航空汽油蒸发性指标及测试方法

谭燕(中国民航飞行学院，四川 德阳 618300)

0 引言

航空汽油的蒸发性对其安全和使用性能有着极为重要的影响，决定其形成潜在爆炸性趋势的主要因素。

1 航空汽油的蒸发性

蒸发性是指液态燃料由液态变为气态的性能，它与沸点的区别在于它是在低于沸点的条件下，在液体表面进行的气化，包括三个过程：

(1)气化过程—液体分子从液面溢出成为蒸汽分子；

(2)扩散过程—溢出的蒸汽分子在气相介质中分散开来；

(3)凝结过程—部分溢出的蒸汽分子经碰撞后重新杯液面吸收。

燃料蒸发性大小主要取决于溢出分子与吸回液面分子数差的大小，是液体燃料最重要的性质之一，对燃料的运输、储存和发动机中的使用都有密切的关系。航空汽油的蒸发性大小主要取决于溢出分子数与吸回液面分子数差的大小。在发动机工作时，如果航空汽油的蒸发性好，在汽化器内就易汽化形成良好的可燃气，保证发动机在低温的情况下容易起动，加速和正常运转。反之，如果航空汽油的蒸发性不好，航空汽油汽化不完全，难以形成足够浓度的混合气，不但发动机不易起动，还会使发动机工作不稳定，燃烧不完全，增大燃料的消耗。因此，航空发动机要求使用的航空汽油有适当的蒸发性，以保证发动机既易于起动，又不产生气阻，加速性能好，燃烧完全。

2 航空汽油蒸发性的主要指标

国际ASTM D910《航空汽油标准》、GB/T 1787《国内航空汽油标准》，均将馏程及饱和蒸汽压作为航空汽油蒸发性技术指标进行要求。

2.1 馏程

在常压下测得的馏出量与温度之间的关系的数据称为馏程。馏程可以用指定馏出量时的馏出温度表示，也可以用指定温度下的馏出量表示。馏程是航空汽油蒸发性的主要指标，它既可以知道油品的沸点范围，也可以判断油品组成中轻组分和重组分的大体含量，同时从馏程中各馏出温度点可以判断出发动机在各种状态下工作的好坏，并能够衡量航空燃料蒸发性的好坏。在ASTM D910《航空汽油标准》及GB 1787，均以指定馏出量时的馏出温度来表示。

2.1.1 航空汽油馏程的测定

航空汽油馏程的测定方法是将100 mL试样在其相应组别规定的条件下，在环境大气压和设计约为一个理论分馏塔板的情况下，用蒸馏仪器按规定速度加热，使之沸腾，蒸汽经冷凝后收集于量筒中，根据试验结果的要求，系统地观测并记录温度读数和冷凝物体积、蒸馏残留物和损失体积，观测的温度读数需进行大气压修正，试验结果以蒸发百分数对应的蒸发温度表示。

2.1.2 航空汽油馏出温度对飞机发动机的影响

初馏点是航空汽油从冷凝管滴入量筒的第一滴流出液，是航空汽油的最低馏出温度，它表示燃料中含有的最轻馏分的沸点，也表示是否含有飞机发动机起动时所需要的轻质馏分，航空汽油的初馏点大约在30～45 ℃之间。

10%馏出温度表示航空汽油轻质馏分的多少，它对发动机在低温下冷起动的难易程度和夏季是否发生气阻有直接影响。10%馏出温度越低，航空汽油中所含的轻质馏分越多，蒸发性越好，发动机的起动性能越好，起动所需要的时间越短，起动耗油量越少；10%馏出温度如果过低，发动机在夏季或大气压较低的地区工作时，就容易产生气阻，使发动机功率降低甚至导致供油中断而停机，所以航空汽油要求要有适当的10%馏出温度。

50%馏出温度表示航空汽油的平均蒸发性，它对发动机的加速性、工作稳定性有很大的影响。飞机发动机在冷起动后，必须怠速运转一段时间，待油温、水温达到要求后，才能正常工作。如果汽油的50%馏出温度低，则它的平均蒸发性好，在常温下短时间内蒸发的汽油就较多，从而使混合气中的油气较多，燃烧后放出的热量较大，发动机的暖机时间就可以缩短，减少油料损耗。50%馏出温度高低与飞机发动机的加速性也有密切关系，飞机发动机在加速时需要快开节气门，使进入气缸的混合气浓度迅速增加，以满足发动机工作的需要。如果50%馏出温度高，平均蒸发性差，则当节气门突然开大时，混合气体浓度不够，不能满足发动机工作的要求，甚至出现熄火现象。因此，50%馏出温度不能过高。

