книги из ГПНТБ / Аксенов А.Ф. Применение авиационных технических жидкостей

А. Ф. АКСЕНОВ, А. А. ЛИТВИНОВ

ПРИМЕНЕНИЕ

АВИАЦИОННЫХ

ТЕХНИЧЕСКИХ

ЖИДКОСТЕЙ

Москва «Транспорт» 1974

УДК 629.7.532.004.2(022)

ционных гидросистемах, общие технические требования к качеству жидкостей, эксплуатационные свойства жидкостей и методы их оценки, изложены общие технологические принципы получения жидкостей, приведены марки жидкостей на минеральной, смесевой и синтетической основах. В книге описаны также жидкости, исполь­ зуемые для борьбы с обледенением; условия обледенения; расчетные данные для прогнозирования обледенения на земле; требования к качеству жидких антиобледенителей; их состав и характеристики; изложены условия применения моющих жидкостей; классификация жидкостей; современные представления о моющем действии жидкос­ тей; товарные марки моющих составов, смывок, растворителей.

Книга рассчитана на инженерно-технический состав авиацион­ ных подразделений, занимающихся технической эксплуатацией и обслуживанием летательных аппаратов, наработников ремонтных авиационных заводов; на специалистов, интересующихся вопросами испытания эксплуатационных материалов.

Рис. 74, табл. 9.

31808—078

д -----------

049(01 )-74

©Издательство «Транспорт», 1974

Глава 1

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ЖИДКОСТЯМ ДЛЯ ГИДРОСИСТЕМ

1. УСЛОВИЯ РАБОТЫ ЖИДКОСТЕЙ

Одной из широко распространенных вспомогательных силовых систем, используемых на летательных аппаратах, является гидрав­ лическая система.

Гидравлические системы используются как силовые устройства и приводы в механизмах для уборки и выпуска шасси, тормозных щитков, изменения формы и геометрии крыла, управления двига­ телями и воздушными винтами и т. д. [1; 8].

Широкое применение гидравлические системы нашли также в разного рода наземном оборудовании, используемом при обслужи­ вании летательных аппаратов—в подъемниках, лебедках и транс­ портерах.

Широкое применение гидравлических приводов обусловлено та­ кими их преимуществами в сравнении с другими силовыми систе­ мами, как малые габариты и вес, приходящиеся на единицу мощ­ ности. Другим преимуществом гидравлических приводов является возможность непрерывного (бесступенчатого) регулирования ско­ рости и осуществления высокой степени ее редукции, а также плав­ ность, равномерность и устойчивость движения, большой срок службы и высокий К .П.Д.

Жидкость является одним из главных конструктивных элемен­ тов гидравлической системы, от правильного выбора которого за­ висят высокие ее технико-экономические показатели. Выбор рабо­ чей жидкости определяется видом гидропередачи (гидродинамиче­ ская или гидростатическая). Так, применение жидкости большого объемного веса для гидродинамических передач позволяет умень­ шить их конструктивные размеры, а применение для этих же пере­ дач жидкости с малой вязкостью — значительно уменьшить гид­ равлические потери.

В качестве жидкостёй для гидросистем в настоящее время ис­ пользуют как продукты, получаемые из нефти, так и синтетические вещества. Для того чтобы жидкость обеспечивала требуемую на­ дежность и долговечность работы системы, она должна обладать соответствующими эксплуатационными свойствами и удовлетво-

3

рять предъявляемым требованиям. Конкретные требования определяются условиями, в которых жидкость должна работать.

Всякая гидравлическая система состоит из следующих основ­ ных узлов: источников питания, силовых исполнительных механиз­ мов, аппаратуры управления, проводки управления [8, 12, 46].

Источниками питания в гидравлических системах являются на­ сосы (для вспомогательных систем — газогидравлические аккуму­ ляторы). Исполнительные механизмы гидравлических систем пре­ образуют энергию жидкости в механическую работу. Такое преоб­ разование осуществляется гидравлическими двигателями ■прямолинейного, поворотного и вращательного движения. Програм­ ма движения исполнительных механизмов задается распределитель­ ными устройствами, которые позволяют изменять направление потока жидкости и регулировать ее расход. Расход можно также регулировать, изменяя производительность насосов с помощью дросселей и делителей потока. Давление регулируется с помощью предохранительных, редукционных, переливных, переключающих и обратных клапанов и автоматов разгрузки насосов. Энергия от источника к исполнительным устройствам передается по трубопро­ водам.

В качестве конструкционных материалов для агрегатов гидро­ систем используют высокопрочные легированные стали'и сплавы меди и алюминия, оказывающие различное катализирующее влия­ ние на контактируемую жидкость. Каждый из агрегатов гидросис­ темы оказывает свое специфическое воздействие на рабочую жид­ кость.

