В большинстве гидросистем самолетов гражданской авиации, введенных в эксплуатацию в 60-х – 70х гг. используется минеральное масло АМГ-10 (ГОСТ 6794-75) , работающее в интервале температур окружающей среды от минус 60 до +55°С. Оно вырабатывается на основе глубокоде-ароматизированной низкозастывающей фракции, получаемой из продуктов гидрокрекинга смеси парафинистых нефтей, состоящей из нафтеновых и изопарафиновых углеводородов. Содержит загущающую присадку винипол и антиокислительную присадку ионол, о которых было сказано выше, а также специальный отличительный краситель.
Ее зарубежными аналогами являются гидрожидкости AeroShell Fluid 41 и Mobil Aero HF, и FH-51, которые выпускаются по MIL-H 5606.
Основные физико-химические свойства жидкости АМГ-10 приведены в табл. 6.
Таблица 6.
Основные характеристики гидравлического масла АМГ-10 по ГОСТ 6794-75
| Показатели | Нормы |
| 1 | 2 |
| Внешний вид | Прозрачная жидкость крас-ного цвета |
| Кинематическая вязкость, мм2/с, при температуре: 50°С, не менее -50°С, не более | 10 1250 |
| 1 | 2 |
| Температура вспышки в открытом тигле, °С, не ниже | 93 |
| Температура застывания, °С, не выше | -70 |
| Кислотное число, мг КОН/г, не более | 0,03 |
| Плотность при 20°С, кг/м3, не более | 850 |
Как было сказано выше, в современных типах самолетов применяются негорючие гидравлические жидкости, которые представляют собой синтетические продукты, изготовляющиеся на базе эфиров фосфорной кислоты. Так, отечественные негорючие жидкости НГЖ-4 и НГЖ-5у, производятся на основе дибутилфенилфосфата (ДБФФ), имеющего химическую формулу:
С4Н9 – О
\
С4Н9 – О – Р =О
/
С6Н5 - О
Зарубежные аналоги негорючих гидрожидкостей в своей основе также имеют сложные эфиры фосфорной кислоты различного строения.
Основные характеристики негорючих гидрожидкостей приведены в табл. 7.
Таблица 7.
Основные характеристики негорючих гидрожидкостей НГЖ-5у и Skydrol 500B-4
| Показатели | Нормы для НГЖ 5-у | Нормы для Skydrol 500B-4 |
| Внешний вид | Прозрачная жидкость фиоле-тового цвета | Прозрачная жидкость фио-летового цвета |
| Кинематическая вязкость, мм2/с при 40°С при 50°С при минус 54°С при минус 60°С | - <10,5 - <5 000 | 11,4-12,5 - <4 200 - |
| Кислотное число, мг КОН/г, не более | 0,15 | 0,10 |
| Температура вспышки в открытом тигле,°С, не выше | 165 | 177 |
Композиция масла состоит также из загущающей присадки на основе полимерных акрилатов, обеспечивающих улучшенные вязкостно-температурные характеристики продукта, а также ряда присадок, улучшающих эксплуатационные свойства, такие как антиокислительную, антиэлектроэро-зионную, противоизносную и противозадирную устойчивости, а также кра-ситель в качестве отличительной метки от других продуктов.
Отдельное место занимает введение в композицию жидкости эпоксидной присадки, значительно удлиняющей ресурс работы жидкости за счет снижения ее окисления.
Самым значительным механизмом разложения жидкости в авиационных гидравлических системах является гидролиз (реакция с водой), потому что данная реакция протекает даже при умеренных температурах. Само собой разумеется, что при более высоких температурах гидролиз будет протекать с более высокой скоростью. Эфиры фосфорной кислоты очень гигроскопичны (они очень быстро поглощают воду из атмосферы), следовательно, в гидравлической жидкости обычно содержится несколько тысяч ррm воды, достаточных для разложения эфира. Арил и алкил-арилфосфаты более склонны к гидролитическому разложению, чем алкилфосфаты.
Процесс прогрессируют с нарастающей скоростью по мере повышения температуры. Окисление и гидролиз также катализируются такими металлами, как железо и медь. Во всех случаях вредными побочными продуктами является производное соединение фосфорной кислоты. «Сильная» кислота может повредить детали гидравлической системы, может оказать агрессивное действие по отношению к эластомерам и разложить их, а также может разъедать механические детали и трубопроводную обвязку.
На ранней стадии внедрения и применения авиационных гидравлических жидкостей на базе эфиров фосфорной кислоты приходилось уделять очень большое внимание техническому обслуживанию гидравлических систем, поскольку образование кислоты вследствие гидролиза является прева-лирующим механизмом разложения эфиров фосфорной кислоты из-за содержания, как правило, высоких концентраций воды, и окисленные жидкости приходилось часто заменять.
В конце 60-х г. для решения этой проблемы были разработаны присадки (т.н. эпоксиды), предотвращающие образование кислот. Эти присадки даже при нормальной окружающей температуре реагируют с производными фосфорной кислоты, образующимися вследствие разложения эфиров фосфорной кислоты, превращая их в безвредные нейтральные соединения.
