سوخت جت چیست؟

سوخت جت یک نوع سوخت مایع پیشرفته است که به‌ طور ویژه برای هواگردهای مجهز به موتورهای توربینی، شامل توربوجت، توربوفن، توربوپراپ و بالگردهای توربوشفت طراحی شده است. این سوخت‌ها عمدتاً از نفت سفید با خلوص بالا تشکیل شده و با افزودنی‌های مهندسی‌ شده‌ای تقویت می‌شوند تا خواص کلیدی از جمله مقاومت در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی، جلوگیری از ایجاد رسوب و یخ‌زدگی در دماهای پایین، و کنترل نقطه اشتعال برای ایمنی در دماهای بالا عملکردی و ایمنی مورد نیاز موتورهای توربینی را تامین کنند؛ سوخت جت باید ارزش حرارتی بالا داشته باشد، در انتقال و نگهداری ایمن باشد، به اجزای داغ توربین آسیب نرساند و در شرایط هوای سرد نیز به‌طور پایدار جریان یابد، تا عملکرد بهینه و پایدار موتور در طیف گسترده‌ای از شرایط عملیاتی تضمین شود.

کامیون سوخت رسان جت در فرودگاه ونکوور کانادا

تاریخچه سوخت جت

سوخت هواپیماهای مجهز به موتور پیستونی (معمولاً بنزین با عدد اکتان بالا که به آن Avgas گفته می‌شود) دارای فراریت بالاست تا ویژگی‌های کاربراتوری آن بهبود یابد و نقطه خوداشتعال بالایی دارد تا از پیش‌احتراق در موتورهای با تراکم بالا جلوگیری کند. موتورهای توربینی (مانند موتورهای دیزلی) می‌توانند با طیف وسیعی از سوخت‌ها کار کنند زیرا سوخت مستقیماً وارد محفظه احتراق داغ می‌شود. موتورهای هواپیماهای جت و توربین گازی (توربوپراپ، هلیکوپتر) معمولاً از سوخت‌های کم‌هزینه‌تر با نقطه اشتعال بالاتر استفاده می‌کنند که کمتر قابل اشتعال بوده و بنابراین حمل و نقل و کار با آن‌ها ایمن‌تر است.

اولین موتور جت با کمپرسور محوری که در تولید انبوه و عملیات رزمی مورد استفاده قرار گرفت، موتور Junkers Jumo 004 بود که در هواپیمای جنگنده Messerschmitt Me 262A و بمب‌افکن شناسایی Arado Ar 234B به کار گرفته شد و یا از سوخت سنتزی ویژه «J2» و یا از سوخت دیزل استفاده می‌کرد. بنزین به عنوان گزینه سوم وجود داشت، اما به دلیل مصرف بالای سوخت جذاب نبود. سایر سوخت‌های مورد استفاده شامل نفت سفید یا مخلوط نفت سفید و بنزین بودند.

فشار برای حرکت از سوخت جت به سوخت پایدار هوانوردی، یعنی بیوسوخت هواپیمایی یا الکتروسوخت، از قبل از توافق‌نامه پاریس در سال ۲۰۱۶ وجود داشته است.

استانداردهای سوخت جت

اکثر سوخت‌های جت مورد استفاده از پایان جنگ جهانی دوم تاکنون مبتنی بر نفت سفید هستند. استانداردهای سوخت جت در بریتانیا و آمریکا برای نخستین بار در پایان جنگ جهانی دوم تدوین شدند. استانداردهای بریتانیایی از استانداردهای استفاده نفت سفید برای چراغ‌ها (که در بریتانیا به آن پارافین گفته می‌شود) مشتق شده‌اند، در حالی که استانداردهای آمریکایی از روی روش‌های استفاده از بنزین هواپیمایی شکل گرفتند. در سال‌های بعد، جزئیات مشخصات سوخت‌ها، مانند حداقل نقطه انجماد، به منظور تعادل بین نیازهای عملکردی و دسترسی به سوخت‌ها اصلاح شد. نقطه انجماد بسیار پایین باعث کاهش دسترسی به سوخت می‌شود و محصولاتی با نقطه اشتعال بالاتر که برای استفاده روی ناوهای هواپیمابر لازم هستند، هزینه تولید بالاتری دارند. در ایالات متحده، ASTM International استانداردهایی برای سوخت‌های غیرنظامی تدوین می‌کند و وزارت دفاع آمریکا استانداردهایی برای استفاده نظامی ارائه می‌دهد. وزارت دفاع بریتانیا نیز استانداردهایی برای سوخت‌های جت غیرنظامی و نظامی تعیین می‌کند. به دلایل قابلیت عملیاتی مشترک، استانداردهای نظامی بریتانیا و ایالات متحده تا حدی هماهنگ شده‌اند. در روسیه و کشورهای عضو CIS، انواع سوخت جت توسط شماره استاندارد دولتی (GOST) یا شماره شرایط فنی مشخص می‌شوند که اصلی‌ترین درجه موجود، TS‑1 است.

