Warum ist mit Wasser verunreinigter Kraftstoff schlecht, eine Wassereinspritzung jedoch nicht?

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Ein "nasser" Start einer KC-135 mit J57-Triebwerken – von USAF-Fotograf (USAF-Foto) [Public Domain], über Wikimedia Commons

Warum ist mit Wasser verunreinigter Kraftstoff schlecht, eine Wassereinspritzung jedoch nicht?

So wie ich es verstehe, senkt die Wassereinspritzung die Verbrennungstemperatur, was gut und schlecht ist, gut für eine kühle und dennoch erhöhte Leistungsabgabe / Massenstrom, schlecht für die Verschwendung von [unverbranntem] Kraftstoff.

Warum ist Wasser dann gefährlich, wenn Spuren davon im Kraftstoff gefunden werden? Was ist das Schlimmste, was außer schwarzem Auspuff und höherer Leistung passieren kann?

Die Wassereinspritzung in Strahltriebwerken und Kolbenmotoren wird mit Kraftstoff gemischt, bevor sie in die Brennkammer gelangt, daher denke ich, dass Kraftstoff, der bereits mit Wasser gemischt ist, nicht anders sein sollte. Natürlich liege ich falsch. Aber warum?

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Die Wassereinspritzung wird auch als Teil von Antidetonationseinspritzsystemen (ADI) verwendet.
Die Wassereinspritzung ist an einem bestimmten Punkt des Fluges beabsichtigt, normalerweise beim Start. Es ist nur für kurze Zeit und belastet den Kraftstoff im Tank nicht. Wasserverschmutzung hingegen ist immer unbeabsichtigt.
Ich bin mir nicht sicher, wie sich ein Turbinenmotor-Injektor von einem Kolben unterscheidet (kontinuierlich vs. zyklisch ...), aber bei Dieselmotoren, wenn ein Wasserschwall (nicht nur Spuren von gelöstem Wasser) in einen heißen Injektor gelangt, kann es zu Dampf kommen. explodieren und die Spitze brechen.
Ich bin mir ziemlich sicher, dass auf dem Foto oben das Wasser in die heißen Abgase eingespritzt wird.
Weniger schlimm ist es, wenn Sie wissen, wie viel Wasser im Kraftstoff ist, und den Motor entsprechend einstellen.

Antworten (6)

Wegen der Wassermenge im Kraftstoff, im Gegensatz zu einer vorsichtigen Wassereinbringung in den Verbrennungsprozess. Die typische Wasserverunreinigung ist in Kraftstofftanks schlimm, da Wasser dichter ist als Flugkraftstoffe und sich am Boden der Tanks absetzt. Flugkraftstoffe sind auch hydrophob (nicht polar) und vermischen sich daher nicht leicht mit Wasser. Daher setzt sich Wasser unvermischt am Boden der Tanks, in den Kraftstoffwannen oder Zuführungstrichtern ab, und wenn es in den Motor gelangt, wird er durch Kraftstoff verhungert und zum Abschalten gebracht. Bei kaltem Wetter kann dort auch Wasser in Kraftstoffleitungen gefrieren, was ebenfalls zu Kraftstoffmangel führt.

Kraftstoffproben sollten immer aus dem Gas entnommen werden, sowohl während der Lagerung als auch vor dem Fliegen des Flugzeugs, insbesondere nach Regenstürmen oder wenn das Flugzeug längere Zeit mit wenig Treibstoff in den Tanks in einer feuchten Umgebung am Boden gestanden hat. Kraftstoffproben sollten auch etwa 30 Minuten nach dem Auftanken entnommen werden, und das Gas sollte sich in den Tanks absetzen. Eine Vorflugprobe der Wasserverunreinigung, die aus den Tanksümpfen eines GA-Flugzeugs entnommen wurde, ist hier zu sehen.

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Die Wassereinspritzung steuert jedoch sorgfältig die Wassermenge, die zusammen mit dem Kraftstoff am Verbrennungspunkt in den Motor gelangt, wodurch ein fortgesetzter Motorbetrieb ermöglicht wird.

