Subskrybuj nas na Youtube
Jeśli efekt może być ten sam, to zamiast zużyć kilka ton benzyny lepiej spalić kilkanaście litrów. To zasada obowiązująca zarówno w życiu, jak i w przypadku paliw lotniczych.
/>
Podobną zasadę postanowili zastosować inżynierowie z Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych podczas próby odpowiedzi na pytanie: w jaki sposób najlepiej porównywać różne paliwa i biopaliwa lotnicze oraz ich mieszanki? Standardowa metoda jest prosta: wystarczy spalić je w silniku, tyle że nie podwieszonym pod samolotem, ale stojącym w laboratorium.
– Tego zresztą wymaga norma ASTM 4054, która opisuje proces wprowadzania nowego paliwa. Tyle że testując paliwo na silniku pełnogabarytowym, ponosimy koszty niewspółmierne do efektów, bo spala on do kilku ton paliwa na godzinę – mówi dr inż. Bartosz Gawron z ITWL. Dodaje, że na wczesnym etapie prac badawczych nie ma potrzeby wytwarzać nowej mieszanki w aż takich ilościach, bo jej zachowanie podczas spalania można sprawdzić w znacznie mniejszej skali.
Z tego względu inżynierowie postanowili zbudować stanowisko z miniaturową wersją turbinowego silnika odrzutowego, a następnie naszpikować je różnymi czujnikami. Te z kolei są podłączone do komputera wyposażonego w specjalnie do tego celu napisane oprogramowanie. Całość stanowi kompletne stanowisko badawcze, gdzie do zbadania nowego paliwa wystarczy kilkanaście albo kilkadziesiąt litrów paliwa.
Po co właściwie urządzenie do badań porównawczych paliw? W końcu większość samolotów w służbie linii lotniczych lata na tym samym tradycyjnym paliwie, które nazywa się Jet A-1 – bardzo skrupulatnie badanym jeszcze na etapie produkcyjnym przez wzgląd na wysokie wymogi jakościowe (produkowanym zresztą w Polsce przez naszych jedynych naftowych tuzów – Orlen i Lotos). – Na świecie coraz częściej mówi się o tym, że paliwa lotnicze powinny być bardziej ekologiczne, a to oznacza, że coraz częściej testowane będą ich nowe rodzaje oraz że udział biokomponentów będzie coraz większy. W zwykłym laboratorium możemy badać właściwości fizykochemiczne, ale do sprawdzenia, jak faktycznie dana mieszanka będzie się zachowywała w eksploatacji, potrzebne jest już stanowisko badawcze, takie jak nasze – mówi dr inż. Jarosław Sarnecki z ITWL.
– Oczywiście każdy może kupić silnik modelarski i „próbować” na nim paliwa. My jednak dostrzegliśmy możliwość realizacji całego programu badawczego, dzięki któremu możliwa będzie wieloparametryczna ocena mieszanki paliwowej – mówi dr inż. Wojciech Dzięgielewski. Chociaż komponenty użyte do budowy urządzenia były już dostępne na rynku, wymagały integracji sprzętowej i systemowej. Trzeba było również napisać oprogramowanie zbierające i przetwarzające dane z czujników.
Jakie wyzwania towarzyszą budowie takiego urządzenia? – Choćby najbardziej prozaiczne, takie jak zapewnienie silnikowi takiej kultury pracy, aby nie było skarg od sąsiadów – śmieje się dr Gawron. Silnik bowiem, choć niewielki, może pracować w zakresie od 33 tys. do 120 tys. obrotów na minutę, co generuje hałas. Inżynierowie musieli również pochylić się nad takimi detalami jak miejsce montażu czujników. – Chociażby sonda do badania gazów wylotowych. Trzeba było umieścić ją tak, aby zapewniała reprezentatywne i powtarzalne wyniki oraz aby nie została zniszczona przez strumień spalin o dużej prędkości napływu i bardzo wysokiej temperaturze – tłumaczy Dzięgielewski.
Szczególnie sporo pracy inżynierowie włożyli w to, żeby urządzenie było w stanie badać różne produkty spalania danego paliwa – w tym szkodliwe gazowe składniki spalin i cząstki stałe. To one wpływają negatywnie na środowisko i zdrowie człowieka. Obecność m.in. tlenku węgla i cząstek stałych świadczy o tym, że w silniku zaszło spalanie niecałkowite – proces, którym można zarządzać w zależności od tego, z jakich węglowodorów składa się paliwo. Wynalazek z ITWL wyposażony jest w czujniki, które wychwytują zanieczyszczenia stałe wielkości mikrometrów, czyli tysięcznych części milimetra.
Możliwości analizowania spalin prowadzą do kolejnego zastosowania stanowiska badawczego – z którego inżynierowie są szczególnie dumni, a mianowicie ich stanowisko może być użyte przy badaniach wpływu spalin wytwarzanych przez silnik na żywe komórki; prowadzone są już one zresztą we współpracy z dr hab. inż. Anną Janicką z Politechniki Wrocławskiej. Obszar ten to naukowa terra incognita – dotychczas nikt nie zajmował się tym na większą skalę. – Są już pierwsze efekty tych badań. Okazuje się, że paliwo lotnicze zawierające węglowodory syntetyczne (biopaliwo) jest mniej szkodliwe dla badanych linii komórkowych niż tradycyjne paliwo lotnicze – mówi dr inż. Bartosz Gawron. Jak tłumaczy inżynier, dodanie biokomponentów zmienia bowiem skład mieszkanki, co potem ma wpływ na to, jakie są końcowe produkty spalania generowane przez silnik i jaki jest ich wpływ na środowisko.
Eureka! DGP
Rozpoczynamy piątą edycję konkursu „Eureka! DGP – odkrywamy polskie wynalazki”, do którego zaprosiliśmy polskie uczelnie, instytuty badawcze i jednostki naukowe PAN. Od dziś do 15 czerwca w Magazynie DGP będziemy opisywać wynalazki nominowane przez naszą redakcję do nagrody głównej, wybrane spośród 78 nadesłanych przez uczelnie i instytuty.
Rozstrzygnięcie konkursu nastąpi pod koniec czerwca. Nagrodą jest 30 tys. zł dla zespołu, który pracował nad zwycięskim wynalazkiem, ufundowane przez Mecenasa Polskiej Nauki – firmę Polpharma, oraz kampania promocyjna dla uczelni lub instytutu o wartości 50 tys. zł w mediach INFOR Biznes (wydawcy Dziennika Gazety Prawnej) ufundowana przez organizatora.
