Авиационные топлива, смазочные материалы и специальные жидкости - Аксенов А.Ф.

Author: Аксенов А.Ф.
Tags: авиация и космонавтика летательные аппараты ракетная техника космическая техника детали машин передачи (механические) подъемно-транспортное оборудование крепежные средства смазка гидромеханика механика жидкостей и газа авиатехника горюче-смазочные материалы
Year: 1970
Similar
Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение.
Справочник. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение
Пособие горюче-смазочным материалам Красной Армии
Гидродинамические передачи
Text
                    А. Ф. АКСЕНОВ
АВИАЦИОННЫЕ
ТОПЛИВА,
СМАЗОЧНЫЕ
МАТЕРИАЛЫ
И СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ЖИДКОСТИ
Издание второе,
переработанное и дополненное
Утверждено УУЗ МГА СССР
в качестве учебника
для вузов гражданской авиации
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ТРАНСПОРТ» Москва 1970
УДК 629.7.662+621.892+532.004 (075.8)
Авиационные топлива, смазочные материалы и спе-
циальные жидкости. Изд. 2-е, переработанное и дополнен-
ное. Аксенов А. Ф. Изд-во «Транспорт», 1970 г.,
стр. 1—256.
В книге изложены методы получения, химический со-
став, эксплуатационные свойства и методы контроля
применяемых топлив, смазочных материалов и специаль-
ных жидкостей.
Главное внимание уделено теплоте сгорания топлив;
стабильности топлив, масел, смазок и жидкостей в раз-
личных условиях эксплуатации; прокачиваемости топлив
и масел, коррозионным, противоизносным и противозадир-
ным свойствам. Уделено также внимание топливам для
сверхзвуковой авиации, перспективным смазочным мате-
риалам, в том числе твердым смазкам, перспективным
жидкостям.
Книга предназначена в качестве учебника для сту-
дентов авиационных вузов. Она может быть использована
инженерно-техническим составом гражданской авиации,
слушателями училищ гражданской авиации и другими
специалистами, работающими в области применения авиа-
ционных топлив, смазочных материалов и специальных
жидкостей. Рис. 120, табл. 50, библ. 12.
315В30
3-18-6
84-70
ВВЕДЕНИЕ
Развитие авиационного транспорта приводит как к дальнейше-
му повышению качества применяемых топлив, смазочных материа-
лов и специальных жидкостей, так и к увеличению их количеств^.
Современные летательные аппараты представляют собой слож-
ные машины, которые работают в различных метеорологических
и климатических условиях. Топливные, масляные, гидравлические
системы и отдельные узлы и агрегаты должны сохранять свою работо-
способность при различных нагрузках и температурах от —60 до
нескольких сот градусов выше нуля как при атмосферном давле-
нии на земле, так и на высоте 10—20 км. Стремление получить
большие мощности при малом весе двигателя и грузоподъемность
при малом весе конструкции летательного аппарата приводит к
максимально возможному увеличению скоростей относительного
перемещения контактирующих деталей и контактных напряжений.
Современные авиационные топлива, смазочные материалы и
специальные жидкости должны удовлетворять целому ряду требо-
ваний, связанных с экономичностью, надежностью и долговечно-
стью работы авиационной техники. Обеспечение важнейшего тре-
бования — безопасной работы авиационной техники — во многом
зависит от качества авиационных топлив, смазочных материалов
и специальных жидкостей. Поэтому применяемые на летательных
аппаратах топлива, смазочные материалы и специальные жидкости
должны обладать свойствами, обеспечивающими надежную и долго-
вечную работу узлов и агрегатов в этих сложных условиях. Свой-
ства применяемых топлив, смазочных материалов и специальных
жидкостей, даже очень хорошо подобранных для данного летатель-
ного аппарата, меняются в процессе транспортирования, хранения,
а также непосредственно в летательном аппарате уже после их
заправки.
Специалисту, эксплуатирующему тот или другой тип летателЬ1
него аппарата, необходимо знать не только исходные свойства
горюче-смазочных материалов, но и изменения физико-химических
свойств под воздействием внешних факторов. Без таких знаний не-
возможно создать условий хранения и транспортировки, выбирать
такие режимы работы систем летательного аппарата, при которых
эти изменения будут минимальными.
С развитием гражданской авиации закономерно улучшаются и
свойства применяемых топлив, смазочных материалов и специаль-
3
них жидкостей и расширяется их ассортимент, однако вряд ли
можно надеяться, что это будет полностью удовлетворять требова-
ниям быстро развивающейся авиационной техники. Поэтому всегда
будет актуальной проблема дальнейшего улучшения свойств и рас-
ширения ассортимента горюче-смазочных материалов. Если в на-
стоящее время на линиях гражданской авиации летают дозвуковые
летательные аппараты, то в ближайшее время будут летать сверх-
звуковые пассажирские летательные аппараты, в которых условия
работы топлив, смазочных материалов и специальных жидкостей
значительно сложнее, чем в дозвуковых. Прежде всего это связано
с резко возрастающим температурным режимом работы систем сверх-
звукового летательного аппарата. Следовательно, на сверхзвуко-
вых пассажирских летательных аппаратах будут применяться
более качественные, а в ряде случаев и совершенно новые марки
топлив, смазочных материалов и специальных жидкостей.
Второе издание книги значительно переработано и дополнено.
В нем учтены критические замечания, сделанные читателями после
выхода в 1965 г. первой книги «Авиационные топлива, смазочные
материалы и специальные жидкости». Книга дополнена также но-
выми научными данными, появившимися в период с 1965 г. и до
настоящего времени.
Часть первая
АВИАЦИОННЫЕ ТОПЛИВА
Глава I
ПРОИЗВОДСТВО нефтяных топлив
И ИХ ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ
Основным источником получения топлив, смазочных материалов,
а также многих специальных жидкостей является нефть.
Нефть получила свое название от слова «нафта», что на языке
одного из народов Малой Азии означало «просачиваться». Нефть —
это горючая маслянистая жидкость чаще темного цвета, реже свет-
ло-желтая или даже бесцветная с характерным запахом. Известна
нефть с древних времен. Она применялась как лекарство, как осве-
тительный материал, как цементирующее вещество при строитель-
стве и т. д. До середины XIX в. нефть добывали примитивным спо-
собом в очень небольших количествах. С появлением в начале XX в.
и с дальнейшим развитием двигателестроения потребность в нефти
и нефтепродуктах резко возросла, и это дало огромный толчок
в добыче и переработке нефти. Многие из виднейших отечественных
и зарубежных химиков и инженеров вели работу в области иссле-
дования и переработки нефти. Такие ученые, как Д. И. Менделеев,
В. В. Марковников, В. Г. Шухов, А. А. Летний, А. М. Бутлеров,
Н. Д. Зелинский, И. М. Губкин, С. С. Наметкин, Энглер, Шорлем-
мер, Мэберн и другие внесли огромный вклад в науку о химии нефти.
В 1964 г. советский народ отметил 100-летие отечественной
нефтяной и газовой промышленности. По запасам нефти СССР
занимает первое место в мире.
В 1970 г. в нашей стране намечено добыть 350 млн. т неф-
ти. За годы советской власти нефтеперерабатывающая и нефтехими-
ческая промышленность превратилась в передовую, оснащенную но-
вейшим оборудованием отрасль народного хозяйства.
1.	СОСТАВ НЕФТИ
Нефть является сложной смесью, состоящей из большого числа
химических соединений и отдельных элементов. В состав нефти
входят углеводороды различного строения, органические и неорга-
нические соединения серы, кислорода, азота, растворенная и
5
эмульгированная вода, механические примеси, элементарная сера,
некоторые металлы. В среднем состав нефти (по весу) следующий:
Углеводороды............................. 91—97%
Соединения серы и свободная сера........... 0,2—3,0%
Соединения кислорода....................  .	0,2—1,5%
» азота .............................. 0,5—3,0%
Другие соединения и элементы .............. 0,1—0,5%
Вода....................................... 0,05—0,50%
Механические примеси.......................0,05—0,5%
Физико-химические свойства углеводородов, а также содержание
сернистых, азотистых, кислородных соединений зависит от место-
рождения нефти. Имеются, например, малосернистые, сернистые,
нафтенистые, парафинистые нефти и др.
Из всех входящих в состав нефти углеводородов в качестве авиа-
ционных топлив может использоваться сравнительно небольшая
часть. Так, для получения авиационных бензинов используется толь-
ко 20—25% углеводородов, имеющих температуры кипения 40—
180° С; для некоторых авиационных керосинов используется 35—
40% углеводородов, имеющих температуру кипения 150—280° С.
2.	ПОЛУЧЕНИЕ ТОПЛИВ
Основными способами получения топлив из нефти являются пря-
мая перегонка и деструктивная переработка.
Под прямой перегонкой понимают получение из нефти ее отдель-
ных составных частей при помощи последовательного или одновре-
менного их испарения с разделением образующихся паров и по-
следующей конденсацией. Это наиболее простой и старый способ
переработки нефти. Принципиальная схема установки для прямой
перегонки нефти показана на рис. 1.
Нефть центробежным насосом 5 подается под давлением через
три теплообменника 4, грязеотделитель 10 и мазутные теплообмен-
ники 11 и, нагретая до 170—175°, поступает в трубчатую печь 1.
Нагретая в печи до 330° и частично испарившаяся, нефть поступает
в ректификационную колонну 2, снабженную выносными отпарными
секциями 3. С верха колонны отбирают бензиновую фракцию, а с
боковых отпарных секций — лигроиновую, керосиновую и газой-
левую. Пары бензина конденсируются и охлаждаются в тепло-
обменнике и холодильнике 6. Проходя через газосеиаратор 7, бен-
зин поступает в приемник 8, откуда часть бензина насосом 9 отби-
рается для орошения колонны. Остальные фракции, проходя теп-
лообменники и холодильники, направляются в приемники. Мазут
с низа колонны прокачивается насосом 12 через теплообменники 11
и холодильник в приемники. Существует различное конструктив-
ное оформление установок прямой перегонки.
6
При прямой перегонке получают жидкие топлива в тех количе-
ствах, в которых они содержатся в исходной нефти. Этот способ не
удовлетворяет растущих потребностей в топливах. В настоящее
время разработаны способы деструктивной переработки нефти и
нефтепродуктов, значительно увеличивающие выход топлив из
нефти. .
Деструктивная переработка основана на расщеплении молекул
углеводородов и является наиболее распространенным способом
химической переработки
нефти и нефтепродук-
тов.
Расщепление высоко-
молекулярных углево-
дородов, находящихся в
тяжелых фракциях неф-
ти, для получения бо-
лее легких (меньшего
молекулярного веса)
изучалось еще в прош-
лом веке. В 1875—
1878 гг. А. А. Летним
были опубликованы ра-
боты, в которых он по-
казал, что под дейст-
вием высокой темпера-
туры более тяжелые уг-
леводороды разлагаются
на более легкие. В1891 г.
Рис. 1. Принципиальная схема трубчатой
установки с однократным испарением для
прямой перегонки нефти
В.Г. Шуховым был предложен проект промышленной установки
для получения легких углеводородов путем термического разложе-
ния более тяжелых. Это был первый в мире проект крекинг-уста-
новки. Процесс термического расщепления молекул получил наз-
вание крекинга. Крекинг-процесс проходит по следующей схеме:
причем
СпНт-^СП1Нт, + СЛ2 Нт2;
ni + n2 = n И tnt+ т2 = т.
Крекинг октаденана может происходить следующим образом:
Cis Н38 —> С9 Н20 + С9 Н18;
^„П = 317,5°С; /кип=150°С; /КИП = Г46°С;
4° = 0,7$7; 4° = 0,718; 4° =0,729,
где 4° — отношение плотности углеводорода при 20° С к плот-
ности воды при 4° С.
Крекинг-процесс может происходить под действием только тепла
или же под действием тепла в присутствии катализатора, способст-
7
вующего наиболее выгодному для производства направлению хода
реакций. В первом случае крекинг-процесс называется термиче-
ским, во втором — каталитическим. Оба процесса проходят без
доступа воздуха.
При термическом крекинг-процессе углеводороды большого мо-
лекулярного веса (мазут, керосино-газойлевые фракции и т. п.)
нагреваются до температуры 450—500° С при давлении 45—50 кГ/см2.
В этих условиях углеводороды расщепляются с образованием более
легких фракций (бензиновой, лигроиновой).
При термическом крекинг-процессе, как правило, образуются
парафиновые и ненасыщенные углеводороды олефинового (алкены)
и диолефинового (алкадеиды) рядов, что является одним из наи-
более характерных отличий термического крекинг-процесса от
других видов переработки нефти.
Олефиновые и диолефиновые углеводороды цепной структуры
имеют одну (олефиновые) или две (диолефиновые) двойные связи.
Общая формула олефинов — СпН2п, диолефинов — СпН2п_2. Ввиду
наличия двойных связей углеводороды этих групп более реакци-
онно способны и менее химически стабильны, чем парафиновые, наф-
теновые и ароматические углеводороды. Олефиновые и диолефиновые
углеводороды способны к реакциям присоединения, в том числе и
окисления. Поэтому присутствие углеводородов этих групп в авиа-
ционных топливах не допускается.
В качестве побочного продукта при термическом крекинг-про-
цессе образуются крекинг-газы.
Каталитический крекинг-процесс отличается от термического
тем, что пары углеводородов перерабатываемого сырья пропускают
над катализатором, т. е. веществом, которое ускоряет и направляет
ход реакций, при этом получаются продукты более качественные,
чем при термическом крекинге. В настоящее время в качестве
катализатора наиболее широко применяются алюмосиликаты, ко-
торые содержат около 70—80% SiO2, 10—18% А|2О3. Для повы-
шения каталитического действия алюмосиликатов в них добавляют
также окислы железа, никеля, меди и других металлов.
В присутствии алюмосиликатов расщепление углеводородов на-
чинается при 300—350° С и наиболее интенсивно протекает при
480—510° С. Крекинг проводится при давлении 2—3 кПсм2 или
атмосферном.
В настоящее время существуют три основных промышленных
способа каталитического крекинга: с неподвижным, подвижным
катализатором и пылевидным «текучим», или с псевдоожиженным
катализатором. Схема крекинг-процесса с неподвижным катализа-
тором показана на рис. 2. Сырьем для крекинг-процесса обычно
служат керосиновые, соляровые и газойлевые фракции. Продукты
каталитического крекинг-процесса используются в качестве сырья
для получения автомобильных и авиационных топлив.
Для получения высококачественных компонентов авиационных
топлив, которые улучшают детонационную стойкость, испаряемость,
8
плотность и теплотворность, применяют процессы риформинга^
гидрирования, алкилирования и др.
Риформинг— это разновидность крекинг-процесса, при помощи
которого изменяется структура молекулы углеводородов. Процесс
заключается в нагревании фракций (бензиновых или керосиновых)
до температуры 500—520° С при давлении 50—70 кГ/см2. В этих
Рис. 2. Принципиальная схема установки для каталитического
крекинг-процесса с неподвижным катализатором:
/—трубчатая печь; 2 — подогреватель воздуха;' 3 — реакторы; -/ — теплооб-
менник; 5 — ректификационная колонна;^ 6 — турбокомпрессор
условиях нафтеновые и парафиновые углеводороды превращаются
в ароматические, изопарафиновые и др.
При гидрировании происходит присоединение водорода к арома-
тическим углеводородам и они превращаются в нафтеновые, при-
соединение водорода к непредельным углеводородам превращает
их в парафиновые.
При алкилировании к молекулам углеводородов присоединяются
алкильные радикалы. В результате получают молекулы с определен-
ной структурой, обеспечивающей требуемые свойства топлив.
3.	ОЧИСТКА топлив
Топлива, полученные из нефти, содержат химические соедине-
ния, которые ухудшают их качество. К таким соединениям относят-
ся кислородные, сернистые, азотистые и др. Кроме того, в топливах
(особенно термического крекинга) могут содержаться непредель-
ные углеводороды, значительно снижающие их химическую ста-
бильность. Для улучшения свойств топлив их подвергают очистке
следующими способами: серной кислотой, щелочью, отбеливающими
землями, хлористым цинком, плумбитом натрия, гидроочисткой
и др. В зависимости от качества исходного сырья и требований
к топливу применяют тот или иной способ очистки.
Очистка серной кислотой применяется для удаления ряда не-
насыщенных углеводородов, смолистых, азотистых и сернистых-
соединений. Очистка щелочью используется для удаления кисло-
родных соединений, сероводорода, меркаптанов, а также для удале-
ния серной кислоты и продуктов ее взаимодействия с углеводоро-
дами.
Очистка отбеливающими землями в паровой фазе заключается в
пропускании паров бензина через слой пористой земли. Действие
отбеливающих земель при очистке крекинг-бензинов выражается
в ускорении и облегчении полимеризации непредельных соединений.
Очистка хлористым цинком применяется для ускорения полиме-
ризации непредельных углеводородов и удаления меркаптанов и
сероводорода, а плумбитом натрия для удаления из топлив меркап-
танов.
В последнее время для более полного удаления из топлива сер-
нистых соединений применяют каталитическую гидроочистку. Этот
процесс проводится в среде водорода под давлением 10—70 ат и
температуре 390—420° С в присутствии алюмо-кобальт-молибдено-
вого катализатора. В этих условиях происходит гидрирование сер-
нистых соединений с образованием сероводорода, а также кислород-
и азотсодержащих соединений. Гидроочистка является наиболее
перспективным методом глубокой очистки авиационных топлив.
4.	ФРАКЦИОННЫЙ И ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ТОПЛИВ
Фракцией называется часть (группа) углеводородов, выкипаю-
щая в определенном интервале температур. Все углеводороды, вхо-
дящие в состав нефти и выкипающие при температурах 40—200° С,
называют бензиновой фракцией.
Углеводороды, выкипающие при температурах 150—300° С,
называют керосиновой фракцией. В свою очередь бензиновую или
керосиновую фракции можно разделить на более узкие фракции,
т. е. группы углеводородов, выкипающие в более узких температур-
ных пределах. Например, керосиновую фракцию можно разделить
на 50-градусные фракции и по количеству входящих в каждую фрак-
цию углеводородов анализировать состав керосина.
По фракционному составу авиационные топлива можно разде-
лить на следующие группы: бензины — пределы выкипания 40—
200° С, керосины — 150—300° С, лигроины — 150—250° С, топлива
широких фракций — 60—300° С, тяжелые керосины — 200—350° С.
 Авиационные топлива, полученные из нефти, состоят из углево-
дородов (примерно 98,5%) и неуглеводородных примесей (примерно
ю
1,5%). Несмотря на сравнительно малое количество неуглеводород-
ных примесей, они, как мы убедимся в этом дальше, оказывают
большое влияние на эксплуатационные характеристики авиационных
топлив. Главными же носителями энергетических и некоторых
эксплуатационных характеристик топлив являются углеводороды.
Постоянное стремление к повышению весовой и объемной теплоты
сгорания, улучшению характеристик сгорания, низкотемпературных
и высокотемпературных свойств топлив привело к необходимости
глубокого изучения химической структуры углеводородов и к
разработке таких технологических методов производства топлив,
когда в их состав включаются нужные углеводороды. Углеводороды,
входящие в состав топлив, разделяют на следующие группы.
Парафины, или предельные углеводороды (алканы). В молекулы
этих углеводородов может входить различное число атомов угле-
рода, соединенных между собой только одинарными связями и об-
разующих открытые цепи. Общая эмпирическая формула этой
группы углеводородов С„Н2п+2. Парафины, молекулы которых
имеют неразветвленные цепи атомов углерода, носят название нор-
мальных парафинов (н — парафинов, н — алканов). Кроме нормаль-
ных парафинов, в топливах находятся изомерные углеводороды —
изопарафины (изоалканы).
Изомерия — одна из причин многообразия органических соеди-
нений, так как с увеличением числа атомов в молекуле быстро воз-
растает число возможных изомеров. Так, для углеводорода C5Hi2
возможны три изомера, для углеводорода С8Н8 — 18, а для Ci0H22 —
75. В состав авиационных топлив входят в основном жидкие пара-
финовые углеводороды с числом углеродных атомов в молекуле
от 5 до 15 как нормального, так и изомерного строения. В незначи-
тельных количествах в легких топливах могут находиться в раст-
воренном состоянии газообразные углеводороды: метан (СН4), этан
(С2Н5), пропан (С3Н8) и бутан (С4Н10). В более тяжелых топливах
могут находиться в растворенном состоянии твердые парафиновые
углеводороды с числом углеродных атомов более 15. В табл. 1 при-
ведены характерные свойства парафиновых углеводородов, входя-
щих в состав топлив.
Парафиновые (алкановые) углеводороды, входящие в состав
топлив, имеют хорошую химическую стабильность при хранении,
низкие температуры плавления и кипения, наибольшую весовую
теплоту сгорания и наименьшую плотность. Объемная теплота сго-
рания в связи с этим у парафинов меньше, чем у других групп угле-
водородов .
