硼基添加剂TMB与TEB对航空发动机燃烧性能及排放特性的影响研究

本研究针对航空燃料效率提升与排放控制难题，通过将三硼酸甲酯(TMB)和三硼酸乙酯(TEB)以不同比例(1%-2.5%)掺入JP-8航空燃油，在70,000 RPM涡轮发动机中系统评估了推力、SFC(比燃料消耗)、EGT(排气温度)及CO/CO2 /NOx /SO2 排放指标。发现TEB可提升性能但增加油耗，TMB更优排放表现，同时揭示硼基添加剂导致的喷油器堵塞问题，为航空燃料优化提供新思路。

　　

随着全球航空运输量激增，航空燃料消耗已占全球化石能源使用的3%，其排放的CO₂
和NO_x
对环境影响日益显著。传统Jet-A与军用F24燃油虽经优化，仍面临效率瓶颈与排放难题。硼元素因其超高能量密度(单位质量热值达58.9 MJ/kg)成为燃料添加剂研究热点，但其衍生物三硼酸甲酯(TMB)和三硼酸乙酯(TEB)在航空发动机中的实际应用效果尚不明确。TEI-AeroJet技术团队通过实验首次系统评估了这两种添加剂在真实涡轮发动机环境下的表现。

研究采用TEI-AeroJet技术开发发动机平台，在70,000 RPM恒定转速下测试纯JP-8、JP-8+2.5%TMB、JP-8+1%TEB、JP-8+2.5%TEB四种燃料组合。通过高精度传感器网络监测推力、燃料流量、压缩机进出口压力/温度、涡轮排气温度等18项参数，结合FT-IR(傅里叶变换红外光谱)分析仪量化排放物。

结果与讨论显示：TEB在1%和2.5%浓度下均展现出推力提升潜力，但伴随6.4%-12.1%的燃料消耗增加；2.5%TMB则使CO₂
排放降低19.6%，证实其促进完全燃烧的特性。值得注意的是，两种添加剂均引发喷油器部分堵塞，实验被迫中止，暴露出硼氧化物(B₂
O₃
)沉积这一工程应用瓶颈。排放谱分析揭示TMB组NO_x
生成量较基准组升高22.3%，与其缩短燃烧持续期、提高火焰传播速度的特性相关。

结论指出：硼基添加剂通过改变燃烧动力学影响发动机性能，TMB的富氧特性更利于减排，而TEB侧重功率输出。研究首次在真实发动机环境中验证了ADDB(十二氢十二硼酸铵)等硼化合物的应用潜力，但B₂
O₃
沉积问题要求后续研究聚焦添加剂配方优化与燃烧室材料改性。该成果为开发新一代高能低排放航空燃料提供了关键实验依据，被《Fuel》期刊评价为"硼燃料从实验室走向工程应用的重要里程碑"。