Условия работы жидкости в баках. Бак (резервуар) служит для хранения жидкости и питания гидравлической системы. Резервуа­ ры могут быть связаны с атмосферой или изолированные. На до­ звуковых самолетах, как правило, резервуар связан с атмосферой. При изменении высоты полета летательных аппаратов изменяется давление в пространстве над жидкостью в баке, это вызывает из­ менение растворимости составляющих атмосферы: паров воды, кислорода, азота. Выделяющаяся из раствора вода может образо­ вывать эмульсии. Особенно отрицательное влияние оказывает вода, находящаяся в виде эмульсии высокой дисперсности, которая не оседает под действием сил тяжести; обнаружить ее можно лишь по помутнению: жидкость мутнеет при содержании в ней воды более 0,008% по весу при 20° С. Подобные эмульсии могут образоваться при резком изменении температуры окружающей среды, при кото­ ром вода выделяется из раствора. Вода может попасть в жидкость также в результате конденсации паров, входящих в бак с воздухом через систему дренажа при изменении в нем объема жидкости (при «дыхании» бака). Присутствие воды в гидросистеме значи­ тельно увеличивает коррозионное действие жидкости (ее продуктов, окисления) и вызывает вспенивание.

Растворимость воздуха в жидкости зависит от давления, т. е. наибольшее содержание растворенного воздуха в жидкости, нахо­ дящейся в баке, будет на земле. При понижении давления воздух

4

энергично выделяется, сначала из верхних слоев жидкости, затем по всему объему. Растворенный в жидкости воздух (газ) оказыва­ ет значительное влияние на прокачиваемость жидкости. На рис. 1 показано влияние растворенного воздуха в жидкости на ее вяз­ кость [37]. Как видно из рисунка, по мере увеличения в жидкости растворенного воздуха величина вязкости уменьшается. Уменьше­ ние вязкости жидкости отрицательно сказывается на работе гидро­ системы.

Изменение давления в пространстве над жидкостью может до­ стигнуть значений, соизмеримых с давлением ее насыщенных паров. В этом случае происходит интенсивное испарение жидкости. Вели­ чина давления насыщенных паров учитывается при подборе жид­ кости для гидросистем летательных аппаратов. Зависимость давле» ния насыщенных паров распространенных жидкостей от темпера* туры приведена на рис. 2.

Особые условия для работы жидкости создаются при сверхзву­ ковом полете. Температура жидкости в баке при этом будет зави­ сеть от скорости полета, наличия системы теплоизоляции и охлаж­ дения.

Расчетные значения температур обшивки самолета при скорости полета, в 3 раза превышающей скорость звука, для точек полного торможения потока воздуха достигают 320° С, для других точек поверхности — 230—270° С [1]. Тепло от обшивки передается жид­ кости, повышение температуры которой интенсифицирует химиче­ ские процессы (окисление, крекинг, полимеризация, конденсация) и изменяет равновесие растворенных в ней газов (растворимость газов в жидкостях с повышением температуры уменьшается). Для надежной работы жидкости в этих условиях бак должен быть изо­ лирован от атмосферы.

8200» и «8515»

5

В гидравлических системах скоростных самолетов, предназна­ ченных для полетов на больших высотах, часто используются без­ воздушные герметичные 'баки. Заполняющая бак жидкость изоли­ руется от окружающего воздуха при помощи подвижной мембраны или поршня.

На жидкость, находящуюся в баке, постоянно действуют зна­ чительные по величине вибрационные и инерционные нагрузки, возникающие при движении летательных аппаратов, которые вызы­ вают интенсивное ее перемешивание. В результате может образовы­ ваться механическая'смесь воздуха с жидкостью. При наличии в массе жидкости иерастворениого воздуха ухудшаются условия ра­ боты насоса, снижается объемный модуль упругости и т. д.

,Воздух (пли газ) может находиться в жидкости в механической

•смеси значительное время (суспензии воздуха в жидкости), причем

взависимости от размеров пузырьков воздуха такая смесь облада­ ет меньшей или большей устойчивостью и при определенных усло­ виях, характеризуемых в основном размерами пузырьков (диаметр пузырька 0,4—0,8 мм), вязкостью жидкости, наличием и концентра­ цией поверхностио-актпвных веществ, интенсивность удаления пузырьков воздуха из жидкости настолько мала, что смесь стано­ вится практически стабильной. Пузырьки воздуха, ,попадающие в жидкость в результате негерметичности всасывающего трубопрово­ да, размельчаются настолько (до размеров пузырьков, не видимых невооруженным глазом), что воздух может находиться в смеси с жидкостью и в особенности с жидкостью высокой вязкости в тече­ ние многих суток. Наличие в жидкости иерастворениого воздуха в виде пузырьков увеличивает ее вязкость. Зависимость вязкости жидкости от содержания в ней иерастворениого .воздуха описывается'линейной зависимостью [8]:

ней в бак не следует располагать в верхней его части, так как на­ правленная вниз струя будет затруднять подъем пузырьков вверх.