Парафиновые углеводороды нормального строения в отличие от
углеводородов изомерного строения имеют неудовлетворительные
характеристики сгорания в поршневых двигателях с искровым зажи-
ганием (малые октановые числа).
Нафтеновые углеводороды (цикланы, циклопарафины) имеют
кольцевую структуру молекулы. Кольцо составлено из атомов угле-
рода, все свободные валентности которых замещены атомами водоро-
11
Таблица 1
Характеристики парафиновых углеводородов
Углеводороды	Эмпири- ческая формула	Строение	Плот- ность, г/см3	Температура, °C	
				плавления	О с к S S ж =
Пентан	с5н12	СН3—(СН2)3—СН3	0,626	— 129,7	36,1
Изопентан (2-метилбутан)	С5Н12	сн3 1 СН3 —СН —СН2 —СН3	0,260	— 159,9	27,9
Гексан	С6н14	СНз —(СН2)4—СН3	0,659	—95,3	68,7
Изогексаны 2-метилпентап	с6н14	СНз 1 СНз —СИ —(СН2)2 —СНз	0,653	— 153,7	60,3
3-метилпентан	С6Н14	СНз 	1 СН3 —СН2 —СН —СН2 —СН3	0,664	— 118,0	63,8
2,2-диметилбутан	свн14	СНз 1 СНз —С —СН2 —СНз i СНз	0,649	—99,7	49,7
2,3-диметилбутан	СбН14	СНз СНз 1	1 СНз —CH —СН —СНз	0,662	— 128,4	58,0
Гептан	С7Н16	СНз-(СН2)5-СНз	0,684	—90,6	98,4
Изогептаны 2-метилгексан	С7Н16	СНз 1 СН3— СН— (СН2)з —СНз	0,679	— 118,3	90,1
3-метилгексан	С7Н16	СНз 1 СНз —СН2 —СН—(СН2)2 —сн3	0,687	— 119,4	91,9
2,2-диметилпентан	С7н1в	СНз 1 СНз-С-(СН2)2-СНз 1 СНз	0,674	— 123,8	79,2
12
Продолжение табл. 1
Углеводороды	 сЧ 5 h s 5 L? «X 2 Q О	Строение	Плот- ность, г/см3		Температура, °C	
				плавления	6 С к S 5 з: х
2,3-диметилпентан	С7Н1в	сн3 снэ 1	1 сн3—сн-сн—сн2—сн3	0,695	—	89,8
2, 2, 3-триметил- бутан	с,н1в	СНз СН3 1 1 СНз—С—СН —СНз 1 СНз	0,690	—25	80,9
3-этилпентан	С,н1в	СНз—СН2 — СН — СН2 — СНз 1 С2Н5	0,698	—118,6	93,5
да. Типичным представителем нафтеновых углеводородов является
циклопентан
СН2
Н2С СН2
Н2С-СН2
Общая структурная формула нафтеновых углеводородов, состоя-
щих из одного кольца, СпН2п.
Нафтеновые углеводороды могут состоять из нескольких конден-
сированных колец или из кольца с присоединенными парафиновыми
цепями различного строения. Это обуславливает большое разнооб-
разие нафтеновых углеводородов. •
В топлива,- чаще всего, входят моноциклические нафтеновые уг-
леводороды, имеющие нафтеновое кольцо с боковыми цепями
(алкано-циклановые углеводороды). В табл. 2 приведены характер-
ные свойства нафтеновых углеводородов.
Нафтеновые углеводороды, как правило, входят в средние и
тяжелые фракции и имеют высокую химическую стабильность.
В сравнении с парафиновыми углеводородами они обладают боль-
шей плотностью, более высокой температурой кипения и несколько
меньшей весовой теплотой сгорания.
Эти соединения, обладая наиболее оптимальными свойствами,
являются в настоящее время более предпочтительными для авиа-
ционных топлив, чем другие группы углеводородов.
Ароматические углеводороды состоят из одного или нескольких
бензольных колец, а также бензольных колец с присоединенными
боковыми парафиновыми цепями.
13
Таблица 2
Характеристики нафтеновых углеводородов
Углеводороды	Эмпири- ческая формула	Строение		Плот- ность, г/см?	Температ у плавления	ра. °C кипе- ния
Циклопентан	с5н1П	Н..С—сн.,. ।	;сн2 h2c-chZ		0,745	—93,8	49,3
Метилцикло- пентан	С6Н12	сн^сн2 /с\ сн2 сн2 н		0,749	— 142,5	71,8
Этилциклопен- тан	с,н14	с с		СчНг ,СН2-СН3 /с\ 	/ 'Н н2 сн2	0,767	— 138,4	103,5.
Пропилцикло- пентан	СдНи	с с	^2	™2 .С3Н7 /с\ '  	/ Но сн2	0,776	— 117,3	130,9
Изопропилцик- лопентан	С8Н16	с с	М»2 /СН/СНз )с/ хсн3 Но сн2 н	0,777	— 111,4	126,4
1, 1,3-триме- тилциклопен- тан	С8Н1в	с с	Н2 С^2 СН3 Но сн2 СНз 1  сн3	0,748	— 142,4	104,9
Циклогексан	С6Н12	СНз	СН2 сн2/ Ун,- сн2 сн2		0,779	+6,5	80,8
Метилцикло- гексан	С7Н]4	СНз	СН2 Н2с/	>сн-снэ сн2 сн2		0,769	— 126,6	100,9
14
Первым углеводородом ароматического ряда является бензол,
для которого Ф. Кекуле в 1865 г. предложил следующую структур-
ную формулу:
СН
сн^^сн
chI^Jch
СН
Двойные связи бензольного кольца не имеют строго фиксиро-
ванного положения, как у других углеводородов, а непрерывно и
самопроизвольно меняются местами с одинарными. В связи с этим
структуру бензольного кольца, предложенную Кекуле, следует
принимать как условную. Общая структурная формула моноцикли-
ческих ароматических углеводородов СпН2п_в.
Ароматические углеводороды имеют по сравнению с парафино-
выми и нафтеновыми более высокую температуру и плотность, а сле-
довательно, и большую объемную теплоту сгорания. Они несколько-
более реакционно способны, чем парафины и нафтены. При сгора-
нии ароматических углеводородов образуется значительно больше
неполных продуктов сгорания (углерода), чем при сгорании пара-
финов и нафтенов. Кроме того, они более гигроскопичны. Характе-
ристики ароматических углеводородов приведены в табл. 3.
В последнее время все большее значение для авиационных топ-
лив приобретает объемная теплота сгорания. Существенно увели-
чить объемную теплоту сгорания можно, только включив в состав,
топлива значительное количество специально подобранных арома-
тических углеводородов, при этом не должны ухудшаться основные
эксплуатационные свойства топлива.
Сернистые соединения)^ авиационных топливах в небольшом
количестве (не более 0,25% весовых), но всегда имеются свободная
сера и сернистые соединения. Наиболее распространенными соеди-
нениями серы в топливах являются меркаптаны (RSH), сульфиды
(R—S—R), дисульфиды (R—S—S—R), тиофаны
СН2—СН2
I I
сн2 сн2
xs 7
и тиофены
СН-СН
II II
СН СН.
xs z
Свободная сера в топливе находится в растворенном состоянии.
Количество свободной серы строго ограничивается, так как она явля-
15
Таблица 3
Характеристика ароматических углеводородов
Углеводороды	Эмпири- чески я формула	Строение	Плот- ность, г/см*	Температура, °C	
				плавления	кипе- ния
Бензол	с6н6	СН	СН сн/	\сн СН	СН	0,879	+5,5	80,1
Метилбензол (толуол)	С7На	СН	СН СН^	^с—СН3 СН	СН	0,867	-95,0	110,6
1,2-диметил- бензол (О-ксилол)	СзН10	СН	СН сн^	^с—сн3 СН	с 1 СНз	0,880	—25,2	144,4
1,4-деметил- бензол (П-ксилол)	CgHio	СН	СН СНз-С^	^С-СН3 СН	СН	0,861	+ 13,3	138,4
Этилбензол	CsHjo	СН	СН НС'^	+С-С2Н5 СН	СН	0,867	—95,0	136,2
1,2,3-трнме- тилбензол (кумол)	CgH12	СН	СН СН^	^С-СНз С	С 1	1 СНз	СНз	0,894	—25,4	171,1
ется коррозионноактивным элементом. Типичный групповой состав
сернистых соединений реактивного топлива следующий:
Общее содержание серы в топливе, % весовые........... 0,2
Состав сернистых соединений, относительные % в пересчете на серу
меркаптаны............................................16
алифатические сульфиды ...............................44
ароматические »	  7
дисульфиды............................................10
элементарная сера ...................................  2
остаточные соединения ................................21
16
Приведенный состав сернистых соединений зависит от место-
рождения нефти, технологии производства и очистки топлива.
Среди сернистых соединений наиболее реакционно способными
являются меркаптаны (RSH), а наименее стабильными, подвержен-
ными процессам уплотнения и распада, являются меркаптаны и
дисульфиды.
Несмотря на то, что сернистые соединения находятся в топли-
вах в небольших количествах, они оказывают при повышенных тем-
пературах большое влияние на стабильность топлив, коррозионные
и противоизносные свойства.
Кислородные соединения. В отличие от других неуглеводородных
примесей кислородные соединения постоянно накапливаются в
топливе за счет окисления нестабильных углеводородов, сернистых,
азотистых и первичных кислородных соединений. По скорости окис-
лительных процессов судят о качестве топлив. Кислородные соеди-
нения, содержащиеся в топливах, можно разделить на органиче-
ские кислоты, простые и сложные эфиры и смолисто-асфальтовые
вещества.
Органические кислоты (R—СООН), присутствующие в топливах,
чаще всего нафтеновые, молекулы их содержат радикал нафтенов,
в основном циклопентанов, поэтому общую формулу кислот можно
написать в виде СпН2п_1СОЭН. Вместе с тем встречаются и алифа-
тические карбоновые кислоты, в молекуле которых R — радикал уг-
леводорода, имеющего ценную структуру.
Смолисто-асфальтовые вещества являются продуктами глубокого
окисления органических кислот, эфиров и спиртов при повышенных
температурах и каталитическом влиянии металлов.
5 Азотистых соединений в авиационных топливах, особенно в
Легких, очень мало, так как основная их часть сосредоточивается
в тяжелых фракциях нефти. Это, как правило, гетероциклические
соединения с атомом азота в одном или нескольких кольцах. Чаще
всего встречаются гомологи пиридина (1), хинолина (2), пиррола (3),
индола (4):
СН
НС СН
II I
НС СН
N
(1)
СН СН
НС С СН
I II I
НС С СН
ч/
СН —СН
II II
СН СН
NH
СН N
(2)
(3)
СН
НС С —СН
I II II
НС С СН
\\/ \/
СН NH
(4)
составляет менее
Гз^Кают влияние на эк-
В авиационных топливах содержание азота
0,1%. Но'даже такие малые количества о;
сплуатационные свойства топлив. /
В составе твердой фазы, выделенной^5/по1^\в, а также в со-
ставе нагаров, осадков на форсунках обвдр^ки\а€ая большое коли-
2 лк„.<..л ф 325830 Бвб-М\ 17
чество азотистых соединений. Это свидетельствует о том, что азотис-
тые соединения служат материалом для образования осадков,
нагаров, смол и т. п.
Минеральные примеси и вода. Содержание золы в авиационных
топливах не превышает 0,003% весовых. Зола образуется в резуль-
тате попадания в топливо почвенной пыли, продуктов коррозии ем-
костей и трубопроводов, продуктов износа деталей топливной аппа-
ратуры. Количество минеральных примесей резко увеличивается
при нарушении правил хранения и транспортирования топлив, а
также при увеличении коррозии и износа деталей топливной аппа-
ратуры при повышенных температурах.
Вода в топливе может находиться в растворенном состоянии и
в виде эмульсии. Общее содержание воды в топливах зависит от
температуры, атмосферного давления, влажности, а также условий
хранения, транспортировки и перекачки топлив. Общее содержание
воды в топливах колеблется в широких пределах от 0,001 до 0,1%.
Вода оказывает большое влияние на фильтруемость топлив и их
коррозионные свойства.
Глава II
МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
АВИАЦИОННЫХ ТОПЛИВ
1. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К АВИАЦИОННЫМ
ТОПЛИВАМ
Современные топлива для гражданской авиации должны удов-
летворять ряду требований, связанных с экономичностью, надеж-
ностью и долговечностью работы авиационной техники. Надежная
и долговечная работа летательного аппарата обеспечивается в том
случае, если применяемые топлива:
имеют оптимальный фракционный состав, дающий устойчивый
процесс сгорания на всех режимах работы двигателя и не вызываю-
щий образования паровых пробок в топливной системе при высот-
ных полетах;
не оказывают вредного влияния на детали топливной системы
самолета и двигателя;
обеспечивают надежную работу двигателей в широком интервале
внешних условий: температур, давлений, влажности и т. п.;
не изменяют своего состава и свойств при длительном хранении.
Экономичная работа летательного аппарата возможна в том слу-
чае, если применяемые топлива имеют низкую стоимость, высокую
теплоту сгорания и высокую плотность, химический и групповой
состав, обеспечивающий наиболее полный процесс сгорания, мало
испаряются при высотных полетах и длительном хранении.
18
Кроме того, топлива должны быть безопасными и не оказывать
вредного влияния на организм человека. Реальные топлива, как
правило, не обладают всем комплексом желаемых свойств.
На каждый сорт топлива, применяемый в гражданской авиации,
разрабатывается ГОСТ, в котором перечисляются основные физи-
ко-химические показатели качества топлива и даются допустимые
пределы их значений. ГОСТ является единственным документом, по
которому оценивается качество применяемого топлива в эксплуата-
ционных подразделениях гражданской авиации.
Каждая партия топлива, полученная на нефтеперерабатываю-
щем заводе, подвергается лабораторному анализу — определению
тех показателей качества, которые записаны в ГОСТе. Если зна-
чения показателей, определенные в лабораторных условиях, соответ-
ствуют значениям, записанным в ГОСТе, топливо считается годным
и отправляется в аэропорты гражданской авиации.
2. ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТОПЛИВ
И МЕТОДЫ ИХ ОЦЕНКИ
Все физико-химические свойства топлив можно условно разде-
лить на эксплуатационные и контрольные. По эксплуатационным
свойствам топлива судят о возможности его применения на тех или
иных двигателях, в тех или иных условиях. По контрольным свой-
ствам судят об идентичности партий топлива. Кроме того, контроль-
ные показатели являются необходимым дополнением к эксплуата-
ционным свойствам топлива.
Эксплуатационные свойства. В качестве топлив для современных
летательных аппаратов стремятся применять вещества, состоящие
из элементов или их соединений с наибольшей теплотой сгорания,
так как чем выше теплота сгорания топлив, тем меньше их удель-
ный расход и больше дальность полета летательного аппарата.
Теплота сгорания — одна из важнейших характери-
стик, позволяющая оценивать энергетические возможности топлива.
Теплотой сгорания топлив называют количество тепловой энер-
гии в килокалориях, выделяемое при сгорании 1 кг или 1 л топлива
в атмосфере кислорода или воздуха. В связи с этим теплота сгора-
ния может выражаться двумя способами: на единицу массы и еди-
ницу объема. Теплоту сгорания топлив определяют опытным путем
по ГОСТ 5080—55, сжигая в калориметре в атмосфере кислорода
0,5—0,6 г топлива и вычисляя затем количество тепловой энергии
по нагреву воды в калориметре (рис. 3).
Различают два значения массовой теплоты сгорания', высшую и
низшую. Высшей теплотой сгорания называется количество .'епло-
вой энергии, которое выделяется при полном сгорании единицы мас-
сы топлива при нормальном атмосферном давлении и охлаждении
продуктов сгорания до 25° С. В этом случае учитывается теплота,
выделившаяся при конденсации паров воды, находящейся в про-
дуктах сгорания.
2*
19
В двигателе теплота конденсации воды не используется, так как
вода выбрасывается вместе с продуктами сгорания в виде пара.
Поэтому в технике пользуются не высшей, а низшей теплотой сгора-
ния, которая не включает теплоту конденсации воды.
Наряду с определением теплоты сгорания топлива путем непо-
средственного сжигания его в калориметре существует метод вы-
числения теплоты сгорания по эмпирическим формулам. Прибли-
Рис. 3. Схема калориметрической установки
для определения теплоты сгорания топлива:
/—камера; 2 —мешалка; <3 —запальник; -/ — тигель с
испытуемым топливом; 5 —корпус калориметра; 6 —
электродвигатель
женно теплота сгораняя
топлива может быть под-
считана по формулам
Д. И. Менделеева
QB = 81C + 300H —
— 26 (О —S);
QH = 81С + 246Н —
— 26 (О—S)—6№,
где
QB — высшая теплота
сгорания топлива,
ккал /кг;
Qn — низшая теплота
сгорания топлива,
ккал/кг;
С - содержание угле-
рода в топливе, %;
Н — содержание водо-
рода в топливе,
%;
О — содержание кис-
лорода в топли-
ве, %
S — содержание серы
в топливе, %;
W — содержание воды
в топливе, %.
Для оценки теплоты сгорания топлив в ряде зарубежных стран
пользуются коэффициентом теплотворности. Коэффициент тепло-
творности представляет собой произведение плотности топлива, вы-
раженной в градусах АР/, на анилиновую точку в градусах Фарен-
гейта. Для перевода градусов АР/ в единицы плотности пользуются
формулой
,20	141,5
а 4 =--------------
131,5 + °АР/
Путем определения коэффициента теплотворности косвенно конт-
ролируется теплота сгорания.
20
Существует определенная связь между теплотой сгорания и
коэффициентом теплотворности топлив:
Теплота сгора-	Коэффициент
ния, ккал/кг	теплотворности
10 170	  4	500
10 280 ................................. 6	000
10 440 ................................. 8	250
10 500 ................................. 9	000
Для отечественных керосинов по данным Н. А. Рагозина ко-
эффициент теплотворности колеблется в пределах от 5590 до 5850.
Так как методы определения плотности и анилиновой точки
более просты, чем непосредственное определение теплоты сгорания,
то коэффициент теплотворности является более удобным (с точки
зрения метода определения) показателем, особенно для контроль-
ных определений в условиях эксплуатационных лабораторий. Су-
ществует и ряд других приближенных методов расчета теплоты
сгорания топлива, описанных в специальной литературе.
Теплота сгорания углеводородных топлив зависит от химического
состава и строения индивидуальных углеводородов, входящих в
состав топлива, и для углеводородов различных групп находится
в пределах 9500—10 500 ккал/кг. В табл. 4 приведены значения теп-
лоты сгорания на единицу массы и объема для элементов, обладаю-
щих наибольшей теплотой сгорания по сравнению с остальными
элементами периодической системы.
Таблица 4
Высшая теплота сгорания некоторых элементов
Элемент	Символ	Плот- ность, г[см*	Теплота сгора- ния		Состояние окисла
			ккал/кг |	ккал/л	
Водород* 		н	0,07	28 900	2 110	Газообразное
Бериллий 		Be	1,85	15 000	27 750	Твердое
Бор . . 			В	2,30	13 956	31 400	То же
Литий		Li	0,50	10 300	5 450	>
Углерод (аморфный) . . .	С	1,80—			Газообразное
		—2,10	7 840	15 700	
Алюминий		А1	2,70	7 290	19 700	Твердое
Кремний 		Si	2,00	7 160	14 350	То же
Магнии 		Mg	1,43	6 000	8 550	>
* Для водорода низшая теплота сгорания.
Как видно из табл. 4, только водород, бериллий и бор по массо-
вой теплоте сгорания превосходят углеводороды, поэтому выбор
топлив с более высокой теплотой сгорания весьма ограничен.
Теплота сгорания топлива зависит от соотношения углерода и
водорода в молекулах индивидуальных углеводородов. Чем больше
в топливе содержится водорода, тем выше теплота сгорания. Наи-
большую массовую теплоту сгорания имеют парафиновые углево-
21
дороды CnH2rt+2, которые содержат больше водорода по сравнению
с нафтенами СлН2л примерно в 1,1 раза и по сравнению с арома-
тическими углеводородами СлН2л_6— в 1.5 — 2 раза. Однако сле-
дует иметь в виду, что с переходом от парафиновых углеводородов
к нафтеновым и ароматическим увеличивается плотность углеводо-
родов; это приводит к увеличению объемной теплоты сгорания.
Испаряемость топлива является одной из главных экс-
плуатационных характеристик, так как она влияет на процессы сме-
сеобразования и горения, потери топлива при высотных полетах,
возможность образования паровых пробок в топливопроводах. Ис-
паряемостью жидкости называется способность ее переходить в газо-
образное состояние. О ней судят главным образом по двум показа-
телям: фракционному составу и давлению насыщенных паров.