آب در سوخت جت

خیلی مهم است که سوخت جت عاری از آلودگی آب باشد. در طول پرواز، دمای سوخت در مخازن کاهش می‌یابد به دلیل دمای پایین در لایه‌های بالایی جو. این موضوع باعث می‌شود آب حل‌شده در سوخت رسوب کند. آب جداشده سپس به کف مخزن می‌افتد، زیرا چگالی آن از سوخت بیشتر است. از آنجا که آب دیگر در حالت محلول نیست، می‌تواند به شکل قطره‌هایی تشکیل شود که می‌توانند تا زیر ۰ درجه سانتی‌گراد (۳۲ درجه فارنهایت) فوق‌سرد شوند. اگر این قطره‌های فوق‌سرد با سطحی برخورد کنند، ممکن است یخ بزنند و باعث مسدود شدن لوله‌های ورودی سوخت شوند. این مسئله دلیل وقوع حادثه پرواز ۳۸ خطوط هوایی بریتانیایی بود. حذف کامل آب از سوخت عملی نیست؛ بنابراین، در هواپیماهای تجاری معمولاً از گرم‌کن‌های سوخت استفاده می‌شود تا از یخ‌زدگی آب موجود در سوخت جلوگیری شود.

روش‌های مختلفی برای شناسایی آب در سوخت جت وجود دارد. بررسی بصری می‌تواند غلظت بالای آب معلق را تشخیص دهد، زیرا باعث می‌شود سوخت کدر به نظر برسد. یک آزمایش شیمیایی استاندارد صنعتی برای تشخیص آب آزاد در سوخت جت از پد فیلتر حساس به آب استفاده می‌کند که اگر میزان آب آزاد سوخت بیش از حد مجاز ۳۰ قسمت در میلیون (ppm) باشد، به رنگ سبز تغییر رنگ می‌دهد. یک آزمایش حیاتی برای ارزیابی توانایی سوخت جت در آزادسازی آب امولسیون‌شده هنگام عبور از فیلترهای هم‌جوش‌کننده، مطابق استاندارد ASTM D3948 است: روش آزمون استاندارد برای تعیین ویژگی‌های جداسازی آب در سوخت‌های توربین هواپیمایی با استفاده از جداکننده قابل حمل.

سوخت جت‌های نظامی

سازمان‌های نظامی در سراسر جهان از سیستم طبقه‌بندی متفاوتی برای سوخت‌های جت با شماره‌های JP (مخفف "Jet Propellant") استفاده می‌کنند. برخی از این سوخت‌ها تقریباً با همتایان غیرنظامی خود یکسان هستند و تنها در میزان چند افزودنی متفاوت‌اند؛ برای مثال، Jet A-1 شبیه JP-8 است و Jet B شبیه JP-4. سایر سوخت‌های نظامی محصولات بسیار تخصصی هستند و برای کاربردهای خاص و ویژه توسعه یافته‌اند.

