飞行器在高空长期飞行时，随着飞行高度的增加，飞行器周围环境温度逐渐降低，飞行高度每升高1 km，环境温度降低6~7 ℃，在10 km高空的平流层，环境温度约为−56.5 ℃。从地面到飞行高度的温度差可能达到70 ℃，甚至超过80 ℃[1]。由于外界环境温度较低，飞行器用喷气燃料的温度会逐渐降低。研究表明，当喷气燃料的温度降至0 ℃以下时，燃料中水的溶解度降低，促使燃料中的溶解水不断析出转化为游离水。这些游离水在油中会使燃料浑浊，甚至变成絮状不溶物或冰结晶，在燃油系统的油过滤器和针形阀等部位附近产生聚集，堵塞飞行器发动机的输油系统，中断其向发动机供油，使发动机出现故障甚至空中熄火，从而造成严重事故[2]。在这种情况下，向燃料中添加一定量的防冰剂，可以作为一项防止喷气燃料因气温下降而析出冰晶有效手段。防冰剂的作用机理为：具有亲水和亲油双重性质，能以缔合氢键的形式结合燃料中的水分，增大水在燃料中的溶解度，以防止燃料中的水分在低温环境下析出而结成冰晶[3]。
我国现行的喷气燃料使用规定未对添加防冰剂做出强制性要求，但对于特殊应用场合则要求添加一定量的防冰剂。目前，我国对添加防冰剂的喷气燃料的理化性质已有了部分研究，但仍不完全，还无添加防冰剂后对喷气燃料使用性能产生相关影响的系统性研究，大多是借鉴国外的使用经验[4-6]。由于防冰剂是一类吸湿性很强的化学物质，目前通常采用现用现加的方式，但是因为飞行器不像飞机那样频繁使用，防冰剂通常随燃料一起一次性加注到飞行器中，并长期贮存备用[7]。由于喷气燃料使用性能的优劣关系到飞行器的效能发挥，为确保飞行器喷气燃料的使用可靠性，有必要开展防冰剂对喷气燃料使用性质的影响及其影响规律的研究。
本研究立足某型飞行器喷气燃料用乙二醇甲醚防冰剂（以下简称防冰剂），开展不同添加量的防冰剂对喷气燃料主要使用性质的影响及其影响规律的研究，以期为提高飞行器喷气燃料的质量可靠性、保持飞行器良好的工作状态、保证飞行器的飞行性能提供技术参考。
3号喷气燃料，东营石化炼油厂；乙二醇甲醚，分析纯，上海麦克林生化科技有限公司；电子密度计，BHDM-YM04，石家庄百亨通用仪器仪表制造有限公司；闭口闪点测定仪，HCR1010，河南海克尔仪器有限公司；馏程测定仪，HCR3063，河南海克尔仪器有限公司；运动黏度测定仪，HCR1043，河南海克尔仪器有限公司。
根据GB 6537—2018《3号喷气燃料》的规定[8-9]，我国喷气燃料防冰剂的体积分数（下同）一般应在0.10%~0.15%的范围内。为探究不同含量的防冰剂对喷气燃料主要使用性质的影响规律，试验选取不添加防冰剂的喷气燃料作为对照，并分别添加体积分数为0.03%~0.24%（步长为0.03%）的防冰剂，共9个样品。所有样品遵循GB 6537—2018规定的方法进行相关指标的测定。
乙二醇烷基醚（ROCH2CH2OH）类防冰剂的分子结构见图1。其中，烷基、醚基具有亲油性，根据相似相容原理，能够与油类燃料混溶；羟基具有亲水性，能够与水分子建立起稳定的氢键，从而使微量水在油类燃料中的溶解过程由可逆过程变为不可逆过程。
基于飞行器用喷气燃料使用指标和防冰剂的理化性质，结合已有的研究结果，从有机化学的角度进行关联理论分析，确定了后续试验指标，结果见表1。由表1可知，防冰剂的加入会使喷气燃料的密度增加、闪点降低、馏程部分指标降低、运动黏度增大、水反应产生变化，而对实际胶质、总酸值和固体颗粒污染物含量不会产生影响。因此，确定进行后续试验的指标为密度、闪点、馏程、运动黏度、水反应试验。