+1. Das Wasser und der Kraftstoff trennen sich und es bleibt nur Wasser am Boden des Tanks zurück, der normalerweise der Teil des Tanks ist, der den Motor speist. Eine kleine, kontrollierte Wassermenge, die in den Motor eindringt, kann in Ordnung sein, aber 100%iges Wasser verbrennt nicht sehr gut (es wird auch nicht gut in den Zylindern von Kolbenmotoren komprimiert, was den Motor beschädigen kann).
@reirab Kraftstoff / Wasser-Trennung tritt in Benzinkraftstoffen auf, jedoch nicht unbedingt in Düsenkraftstoffen.
@JonathanWalters Stimmt. Ich bezog mich insbesondere auf Flugzeuge mit Kolbenmotor. Mit Wasser gefüllte Kraftstoffleitungen machen das Herausklettern sehr schwierig.
@reirab Auch hier liegt der Unterschied in Benzinkraftstoffsystemen. Diesel-Kolbenmotoren verwenden Diesel- oder Kerosinkraftstoffe.
@JonathanWalters Stimmt wieder. Ich habe Kolben mit Benzin gleichgesetzt, da die überwiegende Mehrheit der Flugzeuge mit Kolbenantrieb Benzin verwendet, aber es stimmt, dass Sie sie so konstruieren können, dass sie andere Kraftstoffe verwenden.
@reirab: sind Wasser und Benzin nicht beide fast gleich inkompressibel? Sie hätten nur ein Überdruckproblem beim Verdichtungshub, wenn ein Teil der Luft durch Wasser ersetzt würde, oder? (Ich kenne Physik, aber nicht viel über Motoren, vielleicht fehlt mir etwas?)
Ein weiterer Punkt ist, dass verunreinigter Kraftstoff eine unbekannte und nicht kontrollierbare Menge Wasser in den Brennraum abgibt. Die Wassereinspritzung hingegen liefert eine kontrollierte Wassermenge.
Ist der Brennstoff nicht flüssig und nicht gasförmig?
Diese Antwort gilt nur für benzinbetriebene Motoren. Düsentreibstoff vermischt sich mit Wasser, sodass sich nur dann eine Wasserschicht bildet, wenn viel davon vorhanden ist. Das Hauptrisiko bei Flugbenzin besteht darin, dass das Wasser in Form kleiner Flocken gefriert und den Kraftstofffilter (oder die Pumpe oder einen anderen Teil des Kraftstoffsystems) verstopft.
@CJDennis: In den Kraftstofftanks ist der Kraftstoff eine Flüssigkeit. Im Motor hingegen wird es als sehr feiner Nebel eingesprüht; Die überwiegende Mehrheit des Volumens des Motorinhalts besteht aus Luft. Dies gilt unabhängig davon, um welche Art von Flugzeugtriebwerk es sich handelt.

Wassereinspritzung in Strahltriebwerken und Kolbentriebwerken wird mit Kraftstoff vermischt, bevor es in die Verbrennung eintritt

Das ist tatsächlich etwas falsch (oder zumindest ungenau) und ich denke, es trägt zu dem Missverständnis bei. Wasser und Kraftstoff werden niemals im herkömmlichen Sinne als Flüssigkeiten "gemischt". Ein Kraftstoffaerosol wird eingespritzt... Außerdem wird ein Wasseraerosol eingespritzt. Die Absicht besteht darin, eine typische Kraftstoffverbrennung zu haben, die auch in Anwesenheit von Wasser zum Kühlen der Verbrennung stattfindet. Dies ist aus physikalischer Sicht eine ziemlich wichtige Unterscheidung.

