Paliva leteckých motorů předválečné ČSR
Tento článek jsem se rozhodl zaměřit na paliva leteckých motorů používaných v československém předválečném vojenském letectvu. Článek je opět (ostatně jako vždy) limitován dostupnými zdroji, kterých není mnoho.Celý text je rozdělen do dvou oblastí. První se týká leteckého benzínu, používaného u československých leteckých motorů. V druhé části jsem provedl krátké srovnání a leteckými benzíny ostatních států.
Všechny údaje odpovídají stavu k roku 1936 a pocházejí ze zdrojů uvedených na konci práce.
Letecké benziny používané v Československém letectvu
Výše uvedený nadpis je poněkud zavádějící, protože ve skutečnosti se jedná pouze o jeden letecký benzín. Československé vojenské letectvo na konci 30-tých let používalo standardizovaný letecký benzín pro všechny typy letadel (ostatně jako většina vyspělých států). Jednotně používaný letecký benzín měl tyto vlastnosti:
1) Oktanové číslo: 85
2) Složení:
Letecký benzín: 50%
Benzol: 20%
Etylnatý líh 30%
Název Etylnatý líh je zastaralý název pro Etanol (ethylalkohol). Již z pohledu na složení je zřejmé, že naše předválečné vojenské letectvo používalo příměsi alkoholu. K tomu se ještě vrátíme níže.
Nejprve se věnujme vlastnímu základnímu benzínu. Ten byl na naše území dovážen z Rumunska. Pravděpodobně pocházel z ropných nalezišť v Ploesti, ale toto z dostupných zdrojů nejde potvrdit. Základní rumunský benzin, používaný k výrobě československého leteckého benzínu, byl vyrobený destilací. Jeho oktanové číslo se pohybovalo zhruba v rozmezí 65-66 oktanů. Tento benzín se používal jako základní pro výrobu. Dále se vyskytoval speciální (jakostní) letecký benzín, vyráběný rovněž destilací, s oktanovým číslem 72-75 oktanů. Ten byl získáván z kvalitní vybrané suroviny.
Tento základní benzin se poté upravoval. V tomto bodě byl tento benzin specifický, neboť Československo bylo jednou z mála vyspělých zemí (možná i jedinou), které nepoužívaly ke zvyšování antidetonační odolnosti tetraetyl olova (alespoň ne běžně). Zde je možno uvést jednu částečnou výjimku, kterou představoval německý letecký benzín. O tomto se zmíníme níže.
Československý letecký benzín byl tedy benzino-benzolo-lihovou směsí. Těchto směsí bylo zkoušeno více a nakonec byla jako standardní letecký benzin vybrána směs s výše uvedeným poměrem. Vlastnosti paliva se poměrem jednotlivých složek výrazně mění. Na následujícím obrázku jsou zachyceny křivky různých poměrů benzinu-benzolu-lihu ve směsi v závislosti na oktanovém čísle výsledného leteckého benzínu:
Obr. č. 1 – poměry složek v leteckém benzínu
Na ose x je procentní poměr Etanolu, na ose y výsledné oktanové číslo. Z průběhu křivek je zřejmé, že k nárůstu oktanového čísla dochází při snižování procentního poměru Benzolu vůči Etanolu.
Na místě je tedy otázka, proč neobsahoval československý letecký benzin pouze směs benzinu a Etanolu. Odpověď je nutno hledat v dalších vlastnostech výsledných směsí. Etanol s benzinem má při nižších teplotách tendenci společně s vodou odlučovat se z výsledné směsi. Toto nebezpečí kladlo zvýšené nároky na jeho kvalitu, konkrétně bylo nutná jeho vysoká čistota (asi 99,6 až 99,8). Dále se výsledná palivová směs tvořila až těsně před plněním nádrže letounu. Benzol se do benzino-lihových směsí leteckých benzinu přidával ke zvýšení jejich stabilnosti při nízkých teplotách. Stabilitou směsi byla myšlena teplota, při které nastává odlučování Ethanolu s vodou od benzinu. Tato závisí zejména na množství vody. Nejnižší teplota odlučování je tím nižší, čím méně vody je ve směsi a čím více Etanolu směs obsahuje. Přítomnost benzolu ve směsi byla žádoucí pro možnost používání Etanolu s vyšším množstvím vody, který byl značně levnější. Benzol tedy sloužil ke zvýšení stability výsledné směsi.
