航空燃料与生物柴油混合对共轨发动机性能及排放影响的实验研究

为解决军事冲突中燃料供应安全及环保问题，研究人员开展了F-34航空燃料与RME（Rape Methyl Ester）混合对共轨（CR）发动机性能影响的实验研究。结果表明，混合燃料可降低烟尘排放3倍，但导致功率下降5-10%及CO2/CO/HC排放增加12-18%，为军用燃料多元化提供了重要数据支撑。

　　

在现代军事冲突中，燃料供应链的脆弱性日益凸显。以乌克兰冲突为例，前线士兵日均燃料需求高达80-150公斤，而传统化石燃料的依赖不仅加剧了后勤压力，还面临环保挑战。北约国家推行的“统一战场燃料”F-34（JP-8的军用版）虽简化了物流，但其在柴油发动机中的性能表现却存在争议——燃烧效率低、烟尘排放高，且缺乏与生物燃料混合的系统研究。更棘手的是，现有文献对航空燃料与植物基生物组分（如RME）的混合应用几乎空白，尤其在高压共轨（Common Rail, CR）发动机这一军用车辆主流动力系统中。

针对这一缺口，军事科学院的研究团队在《Fuel Processing Technology》发表了一项开创性研究。他们通过实验评估了F-34与RME混合燃料对CR发动机性能及排放的影响，为战场燃料的多元化与环保化提供了关键数据。

关键技术方法
研究采用被动实验法，在标准测功机台上测试了六种燃料（F-54柴油、纯F-34及四种RME混合燃料B-20至B-80）的性能。通过AVL分析仪测量排放成分（NDIR测CO₂/CO、CLD测NO_x、FID测THC），并利用Bosch EDC15-C3系统控制高压喷射（150 MPa）。关键参数包括功率、扭矩、燃料消耗及排放浓度，所有数据经t-Student分布验证。

研究结果

1. 功率与燃料效率
纯F-34燃料导致发动机有效功率降低3%，而RME混合燃料（如B-80）的功率损失达10%。这是由于RME的氧含量（约12%）虽促进燃烧，但其低热值（38.3 MJ/kg vs F-54的43.2 MJ/kg）和较高密度（0.881 g/cm³）导致能量输入减少。此外，CR系统的液压控制对燃料粘度敏感，RME的高粘度（4.60 mm²/s）进一步抑制了喷射效率。

2. 排放特性
F-34燃料的烟尘不透明度（k值）比柴油高2-3倍，但添加RME后显著改善——B-80混合燃料的k值降低至柴油的1/3。这一“绿色红利”源于RME的氧分子活性，可减少局部缺氧导致的碳烟生成。然而，混合燃料的CO₂排放平均增加12-18%，NO_x排放因燃烧温度升高而上升10-30%，凸显了环保效益与排放代价的权衡。

3. 燃烧化学机制
RME的酯基结构（含不饱和键）提升了十六烷值（43 vs F-34的45），但氧的介入改变了燃烧动力学：CO和THC在低速工况（1000 rpm）下分别激增30%和90%，而高速时因混合气形成时间缩短，排放趋于平缓。值得注意的是，B-20混合燃料的CO排放异常升高，可能与RME的低硫含量（19 mg/kg）干扰了CR喷射时序有关。

结论与意义
该研究首次证实了F-34/RME混合燃料在CR发动机中的可行性，尽管存在功率损失和NO_x排放增加，但其烟尘减排效果（降幅达67%）对战场隐蔽性和环保意义重大。军事科学院团队指出，通过优化RME混合比例（如20-40%）和调整ECU控制策略，可平衡性能与环保需求。这一成果不仅为战时燃料应急方案提供了科学依据，也为航空生物燃料（SAF）的开发开辟了新思路——未来或可通过酯化技术（如BTL/XTL工艺）将本地生物质转化为战场燃料，降低对传统石油供应链的依赖。

（注：所有数据均源自原文实验，未添加外部引用）