所有样品的密度、闪点、馏程、运动黏度、水反应试验等指标的试验结果见表2。根据试验结果，绘制每个指标随防冰剂含量变化而产生的变化趋势，分别见图2~图6。
随着防冰剂含量的增加，喷气燃料密度变化与防冰剂含量呈整体上升趋势（见图2）；闪点、初馏点变化与防冰剂含量呈整体下降趋势（见图3、图4）；其他馏程指标和运动黏度未发生明显变化（见图5、图6）；在水反应试验中，随着防冰剂的加入，喷气燃料和水相缓冲溶液的界面状况和分离程度由于小气泡或小水滴的存在而变得清洁，且无乳化物和（或）沉底物，从而提高了喷气燃料的水反应评级水平（见图7）。
表3为喷气燃料上述指标随防冰剂含量增大的变化率。由表3可知，结合变化率大小和趋势线的相关系数值综合考虑，只有闪点和初馏点2个指标发生了明确的变化，其中，闪点的变化率最大，密度相较于闪点和初馏点的变化幅度较小。运动黏度的变化率虽然存在较大数值，但相关性不强，整体变化趋势不显著。可见，防冰剂的加入对喷气燃料的密度、初馏点、闪点、水反应试验存在一定的影响，对喷气燃料的运动黏度和除初馏点外的其他馏程指标基本无影响。究其原因，是因为闪点、密度和初馏点这3个指标受喷气燃料中烃类组分的影响明显。防冰剂属于醇醚类的轻质组分，结合表1中的相关数据，随着防冰剂含量的增加，喷气燃料的密度增大，轻质、重质组分比例发生变化，从而使其初馏点和闪点降低，而其他馏程指标的变化通常是基于喷气燃料经过高温氧化、聚合、缩合等一系列化学反应生成了复杂多环、杂环化合物而发生的[11-13]。因此，除初馏点外，其他馏程指标未受到明显的影响。防冰剂的加入对喷气燃料水反应试验的影响主要原因是醇醚类物质具有亲水和亲油双重性质，水溶液可将防冰剂连同油中的活性物质完全萃取出来，从而使水反应试验的界面状况和分离程度评级提高。防冰剂的加入对喷气燃料运动黏度无明显影响，主要原因是防冰剂的添加量较少。
在上述随着防冰剂含量的增加而发生较大变化的参数指标中，密度指标产生了正向响应，从燃料的能量特性角度出发，密度较大更为有益；闪点指标产生了负向响应，闪点是发生火灾的最低温度。闪点越低，火灾危险性也越大，从燃料的安全特性角度出发，闪点宜较高；初馏点也产生了负向响应，初馏点用于评估喷气燃料的蒸发特性，初馏点不宜较高，但初馏点过低，则易形成气阻现象，所以，还须控制喷气燃料中轻质组分的含量。
1） 针对目前国内还未开展防冰剂添加量对喷气燃料使用指标影响的系统研究的现状，本研究在喷气燃料中添加体积分数为0~0.24%（步长为0.03%）的防冰剂，对喷气燃料使用指标的影响情况进行了理论分析和试验研究。
2） 由试验结果可知，随着防冰剂添加量的增加，喷气燃料的密度增大、闪点和初馏点降低、水反应试验评级提高、其他馏程指标（10%回收温度、20%回收温度、50%回收温度、90%回收温度、终馏点）和运动黏度（20 ℃、−20 ℃）未发生明显变化。
3） 喷气燃料中防冰剂含量在规定要求范围内时，除了闪点和水反应试验外，对喷气燃料其他使用性能指标无显著的影响。
4） 为保证喷气燃料的使用安全，应严格控制防冰剂的含量，尤其是不能过量。
2025, Vol. 54 Issue (2): 131-135 2025, Vol. 54 Issue (2): 131-135