Необходимо также следить за сохранением требуемого уровня

6

i

выигрыш в весе для самолетных гидросистем при переходе на высо­ кое давление, приведены на рис. 3 [11, 40].

Следует отметить, что для существующих материалов, из кото­ рых изготавливаются агрегаты гидросистемы, имеется предел сни­ жения веса за счет повышения давления, так как вес гидросистемы при некотором дальнейшем повышении давления будет увеличи­ ваться вследствие утолщения стенок этих агрегатов. График, ха­ рактеризующий зависимость веса гидравлической системы самоле­ та от рабочего давления, представлен на рис. 4 [11, 12].

Кроме выигрыша в весе, повышение рабочего давления приво­ дит к уменьшению опасности пожара вследствие разрушения тру­ бопроводов и нарушения герметичности агрегатов. Испытания трубопроводов с искусственными калибровочными отверстиями диаметром 0,2 мм показывают, что если при низких скоростях исте­ чения жидкости, соответствующих относительно небольшим давле­ ниям (до 140 кГ/сиг2), можно воспламенить жидкость паяльной лампой, поднесенной к вытекающей струе, то при скоростях истече­ ния, соответствующих давлению 280 кГ/см2, воспламенить жидкость ■подобным образом не удается. Горение струи прекращается при удалении источника воспламенения [46]. Указанными выше преиму­ ществами высокого давления объясняется значительное повышение в последние годы рабочих давлений гидравлических систем, кото­ рые в настоящее время достигают 210—280 кГ/см2, а в отдельных случаях 500—700 кГ/см2 [8, 40].

Повышение выходных мощностей гидросистем неизбежно увели­ чивает рабочие температуры жидкости, что..приводит к уменьшению

еевязкости, а следовательно, к необходимости иметь малые зазоры

враспределительных устройствах.

Повышение давления приводит также к значительному увеличе­ нию нагрузки на пары трения, смазываемые жидкостью. При уве­ личении рабочих температур, скоростей полета, а также интенси­ фикации эксплуатации значительно ухудшаются противоизносные

8

свойства жидкости и как следствие повышается интенсивность из­ носа пар трения. Повышенные износы деталей гидросистемы огра­ ничивают срок службы гидроагрегатов. Продукты износа загрязня­

ют жидкость.

Повышение давлений увеличивает потери мощности двигателя, затрачиваемой на сжатие. Сжимаемость жидкостей [8] оценивается

•коэффициентом объемного сжатия В,-который выражает относитель-

Д1/

ное изменение объема ~^г жидкости при изменении давления на

одну атмосферу, т. е.

1 ДУ

где V — первоначальный объем; ДУ — изменение объема при изме­ нении давления'на Др.

Знак минус-в формуле обусловлен тем, что повышению давле­ ния соответствует уменьшение объема. Величина, обратная коэффи­

В диапазоне давлений, принятых в настоящее время в гидросис­ темах (от 70 до 220 кГ/см2) и используемых в них сортов минераль­ ных жидкостей, величина коэффициента объемного сжатия (3 меня­ ется от 7,14-10-5 до 5,71 • 10~5. Расчет показывает, что при давлении 210 кГ/см2 величина изменения объема составляет примерно 1,2% от всего объема.

Модуль объемной упругости жидкости Е изменяется в зависи­ мости от типа жидкости, действующего давления и температуры.; Так, с увеличением температуры модуль упругости жидкостей по-1 нижается, а с увеличением, давления повышается. Величина сжима­ емости зависит от вида и характеристики жидкости. При темпера­ туре 20° С легкое минеральное масло, применяемое в жидкостных амортизаторах, при повышении давления от 0 до 3500 кГ/см2 сжи­ мается на 17% своего первоначального объема, глицерин при этих условиях сжимается на 8,5%, применяющаяся в гидросистемах жидкость АМГ-10 — на 16% и керосин — на 15% [8].

Значение объемного модуля упругости при 20° С и атмосферном давлении для минеральных жидкостей, используемых в гидросис­ темах, колеблется в пределах 13 500—17 500 кГ/см2, что соответст­ вует значениям коэффициента 74-10-6 — 57-10~6 кГ/см2.

Для сравнения уместно сказать, что модуль упругости стали ра­ вен 2 -106 кГ/см2, т. е. более чем в 100 раз больше модуля упругости минеральной жидкости.

На рис. 5 показано относительное изменение объема распростра­ ненных жидкостей в зависимости от давления, а на рис. 6 — изме­ нение коэффициента сжимаемости типовых жидкостей, применяе­ мых в гидросистемах, в зависимости от давления [8].

9