Výsledná směs s benzolem je ovšem limitována ještě dalším faktorem. Tehdy používaný běžný motorový benzol měl bod tuhnutí asi -7 až -13 st. C. Tato teplota limitovala jeho maximální množství ve výsledné směsi, protože jeho vymrzáváním ze směsi vznikaly krystalky. Ty způsobovaly ucpávání filtrů paliva a trysek karburátoru.
Výsledná směs tedy byla kompromisem. Přítomnost benzolu způsobovala snížení teploty, při které docházelo k odlučování Etanolu ze směsi. Naopak, přítomnost Etanolu snižovala její celkový bod tuhnutí.
Mimo Etanolu a Benzolu byly zkoušeny také kombinace jiných látek. Na dvou následujících obrázcích jsou zachyceny průběhy nárůstů oktanových čísel při použití jiných směsí látek.
Obr. č. 2 – oktanová čísla při použití různých alkoholů
Obr. č. 3 – oktanová čísla při použití acetonu a benzolu
Základem je vždy výše popsaný rumunský benzin.
Srovnání československého leteckého benzinu s benziny ostatních států
Pokusme se provést krátké srovnání leteckého benzinu používaného v Československu s leteckými benziny některých dalších států. K tomu je nejprve nutno zmínit způsoby měření oktanového čísla v jednotlivých zemích.
Hodnoty oktanového čísla jednotlivých benzinů byly zjišťovány pravděpodobně (není to zcela jisté) tzv. „motorovou metodou“, na zkušebním jednoválcovém motoru. Tento byl koncem 30-tých let všeobecně rozšířen a znám pod názvem C.F.R. – Motor Metod. Původně se jednalo o americkou metodu zkoušení benzinů, která se ovšem postupně prosadila i v dalších zemích. Přesto byla v některých státech částečně pozměněna. Z konkrétních údajů lze vysledovat pravděpodobně pouze část změn. Původní americká C.F.R. metoda používala pokusný jednoválcový motor s variabilním kompresním poměrem, typicky od 4:1 do 18:1. Příklad takového pokusného motoru z roku 1930 je na následujícím obrázku.
Obr. č. 4 – C.F.R. motor z roku 1930
Princip metody stanovování oktanového čísla spočívá v postupném zvyšování kompresního poměru měřené směsi, až do okamžiku začátku detonačního spalování. Celý postup je ještě o něco složitější, ale pro naše účely tento popis postačuje.
Mezi evropské státy, které přijali a pro stanovování oktanového čísla zavedli, původní americkou metodu C.F.R. se vstupní teplotou směsi 300 st. F (148,9 st. C, měřeno před vstupem do válce), patřilo i Československo. Kromě Československa do této skupiny zemí patřilo ještě Německo a pravděpodobně i všechny západní státy mimo Francii a Velkou Británii. V těchto dvou zemí zavedli modifikovanou C.F.R. metodu, kdy na základě praktických měření leteckých motorů vlastní konstrukce, upravili vstupní teplotu směsi na 260 st. F (126,7 st. C). Jinak byl postup měření totožný.
Zcela samostatně s odlišnou metodikou měření stálo U. S. Army Air Corps, které ke stanovování oktanových čísel benzinů používaly postupy založené na posuzování teplot speciálních svíček. Nic bližšího k této metodě se mi ve zdrojích nepodařilo zjistit.
Nyní několik poznámek k hodnotám v jednotlivých státech. V další tabulce jsou oktanová čísla hlavních západních států mimo Německa:
1) Velká Británie: a) 77 oktanů při 0,0 promile tetraetyl olova (dále jen t.e.o.)
b) 87 oktanů při 0,88 promile t.e.o.
Obě hodnoty měřeny modifikovanou metodou C.F.R.
2) Francie: a) 70 oktanů při 0,0 promile t.e.o.
b) 85 oktanů při 0,8 promile t.e.o.
Obě hodnoty měřeny modifikovanou metodou C.F.R.
3) Letectvo U.S. Army Air Corps: 92 oktanů při 1,58 promile t.e.o.