Углеводородное топливо представляет собой жидкость сложного
состава, состоящую из большого количества индивидуальных угле-
водородов. Такая жидкость не имеет определенной температуры
кипения, процесс кипения происходит в некотором интервале тем-
ператур. Характеризовать испаряемость жидкостей сложного со-
става можно фракционным составом, т. е. предельными температура-
ми выкипания определенных объемных долей (фракций). Характер-
ными точками фракционного состава обычно считают температуру
начала кипения, температуру выкипания 10 , 50 , 90% объема топ-
лива и температуру конца кипения. Фракционный состав топлива
определяют по ГОСТ 2177—59 в лабораторных условиях на стан-
дартной установке, схема которой показана на рис. 4.
Рис. 4. Схема установки для определения фракционного со-
става топлива
22
В колбу 2 заливают 100 см3 испытуемого топлива и нагревают
горелкой 1. Пары топлива, проходя через холодильник 3, конден-
сируются и стекают в приемный мерный цилиндр 4. По термометру
отмечают температуру, при которой в мерный цилиндр падает пер-
вая капля (температура начала кипения), и далее температуры, при
которых в мерном цилиндре собирается определенный процент
конденсата (10,20, 30% и т. д.). За температуру конца кипения
принята температура выкипания 97,5—98% топлива.
Результаты испытания могут быть представлен^ в виде графи-
ка, позволяющего сравнивать между собой топлива различного,
фракционного состава (рис. 5).
Рис. 5. График фракционного соста-
ва авиационных топлив:
I—авиационный бензин; 2 —топливо ти-
па широкой фракции; 3 — авиационный ке-
росин
Рис. 6. Зависимость давления на-
сыщенных паров реактивных топлив
от температуры при соотношении
жидкой и паровой фаз
/—авиационный керосин; 2 —топливо ти-
па широкой фракции
При испарении жидкости в замкнутом сосуде одновременно
идет противоположный испарению процесс конденсации. Чем выше
давление паров над жидкостью, тем интенсивнее процесс конденса-
ции. При достижении некоторого давления наступает динамическое
равновесие: число молекул, покидающих поверхность жидкости,
равно числу молекул, возвращающихся в жидкость. Такое давле-
ние называется давлением насыщенного пара. Оно сильно зависит
от температуры (рис. 6). Как видно из приведенного графика,
давление насыщенных паров топлив более значительно меняется
при высоких температурах.
Для жидкостей, представляющих собой сложные смеси, давление
насыщенных паров зависит от соотношения объемов паровой и жид-
кой фаз. На рис. 7 приведен график зависимости давления насыщен-
ных паров авиационного бензина от соотношения жидкой и паровой
фаз при температурах 0°, 20° и 50°. При увеличении объема жидкой
фазы в 5 раз давление насыщенных паров при температуре 0° С уве-
личивается примерно в 3—3,5 раза, а при температуре 50° С —
в 2—2,5 раза.
Для определения давления насыщенных паров в лабораторных
условиях существует два метода: по ГОСТ 1756—52 и ГОСТ 6668—53.
23
Давление насыщенных паров топлив по ГОСТ 1756—52 опре-
деляется при температуре 38° С и соотношении паровой и жидкой
фаз 4 : 1 в приборе, схема которого изображена на рис. 8. Прибор
представляет собой стальную бомбу, которая состоит из двух камер,
причем объем нижней в 4 раза меньше объема верхней. При испыта-
нии нижнюю камеру заполняют испытываемым топливом и на нее
навинчивают верхнюю камеру, снабженную манометром. Собранный
прибор погружают в ванну с жидкостью, в которой поддерживает-
ся постоянная температура. После то-
го, как показания манометра пере-
станут изменяться, берут последнее
показание манометра и, внеся по-
правку на изменение давления возду-
ха от температуры, получают давле-
ние насыщенных паров топлива.
Определение давления насыщен-
ных паров по ГОСТ 6668—53 (метод
Валявского—Бударова) производит-
ся в специальном приборе (рис. 9).
Давление насыщенных паров оп-
ределяют по увеличению объема па-
ровоздушной смеси после испарения
топлива в бюретке при постоянном
давлении и соотношении жидкой и
то	паровой фаз 1:1.
Рис. 7. Зависимость давле-	т
ния насыщенных паров бензи- Определение производится следу-
на от соотношения жидкой и ющим образом: уравнительную склян-
паровой фаз	ку 12 заполняют водой и проверяют
прибор на герметичность. Устанав-
ливают в сосуде температуру 38° С. Открывают краны 6 и 9 и
заполняют бюретку 3 водой, поднимая уравнительную склян-
ку 12. Закрыв кран 9, опускают склянку на такой уровень, при
котором в бюретке должен оказаться требуемый объем воздуха.
Медленно открывая кран 9, сливают из бюретки воду и засасывают
воздух. Воздух выдерживают при температуре 38±0,1°С в тече-
ние 5 мин, и закрывают кран. При помощи трубки 7 подсоединяют
к прибору пипетку 8 с испытуемым топливом. Опускают уравни-
тельную склянку на предполагаемый уровень после расширения
смеси и, открывая кран 9, сливают топливо из пипетки в бюретку,
кран закрывают. Устанавливают уравнительную склянку так,
чтобы уровень жидкости в барометрической трубке был на одной
высоте с уровнем топлива в бюретке, и выдерживают 5 мин, после
чего отсчитывают объем паровой фазы по верхнему мениску топ-
лива в бюретке.
Давление насыщенных паров испытуемого топлива вычисляют
по формуле	-
=	(Ратм-49,7),
*2
24
где ps — давление насыщенных паров топлива, мм рт. ст.-,
Vi — первоначальный объем воздуха (до испарения топли-
ва), МЛ',
V2 — объем паровоздушной смеси (после испарения топли-
ва), мл;
Ратм — атмосферное давление, мм рт. ст.;
49,7—давление насыщенных паров воды в бюретке при тем-
пературе 38° С, мм рт. ст.
Рис. 8. Схема прибора
для определения давле-
ния насыщенных паров
по ГОСТ 1756—52:
/ — манометр; 2 — ванна с во-
дой; 3 — верхняя камера;
4—нижняя камера
Рис. 9. Схема прибора для определе-
ния давления насыщенных паров по
ГОСТ 6668—53:
/—сосуд с водой; 2— тройник; 3 —бюретка;
4 —барометрическая трубка; 5 — мешалка;
6— кран; 7 —соединительная трубка; 8 — пи-
петка; 9—кран; 10—термометр; 11—си-
фонная трубка; 12— уравнительная склянка;
13 — электронагреватель
Характеристики испаряемости топлив являются приближенными
показателями, так как они получены в условиях статического испа-
рения. Для более полной оценки испаряемости топлива необходимо
иметь характеристики, полученные в динамических условиях испа-
рения, т. е. когда топливо находится в виде капель, движущихся
в потоке воздуха. Однако в настоящее время метод определения ис-
паряемости топлива в динамических условиях испарения еще не
разработан.
Вязкость — свойство жидкости оказывать сопротивление
при перемещении одной ее части относительно другой. Другими
словами, вязкость — это характеристика внутреннего трения между
2В Аксенов А. Ф.	25
частицами жидкости. Различают динамическую и кинематическую
вязкость.
Динамической вязкостью называется сопротивление, возникаю-
щее на единице площади трущихся слоев жидкости при попереч-
ном градиенте скорости, равном единице.
Коэффициент динамической вязкости т] определяется уравне-
нием
F FM
и ==---=------,
Да S Да
О
м
где F — сила сопротивления, н;
S — площадь слоя, .и2;
Да	„	,
— поперечный градиент скорости, сек-1.
За единицу динамической вязкости в системе СИ принимается
вязкость, при которой на 1 м2 слоя жидкости действует сила в 1 н
при поперечном градиенте сек-1. Размерность динамической вяз-
кости— н-сек/м2 или кг/м-сек. В технике пользуются единицей
измерения динамической вязкости — пуазом (пз), причем 1 пз =
= 0,1 н-сек/м2.
Кинематической вязкостью называется динамическая вязкость,
приходящаяся на единицу плотности жидкости:
v = -3- ,
Р
где v — коэффициент кинематической вязкости, м2/сек~,
1] — коэффициент динамической вязкости, кг/м-сек;
р — плотность, кг/м3.
В технике пользуются единицей измерения кинематической
вязкости стоксом (ст), причем 1 ст = 1 смЧсек = 10-4 м2/сек, и
единицей в 100 раз меньшей стокса — сантистоксом (ccm); 1 сст =
= 0,01 смМсек = 10-0 м2/сек.
Вязкостью в 1 сст обладает вода при 20,2° С.
Измерение кинематической вязкости проводится в лаборатор-
ных условиях капиллярным вискозиметром по ГОСТ 33—53 (рис. 10).
Вязкость определяется по времени истечения жидкости из пузырька
вискозиметра между рисками а и б через капилляр, диаметр кото-
рого выбирается в зависимости от вязкости испытуемой жидкости.
Вязкость углеводородов, входящих в состав топлив, значительно
изменяется с изменением температуры. С повышением температуры
вязкость уменьшается. Вязкость бензинов настолько мала, что
практически не оказывает влияния на эксплуатационные характе-
ристики бензиновых систем самолетов. Вязкость керосинов оказы-
вает существенное влияние на ряд важных эксплуатационных ха-
рактеристик топливной системы самолетов, на процессы смесеобра-
зования и сгорания в двигателе.
26
Стабильность. Под стабильностью топлива понимается
способность его сохранять неизменными свои физико-химические
свойства в условиях хранения, транспортировки, заправки и про-
качки по топливной системе летательного аппарата. Все нефтяные
топлива являются нестабильными. Нестабильность проявляется
в том, что составные части их (углеводороды, сернистые, кислород-
ные и азотистые соединения) окисляются, полимеризуются и уплот-
няются. Скорости процессов окис-
ления, полимеризации, уплотне-
ния зависят от качества топлива
и от внешних условий.
Наиболее сильно ускоряют эти
процессы температура, катализато-
ры, кислород, свет и т. п. Оценка
стабильности топлив может произ-
водиться как по скорости окисли-
тельных процессов, так и по коли-
честву образующихся продуктов,
окисления, полимеризации, уплот-
нения.
В настоящее время оценка ста-
бильности топлив производится по
следующим показателям; по ко-
личеству фактических смол, вели-
чине индукционного периода, по-
казателям термической стабильно-
сти. Косвенными показателями ста-
бильности являются количество в
топливе непредельных углеводо-
родов, органических кислот, се-
ры и сернистых соединений. Эти
примеси значительно ускоряют
окислительные, полимеризацион-
ные и уплотнительные процессы
Рис. 10. Схема прибора для оп-
ределения кинематической вязко-
сти:
/ — электроподогреватель; 2 — сосуд с
водой; 3 — мешалка; 4— капиллярный
вискозиметр; 5 — термометр
в топливе.
Фактическими смолами называют продукты, которые остаются
в виде твердого или полужидкого остатка в стеклянном стакане после
быстрого и полного выпаривания из него топлива. Другими слова-
ми, это смолы, которые находились в топливе, в растворенном сос-
тоянии, а также частично образовавшиеся за время проведения
опыта. Для определения количества фактических смол в лаборатор-
ных условиях существуют два метода: по ГОСТ 1567—56 и по
ГОСТ 8489—58.
При определении по первому методу используется специальная
масляная термобаня (рис. 11).
Испытание проводят следующим образом: в тщательно промытые,
высушенные и взвешенные стаканы отмеривают по 25 мл испытуе-
мого топлива и ставят стаканы в карманы бани, нагретой до установ-
2В*	27
ленной температуры (для бензинов —150° С, для керосинов —
180° С). Включают подачу воздуха в стаканы и постепенно доводят
скорость подачи его до 55 л!мин. После полного выпаривания топ-
Рис. 11. Схема прибора
для определения факти-
ческих смол по ГОСТ
1567—56:
/—крышка; 2 —термометр;
3—тройник подачи воздуха;
/ — стаканы с испытываемым
топливом; 5 —карманы для
установки стаканов; 6 — зме-
евик подачи воздуха; 7 —
корпус масляной термоба-
ни; 8 — электроподогрева -
тель
лива и охлаждения стаканы взвешивают. Затем определяют коли-
чество фактических смол в миллиграммах на 100 мл топлива по
формуле
у  (б2-б,)100
25
где X — количество фактических смол, лгг/100 мл топлива;
— вес чистого сухого стакана, мг\
G2 — вес стакана со смолами, мг.
Для определения количества фактических смол по ГОСТ 8489—58
(метод Бударова) применяется прибор, схема которого показана на
рис. 12. Измерительным цилиндром отмеривают дистиллированную
воду и наливают ее в стаканы для воды (при испытании бензинов —
25 мл, при испытании керосинов — 35 мл). Отмеривают по 25 мл
бензина или по 30 мл керосина и заливают в стаканы, которые ставят
в карманы бани, нагретой до установленной температуры (для бен-
зинов — 160° С, для керосинов — 180° С). Выпаривание проводит-
ся под струей водяного пара. После полного выпаривания топлива
стаканы охлаждают и взвешивают, затем расчетным путем опреде-
ляют количество фактических смол. Результаты определения фак-
тических смол выражают в мг! 100 мл топлива.
Индукционный период характеризует склонность топлива к
смолообразованию. Эта характеристика является весьма важной и
28
определяется по ГОСТ 4039—48 в приборе, схема которого показана
на рис. 13. В стеклянную колбу наливают 100 мл топлива, покры-
вают часовым стеклом и помещают в специальную металлическую
Рис. 12. Схема прибора для определения фактических
смол по ГОСТ 8489—58:
/ — электроподогреватель; 2 — соединительный канал; 3 — ста-
кан для воды; 4 — корпус; 5 — крышка; 6 — карман для пере-
грева водяного пара; 7 — термометр; 8 — соединительный ка-
нал; 9 — крышка; /4? —трубка подачи водяного пара; // — па-
роотводная трубка; 12— стакан с испытуемым топливом; 13 —
холодильник; 14 — конденсатор; 15 — сифонная трубка
бомбу. Бомбу наполняют кислородом под давлением 7 кГ/см2Допус-
кают в кипящую воду и выдерживают в ней до тех пор, цока мано-
метр на бомбе не покажет падения давления. Это означает, что топ-
ливо начало окисляться, т. е. в нем стали образовываться смолы.
Время в минутах, в течение которого давление в бомбе оставалось
постоянным при температуре топлива 100° С, называется индук-
ционным периодом. Чем больше индукционный период,
тем более устойчиво топливо в отношении смолообразования, тем
дольше его можно хранить, не опасаясь образования смол.
Термическая стабильность топлива характери-
зует его устойчивость к образованию осадков при нагревании в
присутствии воздуха и металлов. Она имеет особо важное значение
для топлива сверхзвукового самолета. Под действием высоких тем-
ператур и каталитического влияния металлов в топливе могут про-
исходить глубокие химические изменения с образованием осадков
в виде жидких и твердых веществ.
Термическая стабильность определяется по ГОСТ 11802—66 при-
бором ТСРТ-2 (рис. 14). Сущность метода заключается в окислении
топлива в приборе при температуре 150° С в течение 5 ч в присутст-
вии электролитической меди. Окислившееся топливо фильтруют
через обеззоленный бумажный фильтр и взвешиванием определяют
29
количество образовавшегося осадка. Одновременно контролируется
давление в бомбе, которое устанавливается через 1,5 ч после на-
чала опыта. Для топлива Т-2 давление должно быть 1,7—2,0 к.Г1см\
для ТС-1 — 1,0—1,5 кГ/см- и
Т. д.
В последнее время для оцен-
ки термической стабильности
топлив в динамических усло-
виях разработаны специальные
лабораторные установки, на ко-
торых замеряется перепад дав-
ления на фильтре. Зависимость
перепада давлений на фильтре
от температуры фильтрующего
топлива может служить пока-
зателем стабильности топлив
Рис. 14. Схема прибора для опреде-
ления термической стабильности по
4ГОСТ 11802—66:
/—термостат; 2 — манометр; 3—контакт-
ный термометр; 4 —ртутный термометр;
5 — стальная бомба; б — стакан; 7 —стек-
лянный стержень; 8 — металлическая пла-
стина
Рис. 13. Схема прибора для опреде-
ления индукционного периода:
/—трубка; 2— металлическая бомба; 3 —
часовое стекло; 4— колба с испытуемым
топливом; 5 — сосуд с водой; б— электро-
подогреватель
при повышенных температурах. Для стабильных топлив перепад
давлений на фильтре практически не зависит от температуры топ-
лива. Для малостабильных топлив перепад давлений возрастает
с увеличением температуры топлива. На рис. 15 приведена прин-
ципиальная схема установки для определения термической ста-
бильности в динамических условиях.
30
Коррозионные свойства. Углеводородная часть современных
нефтяных авиационных топлив практически не вызывает коррозии
металлов и сплавов. Коррозионная агрессивность обусловливается
главным образом присутствием в топливе таких веществ, как сера,
сернистые соединения, органические кислоты, вода, азотистые со-
единения и др. Коррозионная агрессивность топлива зависит от
его стабильности. Малостабильные топлива, как правило, более
коррозионно активны. Коррозионные свойства оцениваются по
следующим показателям: испытанию на медной пластинке, коли-
честву серы и сернистых соединений в топливе, органической кис-
лотности.
Испытание на медной пластинке по ГОСТ
6321—52 производят следующим образом: пластинку из чистой элек-
тролитической меди стандартных размеров выдерживают в топливе
в течение трех часов при 50° С, затем ее поверхность сравнивают с
цветом пластинки, не подвергавшейся испытанию. Появление на
пластинке черных, темно-коричневых или'серо-стальных налетов
и пятен указывает на содержание в топливе активных сернистых
соединений, способных вызывать коррозию. При отсутствии изме-
нения цвета пластинки топливо считается выдержавшим испытание.
Рис. 15. Принципи-
альная схема уста-
новки с топливным
насосом турбореак-
тивного двигателя
для испытания топ-
лива циркуляционной
прокачкой:
/ — бак для топлива;
2 — клапан перепуска;
3—ротаметры; -/—фильтр;
5 — дроссельный кран;
6 — холодильник;	7 —
подкачивающий топлив-
ный насос; 8 — редуктор;
9 — 10 — электромоторы;
//—редуктор; 12 — топ-
ливные насосы высокого
давления;	/3 — тахо»
метр; 14 — манометр;
15 — термопара
13	15	14 /о
Количество серы в топливе определяют по ГОСТ 1771—
48 сжиганием 1,5—5,0 мл испытуемого топлива (в зависимости от
содержания серы в топливе) в приборе, схема которого показана на
рис. 16. При сжигании улавливают образующийся сернистый ан-
гидрид и определяют его количество объемным путем. По количест-
ву ангидрида судят о количестве серы в топливе.
31
Рис. 16. Схема прибора для оп-
ределения количества серы:
/ — адсорбер; 2 — брызгоулавливатель;
3 — ламповое стекло; 4 — лампа
Содержание меркаптановой серы в топливе
определяют по ГОСТ 6975—57 путем титрования испытуемого топ-
лива аммиачным раствором сернокислой меди. Меркаптаны, взаи-
модействуя с аммиачным раствором сернокислой меди, образуют
меркаптиды меди. Количество меркаптановой серы строго ограни-
чено в топливах, так как она вызы-
вает сильную коррозию металлов. .
Под органической кислотно-
стью понимают наличие в топливе
соединений кислотного характера,
способных вызывать коррозию ме-
таллов. К таким соединениям от-
носятся нафтеновые (RCOOH) кис-
лоты, фенолы (С6Н5ОН), асфаль-
теновые кислоты и т. п. Кислот-
ность топлив определяют по ГОСТ
6041—51. Топливо обрабатывают
кипящим этиловым спиртом, кото-
рый растворяет органические кис-
лоты, и оттитровывают раствором
едкого кали. Кислотность выра-
жают в мг КОН требующегося для
нейтрализации 100 мл топлива.
Низкотемпературные свойства
определяют поведение топлив при
понижении температур. О них су-
дят по температурам помутнения
и начала кристаллизации. Темпе-
ратурой помутнения называют тем-
пературу, при которой топливо на-
чинает мутнеть вследствие выде-
ления микроскопических капелек
воды, микрокристаллов льда или
углеводородов.
Температурой начала кристал-
лизации топлива называют макси-
мальную температуру, при кото-
рой в топливе появляются первые кристаллы, видимые невоору-
женным глазом.
