ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ/9. Авиация и космонавтика

К. т. н. Кузнєцова О.Я., Нетреба Ж.М., д.т.н. Соловйов А.М.

Національний авіаційний університет м. Київ, Україна

ЗАЛЕЖНІСТЬ ХІМІЧНОГО СКЛАДУ ТА КІНЕМАТИЧНОЇ В’ЯЗКОСТІ РОБОЧОЇ РІДИНИ FH-51 ВІД НАРОБІТКУ В ГІДРОСИСТЕМІ ПОВІТРЯНОГО СУДНА

Вступ. Ефективність використання та надійність повітряного судна (ПС), в тому числі, на багато залежить від якості робочої рідини, якою заправлена гідравлічна система ПС. Відомо, що під час роботи гідравлічної рідини в гідросистемі ПС на неї діє низка зовнішніх факторів, які спричиняють хімічні перетворення вуглеводнів та, як наслідок, погіршення її експлуатаційних властивостей. Аналіз несправностей та відмов, виявлених під час експлуатації ПС, показав, що до 34,62% від загальної кількості функціональних систем повітряного судна припадає на основну гідравлічну систему та підсистему шасі.

У цьому зв’язку, представляє інтерес виявити напрям хімічних перетворень вуглеводнів гідравлічної рідини під час експлуатації та їх вплив на експлуатаційні властивості рідини.

Результати досліджень. У даній роботі представлені результати дослідження хімічних перетворень у складі гідравлічної рідини FH-51 залежно від часу нальоту. З цією метою досліджувалися наступні зразки гідравлічної рідини FH-51:

– зразок №1: товарна рідина;

– зразок №2: після нальоту 300 годин;

– зразок № 3: після нальоту 380 годин.

Спочатку методом атмосферно-вакуумної перегонки за ГОСТ 2177–66 всі зразки були розділені на окремі фракції:

– перша фракція: початок кипіння (ПК) – до появи димності при атмосферному тиску;

– друга фракція: фракції, які перегоняються під вакуумом при тиску 1 мм рт.ст. до появи димності;

– залишок після дисциляції зразків.

У роботі [1] подано результати дослідження хімічних перетворень вуглеводнів гідравлічної рідини FH-51 на прикладі перших фракцій. Дана робота представляє результати дослідження хімічних перетворень вуглеводнів гідравлічної рідини FH-51, які відбуваються в других фракціях вказаних зразків.

На рис.1, рис.2 та рис. 3 наведено отримані результати. Як бачимо, до складу других фракцій у найбільшій кількості входять парафіно-нафтенові вуглеводні. При цьому в зразку №2 вміст парафінів збільшився на 1,0%, у зразку №3 - на 3,3% порівняно з товарною рідиною (зразок №1). Також значно збільшився загальний вміст нафтенів, а саме, у зразку №2 у 1,5 рази більше, у зразку №3 - у 2,5 рази відносно зразка товарної рідини. Практично у стільки ж разів збільшився вміст окремо моно-, бі- і трициклічних нафтенів у зразках №2 та №3 порівняно з зразком №1 (товарна рідина).

%, мас.

Рис. 1. Вміст парафінів та нафтенів у других фракціях зразків рідини FH-51

%, мас.

Рис. 2. Вміст нафтенів у других фракціях зразків рідини FH-51

Загальний вміст парафінових вуглеводнів збільшився в результаті протікання процесів деструкції алкільних радикалів циклічних сполук. Значні деструктивні процеси з розкриттям нафтенових циклів, що відбулися з поліциклічними нафтеновими вуглеводнями спричинили значне зростання вмісту моно-, бі- і трициклічних нафтенів у зразках №2 та №3 порівняно з зразком №1 товарної рідини. Внаслідок деструкції алкільних радикалів алкілбензолів збільшився вміст ароматичних вуглеводнів у зразку №2 на 0,1% , у зразку №3 - на 1,0% порівняно з такою ж фракцією зразку №1 (див. рис. 3).

%, мас.

Рис. 3. Вміст ароматичних вуглеводнів у других фракціях зразків рідини FH-51

Таким чином, внаслідок протікання процесів ущільнення ненасичених вуглеводнів, які утворилися при деструкції нафтенів перших фракцій [1], спочатку зростає з часом вміст вторинних нафтенів у зразках других фракцій рідини FH-51. Вміст вторинних нафтенів особливо значно збільшується в інтервалі часу 300-380 годин.