Tatsächlich erfolgt die Kühlung am besten am Einlass, um die Dichte der Luft zu erhöhen, die in den Kompressor eintritt. Die niedrigere Temperatur hilft, mehr Kraftstoff zu verbrennen, sodass der Schub aufgrund eines höheren Luftmassenstroms und eines höheren Kraftstoffstroms erhöht wird.
Ich sehe, dass Sie hier erfahren sind, aber FWIW, Wassereinspritzung wird verwendet, damit ein magereres (annähernd stöchiometrisches) Kraftstoffgemisch verwendet werden kann, während die Verbrennung kühl genug gehalten wird, um eine Beschädigung des Motors und / oder eine vorzeitige Verbrennung zu vermeiden. Sie verbrennen also tatsächlich weniger Kraftstoff pro Masse Luftstrom, da eine stöchiometrische Verbrennung am effizientesten ist. Obwohl ja, der Gesamtluftdurchsatz wird erhöht, also singen wir vielleicht dasselbe Lied.

Ohne Hilfe vermischt sich Wasser normalerweise nicht mit dem verbleibenden Kraftstoff, sondern kann sich zu größeren Tröpfchen oder sogar Pfützen am Boden des Tanks verbinden.

  • Wenn große Mengen vorhanden sind, kann es vom Motor aufgenommen werden und zu Leistungsverlust oder Abwürgen führen.
  • Nicht aus dem Tank entferntes Wasser fördert das mikrobielle Wachstum.
  • Wasser im System kann gefrieren und Probleme für Filter und andere Komponenten verursachen.
  • Ich habe von Wasser im Kraftstoff gehört, das aufgrund eines Kurzschlusses des Sensors zu unregelmäßigen Kraftstoffmengenmesswerten führt (nicht sicher, wie häufig das vorkommt).

Wasser im Kraftstoff gefriert und verursacht ein Verstopfen von Filtern und Düsen, was zu einem Entflammen des Motors führt. Deshalb wird Jet Fuel ein Anti-Icing-Additiv zugesetzt – damit das Wasser nicht zu Eis wird.

Wasser in den Kraftstofftanks kann gefrieren und möglicherweise Kraftstoffleitungen oder Filter verstopfen. Dies kann dazu führen, dass die Triebwerke zu wenig Schub erzeugen oder sogar ausflammen. Selbst wenn das Eis während des Reiseflugs in einer dünnen Schicht an den Innenflächen des Kraftstoffsystems haftet und den Kraftstofffluss nicht merklich behindert, kann es durch einen plötzlichen Anstieg des Kraftstoffflusses ( z. B. während der Landesequenz ) abgelöst werden eine Blockade weiter stromabwärts erzeugen.

Wasser, das für die Wassereinspritzung verwendet wird, verursacht dieses Problem nicht, da es und der Kraftstoff sich nur in den Motoren selbst befinden, die aufgrund der Eisbildung tendenziell etwas zu warm sind. Außerdem hat Wasser eine extrem hohe Wärmekapazität (was bedeutet, dass viel mehr Wärme hinzugefügt oder abgezogen werden muss, um die Temperatur einer bestimmten Wassermenge um einen bestimmten Betrag zu ändern, als die Temperatur der gleichen Menge ziemlich zu ändern jede andere Flüssigkeit um die gleiche Menge), was dazu führt, dass sie während des Fluges viel langsamer abkühlt als der Treibstoff; Der Wasseranteil in mit Wasser verunreinigtem Kraftstoff reicht nicht aus, um seine Wärmekapazität im Vergleich zu reinem Kraftstoff wesentlich zu ändern, aber reines Wasser ist eine ganz andere Sache.

"in den Motoren selbst, die bei Eisbildung eher zu warm sind" Das ist wohl die Untertreibung des Tages :)

Die Wassereinspritzung wird in die Brennkammer eingeführt, um die Temperatur zu kühlen, was eine höhere Drehzahl des Motors ermöglicht, was Ihnen mehr Schub verleiht. Dies geschieht, nachdem sich der Kraftstoff entzündet hat. Wasserverschmutzung bedeutet schlechte Zündung, wenn Wasser und Kraftstoff zu verbrennen versuchen, was zu einem möglichen Flammenausfall führt.

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