Температуры помутнения и начала кристаллизации определяют
по ГОСТ 5066—56 следующим образом (рис. 17): стандартную стек-
лянную пробирку 2 с мешалкой 1 помещают в другую пробирку 4,
являющуюся воздушной баней, и все это помещают в сосуд 3 с охла-
дительной смесью. Топливо, налитое в пробирку с мешалкой, ох-
лаждают и наблюдают или за помутнением, или за появлением кри-
сталлов.
Огнеопасность топлива определяют по температуре вспышки и
по температуре самовоспламенения.
32
Температурой вспышки называется минимальная
температура, при которой пары топлива, нагреваемого в стандартных
условиях, образуют с окружающим воздухом смесь, вспыхивающую
при поднесении к ней пламени. Определение температуры вспыш-
ки топлив производится в приборе закрытого типа (рис. 18) по
ГОСТ 6356—52. Сущность определения заключается в следующему
прибор нагревают горел-
Рис. 18. Схема прибора закрытого типа!
для определения температуры вспышки:
/—рукоятка управления створками; 2 —тер-
мометр; 3 — механизм управления створками;
4 — крышка; 5 — зажигающее устройство; 6 —
стакан с испытуемым топливом; 7—мешалка;
8— корпус; 9 — электроподогреватель
Рис. 17. Схема прибора
для определения темпера-
туры помутнения и кри-
сталлизации
скоростью повышения температуры. При температуре на 10° С
ниже ожидаемой температуры вспышки начинают проводить
испытание на вспыхивание через 1°С для топлив с температурой
вспышки до 50° С и через 2° С — для топлив с температурой вспыш-
ки выше 50° С. За температуру вспышки принимают температуру,
показываемую термометром при появлении первого синего пламени
над поверхностью топлива. Она зависит от давления паров топлива:
чем выше давление, тем ниже температура вспышки. Температура
вспышки, определяемая в закрытом приборе, есть та температу-
ра, при которой давление паров данного топлива достигает 7—
10ммрт.ст. Если, например, температура вспышки топлива равна
33
35° С, то это значит, что при 35° С давление паров этого топлива
достигнет примерно 7—10 мм рт. ст.
Температурой самовоспламенения называет-
ся минимальная температура, при которой топливо'загорается само,
без постороннего открытого источника огня. Температура само-
воспламенения не является величиной постоянной и сильно зависит
Рис. 19. Схема прибора для определе-
ния нагарообразующей способности топ-
лива:
/—штатив; 2 — камера сгорания; 3 —сопло;
4 —форсунка; 5 —сосуд с испытываемым топ-
ливом
от применяемого метода оцен-
ки. В государственных стан-
дартах температура самовос-
пламенения топлив не нор-
мируется.
Нагарообразующая спо-
собность. При сгорании топ-
лив на деталях камеры сго-
рания отлагается нагар —
твердая пленка толщиной от
сотых долей до одноТо мил-
лиметра. Состав нагара весь-
ма сложен и до сих пор де-
тально не изучен. Однако до-
стоверно известно, что нагар
состоит из органической ча-
сти — продуктов глубокого
окисления и уплотнения уг-
леводородов, серы — азот-
органических соединений и
неорганической части — ча-
стиц продуктов износа, пы-
ли, продуктов неполного сго-
рания.
Длительное время нагаро-
образующая способность ави-
ационных топлив не оценива
лась, так как считали, что в
поршневых двигателях количество нагара не зависит ст свойств
топлив, а в реактивных — нагар не оказывает вредного влияния,
потому что количество его невелико. Эти взгляды в последнее
время значительно изменились и оценке нагарообразующей спо-
собности топлив начали придавать большое значение.
В связи с серьезностью проблемы нагарообразования в газотур-
бинных двигателях ведутся исследования по разработке методов
оценки нагарообразующей способности топлив в лабораторных
условиях. Уже имеются небольшие лабораторные приборы и уста-
новки, которые дают возможность в короткий срок на небольшом ко-
личестве топлива оценить его нагарообразующую способность.
Проф. Я. М. Паушкиным с сотрудниками разработан лаборатор-
ный прибор для оценки нагарообразующей способности (рис. 19).
При сжигании 2—3 г топлива нагар отлагается в сопловой части
34
камеры сгорания, количество нагара опреде-
ляется взвешиванием сопловой части.
Проф. Я- Б. Чертковым с сотрудниками
разработан прибор, на котором можно оцени-
вать нагарообразующую способность топлив при
различных режимах горения, характеризуемых
коэффициентом избытка воздуха от 0,5 до 4,5.
Расход топлива на одно определение — 1—3 мл.
Продолжительность испытания — 30 мин.
Наряду с прямыми методами определения
нагарообразующей способности топлив пользу-
ются и косвенными.
К ним относятся определение высоты не-
коптящего пламени и коэффициента дымления
и летучести.
Высота некоптящего пламени
определяется по ГОСТ 4338—48 на фитильной
лампе (рис. 20).
В сосуд 4 заливают 10 мл испытуемого топ-
лива. Фитиль лампы зажигают и замеряют по
шкале 1 высоту некоптящего пламени (точку
дымления по спецификациям США и Англии).
Чем больше высота некоптящего пламени,
тем меньше нагарообразующая способность. Это
подтверждается следующей зависимостью:
Рис. 20. Схема фи-
тильной лампы
для определения
высоты некоптя-
щего пламени;
1—шкала; 2—лам-
повое стекло; 3 —
камера сгорания;
/ — сосуд с испыты-
ваемым топливом
Высота некоптящего пламени (точ-
ка дымления), мм .............. 12 18 21 23 26 30 43
Количество нагара, г.......... 7,5 4,8 3,2 1,8 1,6 0,5 0,4
Для отечественных авиационных керосинов высота некоптящего
пламени допускается не менее 20—25 мм.
Коэффициент дымления и летучести вычисляется как сумма
двух слагаемых
КДЛ = В 4- О,42С204,4° с ,
где КДЛ — коэффициент дымления и летучести;
В — точка дымления;
С204,4 °с — количество фракций, выкипающих до 204,4° С, %
объемные.
Коэффициент дымления и летучести применяется в США и Ан-
глии для оценки нагарообразующей способности широкофракцион-
ных топлив. По спецификациям Англии величина коэффициента
дымления и летучести должна быть не ниже 52.
Наибольшей склонностью к нагарообразованию обладают арома-
тические углеводороды. В ГОСТе на авиационные топлива содержа-
ние ароматических углеводородов ограничивается: оно не должно
превышать 20% объемных. В зарубежных спецификациях на ряд
сортов введено ограничение на содержание в них ароматических
35
углеводородов, выкипающих при температуре выше 204,4° С, — не
более 3% объемных. В отечественных реактивных топливах по дан-
ным Н. А. Рагозина ароматических углеводородов, выкипающих
при температуре выше 204,4° С, содержится от 1,2 до 2,6%.
Противоизносные свойства. Оценке противоизносных свойств
реактивных топлив придается большое значение, так как топливо
является одновременно смазочной средой для сложных, дорого'-
стоящих топливных агрегатов.
Рис. 21. Принципиальная схема установки для определения
противоизносных свойств авиационных топлив при трении ка-
чения:
1— усилитель; 2— чувствительная балка ; «3 —топливная камера; 4 —го-
ловка; 5 — обойма подшипника; 6 — сепаратор; 7 — фильтр; 3 —топливный
бак; 9 — электродвигатель; 10 — манометр; 11—насос; 12— шкивы- 13 —
образец; 14 — микроамперметр; 15 — кран
Наиболее приемлемый способ оценки противоизносных свойств
топлив — это испытание их на специальных лабораторных уста-
новках или полностью имитирующих работу топливной системы ле-
тательного аппарата, или имитирующих основные процессы, про-
исходящие в трущихся деталях. Имитация топливной системы или
ее части приводит к значительному усложнению лабораторных уста-
новок, к увеличению времени испытания и количества топлива на
одно испытание.
Более правильно первый этап испытаний противоизносных
свойств топлив проводить на сравнительно простых лабораторных
установках, имитирующих основные процессы трения и износа.
36
На таких установках можно за короткий промежуток времени и на
малом количестве топлива определить основные противоизносные
характеристики топлива: зависимость износа от контактных на-
пряжений, скорости относительного перемещения трущихся деталей
и температуры топлива.
На рис. 21 и 22 приведены схемы лабораторных установок кон-
струкции А. Ф. Аксенова, А. А. Литвинова, А. И. Терехина,
Ю. Г. Некипелова для оценки противоизносных свойств топлив
при трении качения и трении скольжения.
Рис. 22. Принципиальная схема установки для определения противо-
износных свойств авиационных топлив при трении скольжения:
1—осциллограф Н-105; 2— усилитель 8АНЧ-7М; 3 — топливный бак* 4— образ-
цовый манометр; 5 — бак с азотом; 6 — камера теплоносителя; 7—подвижный
•блок; 8 —тензобалочка; 9 — шар; 10 — образец; 11— топливная камера; 12 — на-
гружающий аппарат; 13 — шкив; 14 — электродвигатель; 15 — термопара; 16—
микроамперметр; 17 — термостат ТС-16
Установка для оценки противоизносных свойств при трении ка-
чения состоит из узла трения, герметичной камеры привода, тер-
мостата, системы нагружения, системы прокачки топлива через
камеру, приспособлений для замера температуры топлива. Узел тре-
ния качения состоит из плоского образца и сепаратора с шариками.
Определение противоизносных свойств топлив на этой установке
производится следующим образом: собирается узел трения качения,
камера заполняется испытываемым топливом, создается необходи-
мый температурный режим и включается привод установки, устанав-
ливается требуемый режим прокачки и на образцах создаются задан-
ные контактные напряжения при помощи системы нагружения. После
37
испытания замеряется величина износа дорожки трения плоского
образца.
В процессе испытания регистрируется температура топлива.
По результатам испытаний определяется зависимость износа образ-
ца от контактных напряжений, температуры топлива и скорости
качения.
Установка для оценки противоизносных свойств реактивных
топлив при трении скольжения имеет те же принципиальные узлы
и системы (см. рис. 22). Узел трения состоит из плоского образца
d = 60 мм и трех неподвижных шаров d = 25 мм, прижимаемых
определенным осевым усилием к плоскому образцу. Величина из-
носа определяется по изменению диаметра пятна износа шаровых
образцов или по величине износа плоского образца.
Теоретической основой методов оценки противоизносных свойств
реактивных топлив на описанных установках является тот извест-
ный факт, что для любой трущейся пары существуют такие условия
(контактные напряжения, скорости относительного перемещения,
температура, смазочная среда и т. п.), при которых на поверхностях
трения развивается и устойчиво существует химический вид изно-
са, характеризующийся малыми скоростями износа, гладкими по-
лированными поверхностями трения и малыми коэффициентами
трения. При изменении этих условий химический вид износа пере-
ходит в износ схватыванием с весьма большой скоростью износа и
полным повреждением поверхностей вплоть до заклинивания.
Следовательно, в лабораторных условиях необходимо определить
границы существования химического износа для данного сорта топ-
лива и скорость химического износа.
Контрольные показатели. К ним относятся плот-
ность, йодное число, зольность, содержание механических приме-
сей, воды, водорастворимых кислот и щелочей, анилиновая точка.
Плотностью называют массу вещества, заключенную в
единице объема
В практике часто пользуются величиной относительной плотно-
сти, равной отношению плотности топлива при температуре замера к
плотности воды при температуре 4° С и нормальном атмосферном
давлении:
м
ji> _ Pm
U4 4O c .
Pb
Так как плотность воды при 4° С равна 1 г!см~, то относитель-
ная плотность топлива численно равна его плотности. В лите-
ратуре часто называют относительную плотность топлива просто
плотностью и обозначают <4 (/ — температура, при которой опре-
делена плотность).
38
При понижении температуры плотность увеличивается, при
повышении — уменьшается. Поэтому, чтобы получить соизмеримые
величины, принято плотность, замеренную при какой бы то ни было
. температуре, приводить к плотности при 20° С по следующей фор-
муле:
где d1° — плотность топлива при 20° С;
df4 — плотность топлива, замеренная при данной температуре;
у — температурная поправка к плотности;
t — температура топлива в момент определения плотности.
Средняя температурная поправка плотности может быть опре-
делена по формуле
у= (18,310—13,233<i40) Ю-4.
Плотность топлива зависит также от давления: с увеличением
давления она возрастает. Так, при увеличении давления до 100 кГ/см*
плотность возрастает в среднем на 2—3%. Плотность измеряется.'
по ГОСТ 900—47 ареометром, гидростатическими весами и пикно-
метром. Наиболее простой способ замера плотности — при помощи,
ареометра.
Йодное число — количество йода, выраженное в грам-
мах, присоединившегося к 100 г топлива. При обработке топлива
йодом он присоединяется к непредельным углеводородам, поэтому
по йодному числу судят о наличии в топливе малостабильных не-
предельных углеводородов. Например:
СН, = СН, +1, -> СН,1—СН21.
it	it 1 .Ы	it	it
Йодное число определяется по ГОСТ 2070—55 или ГОСТ 8997—59..
Зольность топлива определяют по ГОСТ 1461—52 следую-
щим образом: выпаривают 25 г топлива в тигле и остаток прокали-
вают до полного озоления. Полученную золу выражают в процентах,
к взятой массе топлива. Зольность является косвенной характерис-
тикой склонности топлив к нагарообразованию.
Механические примеси в топливе весьма опасны,
так как приводят к быстрому износу деталей топливной аппаратуры
и закупорке фильтров. Они определяются весовым способом по
ГОСТ 6370—59: 100 г топлива фильтруют через беззольный фильтр,
на котором и задерживаются механические примеси; затем фильтр
, высушивают и взвешивают. Полученные механические примеси вы-
ражают в процентах к взятой массе топлива. Содержание механиче-
ских примесей в топливе менее 0,005% принимают за отсутствие их.
Однако опыт эксплуатации авиационной топливной аппаратуры
свидетельствует о том, что механические примеси, содержащиеся
в топливе даже в количестве менее 0,005%, могут существенно уве-
личивать износ деталей топливной системы. Поэтому в настоящее
время разработаны более точные лабораторные методы определения
39.
•содержания механических примесей, позволяющие ограничивать
их содержание в топливе до 0,001%.
Содержание воды. Все топлива в той или иной мере
гигроскопичны. Содержание гигроскопической воды в авиацион-
ном топливе определяют по ГОСТ 8287—57. Метод основан на вза-
имодействии гидрида кальция с водой, содержащейся в топливе, и
измерении объема выделившегося
при этом врдорода:
СаН2 4- 2Н2О = Са (ОН2) + 2Н2О.
Рис. 23. Схема прибора для ко-
личественного определения гиг-
роскопической воды
Для количественного определе-
ния воды в топливе используется
специальный прибор (рис. 23). Ис-
пытываемое топливо в количестве
100 мл наливают в колбу <3. Проб-
ку-кран 4 с гидридом кальция ос-
торожно вставляют в шлиф колбы
так, чтобы заполненное гидридом
кальция отверстие было располо-
жено сверху. При помощи электро-
двигателя 1 приводят в действие
магнитную мешалку 2, при непре-
рывном вращении которой проис-
ходит насыщение парами топлива
колбы 3, дрекселя 5 и газовой бю-
ретки 9 приоткрытом кране 6 и за-
крытом кране 7. Поворачивают
пробку-кран 4 в шлифе на 180°,
при этом гидрид кальция высыпа-
ется в топливо.
Водород, выделяющийся из топ-
лива, собирают в бюретку, опус-
кая постепенно уравнительную склянку 8. Отсчеты объема выделив-
шегося водорода производят через каждые 5 мин до тех пор, пока
два последовательных отсчета будут различаться не больше чем
на'40,1 мм. Последний отсчет берут для расчета. По объему выделив-
шегося водорода расчетным путем определяют содержание воды в
топливе в весовых процентах.
Водорастворимые кислоты и щелочи. Ми-
неральные кислоты и щелочи в топливах не допускаются, так
как вызывают очень сильную коррозию металлов топливной аппа-
ратуры. Присутствие водорастворимых кислот и щелочей устанав-
ливают по ГОСТ 6307—60 реакцией на лакмус водной вытяжки.
Анилиновая точка — температура, при которой топ-
ливо и анилин CeH5NH2 смешиваются между собой в любых соот-
ношениях. Определение анилиновых точек основано на неодинако-
вой растворимости различных углеводородов в полярных раство-
рителях. Критическая температура растворения фракции парафино-
40
вых углеводородов, кипящих при температуре 95—122° С, в ани-
лине — 70,3° С, нафтенов — 40,3° С, а ароматических — 15° С.
Существует два метода определения анилиновых точек: равных
объемов и максимальных анилиновых точек.
В первом случае берут равные объемы анилина и углеводородов
и определяют температуру их полного смешения. Максимальную
анилиновую точку определяют при возрастающих количествах ани-
лина и фиксируют максимальную температуру, выше которой про-
исходит полное смешение обеих фаз во всех отношениях.
Метод анилиновых точек применяют для количественного опре-
деления ароматических углеводородов. Для этого пользуются ани-
линовыми коэффициентами, полученными на основе эксперименталь-
ных материалов и показывающими, какой процент ароматических
углеводородов в топливе вызывает снижение анилиновой точки
на 1° С. При увеличении содержания ароматических углеводородов
в топливе анилиновая точка понижается.
Глава IIT
ИНЖЕНЕРНЫЕ ОСНОВЫ
ПРИМЕНЕНИЯ АВИАЦИОННЫХ ТОПЛИВ
1.	СТАБИЛЬНОСТЬ ТОПЛИВ
ПРИ ТРАНСПОРТИРОВКЕ И ХРАНЕНИИ
С момента производства топлив до их применения в летательном
аппарате проходит, как правило, продолжительное время. Это свя-
зано прежде всего с тем, что в аэропортах должен быть определен-
ный запас топлив для бесперебойной работы. Кроме того, необхо-
димо время на транспортировку, фильтрацию топлив и другие опе-
рации. Продолжительность времени, в течение которого топливо
может использоваться по прямому назначению, регламентируется
специальными документами. Ограничение сроков хранения топлив,
а также строгие правила транспортировки и условий хранения вы-
званы тем, что все нефтяные топлива в той или иной степени изме-
няют свой первоначальный состав, а следовательно, и свойства.
Углеводороды, входящие в состав топлива, при длительном хра-
нении под действием кислорода воздуха, металлов, света, тепла и
других факторов способны окисляться с образованием смолистых
веществ, жидких и твердых осадков. Они могут образоваться в та-
ком количестве, что применение топлива станет невозможным.
При транспортировке и хранении топлива факторами, наиболее
сильно влияющими на его окисление и осмоление, являются: темпе-
ратура, величина поверхности соприкосновения с воздухом, при-
сутствие металлов, концентрация воды в топливе.
При повышении температуры процессы окисления и осмоления
ускоряются. Вследствие этого в летний период, особенно в южных
41
на 50%
Таблица 5
Действие металлов на осмоление
топлива (до, хранения топливо
содержало 5 мг смол на 100 мл
топлива)
И хра-
окис-
Содержание фак-
тических смол,
JW2/100 мл
науч-
авто-
мож-
Металл

районах, при хранении топлив в наземных емкостях образование
смолистых веществ идет быстрее, чем при хранении их в подземных
емкостях. Так, например, при хранении топлива в течение пяти
месяцев при температуре 15—20° С образовалось 9 мг смол на 100 мл
топлива, а при температуре 35—38° С — 53 мг, т. е. в 6 раз больше.
Чем больше поверх-
ность соприкосновения топ-
лива с воздухом и больше
объем воздушного прост-
ранства над топливом,тем
быстрее осмоляется топли-
во. На рис. 24 показана
зависимость содержания
фактических смол от про-
должительности хранения
топлива при различных
условиях заполнения емко-
сти. При прочих равных
условиях в емкости, запол-
ненной на 50%, через пять
месяцев в топливе накап-
ливается в 3—3,5 раза
больше смолистых веществ, чем в емкости; заполненной полностью
Ряд металлов, с которыми контактируют топлива при транспор-
тировке и хранении, являются катализаторами, ускоряющими оки-
сление и осмоление. Наиболее сильными катализаторами являются
цветные металлы: свинец, цинк,
алюминий, медь (табл. 5).
Вода, находящаяся в топли-
ве, при транспортировке 1
нении ускоряет процессы
ления и осмоления.
Наиболее правильное
ное объяснение процессов
окисления углеводородов
но дать исходя из теории цеп-
ных реакций. Под цепными ре-
акциями обычно подразумевают
такие, в результате которых на-
ряду с конечными продуктами
всегда образуется активирован-
ное исходное вещество или не-
стойкое промежуточное соедине-
ние. Короче говоря, в реакционной массе появляются
(радикалы), аккумулирующие в себе энергию реакции, и для про-
должения реакционной цепи практически не требуется подвода
энергии извне.
Наиболее обширные исследования цепных реакций, в частности
33
40
46
162
25
28
31
48
Железо . . .
Алюминий . .