В настоящее время в авиационных гидравлических системах сильные кислоты отсутствуют до тех пор, пока присадки, предотвращающие образование кислот не сработались практически полностью. Однако поскольку допустимое количество присадки, предотвращающей образование кислот в авиационной гидравлической жидкости ограничено, по соображениям набухания уплотнений и воспламеняемости, все товарные гидравлические жидкости типа НГЖ-4 и НГЖ-5у, а также упомянутые ранее их зарубежные аналоги, содержат одинаковые количества этой присадки, поскольку все товарные авиационные гидравлические жидкости содержат эфиры фосфорной кислоты, и все они, в сущности, содержат одинаковые количества присадки. Можно ли их считать одинаково стабильными? Ответ отрицательный. Потому что базовые компоненты этих жидкостей обладают различной стойкостью к гидролизу. Кроме того, для замедления скорости гидролиза могут применяться допол-нительные вспомогательные присадки.
Стойкость жидкости к гидролизу важна. Если скорость подпитки жидкости недостаточна для сбалансирования скорости поглощения воды, то в конечном итоге в гидравлической системе могут образовываться сильные кислоты.
Кислотное число является критерием оценки содержания кислых соединений в жидкости. Его определяют титрованием. Единицей измерения является мг КОН, эквивалентный одному грамму испытуемой жидкости. Это маленькая единица измерения. Представим себе, что 0,5% воды, что довольно часто встречается в гидравлических системах самолетов, после полного гидролиза дает эквивалентное кислотное число 15,6 мг КОН, что показано следующим уравнением:
5 мг Н2О 56,1 (молекул.масса КОН) 15,6 мг КОН
----------------- Х ------------------------------------- = -------------------- .
г. жидк 18 (молекул.масса Н2О) г. жидк.
В отсутствие присадок, предотвращающих образование кислот, достигаются очень высокие уровни сильных кислот (которые фактически достигались при применении жидкостей, разработанных в 50х гг.).
Жидкость с высокой кислотностью, если таковая содержится в гидравлической системе самолета, вступает в реакцию с железом и алюминием, повреждая детали и образуя отложения и гели.
Свежая гидравлическая жидкость содержит, как правило, присадку, обладающую способностью нейтрализовывать продукты гидролиза при содержании примерно 0,4% воды (кислотное число эквивалентно приблизительно 13). Следовательно, жидкость обладает достаточно высокой способностью к предотвращению образования кислот. Однако гидравлическая жидкость непрерывно поглощает воду из окружающей среды, и не редки случаи, когда концентрации воды превышают возможности присадки, предотвращающей образование кислот. Например, большинство производителей авиационной техники, допускают эксплуатацию самолетов с содержанием воды в гидравлической системе вплоть до 0,8%. Это основано на ожидании, что высокие концентрации сильной кислотности не возникнут до очередного отбора пробы жидкости, вследствие нормальной подпитки свежей жидкостью и, как правило, малой скорости гидролиза при умеренных температурах, типичных для гидравлических систем.
Для защиты от повреждения гидравлической системы вследствие высокой кислотности производители авиационной техники, как правило, рекомендуют максимальное кислотное число 1,5, выше которого жидкость подлежит замене. Время, которое требуется для достижения кислотного числа 1,5, может рассматриваться как срок службы жидкости. Предельное значение кислотного числа 1,5 является фактором защищенности от повреждения системы самолета. Серьезные повреждения начинаются при достижении кислотного числа выше 5, причем степень повреждения зависит от величины кислотного числа, продолжительности и температуры воздействия.
Современные гидравлические авиационные жидкости, содержащие в своем составе эпоксиды, имеют ресурс эксплуатации сотни, а иногда тысячи часов.
Основным недостатком жидкостей на основе эфиров фосфорной кислоты является ее высокая токсичность и химическая агрессивность.
В настоящее время передовыми мировыми компаниями, занимающимися производством гидравлических жидкостей для авиации, ведутся разработки новых классов синтетических гидравлических жидкостей, как на основе полиальфаолефинов (ПАОМ), так и новых классов органических негорючих основ, имеющих улучшенные характеристики по безопасности с точки зрения их меньшей токсичности по сравнению с использующимися в настоящее время, а также удовлетворяющих растущим эксплуатационным требованиям, предъявляемым к гидросистемам перспективных авиалайнеров.
ЛИТЕРАТУРА
1. Яновский Л.С., Дмитриенко В.П. и др. Основы авиационной химмо-тологии. - М.: МАТИ, 2005.
2. Фукс И.Г., Спиркин И.Г., Шабалина Т.Н. Основы химмотологии. Химмотология в нефтегазовом деле: Учебное пособие. - М.: ФГУП Изд-во «нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2005.
3. Школьников В.М. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. 2-е изд. - М.: Издательский центр «Техноформ», 1999.
4. Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для ВУЗов. - М.: Химия 2004.
5. Адельсон С.В., Вишнякова Т.П., Паушкин Я.М. Технология нефтехи-мического синтеза, 2-е изд., переработанное. - М.: Химия, 1985.
6. Кулиев А.М. Химия и технология присадок к маслам и топливам. 2-е изд. - Баку, Химия, 1985.
7. Аксенов А.Ф., Люлько В.И. Вопросы авиационной химмотологии. Вып. 2. – Киев : КИИГА, 1978.
8. Папок К.К. Химмотология топлив и смазочных масел. –
9. М.: Воениздат, 1981.
10. Федоров М.И., Золотов В.А. Классификация и применение моторных масел. - М.: Диалог МГУ, 1999.