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

был выбран в качестве основы жидкости потому, что он обладает относительно низкой летучестью, довольно высокой температурой воспламенения, инертностью к ряду уплотнительных материалов и является недефицитным. Жидкость «Хайдролюб» содержит противоизносную и антикоррозионную присадки. Вязкостные свойства водно-этиленгликолевых жидкостей в основном обусловливаются наличием в них водорастворимого загустителя.

Горючесть водно-этнленгликовых жидкостей в основном зави­ сит от содержания в них воды. Считают, что такие жидкости него­ рючи до тех пор, пока содержание воды в них остается выше опре­ деленного минимума. Во многих испытаниях, предусматривающих распыление жидкостей в виде брызг или тумана, водно-этиленглико- левые жидкости показали высокую пожаростойкость. Водно-этилен- гликолевая жидкость выпускается по спецификации США

MIL-F-7083.

4.СИНТЕТИЧЕСКИЕ ЖИДКОСТИ

Всвязи с расширением температурного диапазона, в котором работают гидросистемы летательных аппаратов, а также с повы­ шением рабочих давлений минеральные жидкости и смесевые часто не удовлетворяют современным требованиям. Опыт показывает, что эти жидкости пригодны для работы в условиях температур, не выше 150°С даже при ограничении срока службы. Однако и при этой температуре резко увеличивается интенсивность их окисления, ввиду чего пределом для них является температура до 120° С.

Высокие температуры приводят к интенсивному образованию в жидкости коррозионно-активных веществ, смолистых соединений и испарению легкокипящих составных частей. Кроме того, повыше­ ние температуры сопровождается повышением давления насыщен­ ных паров жидкости, что способствует возникновению кавитации. Минеральные жидкости при температурных условиях выше 150° С становятся взрыво- и пожароопасными.

На некоторых летательных аппаратах затруднена или невоз­ можна смена рабочей жидкости. В гидросистемах таких самолетов необходимо использовать жидкости, не изменяющие своих рабочих характеристик. В связи с указанными недостатками минеральных и смесевых жидкостей для работы в условиях повышенных темпера­ тур потребовались новые высокостабильные жидкости, названные синтетическими.

Впоисках удовлетворительных по свойствам высокотемператур­

ных жидкостей исследователями различных стран было испытано большое количество различных соединений. Р. Е. Хаттон [46] про­ извел оценку основных эксплуатационных свойств испытанных ве­ ществ по четырехбалльной системе (высшая оценка — 5, низшая — 2) и свел эти данные в таблицу, по которой можно сравнить свой­ ства испытанных продуктов (табл. 4). Приведенные данные позво­ ляют судить о возможности использования этих жидкостей для гидросистем как в чистом виде, так и в качестве основы.

100

Т а б л и ц а 4

Характеристики жидкостей, применяемых в качестве основы

Наибольшее распространение в качестве жидкостей для гидро­ систем современных самолетов отечественных и зарубежных по­ лучили сложные эфиры фосфорной кислоты (например, жидкость «Скайдрол-500А и В»), сложные эфиры кремниевой кислоты (на­ пример, жидкости «Оронит 8515» и «Оронит 8200»), несмотря на то что они в 5—7 раз дороже нефтяных, полиорганосилоксаны. Для гидросистем с относительно невысокими рабочими темпера­ турами иногда используют смеси полиорганосилоксанов (силико­ ны) с полигликолями или минеральными жидкостями для улучше­ ния противоизносных свойств силиконов.

Сложные эфиры фосфорной кислоты получают главным образом в результате реакции между фенольным соединением и хлорокисью фосфора. В качестве жидкостей используется триарилфосфаты сое­ динения вида (АгО)зРО. Эти эфиры обладают высокой устойчиво­ стью к воспламенению, довольно хорошей термической стабильно­ стью, стойкостью к окислению, низкой летучестью и хорошей сма­ зывающей способностью. Эфиры фосфорной кислоты являются хо­ рошими растворителями каучуков, в связи с этим они могут исполь­ зоваться в качестве жидкостей только в специально оборудованных гидравлических системах.

На основе сложных эфиров фосфорной кислоты используются в зарубежной авиации высокотемпературные жидкости «Скайдрол500 А и В». Эти жидкости разработаны для использования в гид­ равлических системах, опасных в пожарном отношении.

101

Ф и зи к о - х и м и ч е с к и е св о й ст ва ж и д кост ей « С к а й д р о л - 5 0 0 А и В » .