Цинк . . . .
Свинец . . .
вещества
42
и процессов автоокисления, принадлежат акад. Н. Н. Семенову и его
ученикам.
Согласно цепной теории процессы автоокисления начинаются с
реакций зарождения цепи окисления. При этом наиболее вероятно,
что возникновение первичных радикалов может происходить за
счет взаимодействия молекул углеводорода с кислородом
RH + O2->R' + HOO'.
Развитие цепи реакции автоокисления представляется следую-
щим образом:
R' + O2->RO;; RO2+ RH R' + ROOH и т. д.
Таким образом первичным продуктом реакции является гидро-
перекись.
Однако эта простейшая схема не объясняет малой скорости реак-
ций автоокисления углеводородов, их автокаталитического характе-
ра и некоторых других факторов. Н. Н. Семенов высказал предполо-
жение о наличии так называемых «цепей вырожденного разветвле-
ния», суть которого состоит в том, что в результате первичной реак-
ции образуется промежуточное относительно устойчивое соедине-
ние, которое в дальнейшем независимо от основной реакции может
разлагаться, давая начало новым цепным реакциям. В процессе
автоокисления таким промежуточным соединением являются гидро-
перекиси. Разложение и дальнейшее превращение гидроперекиси
может идти по схеме
ROOH-> RO'+ ОН; RO' + RH-> R' + ROH;
OH+RH->R + H2o и t. д.
Поскольку каждая молекула гидроперекиси дает начало не-
скольким новым цепям, то скорость реакции резко возрастает.
Реакции обрыва цепи автоокисления могут происходить как пу-
тем рекомбинации двух радикалов, например R' + R'+R-R,
так и путем превращения гидроперекиси в неактивные устойчивые
конечные продукты-спирты, альдегиды, кетоны и т. д. С накопле-
нием конечных продуктов окисления скорость реакции падает.
В молекуле углеводорода связь С—С является более слабой, чем
связь С—Н, однако в большинстве случаев атака кислорода на-
правляется на связь С—Н. Н. Н. Семенов объясняет это тем, что
в молекуле углеводорода связь С—С защищена атомами водорода и
чтобы их раздвинуть, требуется затрата дополнительной энергии
(порядка 10—15 ккал). В таком случае разрыв связи С—Н стано-
вится энергетически более вероятным.
С энергетической точки зрения автоокисление должно проте-
кать прежде всего на третичной С—Н связи как наиболее сла-
бой. Первичная С—Н связь, наоборот, является достаточно проч-
ной и должна подвергаться окислению в наименьшей степени.
43
Парафиновые углеводороды относительно инертны к обычным
химическим реагентам, в том числе и к молекулярному кислороду.
При автоокислении н-парафинов окислению подвергается второй
от конца цепи атом углерода. При наличии в основной цепи раз-
ветвления окисление направляется на третичный углеродный атом.
При окислении н-парафинов образуются первичные моногидропе-
рекиси. При последующем окислении моногидроперекисей обра-
зуется дигидроперекись.
При разложении моногидроперекисей образуются спирты, аль-
дегиды и кетоны. При дальнейшем их окислений получаются более
«мелкие осколки» молекул. Основными же продуктами разложения
гидроперекисей являются оксикислоты.
Образовавшиеся альдегиды, кетоны и оксикислоты могут всту-
пать в реакцию поликонденсации с образованием твердых осадков.
В реактивном топливе, если рассматривать его под микроскопом,
можно обнаружить многочисленные твердые частички. В одном ку-
бическом миллиметре топлива таких частиц содержится несколько
тысяч штук, причем, чем меньше размер частиц, тем больше их коли-
чество. Достоверно установлено, что при транспортировке и хране-
нии топлива как с доступом воздуха, так и в герметичных резервуа-
рах количество частиц микрозагрязнений возрастает. Рост количест-
ва микрозагрязнений происходит не только за счет внешних загряз-
нений, но и за счет процессов, протекающих в топливе. Мелкие
частицы (до 5 мк) могут находиться во взвешенном состоянии весь-
ма длительное время, а частицы размерами более 5 мк постепенно
переходят в отстой или оседают на стенах резервуара. Таким обра-
зом, при хранении в топливе непрерывно идут процессы накопле-
ния и выпадения в виде твердой фазы микрозагрязнений.
Микрозагрязнения топлив состоят из трех постоянных компонен-
тов: органических и минеральных соединений и воды. В состав мик-
розагрязнений входят: углерод, водород, сера, азот, кислород и
зольные элементы (железо, кремний и др.).
Относительно большое количество кислорода в составе микро-
загрязнений свидетельствует о том, что их накопление в топливе и
выделение в виде твердой фазы связано с процессами окисления. В
свежем, незагрязненном, реактивном топливе количество микроза-
грязнений составляет 0,5—1,5 г/т. После длительного хранения в
железных резервуарах* это'количество может достигнуть 3—5 г/т,
а в особо неблагоприятных условиях (при интенсивном перемеши-
вании в контакте с водой) — 10—20 г/т. Следовательно, после
хранения топлива должны тщательно фильтроваться.
2.	ФИЛЬТРАЦИЯ ТОПЛИВ
Топлива, заправляемые в летательные аппараты, не должны со-
держать механических примесей и воды или содержать их в таких
количествах, которые не оказывают влияния на работу топливной
системы. В настоящее время существует многоступенчатая система
44
фильтрации топлив, предусматривающая удаление механических
примесей и воды на различных этапах транспортировки, хранения
и заправки в летательные аппараты. В качестве примера можно
рассмотреть следующую многоступенчатую схему фильтрации авиа-
топлив.
Первая ступень — фильтрация топлив при сливе их из транспорт-
ных средств в резервуары аэропорта. Фильтрация производится с
тонкостью очистки примерно 20—25 мк. Вторая ступень — фильтра-
ция при выдаче топлив из резервуара в топливозаправщик или в
систему централизованной заправки. На этой ступени предусматри-
вается фильтрация с тонкостью очистки примерно до 5—10 мк.
Третья ступень — фильтрация топлива фильтрами топливозаправщи-
ка и стационарных пунктов централизованной заправки при заправ-
ке летательных аппаратов с тонкостью очистки примерно до 5—7 мк.
Четвертая ступень — фильтрация топлива топливными фильтра-
ми летательного аппарата с тонкостью очистки примерно до 5—10 мк.
Необходимость многоступенчатой фильтрации объясняется тем,
что микрозагрязнения в топливах появляются как в результате за-
сорения топлива извне (атмосферной пылью, продуктами коррозии
топливопроводов и резервуаров и т. п.), так и в результате непре-
рывного окисления топлива в процессе хранения. Таким образом,
если топливо было тщательно очищено от загрязнений при сливе его
в резервуары, то через определенный срок хранения в топливе опять
накапливаются микрозагрязнения и необходимость фильтрации
возникает вновь.
Таблица 6
Характеристики фильтров для очистки топлив
Характеристика	Фильтр		
	ТФ-2М	ФГТ-30/60	СТ-500-2
Номинальная пропускная способность, л/мин 		500	500	500
Перепад давления на фильтре, кГ/см1 . .	0,3—1,5	0,3—2	1,5
Полнота очистки 		0,9	0,75	0,85
Тонкость очистки, мк 		20—25	30—35	20—30
Фильтрация топлив проводится специальными фильтрами тонкой
очистки с большой пропускной способностью. Для отделения взве-
шенной в топливе воды используются специальные фильтры-се-
параторы.
Характеристики фильтров тонкой очистки топлив в аэропортах
гражданской авиации приведены в табл. 6.
3.	ПРОКАЧИВАЕМОСТЬ ТОПЛИВ
Заправленное в топливные баки летательного аппарата топливо
должно в процессе работы силовых установок непрерывно подавать-
ся в камеру сгорания в строгом соответствии с заданным законом
45
топливоподачи. Непрерывность подачи топлива должна обеспечи-
ваться во всех условиях эксплуатации летательного аппарата (тем
пература, высота, влажность и т. д.).
Подача топлива при всех прочих равных условиях может на-
рушиться, если вязкость его становится больше расчетной или в
топливе начинает интенсивно выделяться новая фаза (твердая или
газообразная). С увеличением вязкости топлива (при низких тем-
пературах) увеличиваются потери напора в трубопроводах, так как
л г>	. L V2
APTnv6 = л — р — ,
ТР>6 da H2g
где L — длина трубопровода;
d, — эквивалентный диаметр (отношение учетверенной площади
приведенного сечения к периметру сечения);
р — плотность топлива, кг/м3',
и — скорость перекачки, м/сек',
g — ускорение земного притяжения, м/сек2',
к — коэффициент потерь на трение.
Для ламинарного потока и круглых трубопроводов
л 64v
А = --- ,
daW
где v — кинематическая вязкость, м2/сек.
Следовательно, существует такая критическая величина вязкости
vEp, при которой потери напора в трубопроводах возрастают на-
столько, что подача топлива может прекратиться.
Если создаются условия, при которых в топливе начинает обра-
зовываться новая фаза, особенно твердая или газообразная, пода-
ча топлива может нарушиться из-за забивки фильтров или возник-
новения кавитационных режимов работы насосов. Интенсивное
образование твердой фазы в топливе наблюдается при отрицательных
температурах, а образование газообразной фазы.— при высотных
полетах. В соответствии с этими условиями рассмотрим прокачивае-
мость топлив при низких температурах и при высотных полетах.
Прокачиваемость топлив при низких температурах. Современные
транспортные самолеты гражданской авиации могут эксплуатиро-
ваться при температурах минус 50—60° С. Прокачиваемость топлив,
при низких температурах может нарушиться в результате кристалли-
зации или застывания углеводородов, кристаллизации выделяю-
щейся из топлива воды, а также в результате чрезмерного повышения
вязкости топлива. Авиационные топлива, выпускаемые отечествен-
ной промышленностью, должны иметь температуру начала кристал-
лизации не выше —60° С. Температура кристаллизации углеводоро-
дов зависит от их химического строения и молекулярного веса.
Как показали многочисленные исследования, почти все углеводо-
роды, выкипающие до 200° С, имеют температуру начала кристалли-
зации ниже —60° С и могут использоваться как основа для получе-
ния авиационных керосинов. Из углеводородов, выкипающих при
46
температуре выше 200° С, рекомендуется использовать моноцикли-
ческие ароматические и циклановые, а также парафиновые (алканы)
изомерного строения. Эти углеводороды также имеют температуру
начала кристаллизации ниже —60° С. Парафиновые углеводороды
нормального строения, полициклические, ароматические и нафте-
новые, выкипающие при температурах выше 200° С, могут кристал-
лизоваться при температурах выше —60° С. Эти углеводороды мо-
гут использоваться в качестве компонентов авиационных топлив.
только в таких количествах, которые не приводят к повышению
температуры кристаллизации топлива выше —60° С.
Прокачиваемость при низких температурах может нарушиться
в результате замерзания воды, находящейся в топливе в растворен-
ном состоянии (гигроскопическая вода), в виде эмульсий или в сво-
бодном состоянии.
Все углеводороды способны растворять определенное количест-
во воды. Растворимость воды (гигроскопичность) зависит от хими-
ческого строения и молекулярного веса углеводородов, а также от
внешних факторов: температуры топлива, влажности воздуха над
топливом, атмосферного давления.
В наибольшем количестве вода растворяется в ароматических
углеводородах. Близки к ним по растворяющейся способности не-
предельные углеводороды. Наи-
меньшее количество воды раство-	Таблица 7
ряют парафиновые углеводоро-
ды (табл. 7).
С увеличением молекулярно-
го веса углеводородов умень-
шается их гигроскопичность.
С повышением температуры раст-
воримость воды в углеводородах
увеличивается (рис. 25).
Вследствие различного хими-
ческого состава и разного моле-
кулярного веса керосины и бен-
Влияние химического строения
углеводорода на его гигроскопич-
ность
Углеводород	Растворимость воды, % весовые, при температуре	
	1 0° с	20° С
Изооктан ....	0,0037	0,0055
Циклогексан . .	0,0049	0,0087
Бензол 		0,0400	0,0570
зины обладают разной гигроскопичностью, что видно из рис. 26,
где приведена растворимость воды в различных топливах по дан-
ным Н. А. Рогозина.
Проведенные Н. А. Рогозиным работы показали, что имеются две
формы гигроскопичности жидкостей: необратимая и обратимая.
Гигроскопичность жидкости называется необратимой, если по-
глощаемая жидкостью вода при изменении температуры и влажности
не выделяется в виде самостоятельной жидкой фазы. Такой гигро-
скопичностью обладает, например, этиловый спирт, который по мере
поглощения влаги разбавляется и его концентрация понижается.
Спирт аккумулирует поглощаемую влагу, связывает и не выделяет
ее при самых резких изменениях температуры и влажности воздуха.
Если жидкость не только поглощает и растворяет в себе влагу,
но при изменении температуры и влажности воздуха выделяет из
47
себя ранее растворенную влагу в виде самостоятельной жидкой фазы,
то гигроскопичность такой жидкости называется обратимой. Подоб-
ной гигроскопичностью обладают нефтяные топлива. Скопление в
реактивных топливах свободной воды, образование в них кристаллов
льда, а также инея на стенках емкостей при хранении обусловлены^
обратимой гигроскопичностью топлив.
Обратимая и необратимая гигроскопичность жидкостей объяс-
няется формами взаимодействия молекул воды с молекулами
Рис. 25. Зависимость растворимо-
сти воды в углеводородах от тем-
пературы:
/—бензол; 2 — толуол; 3 — ксилол; 4 —
циклогексан; 5 — изооктан
Рис. 26, Растворимость воды
в различных сортах авиацион-
ных топлив:
/—бензин; 2 — топливо типа широ-
кой [фракции; 3 — облегченный ке-
росин; -/—керосин
жидкости. В жидкостях, обладающих необратимой гигроскопич-
ностью, молекулы воды входят в химическую связь с молекулами
жидкости. В жидкостях, обладающих обратимой гигроскопичностью,
молекулы воды занимают межмолекулярное пространство в жидко-
сти и химически не реагируют с ней.
Растворы воды в углеводородах и топливах ввиду малой раство-
римости воды очень разбавлены. Вследствие этого они подчиняют-
ся закону Генри
С - -- kp,
где С — концентрация воды в углеводороде или топливе, г/л;
р — парциальное давление паров воды, мм рт. ст.;
k — коэффициент пропорциональности, г/(л-мм рт. ст.).
Исследования показали, что коэффициент пропорциональности
___________________________Гтах
РвЭС ’
где Стах —• максимально возможная концентрация воды в углево-
дороде или топливе, г/л;
рГ—давление насыщенных паров воды, мм рт. ст.
48
Тогда
С — Сшах — Стах <р,
Рв
где ф — относительная влажность воздуха.
Следовательно, концентрация воды в углеводороде или топливе
при постоянной температуре прямо пропорциональна относитель-
ной влажности воздуха. Указанная зависимость для некоторых
температур показана на рис. 27.
Так как относительная влажность воздуха непостоянна, то не-
постоянно и содержание воды, растворенной в топливе. С повыше-
Рис. 27. Зависимость растворимости
воды в керосине от относительной
влажности воздуха
Рис. 28. Зависимость раство-
римости воды в авиационных
топливах от атмосферного дав-
ления:
/—бензин; 2 — облегченный керо-
син; 3— керосин; -----<р = 75%;
-------¥=100%
нием относительной влажности воздуха топливо насыщается водой
из воздуха и содержание растворенной воды возрастает. С пониже-
нием относительной влажности воздуха содержание воды в топливе
уменьшается.
Содержание воды, растворенной в топливе, уменьшается также
и при снижении атмосферного давления (при подъеме самолета).
Зависимость эта, как видно из рис. 28, имеет прямолинейный ха-
рактер независимо от относительной влажности воздуха.
При понижении температуры, влажности или давления выделе-
ние гигроскопической влаги из топлива происходит двумя путями:
в виде тонкодиспертированных капель воды и путем испарения.
Если при постоянной влажности воздуха резко меняется темпе-
ратура, то из-за изменения растворимости воды в топливах избыточ-'
ная влага выпадает в виде тонкодиспергированных капель, которые
вначале находятся во взвешенном состоянии, а затем оседают на дно
емкости или при отрицательных температурах образуют мельчайшие
кристаллы льда. При постоянной температуре или при незначитель-
ном ее изменении, когда относительная влажность воздуха ниже
100%, происходит испарение гигроскопической влаги из топлива.
3 Аксенов А. Ф.	49
Влага из топлива будет испаряться до тех пор, пока не будет до-
стигнуто некоторое равновесие между концентрацией влаги в топли-
ве и концентрацией паров воды в воздухе.
Конденсация влаги из воздуха вследствие изменения температуры
может происходить не только на металлических стенках топливных ,
баков, но и на поверхности охлажденного топлива. Причем влага,
конденсирующаяся на поверхности топлива, не замерзает сразу,
а вначале растворяется или в виде взвеси распространяется в топ-
ливе.
Образование и рост кристаллов льда в обводненных топливах
возможны только в переохлажденной или пересыщенной по отно-
шению к кристаллизующемуся веществу (воде) среде. Степень пере-
сыщения или переохлаждения среды целиком определяется темпе-
ратурой и химическим составом среды.
Вода, выделяющаяся из топлива, имеющего температуру ниже
0° С, в виде мельчайших капель, быстро замерзает во всем объеме топ-
лива, образуя мелкие кристаллы льда, которые вследствие малых раз-
меров и плотности удерживаются во взвешенном состоянии и в те-
чение длительного времени не оседают на дно. Однако не всегда вы-
деление микрокапель воды при отрицательных температурах сопро-
вождается образованием микрокристаллов льда. Объясняется это
способностью капель воды переохлаждаться, при этом степень пере-
охлаждения повышается при уменьшении размера капель воды. Со-
стояние переохлаждения неустойчиво, и поэтому при перемешива-
нии и перекачке топлива, содержащего переохлажденные капельки
воды, мгновенно образуются кристаллы льда.
Переохлаждение топлива приводит к случаям, наблюдавшимся во
время зимней эксплуатации самолетов, когда топливо, находясь в
топливозаправщике, не содержало кристаллов льда, а после его
перекачки и заправки в баки самолета в топливе обнаруживались
кристаллы льда.
Центрами кристаллизации выделяющейся воды могут быть кри-
сталлы углеводородов и частицы механических примесей. Выделяю-
щаяся из топлива вода при изменении температуры, влажности или
атмосферного давления находится в виде эмульсии воды с топливом.
Эмульсия воды в топливе может образоваться также при нарушении
правил транспортировки, хранения, перекачки, когда в топливо
попадает свободная вода. Эмульсию воды с топливом очень трудно
обнаружить и удалить из топлива, поэтому она представляет боль-
шую опасность для нормальной работы систем и агрегатов летатель-
ного аппарата. Эмульсия — это, как известно, смесь двух жидкостей,
где одна жидкость распределена в другой в виде мельчайших капе-
лек. Размеры капелек воды в водо-топливных эмульсиях находятся
в пределах 10—40 мк.
Главная опасность эмульсионной воды заключается в том, что
она может вызвать обмерзание фильтров и нарушить работу топ-
ливной системы самолета. Капельки воды размером 10—40 мк могут
часами находиться во взвешенном состоянии, а в среде холодного
50
топлива очень быстро охлаждаются, принимая температуру топли-
ва, и при этом способны к значительному переохлаждению.
Многочисленными исследованиями отечественных и зарубежных
ученых установлена следующая закономерность: чем меньше диа-
метр капель воды в эмульсии, тем до более низкой температуры воз-
можно их переохлаждение. Капли размером 10 мк могут переохлаж-
даться до —41° С, капли размером 50 мк — до —36° С, капли раз-
мером 100 мк — до —30° С и т. д.
При встрече потока топлива, содержащего в себе переохлажден-
ные капли эмульсионной воды, с фильтрами грубой и тонкой очист-
ки происходит соударение переохлажденных капель эмульсионной
воды с твердой холодной поверхностью фильтра. В результате пере-
охлажденные капли воды мгновенно превращаются в лед, вызывая
обмерзание сетки фильтров.
При значительном обводнении топлив размеры капелек воды
могут быть значительно больше 40—50 мк. Вода сравнительно быстро
оседает на дно емкости и располагается отдельным слоем. Это так
называемая свободная вода в топливах. Она легко обнаруживается
визуально и сравнительно легко удаляется.
Наличие кристаллов льда в топливе может быть также результа-
том осыпания, сползания и смывания инея со стенок емкостей и
баков самолетов.
Для предотвращения образования кристаллов льда в топливе и
обмерзания топливных фильтров существуют различные способы
как конструктивные, так и физико-химические.
К конструктивным способам относятся подогрев Доплива или
фильтра, впрыск специальной жидкости на фильтр в момент забива-
ния последнего кристаллами льда, омывание фильтра топливом,
которое подается под давлением от специального насоса (гидро-
смыв) и др.