JP-1

این سوخت یکی از سوخت‌های جت اولیه بود که در سال ۱۹۴۴ توسط دولت ایالات متحده مشخص شد (AN-F-32). این سوخت، نفت سفید خالص با نقطه اشتعال بالا (در مقایسه با بنزین هواپیمایی) و نقطه انجماد −۶۰ درجه سانتی‌گراد (−۷۶ درجه فارنهایت) بود. نیاز به نقطه انجماد پایین باعث محدودیت در دسترسی به این سوخت می‌شد و به‌ زودی جای خود را به سایر سوخت‌های جت «برش گسترده» داد که ترکیبی از نفت سفید–نفتا یا نفت سفید–بنزین بودند. این سوخت همچنین با نام آو تور (avtur) شناخته می‌شد.

JP-2

نوعی سوخت منسوخ است که در طول جنگ جهانی دوم توسعه یافته بود. JP-2 با هدف آسان‌تر شدن تولید نسبت به JP-1 ساخته شد، زیرا نقطه انجماد بالاتری داشت، اما هرگز به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار نگرفت.

JP-3

تلاشی بود برای بهبود دسترسی‌پذیری سوخت نسبت به JP-1، که این کار با گسترده‌تر کردن بازه برش تقطیر و سهل‌گیرانه‌تر کردن حدود مجاز ناخالصی‌ها انجام شد تا تأمین آن آسان‌تر شود. جان دی. کلارک در کتاب Ignition! An Informal History of Liquid Rocket Propellants این مشخصات را «به‌طرز قابل توجهی آزادانه» توصیف می‌کند؛ به‌گونه‌ای که بازه تقطیر بسیار وسیعی داشت و محدودیت‌های مجاز برای اولفین‌ها و ترکیبات آروماتیک آن‌قدر انعطاف‌پذیر بود که تقریباً هر پالایشگاهی، حتی در سطحی بالاتر از یک دستگاه تقطیر دست‌ساز غیرقانونی، می‌توانست دست‌کم نیمی از هر نوع نفت خام را به سوخت جت تبدیل کند. این سوخت حتی از JP-2 نیز فرّارتر بود و در زمان بهره‌برداری با تلفات تبخیری بالایی همراه می‌شد.

JP-4

این سوخت ترکیبی بود از ۵۰ درصد نفت سفید و ۵۰ درصد بنزین. نقطه اشتعال آن نسبت به JP-1 پایین‌تر بود، اما به دلیل دسترسی بیشتر، ترجیح داده می‌شد. این سوخت، سوخت اصلی جت نیروی هوایی ایالات متحده بین سال‌های ۱۹۵۱ تا ۱۹۹۵ بود و کد ناتو آن F-40 است. همچنین با نام Avtag نیز شناخته می‌شود.

JP-5

JP-5 یک سوخت جت مبتنی بر نفت سفید با رنگ زرد است که در سال ۱۹۵۲ برای استفاده در هواپیماهای مستقر روی ناوهای هواپیمابر توسعه یافت، جایی که خطر آتش‌سوزی به‌ویژه بالاست. JP-5 یک مخلوط پیچیده از هیدروکربن‌هاست که شامل آلکان‌ها، نفتن‌ها و هیدروکربن‌های آروماتیک می‌شود، وزن آن ۶.۸ پوند به ازای هر گالن آمریکایی (۰.۸۱ کیلوگرم در لیتر) است و نقطه اشتعال بالایی دارد (حداقل ۶۰ درجه سانتی‌گراد یا ۱۴۰ درجه فارنهایت). از آنجا که برخی پایگاه‌های هوایی نیروی دریایی، پایگاه‌های هوایی تفنگداران دریایی و پایگاه‌های هوایی گارد ساحلی ایالات متحده میزبان هواپیماهای دریایی و زمینی هستند، این پایگاه‌ها معمولاً هواپیماهای مستقر در خشکی خود را نیز با JP-5 سوخت‌رسانی می‌کنند، و بنابراین نیازی به نگهداری تأسیسات سوختی جداگانه برای JP-5 و سوخت‌های غیر JP-5 نیست. به طور مشابه، چین سوخت نیروی دریایی خود را RP-5 نام‌گذاری کرده است. نقطه انجماد JP-5 برابر −۴۶ درجه سانتی‌گراد (−۵۱ درجه فارنهایت) است و حاوی مواد ضد استاتیک نیست. JP-5 همچنین با کد NCI-C54784 شناخته می‌شود و کد ناتو آن F-44 است. این سوخت همچنین به نام AVCAT (Aviation Carrier Turbine fuel) شناخته می‌شود.