90%馏出温度和终馏点表示航空汽油中重质馏分含量的多少，它们与燃料能否完全燃烧和发动机气缸的磨损有密切关系。90%和终馏点馏出温度越高，则表示航空汽油中的重质馏分含量越多，在燃烧室中处于为蒸发状态的油量也越多。这些未蒸发的航空汽油，在沿汽缸壁下流的过程中，将冲洗气缸壁上的润滑油膜，并稀释油底壳中的滑油，从而导致气缸、活塞环及其他机件的磨损加剧。其次，由于混合气中有许多未蒸发的油滴，将使燃烧状况变差，导致尾气冒黑烟，发动机工作不稳定，功率下降并且油耗上升等不良后果，因此航空汽油的90%和终馏点作了严格控制。

残留量表示航空汽油中最不容易蒸发的重质成分和存储过程中生成的氧化胶状物的含量。这些物质含量过高会使燃烧室积炭增加，进气阀和燃油喷嘴处结胶严重，从而影响发动机的正常工作。因此，航空汽油残留量也作了严格控制。

2.1.3 航空汽油馏程对油品储存运输的影响

航空汽油的蒸发性越好，则在气压低或者气温高的情况下，由于轻质成分容易转变为油蒸汽，产生“气阻”，会造成装卸困难，甚至卸不下油；在储运中，馏分越轻，蒸发损失越大。由于储运条件不同，影响蒸发损失也不尽一致。实践证明，储存温度高，容器空间的体积或燃料蒸发面积大，容器不严密，都可以使蒸发损失增大。因此，根据其蒸发性特点，储运中必须采取有效措施，最大限度的减少航空汽油的蒸发损失。

2.2 饱和蒸汽压

在密闭容器中的液体，一方面从自由表面蒸发出蒸汽分子；另一方面，这些分子的一部分由于撞击其他分子或器壁又重新进入液体中，开始时，变成蒸汽的分子数目大于蒸汽分子凝为液体分子的数目，容器内蒸汽的压力逐渐上升，当温度保持不变时，容器内液体蒸汽压的上升是有限度的。当液体处于相平衡的蒸汽所具有的压强称为饱和蒸汽压。同一物质在不同温度下有不同的饱和蒸汽压。当温度升高时，液体分子运动的速度加大，气化的分子数加多，因此饱和蒸汽压也加大。饱和蒸汽压是航空汽油的重要物理性质，对于航空汽油来说是非常关键的因素，影响其启动、升温和高温或者高纬度操作时的气阻趋势，饱和蒸汽压指标高说明航空汽油中轻质馏分含量高，其蒸发性好，使用时发动机产生气阻的可能性就大，储运时轻质馏分损失的趋向也就大，但发动机起动性能好。

2.2.1 航空汽油饱和蒸汽压的测定

航空汽油饱和蒸汽压的测定是将蒸汽压测定仪的液体室充入按要求冷却后的试样，并与在浴中已经加热到37.8 ℃的气体室相连，将安装好的测定仪倒置，使样品由汽油室进入空气室，在与测定器长轴平行的方向剧烈摇动，摇动后浸入37.8 ℃浴中，使水浴液面至少高于空气室顶部25 mm，蒸汽压读数5 min后，轻叩压力表读数，准确到0.25 kPa，从恒温浴中取出测定器，尽快倒转剧烈摇动并重新放回浴中，此后每隔2 min重复此项操作并读数，至少摇动5次，直到连续两次压力恒定并读数，此读数经大气压校准后，准确到0.25 kPa,即为饱和蒸汽压。

2.2.2 航空汽油饱和蒸汽压的意义

在储存方面，由于饱和蒸汽压值是在假定的温度下测得的数据，随着全球不断地升温及厄尔米诺现象的影响，出现了气温显著升高和显著降低的情况，这样的昼夜温差加剧了航空汽油的呼吸损耗。根据本地区的气象温差测定不同温度下的饱和蒸汽压，可以采用有效的方法降低油品损耗。另外，航空汽油饱和蒸汽压越高，越容易形成可燃混合气，遇火星、火焰、冲击火花等，就容易造成火灾甚至爆炸。

在使用过程中，有的地方夏季温度达到40 ℃以上，太高的气温导致航空汽油饱和蒸汽压过高，发动机产生气阻。而有的地方冬季温度降到-30 ℃以下，太低的温度使得油品饱和蒸汽压过低，导致飞机发动机起动困难。

3 结语

航空汽油又称为活塞式发动机燃料，是用在点燃式航空活塞发动机上的燃料，是航空燃料的重要组成部分，也是航空燃料里轻质成分含量最多，最易蒸发的油品，如果储存不当，蒸发性极易降低而超出指标范围。航空汽油的蒸发性直接影响到油品的存储，运输和发动机使用安全，过高或者过低的蒸发性都会影响到航空汽油的使用。因此，良好的、适当的蒸发性是航空汽油必不可少的性能指标。