Физико-химические методы предотвращения образования кри-
сталлов льда в топливе и обмерзания топливных фильтров основаны
на устранении обратимой гигроскопичности нефтяных топлив и
перевода их в гигроскопичность необратимую. Практически это
достигается путем введения в топливо различных присадок, раство-
ряющихся в топливе и обладающих высокой необратимой гигро-
скопичностью. Такими присадками могут быть Некоторые спирты,
эфиры и другие соединения. Наиболее эффективным из них оказал-
ся этилцеллозольв — моноэтиловый эфир этиленгликоля, предло-
женный Б. А. Энглиным.
Добавленный в топливо этилцеллозольв, смешиваясь с каплями
эмульсионной воды, находящимися в топливе, образует антифриз
(вода ф- этилцеллозольв) с низкой температурой замерзания.
Таким образом, при добавлении этилцеллозольва в топливе будет
находиться не эмульсия воды, а эмульсия низкозамерзающего ан-
тифриза. Этим предотвращается опасность образования переохлаж-
денных капель и кристаллов воды, следовательно, и опасность за-
купорки и обмерзания самолетных топливных фильтров.
3*	51
Как уже указывалось, гигроскопичность топлива зависит от
температуры: чем выше температура топлива, тем больше воды оно
может поглотить. На этом свойстве основан один из методов борьбы
с кристаллообразованием —• вымораживание воды из обводненных
топлив.
Вымораживание воды из топлива производится путем хранения
его в наземной емкости не менее трех суток при температуре ниже
—10° С.
Чем ниже температура топлива, тем больше гигроскопической
воды выделяется из него. После вымораживания воды топливо обя-
Рис. 29. Зависимость вяз-
кости авиационных топлив
от температуры:
1 —керосин; 2— облегченный
керосин; 3 — топливо типа ши-
рокой фракции; 4 — бензин
зательно должно быть профильтровано
через фильтр тонкой очистки топливо-
заправщика для удаления из него кри-
сталлов льда.
Вымораживание является менее эф-
фективным способом борьбы с кристал-
лообразованием в топливах по сравнению
с добавкой этилцеллозольва. Даже дли-
тельное вымораживание при низких тем-
пературах не устраняет полностью обра-
зования кристаллов льда. Оно только
уменьшает количество растворенной во-
ды в топливе и тем самым уменьшает
потенциальную возможность образова-
ния кристаллов льда в топливе, залитом
в баки самолета.
С понижением температуры топлива
увеличивается его вязкость и плотность.
Изменение вязкости в зависимости от из-
менения температуры топлив показано
на рис. 29. Вязкость топлив оказывает большое влияние на про-
качиваемость топлива и в особенности на качество его распыле-
ния.
При значительном увеличении вязкости топлива ухудшается
прокачиваемость и качество его распыления, так как снижается
скорость истечения топлива из форсунки, увеличивается размер ка-
пель и уменьшается угол распыления.
Вязкость реактивных топлив при температуре минус 65—70° С
настолько увеличивается, что они теряют подвижность и очень
трудно сливаются и прокачиваются.
Существующими стандартами на реактивные топлива температу-
ра, при которой топливо теряет подвижность (температура застыва-
ния), не нормируется, но практически можно считать, что эта тем-
пература на 5—10° ниже температуры начала кристаллизации.
Чрезмерно вязкое топливо при прокачивании по топливной си-
стеме оказывает большое сопротивление, что вызывает разрыв струи
топлива и как следствие этого перебои в подаче его к топливному
насосу.
52
Прокачиваемость топлив при высотных полетах. С увеличением
высоты полета летательного аппарата, а следовательно, с уменьше-
нием атмосферного давления возрастает испаряемость топлива, из
топлива выделяются растворенный воздух и другие газы. В этих
условиях по топливной системе будет перекачиваться не однород-
ная жидкость, а смесь, состоящая из жидкости и парогазовых пу-
зырьков. С увеличением высоты полета объем парогазовой фазы
увеличивается и может достигнуть такой величины, при которой на-
рушается нормальная работа топливных насосов. Производитель-
ность насоса резко уменьшается вследствие возникновения кави-
тационного режима работы, при этом нарушается прокачиваемость
топлива по топливной системе. Кавитация (лат. cavitas — углуб-
ление, полость) — это образование парогазовых пузырьков в дви-
жущейся жидкости.
При прочих равных условиях интенсивность кавитации увели-
чивается при использовании топлив с большим давлением насыщен-
ного пара. Наибольшая кавитация возникает, если топливо кипит,
т. е. когда давление насыщенных паров топлива равно внешнему
давлению. Таким образом, чем больше давление насыщенных па-
ров топлива, тем меньше высота, на которой это топливо закипит
и будет наблюдаться наибольшая кавитация. Так, например,
топливо с давлением паров, равным 360 мм рт. ст. при 20° С,
закипит на высотке 9,5 км, а топливо с давлением паров, равным
40 мм рт. ст. при 20° С, закипит на высоте 20,5 км.
При перекачке топлива по топливной системе на отдельных ее
участках давление, под которым находится топливо, может, быть
даже меньше внешнего атмосферного давления. Следовательно, для
определения высотности топливной системы необходимо сопостав-
лять давление насыщенных паров топлива не с атмосферным давле-
нием, а с наименьшим давлением, под которым находится топливо в
топливной системе. Таким давлением является давление на входе в
топливный насос (рвс). Если давление насыщенных паров топлива
(рнас) меньше, чем давление на входе в насос, то заметной кавитации
нет и насос работает нормально. Если давление насыщенных паров
топлива равно или больше, чем давление на входе в насос, то воз-
никает кавитация, производительность насоса резко уменьшается,
прокачка топлива нарушается.
Следовательно,
Рве	Рнас "Е ^РкЗв»
где рвс —давление всасывания, мм рт. ст.',
Рнас —давление насыщенных паров топлива, мм рт. ст.',
^Ркав — величина кавитационного запаса, мм рт. ст.
Таким образом, при высотных полетах прокачиваемость топлива
будет определяться давлением его насыщенного пара.
Уменьшить образование паровых пробок при высотных полетах
можно либо применением более тяжелых по фракционному составу
топлив, либо некоторыми эксплуатационными или конструктивными
53
мероприятиями. Так, например, определенные результаты дает ох-
лаждение топлива перед полетом. Этот метод достаточно прост и,
кроме уменьшения давления насыщенных паров топлива, позволяет
увеличивать вес топлива, заправленного в топливные баки (за счет
увеличения плотности топлива).
С подъемом на высоту наряду с испарением топлива идет процесс ’ •
выделения растворенного в топливе воздуха, который значительно
ускоряет образование паровоздушных пробок, а следовательно, и
кавитационных режимов работы насосов.
Бензины растворяют примерно 20—25% объемных воздуха, керо-
сины—13—15% объемных.
Растворимость воздуха в парафиновых углеводородах более
высокая, чем в ароматических.
Растворимость воздуха в топливах значительно меняется от
внешнего давления. По мере понижения внешнего давления рас-
творимость воздуха в топливах падает. Вследствие этого при
подъеме летательного аппарата на высоту растворенный в топливе
воздух начинает выделяться из него. Выделившийся воздух через
суфлирующую систему выходит из баков самолета, унося с собой
и пары топлива, вызывая его потери. Выделение из топлива избы-
точного воздуха при наборе высоты значительно облегчает воз-
никновение кавитации в топливной системе, так как объем выде-
ляемого воздуха достаточно велик и может достичь нескольких сотен
литров на каждые 1000 л топлива (если учитывать расширение воз-
духа вследствие уменьшения давления с набором высоты).
Выделение из топлива избыточного воздуха при наборе высоты,
как правило, запаздывает, особенно при большой скороподъемности.
На высоте более 8000 м это может привести к кратковременному
вскипанию топлива. Особенно бурно вскипает пересыщенное воз-
духом топливо при перемешивании, например при эволюциях само-
лета или при перекачке топлива из одного бака в другой. Происходя-
щая при этом кратковременная кавитация в трубопроводах, вызы-
вающая колебание давления топлива, не представляет практиче-
ской опасности, если только она не явится поводом к неправильным
действиям экипажа'.
Растворимость в топливе кислорода, азота и инертных газов,
являющихся компонентами воздуха, различна. При 15,5° С коэффи-
циент растворимости кислорода в керосине равен 0,0285, азота —
0,0157. Вследствие этого, кислород растворяется в топливе в боль-
шей пропорции, чем его содержится в воздухе. Поэтому газовая
смесь, которая выделяется из топлива, богаче кислородом, чем
обычный воздух. Объемное отношение азота к кислороду в ней со-
ставляет 2,07 : 1, тогда как у воздуха оно равно 3,76 : 1. Это явле-
ние увеличивает пределы взрываемости смесей, образующихся с па-
рами топлива.
Кроме того, газ с повышенным содержанием кислорода являет-
ся более агрессивной средой, чем обычный воздух, е отношении
коррозии материалов.
54
4.	ВЛИЯНИЕ ТОПЛИВА НА КОРРОЗИЮ ДЕТАЛЕЙ ТОПЛИВНОЙ
АППАРАТУРЫ И ДВИГАТЕЛЯ
Рис. 30. Зависимость коррози-
онной агрессивности авиацион-
ных керосинов от концентра-
ции элементарной серы:
1 — бакинский; 2 —грозненский;
3 —из сернистой нефти
При эксплуатации топлив наблюдается коррозия деталей не-
которых агрегатов топливной системы и двигателя. Различают
два вида коррозии:
жидкофазная коррозия агрегатов топливной системы;
газовая высокотемпературная коррозия стенок камеры сгора-
ния, выходного сопла и деталей газовой турбины.
Основными коррозионноактивными компонентами топлив при
жидкофазной коррозии являются некоторые сернистые и кислород-
ные соединения, а также присутствую-
щая в топливе вода. Среди сернистых
соединений наиболее коррозионноак-
тивными являются элементарная сера
и меркаптаны.
Элементарная сера вызывает кор-
розию главным образом деталей топ-
ливной аппаратуры, изготовленных
из сплавов меди. На рис. 30 показано
влияние элементарной серы на корро-
зию тп и количество коррозионных
отложений т0 на сурмянистой бронзе
ВБ-24. Коррозионный процесс сопро-
вождается вначале разрушением по-
верхности бронзы, затем на ней обра-
зуются значительные коррозионные
отложения черного цвета, которые в
последующем откалываются от по-
верхности и скапливаются в топливе
в виде черных нерастворимых осадков. Чем больше в топливе эле-
ментарной серы, тем интенсивнее развиваются эти процессы.
Исследованиями установлено, что процесс коррозии сплавов
меди под влиянием элементарной серы нельзя рассматривать как
процесс, протекающий на поверхности металла. Основная масса
элементарной серы из топлива проникает в глубь сплава, вступает
там во взаимодействие с его компонентами и нарушает его первона-
чальную структуру.
При температурах 120—150° С в глубь бронзы может проникать
50—95% всей элементарной серы, присутствующей в топливе.
Серьезные затруднения при эксплуатации возникают при ис-
пользовании топлив, обладающих повышенной коррозионной агрес-
сивностью, вследствие присутствия в них меркаптановой серы. Наи-
более чувствительными к действию меркаптановой серы оказываются
бронзовые и кадмированные детали топливной аппаратуры. При ра-
боте двигателей на топливах широкой фракции и облегченного
керосина с повышенным содержанием меркаптановой серы отмеча-
лось появление коррозионных отложений на бронзовых деталях
55
топливной аппаратуры и появление студенистых отложений на кад-
мированных деталях топливного насоса. Часть коррозионных отло-
жений, попав в топливо, забивает проходные сечения форсунок,
нарушает работу топливных регуляторов и т. п. Коррозионная аг-
рессивность топлив возрастает при увеличении содержания в них
меркаптановой серы, что иллюстрируется данными табл. 8.
Таблица 8
Влияние меркаптановой серы на коррозионную агрессивность топлива
широкой фракции при 60Q С за 100 ч
Содержание серы в топливе, %		Коррозия, а/л2	
всего	в том числе мер-' каптановой	медь	бронза ВБ-24
0,14	0,002	0,8	1,1
0,15	0,005	2,5	3,5
0,15	0,010	3,1	7,6
0,17	0,025	6,2	12,3
0,23	0,050	9,3	14,2
При повышенных температурах коррозионная агрессивность
сернистных соединений очень резко усиливается. Так, например,
при повышении температуры с 95 до 12Q° С коррозия бронзы топ-
ливом широкой фракции увеличивается в 1,5—2 раза.
Повышенная кислотность топлива и присутствие в нем воды во
многих случаях усиливают коррозию топливной системы. Вода и
обводненное топливо вызывают коррозию преимущественно сталь-
ных деталей топливной системы. Коррозия проявляется в виде мест-
ных потемнений, отдельных пятен, ржавчины и мелких точечных по-
ражений поверхностей металла. При этом в топливе образуются
коричневые хлопья, состоящие из гидроокиси железа. Эти хлопья
могут забить топливные фильтры, а также заклинить плунжерные
пары топливных насосов. В табл. 9 приведены данные о влиянии
обводненности топлива на его коррозионную агрессивность.
1	Таблица 9
Влияние концентрации воды на коррозионную агрессивность авиационного
керосина
Топливо	Число суток, по истечении которых проявляется коррозия у сталей				
	20	40	15	38XA	хвг
Товарное 		7-10	15-20	15—20	15—20	70—75
Осушенное 		360	240	270	270	400
Из таблицы видно, что после осушки топлива его коррозионная
агрессивность понижается в несколько раз.
56
Наличие серы и ее соединений в топливах может быть причиной
коррозии деталей камер сгорания двигателей/ При сгорании топли-
ва в поршневом двигателе в продуктах сгорания обнаруживается
серный ангидрид (SO3). При растворении серного ангидрида в воде,
сконденсировавшейся на стенках цилиндров двигателя, образуется
серная кислота различной концентрации, которая вызывает сильную
коррозию стенок цилиндров, поршневых колец и других деталей
двигателя. Присутствие паров воды и углекислоты в продуктах сго-
рания и их конденсация на стенках цилиндров двигателя также
может явиться причиной возникновения коррозионного процесса.
В камерах сгорания реактивных двигателей коррозия стенок
камеры сгорания, сопла и деталей газовой турбины вызывается как
сернистыми соединениями, так и некоторыми металлами, содержа-
щимися в топливе в виде золы.
Основным компонентом, входящим в состав жаростойких
сплавов и сталей, из которых изготавливаются камера сгорания,
газовая турбина и реактивное сопло, является никель. При сгора-
нии всех сернистых соединений топлива образуется сернистый газ.
В условиях температур выше 1000° С может образоваться сернистый
никель, что приводит к образованию эвтектики никель—сернистый
никель. Так как температура плавления этой эвтектики равна при-
близительно 650° С, она выгорает и вызывает разрушение деталей.
Присутствующие в золе топлив металлы, выполняя роль катали-
заторов, способствуют развитию коррозионных процессов. Наибо-
лее активными металлами, способствующими развитию коррозион-
ных процессов в камерах сгорания, являются ванадий и натрий.
Механизм ванадиевой коррозии можно представить следующим
образом. Образующаяся после сгорания пятиокись ванадия (темпе-
ратура плавления 685° С) в жидком виде осаждается на металличе-
ских поверхностях газового тракта.
Ванадий обладает переменной валентностью и в условиях высо-
кой температуры легко отдает часть кислорода железу, которое при
этом разрушается, образуя окислы. Пятиокись ванадия превраща-
ется в четырехокись (с выделением атомарного кислорода, который
окисляет железо), но при контакте с избытком кислорода в газовом
тракте снова регенерируется в пятиокись. Таким образом, ванадий
может играть роль переносчика кислорода — катализатора газовой
коррозии.
5.	ПРОТИВОИЗНОСНЫЕ СВОЙСТВА
АВИАЦИОННЫХ ТОПЛИВ
Долговечность и надежность агрегатов топливных систем совре-
менных и перспективных летательных аппаратов зависит главным
образом от износостойкости многочисленных трущихся пар скольже-
ния и качения, работающих в среде топлива. Износостойкость тру-
щейся пары, как известно, зависит от трех групп факторов:
ЗВ Аксенов А. Ф.	57
внешние условия работы трущейся пары: контактные напряже-
ния, скорость скольжения (или качения), объемная температура;
материал поверхностей трения и геометрия контакта: твердость
материалов, чистота обработки, химическая активность материалов
и т. п.;
свойства среды, в которой работает трущаяся пара.
Если предположить, что по конструктивно-технологическим
соображениям первая и вторая группа факторов заданы, то износо-
стойкость трущейся пары зависит только от третьей группы факто-
ров, т. е. от свойств среды, ее вязкости, маслянистости, химической
и физической активности и т. п. В топливных системах летатель-
ных аппаратов трущиеся пары работают в среде авиационного топ-
лива. Поэтому третья группа факторов это совокупность свойств
топлив, влияющих на износостойкость трущихся пар. В дальней-
шем все свойства топлива, влияющие на износостойкость трущейся
пары, будем называть одним термином — противоизносные свойст-
ва топлива.
Противоизносные свойства топлива — это совокупность его
свойств, изменяющих износ трущейся пары, работающей в среде дан-
ного топлива, в сравнении с износом этой же трущейся пары в среде
эталонного топлива при всех прочих равных условиях. Противоиз-
носные свойства топлива должны оцениваться или величиной изно-
са трущейся пары, или величинами других параметров, функцио-
нально связанных с износом трущейся пары. Другими словами, глав-
ным и определяющим параметром противоизносных свойств является
величина износа трущихся пар. Методы оценки противоизносных
свойств топлив описаны в гл. II.
Изучению взаимодействий трущихся поверхностей с жидкой сре-
дой был посвящен ряд фундаментальных исследований П. А. Ре-
биндера, Б. Д. Дерягина. А. С. Ахматова, Ф. П. Боудена, Д. Тей-
бара, Г. В. Виноградова, Г. И. Фукса, Н. Л. Голего и др.
В настоящее время известны основные направления процессов,
протекающих в поверхностных слоях трущейся пары при взаимо-
действии их с жидкой средой. Однако процессы физико-химических
взаимодействий жидкой среды с поверхностью трущихся пар на-
столько сложны, что для их детальной расшифровки требуются
новые глубокие исследования.
В настоящее время можно достоверно говорить о следующих про-
цессах взаимодействия жидкой среды с поверхностями трущихся
пар.
Адсорбция из жидкой среды поверхностно-активных молекул и
образование на поверхностях трения моно- или полимолекулярного
граничного слоя, обладающего специфичными свойствами, отличны-
ми от свойств жидкой среды и твердой поверхности. Этот весьма тон-
кий пристенный граничный слой толщиной 0,1—1,0 мк выполняет
роль смазочной пленки, противостоит непосредственному контакту
поверхностей трения. При этом уменьшаются сила трения и из-
нос трущихся поверхностей.
58
Внедрение отдельных молекул или групп молекул жидкой среды
в микротрещины поверхностей трения, или по межкристаллитным
плоскостям поверхностей трения приводит к облегчению микро-
пластических деформаций поверхностных слоев, облегчению процес-
сов диспергирования и т. п., что в свою очередь приводит к улучше-
нию прирабатываемости трущихся пар,
снижению сил трения и износа.
Химическое взаимодействие компонен-
тов жидкой среды с материалом поверхно-
стей трения. Результатом такого взаимо-
действия являются новые химические ве-
щества. В зависимости от их свойств они
могут или выполнять роль тонких смазоч-
ных слоев, уменьшая трение и износ, или
увеличивать износ за счет интенсивного
выкрашивания с поверхностей трения.
Поверхностный слой металла обладает
большой активностью, так как у атомов, рас-
положенных на поверхности, имеются сво-
бодные связи, не компенсированные соседни-
ми атомами. Благодаря этому поверхность
металла притягивает из внешней окружаю-
щей среды атомы или молекулы различных
газов, паров жидкостей/ В результате на
поверхности образуются тончайшие плен-
ки. Явление образования на поверхности
твердого тела тончайших пленок газов,
паров или растворенных в жидкости ве-
ществ называется адсорбцией. Наибольшей
способностью к адсорбции на твердых по-
верхностях обладают поверхностно-актив-
ные вещества, к которым относятся орга-
нические кислоты, их металлические мы-
ла, спирты и смолы.	*,
Характерной особенностью поверхностно-активных веществ явля-
ется несовпадение центров тяжести положительных и отрицательных
зарядов в их молекулах; даже в изолированном состоянии в их мо-
лекулах существуют как бы два противоположных пространственно
разделенных заряда. На рис. 31 показана схема'расположения на-
сыщенных молекул жирной кислоты (RCOOH) при- сцеплении их с
решеткой металла. Насыщенный адсорбционный моносло-й образу-
ется, таким образом, из плотно расположенных молекул, ориенти-
рованных параллельно друг другу и поверхности тела. Конец мо-
лекулы, присоединяющийся к металлу, подобен маленькому’маг-
ниту, и его называют полярным или активным.