یک دریانورد نمونه‌ای از سوخت جت JP-5 را روی یک ناو حمل و نقل آبی-خاکی بررسی می‌کند

سوخت‌های JP-4 و JP-5 که تحت استاندارد MIL-DTL-5624 و مطابق مشخصات بریتانیایی DEF STAN 91-86 AVCAT/FSII (که قبلاً DERD 2452 بود) هستند، برای استفاده در موتورهای توربینی هواپیما طراحی شده‌اند. این سوخت‌ها نیازمند افزودنی‌های ویژه‌ای هستند که برای سیستم‌های سوخت‌رسانی هواپیماها و موتورهای نظامی ضروری است.

JP-6

این سوخت برای موتورهای توربوجت پس‌سوزدار General Electric YJ93 که در هواپیمای North American XB-70 Valkyrie برای پرواز پایدار با سرعت ماخ ۳ استفاده می‌شد، توسعه یافت. این سوخت شبیه JP-5 بود، اما نقطه انجماد پایین‌تری داشت و پایداری حرارتی-اکسیداتیو آن بهبود یافته بود. وقتی برنامه XB-70 لغو شد، مشخصات JP-6 با کد MIL-J-25656 نیز لغو شد.

JP-7

این سوخت برای موتورهای توربوجت پس‌سوزدار Pratt & Whitney J58 که در هواپیمای Lockheed SR-71 Blackbird برای پرواز پایدار با سرعت بیش از ماخ ۳ استفاده می‌شد، توسعه یافت. نقطه اشتعال بالایی داشت تا از تبخیر سوخت ناشی از گرمای هواگردی جلوگیری کند. پایداری حرارتی آن به اندازه‌ای بود که از ایجاد رسوبات کک و لاک جلوگیری می‌کرد و می‌توانست به‌عنوان یک محیط جذب حرارت برای سیستم‌های تهویه مطبوع، هیدرولیک و تجهیزات جانبی موتور هواپیما استفاده شود.

JP-8

JP-8 یک سوخت جت است که توسط ارتش ایالات متحده مشخص و به‌ طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. این سوخت طبق استاندارد MIL-DTL-83133 و استاندارد دفاعی بریتانیا 91-87 تعریف شده است. JP-8 یک سوخت مبتنی بر نفت سفید است و پیش‌بینی می‌شود حداقل تا سال ۲۰۲۵ همچنان مورد استفاده باقی بماند. ارتش ایالات متحده از JP-8 به‌عنوان یک «سوخت همه‌کاره» هم در هواپیماهای توربینی و هم در خودروهای زمینی دیزلی استفاده می‌کند. این سوخت اولین بار در سال ۱۹۷۸ در پایگاه‌های ناتو معرفی شد و کد ناتو آن F-34 است.

JP-9

این سوخت، یک سوخت توربین گازی برای موشک‌ها است که به‌طور خاص در موشک کروز تاماهاوک استفاده می‌شود و حاوی ترکیب TH‑dimer (تتراهیدرودی‌متیل‌دی‌سیکلوپنتادین) است که از طریق هیدروژناسیون کاتالیستی دیمر متیل‌پنتادی‌ان تولید می‌شود.

JP-10

این سوخت یک سوخت توربین گازی برای موشک‌ها است که به‌طور خاص در موشک کروز AGM‑86 ALCM به کار می‌رود. این سوخت شامل مخلوطی از ترکیبات زیر است (به ترتیب کاهش مقدار):

• اندو‑تتراهیدرودی‌سیکلوپنتادی‌ان
• اگزو‑تتراهیدرودی‌سیکلوپنتادی‌ان (یک سوخت سنتزی)
• آدامانتان

این سوخت از طریق هیدروژناسیون کاتالیستی دی‌سیکلوپنتادی‌ان تولید می‌شود. این سوخت جایگزین JP‑9 شد و توانست حد پایین دمای کاری را به ‎−۶۵ درجه فارنهایت (−۵۴ درجه سانتی‌گراد) کاهش دهد. همچنین در موشک کروز زیرصوتی با پیشران جت تاماهاوک نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