102

Из сложных эфиров кремниевой кислоты в качестве жидкостей используются соединения, называемые дисилоксанами. Структур­ ная формула этих соединений следующая:

RjO—Si—О—Si—OR4

I I

OR6 OR5

Дисилоксаны имеют превосходные вязкостно-температурные свой­ ства. Серьезным недостатком этих соединений является их относи­ тельно низкая гидролитическая стабильность. В присутствии воды они могут распадаться с образованием кремниевой кислоты и спиртов или фенолов. Если при этом поддерживается высокая тем­ пература, полный гидролиз вначале приводит к образованию геля кремниевой кислоты, а в конечном счете — к образованию двуокиси кремния.

Твердые продукты гидролиза могут оказаться абразивными или находиться в таком высокодисперсном состоянии, при ко­ тором абразивными свойствами они не обладают.

Сложные эфиры кремниевой кислоты обладают невысокой ста­ бильностью к окислению и не относятся к числу лучших смазочных материалов, однако эти свойства легко улучшаются присадками. Кроме того, они по отношению к металлам в большинстве случаев некоррозионно агрессивны.

На основе дисилоксанов в настоящее время в зарубежных авиа­ компаниях используется жидкость «Оронит 8200». При изучении уп­ лотнительных материалов для этой жидкости было обнаружено, что синтетические эластомеры, предназначаемые для использования в температурном интервале —54— 1-204° С, в жидкости набухают не­ достаточно и в результате плохо герметизируют системы. Введением в жидкость 15% диэфира набухание было увеличено до желаемого уровня.

Новая жидкость получила название «Оронит 8515», она ре­ комендуется для использования с соответствующими эластомерами в температурном интервале от —54 до 232° С. Жидкость же «Оро­ нит 8200» рекомендуется использовать до температур 288° С в сис­ темах с металлическими уплотнениями.

103

»кислотного числа, мг

Полиорганосилоксаны (силиконы) благодаря своим ценным свойствам широко применяются для создания основы жидкостей. Структурная формула силиконов имеет следующий вид:

R R

I I

R—Si—(О—Si)/z.—О—Si—R

I I

R R

Полиорганосилоксаны представляют собой химические соедине­ ния, состоящие из инертных неорганических и активных органиче­ ских групп. В результате этого необычного сочетания образуются продукты, родственные по многим важным свойствам органическим

104

и неорганическим исходным веществам. К числу характерных свойств силиконов относятся: малая летучесть, исключительно вы­ сокие вязкостно-температурные свойства, стойкость к термическо­ му воздействию, окислению и воздействию механического контакта, инертность к большинству конструкционных материалов, отсутствие смачиваемости металлических поверхностей, высокие диэлектриче­ ские свойства и сжимаемость, способность к значительному изме­ нению вязкости при изменении давления, стойкость к гидролизу в нейтральных средах, высокая растворяющая способность по отно­ шению к газам. Одним из важнейших недостатков силиконов при использовании их в качестве жидкостей является их крайне низкая смазывающая способность, если пары трения скольжения выпол­ нены из сталей.

Силиконы обладают аномально низким поверхностным натяже­ нием: 19—20 дин/см (поверхностное натяжение аналогичных мине­ ральных жидкостей 30 дин!см), поэтому гидравлические системы, в которых они используются, нужно особенно тщательно гермети­ зировать.

Полиорганосилоксаны воспламеняются с большим трудом, чем нефтяные жидкости, при горении они выделяют плотные, раздра­ жающие дыхательные пути, пары, содержащие мельчайшие части­ цы двуокиси кремния.

Исследования, выполненные ВВС США, указывают, что жид­ кости класса полиорганосилоксанов перспективны при использова­ нии их в гидравлических системах, работающих при высоких темпе­ ратурах, в этих случаях недостатки их компенсируются положи­ тельными свойствами.

Г л а в а 4

ЖИДКОСТИ ДЛЯ БОРЬБЫ

СОБЛЕДЕНЕНИЕМ

1.ОСНОВНЫЕ УСЛОВИЯ ОБЛЕДЕНЕНИЯ

Обледенение самолетов на земле и в полете связано с наличием в атмосфере воды в капельно-жидком состоянии при отрицательной температуре. Основные метеорологические параметры облед'енения следующие:

количество (масса) воды в виде капель, содержащейся в едини­ це объема облака (водность);

температура, при которой происходит обледенение; размер водных капель; протяженность облака по вертикали и горизонту.

Способность воды оставаться в жидком состоянии при отрица­ тельных температурах зависит от целого ряда факторов, в том чис­ ле и таких, которые не поддаются достаточно точной оценке, как например, загрязненность воды солями или наличие механических

105

пературах —36°С кристаллизуется только 20% капель диаметром

20—50 мкм.

Считают, что практически переохлажденная вода в капельно­ жидком виде встречается при температурах до —40° С, хотя в от­ дельных случаях были получены переохлажденные капли даже при —72° С. На рис. 54 представлена зависимость температуры кристаллизации (/Кр) от размера капель (dK), наблюдавшаяся раз­ личными исследователями, из которой видо, что с уменьшением размера капель температура кристаллизации понижается.

