏度会造成润滑性不足，最终导致系统的机械故障。

2.2 黏度参数和标准规范航空燃料的黏度参数是指运动黏度，根据级别和用途，分别在+20℃、-20℃或-40℃进行测定。相关标准和法规列出了相关的黏度范围要求： ➢ STM D1655 航空涡轮机燃料油的标准规范(标准覆盖 Jet A/A1) ➢ ASTM D7566：含合成烃类的航空涡轮机燃料油标准规 范(本标准覆盖混有合成石蜡煤油 SPK的航煤) ➢ MIL-DTL-5624U 涡轮机燃料油 ➢ MIL-DTL-83133E 涡轮机燃料油、航空燃料、 NATO F-34 (JP-8), NATO F-35, and JP-8+100 的详细规范 ➢ MIL-DTL-38219D 涡轮机燃料 油低挥发燃料油JP-7的详细规范• ➢ GOST 10227-86 – 航煤的标准规范(该 俄罗斯标准覆盖了TS-1，T1，T2和RT) ➢ GB 6537-2018 Jet Fuel No. 3

3 实验部分

3.1 仪器

3.1.1

毛细管黏度计传统的运动黏度是由玻璃毛细管黏度计测定(见图1，根据标准ASTM D445，ASTM D7279，ISO 3104选择手动操作或进样系统)运动黏度值由流动时间乘以毛细管系数，如有需要，再乘以修正因子。

3.1.2

SVM X001 斯塔宾格黏度计斯塔宾格方法(ASTM D7042)测定动力黏度、运动黏度和密度。 SVM™ X001 斯塔宾格黏度计(图2)，遵循NB/SH/T 0870-2020、ASTM D7042、ASTM D4052标准，标准中给出与ASTM D445/DIN 51562/ISO 3104的对比数据结果。 SVM™ X001 控温是半导体帕尔帖，无需额外配置水浴可降至-20℃，加样量仅需2ml，测量与清洗方便快速在零下温度测量时，与传统的毛细管黏度计相比，无疑提供了一种快速经济的黏度测量解决方案。 SVM ™ X001优势：

节省一半样品 ➢ 节省4倍清洗溶剂 ➢ 节省4倍电力 ➢ 节省5倍时间

3.2 测量结果

用SVM™ X001（ASTM D7042）和毛细管运动黏度计（ASTM D445）分别在-20℃测量航煤，测量数据比对结果见下表1： 

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