JPTS

این سوخت ترکیبی از مایع آتش‌زای زغال‌چوب LF‑1 به‌همراه یک افزودنی برای بهبود پایداری حرارتی–اکسیداتیو بود که به‌طور رسمی با نام «سوخت جت با پایداری حرارتی» (Thermally Stable Jet Fuel) شناخته می‌شد. این سوخت در سال ۱۹۵۶ برای موتور Pratt & Whitney J57 توسعه یافت؛ موتوری که نیروی پیشران هواپیمای جاسوسی لاکهید U‑2 را تأمین می‌کرد.

Zip fuel

به مجموعه‌ای از «سوخت‌های پرانرژی» آزمایشیِ حاوی بور اطلاق می‌شود که برای هواپیماهای با برد بلند در نظر گرفته شده بودند. سمیت بالا و باقی‌مانده‌های نامطلوب این سوخت‌ها استفاده از آن‌ها را دشوار می‌کرد. با توسعه موشک‌های بالستیک، کاربرد اصلی سوخت‌های زیپ (Zip fuel) عملاً از بین رفت.

Syntroleum

این شرکت با نیروی هوایی ایالات متحده (USAF) همکاری کرده است تا یک ترکیب سوخت جت مصنوعی توسعه دهد که به کاهش وابستگی آن‌ها به نفت وارداتی کمک کند. نیروی هوایی آمریکا، که بزرگ‌ترین مصرف‌کننده سوخت در ارتش ایالات متحده است، از سال ۱۹۹۹ به بررسی منابع سوخت جایگزین پرداخت. در ۱۵ دسامبر ۲۰۰۶، یک هواپیمای B-52 از پایگاه هوایی ادواردز برای نخستین بار تنها با ترکیب ۵۰–۵۰ سوخت JP-8 و سوخت FT شرکت Syntroleum برخاست. آزمایش پرواز هفت‌ساعته موفقیت‌آمیز ارزیابی شد. هدف از برنامه آزمایش پرواز، تأیید صلاحیت این ترکیب سوخت برای استفاده در ناوگان B-52 نیروی هوایی و سپس آزمایش و تأیید آن روی سایر هواپیماها بود.

مقایسه انواع سوخت جت

روند تکامل سوخت‌های JP نشان‌دهنده حرکت از سوخت‌های نفتی ساده و در دسترس به سمت سوخت‌های بسیار تخصصی، پایدار و حتی سنتزی است. سوخت‌هایی مانند JP‑5 و JP‑8 به دلیل توازن مناسب بین ایمنی، دسترسی و عملکرد، کاربرد گسترده پیدا کردند، در حالی که سوخت‌هایی مانند JP‑7، JP‑10 و JPTS برای مأموریت‌های خاص و شرایط عملیاتی بسیار سخت توسعه یافتند. در نهایت، پروژه‌هایی مانند Syntroleum مسیر آینده را به سمت سوخت‌های پایدار و مستقل از نفت خام نشان می‌دهند.

نتیجه‌گیری

سوخت جت با پیشرفت‌های مداوم از نفت سفید خالص اولیه تا ترکیبات پیچیده و سنتزی امروزی، نقش حیاتی در عملکرد ایمن و بهینه موتورهای هواپیماهای توربینی و سیستم‌های نظامی داشته است. استانداردسازی دقیق، کنترل ناخالصی‌ها و مدیریت آب موجود در سوخت، ایمنی و قابلیت اطمینان پرواز را تضمین می‌کند، در حالی که توسعه سوخت‌های مصنوعی و پایدار نشان‌دهنده تلاش مداوم برای کاهش وابستگی به منابع نفتی وارداتی و حرکت به سمت هوانوردی دوستدار محیط‌زیست است. این تاریخچه نشان می‌دهد که سوخت جت نه تنها عامل حرکت هواپیما، بلکه محصولی استراتژیک، ایمن و مهندسی‌شده برای طیف گسترده‌ای از کاربردهای غیرنظامی و نظامی محسوب می‌شود.