Однако практика эксплуатации летательных аппаратов пока­ зывает, что предельная температура кристаллизации капель суще­ ственно ниже, чем предельная температура обледенения, так как количество и размеры незамерзших капель при достаточно низких температурах наружного воздуха очень малы, интенсивность обле­ денения незначительна и оно встречается очень редко. В табл. 5 приведены статистические данные о повторяемости температур при обледенении, полученные в США, Англии, СССР в период 1955— 1960 гг. [41].

Т а б л и ц а 5

Повторяемость различных температур при обледенении

106

при адиабатическом процессе теплообмена в зависимости от высоты (температуры облака) и температуры испарения. На рис. 55 пред­ ставлены изменения величины концентрации жидкой воды в обла­ ках при ее концентрации в различных условиях. Этот рисунок ин­ тересен тем, что позволяет оценить соотношение водности для об­ лаков в различных географических районах (тропики, умеренный пояс и полярный климат) по температуре основания облака. Так, содержание воды в облаках над тропическими районами в 7 раз выше, чем над полярными при температуре основания облака выше минус 20° С.

Представленные на этом рисунке теоретические значения кон­ центрации встречаются на практике только в очень мощных обла­ ках. Реальные значения водности зависят от многих факторов (на­ пример, от «времени жизни» облака), которые не могут быть учте­ ны при теоретическом расчете, поэтому для достаточно точной оценки водности представляются более надежными статистические данные по измерениям водности облаков в полете.

Повторяемость различных значений водности в облаках слоис­ тых форм при отрицательных температурах в средних широтах представлены в табл. 6. Для облаков других форм сохраняется ана­ логичное соотношение между водностью и температурой: с пони­ жением температуры облака уменьшается водность, однако абсо­ лютные значения водности при одних и тех же температурах возду­ ха у облаков различных форм будут различаться. Так, например, водность кучевых облаков примерно в 2 раза выше; чем слоистых.

Изменение водности по высоте в облаках различного типа не­ одинаково. В облаках слоистых форм водность возрастает с высо­ той, достигая максимума в верхней трети, и резко падает около его верхней границы. Для фронтальных облаков вследствие осаждения

107

воды водность в верхних их частях уменьшается, а в нижних — воз­ растает, поэтому максимум водности равновероятен по всей толщи­ не облака. В кучевых облаках водность возрастает от нижней гра­ ницы к середине облака, а затем понижается к верхней границе и, таким образом, максимальное значение водности достигается в центральной части облака.

Т а б л и ц а 6

Повторяемость различных значений водности в облаках слоистых форм при отрицательных температурах в средних широтах

Следует отметить, что водность облаков в умеренной зоне США,

СССР, Канады почти одинакова.

Кроме температуры и водности облаков, на обледенение оказы­ вает существенное влияние размер его капель.

Облако представляет собой полидисперсный аэрозоль, в кото­ ром содержатся капли различных размеров от нескольких микрон до нескольких десятков, а при дожде — до сотен микрон. На рис. 56

108

Для того чтобы произошло обледенение, необходимо сочетание ряда факторов: отрицательных температур, водности, размера ка­ пель.

Кроме обледенений, встречающихся при полетах в облаках с ка­ пельной микроструктурой, в практике полетов встречаются случаи обледенения подогретых поверхностей и в кристаллических обла­ ках; наблюдаются случаи останова двигателей из-за скопления льда в воздушном тракте двигателя.

Причинами обледенения самолетов на земле являются туман и влажность воздуха.

С обледенением в тумане приходится сталкиваться в основном при работе двигателей на земле. Величина водности в туманах для различных значений среднеарифметического радиуса капель гк при­ ведена в табл. 7. С увеличением радиуса капель водность тумана резко увеличивается.

Особая разновидность обледенения вызывается влажным возду­ хом. В этом случае обледенению подвержена вся поверхность лета­ тельного аппарата. В атмосферном воздухе всегда содержится не­ которое количество водного пара, которое характеризуется его аб­ солютной и относительной влажностью. Абсолютная влажность Мв.п— количество (масса) пара в 1 м3 воздуха. В расчетах абсо­ лютную влажность воздуха удобнее выражать через парциальное давление рв.п пара:

где R' и R'в.п — газовые постоянные воздуха и пара; р и рв.п— пар­ циальные давления соответственно воздуха и водяного пара, кГ/м2; Т — абсолютная температура паровоздушной смеси.

При данной температуре воздух может содержать вполне опре­ деленное максимальное (насыщенное) количество пара Ме, имею­ щего вполне определенную упругость рв.п.нас. Отношение Мв.п к Миас или соответственно упругости пара рв.п к упругости насыщен­ ного пара Рв.п.нас представляет собой относительную влажность:

109