У всех органических кислот и их мыл активной является карбо-
ксильная группа СООН, у спиртов—гидроксил ОН и т. п. Молеку-
лы веществ, адсорбированных на поверхности твердого тела, обла-
 ЗВ*	59
Рис. 31. Схема располо-
жения насыщенной мо-
лекулы жирной кислоты
при сцеплении с решет-
кой металла (размеры в
миллиметрах)
дают способностью перемещаться по поверхности из мест, где име-
ется их избыток, в места, где их недостаточно до полного покрытия
поверхности.
Адсорбция бывает физическая и химическая. При химической
адсорбции (хемосорбции) полярные концы молекул, связываясь с
поверхностью тела, образуют на ней монослой своего рода химиче-
ского соединения. Подвижность молекул в результате этого сильно
ограничивается. Хемосорбция в отличие от физической адсорбции
носит избирательный характер; она протекает с большей интенсив-
ностью в местах нарушений кристаллической решетки включения-
ми или незаполненными узлами.
Во многих случаях физическая и химическая адсорбция проте-
кают одновременно, но одна из них является преобладающей. Так,
имеются основания считать, что при нормальных температурах
адсорбция жирных кислот на металлических поверхностях носит
в основном физический характер, а при повышенных температурах —
химический.
Адсорбироваться на металлических поверхностях могут и не-
полярные насыщенные молекулы углеводородов. Адсорбция в дан-
ном случае происходит под влиянием поляризации неактивных угле-
водородных молекул электрическим полем металлической поверх-
ности. Прочность и устойчивость такой- адсорбированной пленки
мала. Интересно, что если добавить в жидкость, состоящую из непо-
лярных углеводородных молекул, незначительное количество (около
0,1%) поверхностно-активного вещества, то на поверхностях будет
образовываться достаточно прочный граничный слой, состоящий
из монослоя поверхностно-активных молекул и нескольких слоев
строго ориентированных неполярных молекул углеводородов рас-
творителя (рис. 32).
Граничные слои находятся в особом агрегатном состоянии, отлич"
ном от твердого и жидкого. Структура граничных слоев по некоторым
характеристикам напоминает структуру кристаллического твердого
тела. В связи с этим ее называют квазикристаллической (лат.
quasic — как будто, будто бы).
Граничные слои в направлении, перпендикулярном к поверх-
ности твердого тела, обладают весьма большой прочностью и способ-
ны выдерживать большие удельные нагрузки (до 1000 кГ/смг).
Вместе с тем в тангенциальных направлениях требуются очень не-
значительные усилия для сдвига одного слоя относительно другого.
Эта особенность граничных слоев придает им свойства хороших сма-
зочных пленок. При повышении температуры и достижении крити-
ческого ее значения квазикристаллическая структура граничного
слоя нарушается, происходит как бы расплавление пленки. Моле-
кулы теряют способность к адсорбции, происходит их дезориента-
ция. Температура разрушения граничного слоя жирных кислот на
химически неактивных металлах равна 40—80° С, а на химически
активных — 90—150° С.
60
Поверхностно-активные молекулы, попадая на твердую поверх-
ность, занимают всю свободную поверхность за счет способности
перемещаться (мигрировать). Перемещаясь, молекулы проникают в
микротрещины на поверхности раздела зерен, в незаполненные узлы
кристаллической решетки. При этом значительно понижается сво-
бодная поверхностная энергия твердого тела, что в свою очередь
приводит к облегчению пластического течения в поверхностном слое.
Это действие поверхностно-активных веществ известно как эффект
адсорбционной пластификации.
Впервые эффект адсорбционной пластификации обнаружил
и изучил академик П. А. Ребиндер.
Рис. 32. Влияние адсорбированного мо-
нослоя полярных молекул на ориен-
тацию неполярных молекул раствори-
теля
Рис. 33. Схема адсорбционно-
расклинивающего действия по-
лярных молекул смазки:
F—давление адсорбированного
слоя; Q —расклинивающие силы
Поверхностно-активные молекулы, попадая в микротрещины
поверхностей трения и достигая мест, где ширина зазора равна раз-
меру одной-двух молекул, стремятся своим давлением расклинить
трещину (рис. 33). Это явление известно под названием адсорбцион-
но-расклинивающего эффекта, что также впервые было обнаружено
и изучено акад. П. А. Ребиндером. Подсчитано, что давление на
стенки трещины может достигать до 1000 кГ/см1. Адсорбционно-рас-
клинивающее действие поверхностно-активных молекул также при-
водит к облегчению пластических деформаций в поверхностном слое
и к понижению прочности металла. При трении металлов это при-
водит к лучшей приработке деталей и снижению величины силы
трения. Однако адсорбционно-расклинивающее действие может
приводить к увеличению износа трущихся пар за счет облегчения
процессов диспергирования поверхностных объемов металла.
Жидкая среда, в которой работает пара трения, может содержать
химически активные по отношению к материалу поверхностей тре-
ния вещества или элементы. В результате химического взаимодейст-
вия компонентов жидкой среды и материала поверхностей трения
образуются тончайшие пленки на поверхностях трения. Эти пленки
могут играть роль твердых смазок, предотвращая контакт и свари-
61
вание металлов при трении. Одним из наиболее распространен-
ных химически активных компонентов углеводородной жидкой среды
является растворенный кислород.
В авиационных керосинах может раствориться 3,67 —
4,95 с,и3/100 мл. Такого количества вполне достаточно, чтобы кис-
лород активно реагировал с металлом поверхностей трения, об-
разуя окислы этих металлов.
В топливах имеются сероорганические соединения, которые при
высоких температурах и давлениях на контакте трения могут разла-
гаться с выделением серы. Сера, реагируя с металлом поверхностей
трения, образует сульфиды. Химически активными по отношению к
металлическим поверхностям при трении являются также фосфор,
хлор и др.
Если пары трения работают при высоких температурах, больших
удельных давлениях и скоростях относительного перемещения, то
долговечность, надежность и малые износы обеспечиваются только
правильным подбором химически активных компонентов жидкой
среды.
Авиационные топлива, в среде которых работают многочисленные
пары трения топливных агрегатов, содержат то или иное количест-
во поверхностно-активных или химически активных веществ. Коли-
чество этих веществ и их эффективность зависят от химического со-
става нефти, из которой получено топливо, технологии получения
его, способа и глубины очистки. Все эти факторы, по-видимому,
должны влиять на противоизносные свойства того или другого
типа топлива.
Существенное улучшение противоизносных свойств топлив может
быть достигнуто введением специальных присадок. Однако для бо-
лее правильного выбора сырья, технологии получения, метода очист-
ки, типа и количества присадок необходимо провести капитальные
исследования противоизносных свойств топлив и их составных
частей.
Автором совместно с сотрудниками была проведена серия иссле-
дований по выяснению влияния ряда факторов на противоизнос^
ные свойства авиационных'топлив. Исследования проводились на
лабораторных установках, описанных в гл. И.
Прежде всего необходимо было выяснить, насколько отличаются
между собой топлива различных типов, например Т-1, ТС-1, Т-7,
но рекомендованных для одних и тех же летательных аппаратов.
Оказалось, что в одних и тех же условиях испытания эти топлива
существенно различаются между собой по противоизносным свой-
ствам.
В лабораторных условиях при трении скольжения противоизнос-
ные свойства топлив мы предложили оценивать величиной К, ко-
торая находится из следующего выражения:
р" ы
к = ^<рДэ 100)
62
где К — показатель противоизносных свойств, %;
£*кр — критическая нагрузка начала схватывания металлов при
трении в эталонном топливе, кГ.
РкР — критическая нагрузка начала схватывания металлов при
трении в испытуемом топливе, кГ;
Иа — износ металлов в испытуемом топливе, мм\
Ид — износ металлов в эталлонном топливе, мм.
Если, например, за эталон принять топливо Т-1, то для него по-
казатель К. = 100%, тогда для топлива ТС-1 К = 65%, а для топ-
лива Т-7 К = 38%. Чем больше показатель К, тем лучше противо-
износные свойства тодаива. Большое различие в противоизносных
а—испытания в лабораторных условиях по показателю К; б — испытания на стендах по
износу в мм; 1 -ТС-1 —хабаровский; 2 —ТС-1—ангарский; 3 — ТС-1 —грозненский;
4— ТС-1—Омск—шаимский; 5—ТС-1—новополоцкий; 6 — ТС-1—омск — тюменский; 7—,
ТС-1—рязанский
свойствах топлив Т-1, ТС-1 и Т-7 можно объяснить их разным фрак-
ционным и химическим составом. Если состав топлива оказывает
большое влияние на противоизносные свойства, то может оказаться,
что топлива одного типа, но полученные из нефтей разных месторож-
дений, будут иметь различные противоизносные свойства.
На рис. 34 приведены результаты испытаний топлив ТС-1, полу-
ченных из нефтей разных месторождений. Как видно, топлива
значительно отличаются по своим противоизносным свойствам как
при испытании их в лабораторных условиях по показателю К
(рис. 34, а), так и при испытании на стендах (рис. 34, б). Следует
отметить очень хорошее совпадение результатов лабораторных испы-
таний со стендовыми.
Таким образом, противоизносные свойства авиационных реактив-
ных топлив зависят от их .состава, а так как состав топлив меняется
в зависимости от месторождений нефти, следовательно, топлива од-
ного типа могут иметь различные противоизносные свойства.
Часто в практической деятельности отождествляют вязкость
жидкости и ее противоизносные свойства. Чем больше вязкость жид-
кости, тем противоизносные свойства лучше. Это правильно только
для гидродинамического режима трения (см. главу VIII). Для гра-
63
ничного трения вязкость и противоизносные свойства не всегда явля-
ются тождественными понятиями. Для того чтобы экспериментально
показать это, мы взяли несколько топлив различной и близкой вяз-
кости и испытали их на лабораторных установках. Результаты ис-
пытаний представлены на рис. 35. Как видно, топлива одного уров-
ня вязкости могут в десятки и сотни раз отличаться друг от друга по
противоизносным свойствам и, наоборот, топлива могут обладать
практически одинаковыми противоизносными свойствами, но зна-
чительно отличаться по уровню
Рис. 35. Противоизносные свой-
ства топлив различной вязкости:
/—ундекан обессмоленный (v20 =
= 1,66 сст): 2 — Т-7 (^0=1,27 сст)',
3 — нафтено-парафиновая фракция
(мг0=1,87 сст); 4— пентодекан (м20=
= 3,96 сст); 5 —Т-1 (va0=l,64 сст);
6 — ундекан товарный (vae—l,7 сст)
вязкости. Этими же эксперимента-
ми убедительно показано и то, что
на лабораторных установках вос-
производится граничный, а не гид-
родинамический режим трения.
Вместе с тем иногда соответст-
вие соблюдается между вязкостью
топлива и его противоизносными
свойствами. Например, топливо
Т-1 лучше по противоизносным
свойствам, чем Т-7, и вязкость его
больше. Топливо ТС-1 имеет боль-
шую вязкость, чем Т-7, и противо-
износные .свойства его лучше. Объ-
яснить это можно тем, что-вязкость
является косвенным показателем
количества высокомолекулярных
поверхностно-активных органиче-
ских соединений, присутствующих
в топливе, значительно повышаю-
щих противоизносные свойства за
счет адсорбционного и химическо-
го модифицирования поверхност-
ных слоев трущихся деталей. Возь-
мем топлива Т-1 и Т-7 и расчленим их на узкие десятиградусные
фракции 140—150°, 150—160°, 160—170° и т. д. Определим проти-
воизносные свойства и количество в топливе каждой десятиградус-
ной фракции (рис. 36, а, б).
Анализируя полученные результаты, можно видеть, что топ-
лива Т-1 и Т-7 по свойствам узких десятиградусных фракций прак-
тически не различаются между собой. Зато они значительно разли-
чаются по количеству этих узких фракций. Так, например, фракций
230—240° и 240—250° в топливе Т-7 очень мало (2,5%), а в топливе
Т-1 этих фракций более 14%, т. е. в 7 раз больше. Вместе с тем эти
фракции (см. рис. 36, а) обладают очень хорошими прогивоизнос-
ными свойствами. Фракций 160—170° в топливе Т-7 значительно
больше, чем в топливе Т-1, однако противоизносные свойства этих
фракций очень плохие.
Топливо состоит из углеводородов, гетероатомных соединений
(кислородных, сернистых, азотных), растворенных газов, растворен-
64
ной воды и механических примесей. Наибольшее влияние на про-
тивоизносные свойства товарного топлива оказывают гетероатом-
ные соединения и растворенные газы. Если из топлива удалить все
находящиеся в нем гетероатомные соединения, то противоизносные
свойства такого очищенного топлива значительно ухудшаются.
При пропускании топлив через слой алюмосиликата они освобож-
даются от значительной части гетероатомных соединений (обессмо-
Рис. 36. Противоизносные свойства (а) и количество в топливах
Т-1 и Т-7 (б) узких десятиградусных фракций:
1— Т-7; 2 — т-1
шаются (см. рис. 35). Это объясняется тем, что гетероатомные сое-
динения являются весьма поверхностно-активными и легко адсор-
бируются на поверхностях трения, образуя прочные граничные
слои. Кроме того, значительная часть их является химически ак-
тивной и при трении разлагается с выделением таких элементов,
как кислород, сера, углерод, водород в активной форме. Эти элемен-
ты соединялись с металлами поверхностей трения, образуя окислы,
сульфиды, карбиды и т. п., защищающие поверхности от повышенно-
го износа.
Особая роль при трении металлов в среде топлив принадлежит
кислороду, растворенному в них. Роль кислорода в процессах
внешнего трения без смазки показана в многочисленных исследо-
ваниях проф. Б. И. Костецкого. Им доказано, что при трении кис-
лород образует с металлами поверхностей трения окислы, которые
могут или защищать от износа, или усиливать износ в зависимости
от количества и качества этих окислов.
Б. И. Костецким совместно с автором настоящей книги была об-
наружена значительная эффективность естественных тонких окис-
65.
ных слоев на металлической поверхности при граничном трении
скольжения. Оказалось, что если проводить испытания в среде
инертного газа, то при граничном трении схватывание'образцов на-
ступает не сразу после включения машины, а через некоторый про-
межуток времени, необходимый для истирания естественной окисной
пленки, находящейся на поверхностях трения. Если заменить
инертный газ воздухом, то процесс схватывания не наступает при
сколь угодно большой длительности опыта, так как в этих условиях
кислород воздуха, соединяясь с металлом поверхностей трения, об-
разует новые слои окисных пле-
нок по мере их износа.
Влияние кислорода на процессы
трения металлов в углеводородных
средах исследовано в капитальных
работах проф. Г. В. Виноградова.
Им впервые было показано, что
углеводородная среда может транс-
портировать кислород к поверхно-
сти трения путем окисления угле-
водородов и последующего их раз-
ложения на поверхностях трения
Чониентраиин растворенного
кислорода.
с выделением кислорода в актив-
Рис. 37. Зависимость износа ме- ной форме
таллов в топливе Т-7 от концен-	Jr ”
трации растворенного кислорода:	° реактивном топливе может
/—при трении скольжения; 2 — при рЗСТВОрИТЬСЯ СраВНИТеЛЬНО бОЛЬ-
трении качения	шое кОЛИЧеСТВО КИСЛОрОДЭ (ДО
25% объемных), и, следовательно,
влияние его на противоизносные свойства должно быть значитель-
ным. Процессы трения в зависимости от содержания кислорода раз-
виваются по-разному при качении и скольжении (рис. 37). При ка-
чении чем глубже очистка топлива от кислорода, тем лучше стано-
вятся его противоизносные свойства. При скольжении сущест-
вует оптимальная концентрация кислорода, при которой противо-
износные свойства топлива будут наиболее высокими. Уменьшение
или увеличение концентрации кислорода в сравнении с оптималь-
ной приводит к ухудшению противоизносных свойств топлива.
Углеводороды, входящие в состав авиационных топлив, разделя-
ются на алканы нормального строения и изостроения, нафтены и
ароматические (см. гл. 1). Исследование противоизносных свойств
отдельных групп углеводородов проводилось при испытании смеси
индивидуальных углеводородов равной вязкости. Алканы нормаль-
ного строения были представлены смесью пентадекана с н-гепта-
ном, нафтены — смесью циклогексана с декалином, ароматики —
смесью изопропилбензола с а-метилнафталином. Вязкость каждой
смеси была подобрана равной 1,5—1,6 сст при 20° С.
Результаты испытаний углеводородных смесей при трении сколь-
жения представлены на рис. 38. Противоизносные свойства углево-
дородов значительно меняются в зависимости от того, присутст-
66
вует ли кислород в зоне контакта. При испытании без предваритель-
ной продувки топлива инертным газом углеводороды располагаются
в следующий убывающий ряд по своим противоизносным свойствам:
ароматики—нафтены—алканы. Если же вести испытания с предва-
рительной продувкой топлива инертным газом, т. е. в условиях,
когда кислород отсутствует, то углеводороды располагаются в тот
же ряд по противоизносным свойствам, однако характер износа в
некоторых углеводородах меняется. Это объясняется тем, что уг-
леводороды имеют различную способ-
ность к окислению, а продукты окисле-
ния являются носителями противоизнос-
ных свойств. Значительное влияние на
противоизносные свойства авиационных
топлив оказывают условия испытания —
скорость скольжения, нагрузка на кон-
такте, объемная температура топлива.
В топливных агрегатах пары трения не
работают при постоянных условиях, так
как меняются скорости скольжения или
качения, контактные напряжения, объ-
емная температура.
Для того чтобы изучить влияние на
противоизносные свойства топлив усло-
вий испытания, были проведены специ-
альные опыты. На рис. 39 показана за-
висимость противоизносных свойств топ-
лив от контактных нагрузок. С увели-
чением контактных нагрузок износ уве-
личивается, а при достижении опреде-
ленной нагрузки при трении скольже-
ния происходит схватывание металлов
с резким возрастанием износа. При тре-
нии качения износ прямо пропорциона-
Рис. 38. Противоизносные
свойства углеводородов,
входящих в состав топлив:
/—Т-7 без продувки; 2 — и —
парафины без продувки; 2а—
н —парафины с продувкой; 3 —
нафтены без продувки; За —
нафтены с продувкой; 4 — ТТ
без продувки; 5 —ароматика
без продувки; 5а — ароматика
с продувкой
лен нагрузке, если только эта нагрузка не вызывает заметных пла^
стических деформаций поверхностных слоев металлов.
С увеличением скорости скольжения износ металлов в среде
топлив уменьшается, что видно из рис. 40. Аналогичная зависимость
имеет место и при трении'качения.
Особый интерес представляют исследования зависимости проти-
воизносных свойств авиационных топлив от объемной температуры.
В топливных баках сверхзвуковых транспортных самолетов топ-
ливо нагревается до температур 120—150° С. Такие температуры
будут достигаться за счет аэродинамического нагрева при сверхзву-
ковом полете. Противоизносные свойства авиационного топлива при
изменении объемной температуры меняются, причем эти закономер-
ности неодинаковые для трения качения и трения скольжения.
При трении качения (рис. 41, а) износ металлов в топливе при
увеличении объемной температуры сначала возрастает и достигает
67
своего максимального значения, а затем резко падает и. при темпе-
ратурах 130—140° С становится равным износу при температуре
20е С. Для каждого типа топлива существуют свои температуры мак-
симального износа. Так, для топлива Т-1 эта температура равна
90° С, для Т-7 — 60° С, Т-6 — 90° С, нафтила — 75° С, ТС-1 —
67° С. Такой характер зависимости износа от объемной температуры
топлива объясняется двумя процессами: при повышении темпера-
туры от 20° до температуры максимального износа происходит
увеличение износа за счет окисления поверхностей трения рас-
Рис. 39. Зависимость износа ме-
таллов в топливах от контактных
нагрузок при иск= 1,44 м/сек и
/ = 20°:
1— Т-7; 2 — нафтил; 3 — ТС-1; 4 — Т-1
Рис. 40. Зависимость износа ме-
таллов в топливе от скорости
скольжения при Р = 2 кГ;/ = 20°С:
1— Т-7; 2 —нафтил; 3 — ТС-1; 4 — Т-1
и при определенных температурах компоненты топлива, вступая в
химическое взаимодействие с кислородом и металлом, образуют на
поверхностях пленки химических соединений, причем эффективность
этих пленок тем выше, чем выше температура топлива. При темпе-
ратурах максимального износа смазывающая эффективность пле-
нок химических соединений возрастает настолько, что при даль-
нейшем увеличении температуры износ уменьшается.