На підставі експериментально встановленої кінетики хімічних перетворень в молекулах нафтенових вуглеводнів, що протікають в умовах нестабільної дифузії атмосферного кисню [1], знайдено формулу, яка описує вміст новоутворених молекул нафтенових вуглеводнів через час роботи рідини в гідравлічній системі ПС:

(мас. %).

Таким чином, внаслідок протікання вищеописаних процесів спостерігається зменшення вмісту легких вуглеводнів та утворення високо киплячих. У зв’язку з цим, постає задача вибору показників якості, які виступатимуть індикаторами зміни хімічного складу гідравлічної рідини та її експлуатаційних властивостей з наробітком.

Як відомо, на значення в’язкості гідравлічної рідини при 50°С впливає вміст ароматичних та ненасичених вуглеводнів. Випливає гіпотеза про те, що показником якості, який «відчуватиме» зміни вуглеводневого складу рідини в напрямі описаних взаємоперетворень вуглеводнів гідравлічної рідини може виступати показник «кінематична в’язкість при 50°С».

У цьому зв’язку, з метою перевірки сформульованої гіпотези та виявлення динаміки зміни експлуатаційних властивостей гідравлічних рідин під час експлуатації, були протестовані, за цим показником якості, наступні зразки гідравлічних рідин АМГ-10 та FH-51:

· товарні,

· після нальоту 500, 1000 та 3600 годин.

Результати подано на рис. 4. Як бачимо, в інтервалі часу від 300 до 500 годин роботи гідравлічної рідини в гідросистемі повітряного судна цей показник якості для АМГ-10 змінюється в інтервалі від 10,00 до 9,85 мм² /с, для FH-51 – від 13,50 до 13,30 мм² /с. Відповідно до паспорту якості на гідравлічну рідину АМГ-10 за ГОСТ- 6794-75 показник якості кінематична в’язкість при 50°С нормується як не менше 10,19 мм² /с. За специфікацією MIL-H-5606 на гідравлічну рідину FH-51 цей показник якості нормується як не менше 13,00 мм² /с.

0,3

нормативне значення

n, мм² /с

t ×10³ , год

Рис. 4. Графік залежності кінематичної в’язкості при 50°С робочих рідин АМГ-10 (1) та FH-51 (2) від наробітку в гідравлічній системі ПС

На підставі експериментальних даних знайдено формули, які подають залежність кінематичної в’язкості при 50°С від наробітку для досліджуваних гідравлічних рідин:

- АМГ-10

;

- FH-51

.

Висновки. Проведено дослідження щодо зміни вуглеводневого складу гідравлічної рідини FH-51 з часом експлуатації ПС. Установлено, що відбувається зменшення вмісту легких вуглеводнів, збільшення кількості високо киплячих вуглеводнів, та знайдена кінетична модель, яка описує новоутворення молекул вторинних нафтенових вуглеводнів під час експлуатації ПС.

Визначено, що показник якості кінематична в’язкість при 50°С може бути обраний таким, який здатен виявити початок змін експлуатаційних властивостей гідравлічних рідин під час експлуатації.

Знайдено, що для гідравлічної рідини АМГ-10 показник якості кінематична в’язкість при 50°С в інтервалі часу від 300 до 500 годин роботи має значення менше нормативного, а для рідини FH-51 − на межі нормативного, нижче якого згідно з чинною інструкцією гідравлічну рідину використовувати в гідросистемі ПС заборонено.

Знайдено математичну залежність кінематичної в’язкості при 50°С від наробітку для гідравлічних рідин АМГ-10 та FH-51.

Отримані результати дають можливість прогнозувати зміни експлуатаційних властивостей гідравлічних рідин під час експлуатації.

Література

1. О.Я. Кузнєцова Кінетика хімічних перетворень вуглеводнів робочої рідини FH-51 в період експлуатації повітряного судна / О.Я. Кузнєцова, Ж.М. Нетреба. – К.: Наукоємні технології, 2010. - №2. – С.39 – 42.