Hodnota měřena speciální metodou používanou v tomto letectvu. Při použití standardní C.F.R. (nemodifikované) odpovídá hodnotě 87 oktanů.
4) Pratt a Whitney: a) 73 oktanů při 0,0 promile t.e.o.
b) 80 oktanů při 0,53 promile t.e.o.
Obě hodnoty měřeny základní (nemodifikovanou) C.F.R. metodou
5) Wright: 87 oktanů při 0,8 promile t.e.o.
Měřeno základní C.F.R. metodou.
Při pokusech provedených našimi odborníky při přidávání t.e.o. do základního rumunského benzínu byly zjištěny tyto údaje:
1) přídavek 0,22 promile t.e.o. zvýší oktanové číslo o 5,8 až 9,5 oktanů (záleží na kvalitě základního benzinu, platí i dále).
2) přídavek 0,43 promile t.e.o. zvýší oktanové číslo o 10 až 15 oktanů.
3) přídavek 0,65 promile t.e.o. zvýší oktanové číslo o 12 až 16 oktanů.
Další nezodpovězenou otázku zůstává, proč naše předválečné letecké benziny nepoužívali mimo lihovo-benzolových příměsí, také přídavky t.e.o.
Důvody jsou zejména v nehospodárnosti a zbytečnosti. Přídavky t.e.o. do benzino-lihovo-benzolových směsí, totiž přinášely minimální zvýšení oktanového čísla. Na následujícím obrázku je tento fakt dobře patrný:
Obr. č. 5 – přídavky t.e.o. při různých směsích
Je tedy zřejmé, že v případě přídavků t.e.o. do čistých benzinů je nárůst oktanového čísla skutečně významný. V případě přídavků do benzino-etanolových směsí (např. 80% benzin / 20% Etanol), jsou přírůstky oktanových čísel nepatrné, v řádu jednotek. Při vyšších poměrech Etanolu již nemají praktický význam.
K srovnávanému polskému benzinu nemám žádné další informace. Důvody, proč při přídavcích t.e.o. do těchto směsí nedochází k výraznému zvýšení oktanového čísla, přesně nevím (nejsem chemik). Pokud jste někdo schopni tuto otázku odpovědět, uvítal bych to.
V textu byl vynechán německý letecký benzin. Tento jako jediný z vyspělých států nepoužíval přídavky t.e.o. nebo směsi s alkoholy, ale tzv. „Motyl“. Motyl byla (dnes již nepoužívaná) bezbarvá kapalina, jednalo se o pentakarbonyl železa. Ve srovnání s t.e.o. měla jednu výhodu a řadu nevýhod. Jediná její výhoda bylo to, že Motyl byl nejedovatý (tehdy používaný t.e.o. – tzv. etylfluid, byl extrémně jedovaný, vážné otravy způsoboval již pouhý kontakt s kůží nebo výpary). Účinnost tehdy používaného Motylu byla zhruba 10 krát nižší, než u t.e.o. Motylu se přidávalo asi 0,2 až 0,25 %. Nic bližšího se mi k němu nepodařilo zjistit.
Znovu zdůrazňuji, že výše uvedené popisuje stav k roku 1936.
Československé letecké benziny tedy i přes svoji odlišnost ve struktuře byly kvalitativně (ve smyslu velikosti oktanového čísla) zcela srovnatelné s leteckými benziny ostatních vyspělých států. Důvody nepoužívání t.e.o. nejsem z dostupných zdrojů zřejmé, našel jsem pouze konstatování, že tento přístup je vzhledem k možnostem našeho státu vhodnější (ovšem bez dalšího vysvětlení). Jako nevýhodu bych určitě viděl naši palivovou závislost na Rumunsku, ale toto byl problém nejen Československé republiky, ale i dalších států.
Další vlastnosti Československého leteckého benzinu (destilační křivky, tlaky par, bod tuhnutí apod.) nejsem z dostupných zdrojů schopen zjistit.
Do budoucna článek ještě doplním o maziva používaná v našich leteckých motorech.
Použité zdroje:
1) Letecká příručka 2, František Sekanina, Praha 1936
2) http://www.geocities.com/runyardj/octane1.html
