The Future of General Aviation Fuels

Attualmente i due principali tipi di carburante utilizzati nell’aviazione sono Avgas 100LL e Jet A-1; Jet A-1 per motori a turbina e Avgas per motori a pistoni ad accensione spark. Se sei un pilota di aviazione generale, quello che si sono probabilmente più familiarità con è Avgas ed è questo che ci concentreremo su qui.

Come forse sapete, Avgas contiene Tetra Etil piombo (TEL) – l’additivo che è stato recentemente vietato nei carburanti per autoveicoli nell’Unione europea per motivi ambientali. Sebbene il volume totale di carburante utilizzato nell’aviazione sia inferiore allo 0,5% di quello utilizzato nel settore automobilistico in Europa, vi è una notevole pressione da parte dei lobbisti ambientali per rimuovere o sostituire TEL in Avgas e produrre un grado senza piombo.

Per capire cosa è coinvolto, dobbiamo prima guardare a quali benefici ha TEL. Come forse saprete dai problemi con i carburanti per autoveicoli, i composti di piombo di TEL formano uno strato protettivo sulla sede della valvola e impediscono l’erosione delle sedi delle valvole morbide. Senza TEL piccole aree di una sede della valvola di metallo morbido si fondono alla valvola e essere ‘strappato’ dalla faccia del sedile.

Una volta attaccati alla valvola formano una superficie abrasiva che danneggia ulteriormente la sede della valvola. Questa combinazione di azioni è noto come valvola Sede Recessione (VSR) come la sede della valvola è usurata e rientranze nella testa del cilindro. Le soluzioni a questo sono utilizzare un additivo VSR o montare sedi valvole temprate resistenti a questa azione.

Gli additivi VSR sono ora comunemente usati nella benzina sostitutiva del piombo sui prospetti automobilistici, tuttavia per diversi motivi non sono ancora approvati per l’uso nei motori aeronautici. Ciò significa che l’unico metodo attuale per prevenire la recessione della sede della valvola per i motori aeronautici che utilizzano combustibili senza piombo sarebbe quello di adattare le sedi delle valvole indurite. Questo è comune nei nuovi motori Avco Lycoming e Teledyne Continental, ma alcuni motori più vecchi avrebbero bisogno di modifiche.

L’altro problema più significativo con i carburanti senza piombo è quello del numero di ottani.

Il numero di ottano è una misura della resistenza di un carburante alla detonazione o al “pinking”; più alto è il numero di ottano, più la miscela carburante / aria può essere compressa senza che si verifichi la detonazione. Per chiarire questo, il numero di ottano non è una misura della quantità di energia nel carburante, ma è una misura della sua resistenza alla detonazione.

Il vantaggio o i combustibili di ottano più elevati è che è possibile utilizzare un rapporto di compressione o un rapporto di sovralimentazione più elevato, che quindi porta ad una maggiore efficienza del ciclo del motore, che a sua volta significa più potenza per una data combustione di carburante. Tuttavia, per confondere ulteriormente le cose, ci sono quattro modi principali per misurare la valutazione di ottano, RON, MON, Miscela magra e valutazioni di miscela ricca.

I carburanti stradali tendono ad essere misurati su una scala RON, per i quali i carburanti senza piombo tendono ad essere 95-98 RON ma sono solo 85-87 MON. Avgas è misurato sulla miscela magra (simile a MON) ma inoltre ha una valutazione ricca dell’ottano della miscela.

La valutazione magra della miscela è 100 ottano (15 ottano più superiore al MON 85 comparabile per i Mogas senza piombo) ma Avgas inoltre ha una valutazione ricca della miscela di 130 che permette che le più alte pressioni di spinta del compressore siano usate senza detonazione che accadono. Questo è particolarmente un problema quando si utilizzano impostazioni di potenza elevata a bassa quota, ad esempio durante il decollo.

Come si può vedere TEL in Avgas fa una differenza significativa per la valutazione di ottano e senza di essa le valutazioni di ottano sarebbero tornate a 80 – 85 Miscela magra – il livello per i carburanti stradali – invece di 100 / 130. Questo non è un problema per la maggior parte dei motori moderni normalmente aspirati come i loro rapporti di compressione sono piuttosto modesti e detonazione non sarebbe un problema con 80 – 85 miscela magra ottano carburante.

Tuttavia, per i velivoli con motori sovralimentati o turbocompressi l’uso di carburanti senza piombo a basso numero di ottani non sarebbe adatto. L’unico modo per far funzionare questi motori turbo sugli attuali combustibili senza piombo sarebbe ridurre significativamente la pressione di sovralimentazione della sovralimentazione e ridurre massicciamente i motori. Questo de-rating sarebbe così grave che molti dei motori non sarebbero più abbastanza potenti per il velivolo in questione.

I moderni carburanti senza piombo per l’aviazione sono attualmente in fase di sviluppo, come 82UL negli Stati Uniti. Questo è un 82 ottano magra miscela valutazione carburante ed è approvato per l’uso in moderni motori non turbo Avco Lycomings tra gli altri. Tuttavia, non è ancora disponibile in Europa, ma non tutti possono usarlo – il produttore di aeromobili deve sollevare un documento di modifica dell’aeromobile per approvarne l’uso.

Alcuni nuovi Cessna sono approvati per utilizzare 82UL, ma la maggior parte dei tipi di aeromobili attualmente non hanno l’approvazione del produttore. La quantità potenziale di Avgas piston engined aircraft world-wide che potrebbe utilizzare questo grado è stimata intorno al 60%, anche se alcuni di questi avrebbero probabilmente bisogno di modifiche del sistema di alimentazione prima dell’approvazione.

Ad oggi non ci sono additivi disponibili per sostituire TEL che aumentano il numero di ottano – gli additivi utilizzati nei carburanti di sostituzione del piombo per autoveicoli affrontano solo il problema della recessione della sede valvola e non influenzano il numero di ottano del carburante. Pertanto, se Avgas 100LL dovesse scomparire, l’unica altra opzione attualmente disponibile per i proprietari con motori turbo o sovralimentati sarebbe per il produttore di aeromobili sollevare una modifica per sostituire il loro motore con un turboelica o motore diesel.

Questo ci porta all’altro recente progresso nei motori dell’aviazione generale; lo sviluppo da parte di diversi produttori di motori della tecnologia dei motori diesel. Shell è coinvolta con tutti i principali potenziali produttori di motori diesel per l’aviazione e sta lavorando a stretto contatto su questi progetti. Questi motori offrono potenzialmente diversi vantaggi significativi rispetto ai motori Avgas.

Restituiscono fino al 30% di risparmio di carburante migliore, utilizzano Jet A-1 piuttosto che Avgas e hanno il potenziale per essere adattati a molti aerei leggeri, sostituendo i loro attuali motori di tipo Avgas. Il rovescio della medaglia sarà il costo della sostituzione del motore e la modifica degli aeromobili e mentre alcune applicazioni potrebbero essere in grado di sfruttare questa tecnologia, questa non sarà una soluzione per tutti.

Quindi, in sintesi, i motori aeronautici presentano molte sfide uniche allo sviluppo di Avgas e come tale non esiste ancora una data ferma per sostituire Avgas 100LL, ma non ci possono essere dubbi sul fatto che alla fine Avgas al piombo sarà ritirato dall’uso. Tuttavia, ciò non sembra probabile fino a quando non saranno disponibili alternative adeguate e pienamente sviluppate; una situazione che probabilmente sarà di diversi anni nel futuro.