При трении скольжения в интервале температур топлива 20—120°С
износ металлов во всех топливах практически прямо пропорциона-
лен объемной температуре и только при температурах выше 120° С
намечается перегиб кривой и уменьшение износа (рис. 41, б). В
этом случае протекают те же процессы, что и при трении качения,
однако смазывающая способности пленок химических соединений
достигается при более высоких температурах. Если химически акти-
визировать топливо, например, добавкой присадки, то зависимость
износа от температуры при трении скольжения будет иметь четко
выраженный максимум (см. рис. 42, б),
68
Рис. 41. Зависимость противоизнос-
ных свойств топлив от объемной тем-
пературы:
а — износ при качении: / — Т-7; 2 —ТС-1;
3—Т-1; 4—нафтил; б —износ при сколь-
жении: I — Т-7; 2 — ТС-1; 3 — Т-1;;
4— T-7-J-TIMAM; 5 — нафтил: в —критиче-
ская нагрузка при скольжении: 1—Т-7;
2 —Т-1; 3 — Т-7+ПМАМ; 4 —ТС-1; 5 —
нафтил
а —износ при качении: б —износ
при скольжении: 1— Т-7; 2 —
Т.7_}_ионол (0.03%); 3-Т-7+ТП
(0.03%); 4-Т-7-ЬАкор-1 (0,03%);
5 —Т-7+ПМАМ-2 (0,03%); 6 —
Т-1-	7 — Т-7+этилцеллозольв
(0,3%); 8-Т-7+ТГФ (0.03%);
<?-Т-74-МС-20 (1%)
Критическая нагрузка схватывания металлов в реактивных топ-
ливах также зависит от объемной температуры. С повышением тем-
пературы критическая нагрузка, уменьшается (рис. 41, в).
В современные реактивные топлива для улучшения их эксплуа-
тационных свойств добавляются различные присадки (антиокисли-
тельные, антистатические, низкотемпературные ит. п.). Крометого,
разрабатываются специальные противоизносные присадки. При-
садка любого назначения, кроме противоизносной, добавленная в
топливо, должна или не изменять его противоизносных-свойств, или
улучшать их. Были испытаны антиокислительная присадка ионол,
низкотемпературные — этилцеллозольв и ТГФ, противоизносные —
ТП и ПМАМ-2, масло МС-20, антистатическая Акор-1.
Результаты испытаний этих присадок приведены на рис. 42.
Все присадки обладают в той или иной степени противоизносными
свойствами. Наиболее эффективными оказались антистатическая
присадка Акор-1, противоизносные присадки ПМАМ-2 и ТП. Эф-
фективность присадки зависит от ее концентрации в топливе. Для
некоторых присадок (ТП, ПМАМ-2) эффективность их действия воз-
69
растает только до определенной концентрации, после чего она не
меняется. Для присадок ионол и Акор-1 эффективность действия
вначале возрастает, а после достижения максимального значения
падает, т. е. существует концентрация наибольшей эффективности
действия. И, наконец, для некоторых присадок эффективность их.
действия прямо пропорциональна концентрации.
При исследовании противоизносных свойств авиационных топлив,
необходимо наряду с изучением описанных выше зависимостей
изучить механизм взаимодействия топлива с металлами контактируе-
мых поверхностей. Многочисленные наблюдения за поверхностями
трения, изучение состава продуктов износа, процессов, происхо-
дящих в тонких поверхностных слоях металлов, позволяют соста-
вить следующую общую схему взаимодействия топлив с металлами в
процессе трения. Как только металлический образец погружается
в топливо, на его поверхности адсорбируются поверхностно-актив-
ные молекулы гетероатомных соединений (кислородных, сернистых,
азотистых), а также молекулярный кислород и образуется тонкий
граничный слой. Этот слой может воспринимать сравнительно боль-
шие, нормальные к поверхностям трения нагрузки и легко деформи-
руется при приложении тангенциальных напряжений. При контакти-
ровании двух металлических поверхностей между ними будет на-
ходиться граничный слой из адсорбированных молекул. Если кон-
тактная нагрузка, скорость относительного перемещения и объем-
ная температура топлива невелики, то тонкая граничная пленка
выполняет роль эффективной смазки, а поверхностные слои окислов
металла подвергаются в основном упругой деформации, причем-
деформацией охвачены очень тонкие слои окислов. При многократ-
ном упругом передеформировании окисных слоев происходит их
усталостное разрушение, а на месте разрушенных окислов образуют-
ся новые вследствие окисления металла кислородом, всегда присутст-
вующим в топливе или выделяющимся при разложении гетероатом-
ных кислородных соединений.
Увеличение нагрузки,скорости или температуры приводит к тому,
что граничная пленка разрывается и происходит контакт чистых
твердых поверхностей с образованием мостиков адгезии, а также
механическое зацепление неровностей одной поверхности трения с
другой. В этом случае наряду с упругими появляются пластические
деформации металла поверхностных слоев. Возникают значительные
местные разогревы объемов металла. Чем больше металла’охвачено
пластическими деформациями, тем больше будет температура по-
верхностного слоя. Если в топливе имеются поверхностно-активные
соединения, то пластическая деформация облегчается и сосредото-
чивается в очень тонком поверхностном слое (эффект П. А. Ребинде-
ра). Происходит пластифицирование поверхностных слоев, нагрузка
распределяется более равномерно по площади контакта. Вместе с
тем при пластическом деформировании металла и его разогреве хи-
мические реакции между компонентами топлива и металлом проходят
с большей скоростью. На поверхностях трения образуются слои
70
химических соединений, обладающие свойствами твердой смазки.
При многократном упругом и пластическом передеформировании
эти слои разрушаются, а на их месте образуются новые. Дальнейшее
увеличение нагрузки приводит к еще большим пластическим дефор-
мациям металла поверхностных слоев, а следовательно, и большему
возрастанию температуры. При этом увеличивается толщина образу-
ющихся пленок. Чем больше толщина пленки химических соедине-
ний, тем меньше их усталостная долговечность; при многократном:
передеформировании они быстрее разрушаются и происходит бо-
лее интенсивный износ.
При увеличении скорости скольжения и качения уменьшается-
а)
v2>v,
Время
_ _ Время
Рис. 43. Схема образования
ния поверхностных пленок
нении:
а —скорости; б —нагрузки; а—температуры
толщина поверхностного слоя металла, подверженного пластическим,
деформациям, так как увели-
чивается толщина образую-
щихся пленок химических со-
единений. При уменьшении
толщины деформированного
слоя долговечность его воз-
растает, что приводит к умень-
шению износа.
Увеличение температуры
топлива также влияет на тол-
щину и свойства образую-
щихся поверхностных пленок.
До определенных температур
свойства и толщина этих пле-
нок таковы, что износ воз-
растает, а при температурах
более высоких уменьшается.
Таким образом, при трении металлов в топливе происходят два
процесса: образование и рост поверхностных пленок, представляю-
щих собой окислы, сульфиды, карбиды металла и усталостное раз-
рушение этих пленок при многократном передеформировании. Ин-
Время
и разруше-
при изме-
тенсивность износа в каждом конкретном случае определяется
свойствами и толщиной образующихся поверхностных пленок и их
усталостной долговечностью. Графически этот процесс можно из-
образить следующим образом (рис. 43): в первый период от т0до
происходит образование и рост поверхностной пленки до равновес-
ной толщины, после чего пленка работает от Tj до т2, затем насту-
пает ее разрушение (от т2 до т3) и цикл повторяется.
Изменение скорости (рис. 43, а), нагрузки (рис. 43, б) и темпе-
ратуры топлива (рис. 43, в) по-разному влияет на толщину и долго-
вечность поверхностных пленок, что и обусловливает различную-
интенсивность износа металлов при изменении этих факторов.
Трение металлов в топливе сопровождается образованием про-
дуктов износа, окислением и расщеплением молекул топлива. Если
в объеме топлива немного поработает подшипник качения или сколь-
жения, то первоначальные свойства его существенно изменятся
7L
Изменится цвет, увеличится содержание механических примесей, по-
явятся продукты глубокого окисления и полимеризации. Глубина
этих изменений зависит как от условий работы подшипника (ско-
рости, нагрузки, температуры, продолжительности), так и от свойств
топлива. Одни топлива очень стабильные в этих условиях и, обла-
дая хорошими противоизносными свойствами, не изменяют своих
первоначальных свойств при трении в их среде металлов. Другие
топлива малостабильны и, обладая хорошими противоизносными
свойствами, значительно изменяют свои первоначальные свойст-
ва. Такие топлива мало пригодны для летательных аппаратов.
Существует понятие термической стабильности (см. гл. VI), т. е.
способности топлива сохранять свои первоначальные свойства при
воздействии на него высоких температур. В отличие от этого спо-
собность топлива сохранять свои первоначальные свойства при тре-
нии в его среде металлов можно назвать контактно-термической ста-
бильностью.
Таким образом, топливо должно обладать не только хорошими
противоизносными свойствами, но и хорошей контактно-термиче-
ской стабильностью. Контактно-термическая стабильность опреде-
ляется на тех же установках, на которых оцениваются противоиз-
носные свойства топлива (см. гл. II). После определенного режима
трения топливо из камеры сливается и подвергается анализу. Из-
менение основных свойств топлива и служит показателем кон-
тактно-термической стабильности.
6.	ВЛИЯНИЕ СВОЙСТВ ТОПЛИВА НА ПРОЦЕСС
СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ
Горение —• это процесс быстрого окисления горючих компонен-
тов, входящих в состав топлива, сопровождающийся выделением
тепловой энергии. Продуктами полного окисления являются, как
правило, газообразные негорючие вещества (СО2, Н2О и др.).
Реакции окисления представляют собой ряд повторяющихся
звеньев. В результате этих реакций образуются активные частицы,
свободные радикалы. Чтобы окисление проходило в форме горения,
должны быть условия для быстрого перемещения активных частиц
и разветвления цепей реакций. Такие условия имеются только в
газовой среде, поэтому началу горения всегда предшествует испа-
рение топлива и образование смеси его паров с воздухом (горючей
смеси).
Для лучшего распыления топливо подается в камеру сгорания
газотурбинного двигателя при помощи центробежных форсунок под
давлением 50 кГ/см2 и выше. Из форсунки топливо выходит со ско-
ростью около 30 м/сек, образуя факел тонко распыленного топлива.
Распыление жидкого топлива сопровождается резким увеличением
размера поверхности капель топлива и зависит, таким образом, от
коэффициента поверхностного натяжения, величина которого для
некоторых топлив приведена в табл. 10.
72
Чем ниже коэффициент поверхностного натяжения топлива, тем
лучше условия смесеобразования. Скорость испарения мельчайших.
Таблица 10
Коэффициент поверхностного
натяжения некоторых топлив,
дин/см? при температуре
Топливо	10° с	40° С
Авиационный бензин	21	19
Топливо типа широ-		
кой фракции . . .	22	20
Авиационный керосин	26	24
Таблица 11
Фракционный состав некоторых
топлив
Выкипание топлива, %	Температура		выкипания, °C	
	т-1	ТС-1	1Р-5	1Р-4В-
10	175	165	200	121
50	225	195	223	188
90	270	230	254	243
98 (конец кипения)	280	250	288	288
капель распыленного топлива и условия смесеобразования в значи-
тельной мере определяются температурой и турбулентностью газов-
в нагретой зоне, в которую попадают капельки топлива.
Большое влияние на процессы смесеобразования оказываег
фракционный состав топлива. Для лучшего смесеобразования жела-
тельно иметь топлива легкого фракционного состава. Существующие
сорта реактивных топлив, применяемые в Советском Союзе и за.
рубежом, имеют фракционный состав, приведенный в табл. 11, обес-
печивающий быстрый и полный процесс смесеобразования.
Существенную роль в процессе смесеобразования играет давление
паров топлива при высоких температурах. В передней части камеры
сгорания газотурбинных двигателей температура воздуха на входе
в камеру сгорания достигает 300° С, давление насыщенных паров,
авиационных бензинов — 25 кГ/см2, керосинов — более 5 кГ/см2.
Чем выше давление паров топлива, тем больше скорость их испаре-
ния и лучше смесеобразование.
7.	ВЛИЯНИЕ СВОЙСТВ ТОПЛИВА
НА ЗАПУСК ДВИГАТЕЛЯ
На запуск двигателя, кроме его конструктивных особенностей^
большое влияние оказывает группа так называемых пусковых
свойств топлива.
Под пусковыми свойствами топлива подразумевается способ-
ность его к воспламенению от электрической свечи и возможность,
вывести при его помощи двигатель на устойчивый режим работы.
При этом пусковое топливо после воспламенения должно давать
достаточно устойчивое и интенсивное горение, чтобы обеспечить
воспламенение основной части топлива. Воспламенение горючей,
смеси в основном определяется:
пределами воспламенения по концентрации паров топлива в
воздухе;
73*
минимальным предельным давлением горючей смеси;
минимальной энергией, необходимой для воспламенения го-
рючей смеси (энергия электрической искры);
температурой самовоспламенения горючей смеси;
периодом задержки воспламенения;
возможностью распространения пламени по горючей смеси;
степенью распыления топлива;
летучестью топлива;
температурными условиями и скоростью воздуха.
Различают высший и низший пределы воспламенения смеси.
Высшим пределом воспламенения смеси называется такое содержа-
ние паров топлива в воздухе, при котором дальнейшее увеличение
их делает смесь невоспламеняющейся. Низшим — такое содержа-
ние паров топлива в воздухе, при котором дальнейшее уменьшение
их делает смесь невоспламеняющейся. Содержание паров топлива в
воздухе может быть выражено в процентах от объема горючей смеси,
в граммах на 1 м3 горючей смеси и при помощи коэффициента из-
бытка воздуха а (табл. 12).
Таблица 12
Пределы воспламенения горючих смесей при 20° С и 760 мм рт. ст.
Топливо	Высший			Низший		
	%	г/м3	а	0/ /0	г/мя	а
Авиационный бензин 		3,04	123,4	0,675	1,83	74,4	1,130
Автомобильный бензин 		2,58	121,0	0,709	1,67	78,4	1,100
Бензол 		2,84	119,0	0,798	2,00	73,0	1,140
Изооктан 		2,30	116,7	0,718	1,61	82,1	1,030
Чем шире пределы воспламенения горючей- смеси, тем лучши-
ми пусковыми свойствами обладает топливо.
Большое влияние на пределы воспламенения оказывает молеку-
лярный вес топлива. На рис. 44 приведены пределы воспламенения
горючих смесей индивидуальных углеводородов, отличающихся
молекулярным весом. Как видно из рисунка, с увеличением моле-
кулярного веса от метана (/) до гексана (6) пределы воспламене-
ния значительно расширяются.
Пределы воспламенения зависят от строения молекул углеводо-
родов. Наиболее широкие пределы воспламенения наблюдаются у
непредельных углеводородов, имеющих двойные и тройные связи в
молекуле (рис. 45).
Ацетилен (/), имеющий тройную связь в молекуле, обладает
наиболее широкими пределами воспламенения. Изопентан (3), являю-
щийся представителем углеводородов насыщенного ряда, имеет наи-
более узкие пределы воспламенения.
74
Большое влияние на пределы воспламенения оказывает давление,
при котором находится смесь. Как видно из рис. 44 и 45, с умень-
шением давления смеси пределы воспламенения топлив сужаются
и ниже некоторого давления, характерного для каждого топлива и
называемого минимальным предельным давлением, воспламенение
•смеси от постороннего источника не происходит.
Рис. 44. Зависимость пределов вос-
пламенения горючей смеси от молеку-
лярного йеса углеводорода:
/ — метан; 2 — этан; 3 — пропан; /—бутан;
5 — пентан; б —гексан
Рис. 45. Зависимость пределов
воспламенения горючей смеси от
строения молекул углеводорода:
1 — ацетилен; 2 — окись пропилена; 3 —
изопентан
Кроме концентрационных пределов воспламенения, воспламеня-
емость горючей смеси характеризуется минимальной (критической)
энергией электрической искры. Дело в том, что не всякий искровой
разряд в горючей смеси вызывает ее воспламенение, хотя темпера-
тура такого разряда измеряется тысячами градусов. Для воспла
менения и создания самораспространяющейся реакции горения
необходима определенная минимальная энергия искрового разряда,
которая зависит от химиче-
ского состава топлива, а
также от температуры и
давления (рис. 46). Из ри-
сунка видно, что минималь-
ная энергия искры для вос-
пламенения при снижении
давления от 1 до 0,2 кГ/см?
возрастет почти в 10 раз.
При увеличении температу-
ры смеси от 200 до 400° К,
т. е. в 2 раза, минимальная
энергия искры уменьшает-
ся более чем в 15 раз.
Рис. 46. Зависимость критической энергии
воспламенения Й7кр от:
а—давления при /=23°С; б—температуры при
р= I кГ/мг
75
На рис. 47 показана зависимость критической энергии воспла-
менения от химического состава топлива. Чем больше атомов угле-
рода в молекуле топлива, тем более широкие пределы воспламене-
ния оно имеет при меньшей критической энергии.
Одной из важных характеристик топлива, позволяющих судить
о его пусковых свойствах и о стабильности процесса горения, явля-
ется температура самовоспламенения паров топлива, т. е. такая
температура, при которой происходит самовоспламенение горючей
смеси без контакта с открытым пламенем. Процесс самовоспламене-
ния горючей смеси встречается во всех двигателях внутреннего сго-
рания. Дизельные двигатели рабо-
тают на основе этого процесса. В дви-
гателях с воспламенением от искры
самовоспламенение горючей смеси яв-
ляется крайне нежелательным и даже
вредным явлением, так как нарушает
нормальный процесс сгорания. В тур-
бореактивных двигателях самовос-
пламенение горючей смеси — явление
положительное, способствующее более
устойчивому процессу сгорания.
Теорию процессов самовоспламе-
нения разработали Н. Н. Семенов,
Я. Б. Зельдович, О. М. Тодес, Д. А.
Франк-Каменецкий и др.
Для горючих смесей акад. Н. Н.
Семенов впервые дал математическую
Рис. 47. Зависимость критиче-
ской энергии воспламенения
от химического состава угле-
водородов и состава горючей
смеси:
/ — метан; 2 —этан; <3 —бутан; 4 —
гептан
формулировку условий самовоспламенения: самовоспламенение
возможно при равенстве или превышении тепловыделения от
предпламенных реакций над теплопотерями реагирующей системы
в окружающую среду.
Так, если в газовой фазе идет реакция со скоростью, измеряемой
числом молекул продукта, появляющихся в 1 сек в единице объема,
то количество тепла qlt ежесекундно выделяемого во всем объеме V,
будет:
где Q — теплота реакции, выделяемая при образовании 1 г-моль
продукта, кал;
N — число Авогадро;
w — скорость реакции, рад /сек.
Скорость реакции в начальной стадии
w = kanE RT,
где а — концентрация вещества, моль/л;
п — порядок реакции;
76
Е — энергия активации, кал/моль-,
Т — температура, °К;
R — газовая постоянная, кал/(град  моль).
Тогда количество тепла, выделяемого реакцией
Е
ql = V kanE~~Fr
N
или
____________________________________Е_
qr = VAanE %т.
С другой стороны, количество тепла, отводимого из реакционного
пространства через поверхность раздела согласно известному закону
теплопередачи
qi = a(tl—t0)F,
где а — коэффициент теплопередачи, кал/(м2  ч  граду,
ti — температура реагирующего вещества, °C;
t0 — температура окружающей среды, °C;
F — поверхность теплопередачи, м2.
Таким образом, условия самовоспламенения математически мо-
гут быть выражены следующим образом:
__Е
VAanE кт >a(tl—t0)F.
Из условий самовоспламенения следует, что самовоспламенение
системы произойдет при тем меньшей температуре ilt чем выше на-
чальная температура, концентрация реагирующего вещества а или
давление паров р и чем больше объем реагирующего вещества, так
как при этом меньше теплопотери в окружающую среду.
Таким образом, температура самовоспламенения не является
физической постоянной, а зависит от условий опыта.
Таблица 13
Минимальные температуры и периоды задержки самовоспламенения
горючих смесей некоторых топлив
Топливо	Темпера- тура само- воспламе- нения, °C	Период за- держки самовос- пламене- ния, сек	Топливо	Темпера- тура са- мовоспла- менения, °C	Период за- держки самовос- пламене- ния, сек
Этан 		515	10	Циклогексан . .	200	206
Бутан		405	6	Бензол 		562	32
Пентан 		287	10	Авиационный ке-		
Гептан 		223	101	росин 		229	210
Октан		220	132	IP-1 		228	120
Изооктан ....	418	27	IP-3 		238	187
			1Р-4 		242	185
77
Для определения температуры самовоспламенения горючей смеси
можно пользоваться прибором, схема которого показана на рис. 48.
Методика работы заключается в том, что в нагретую кварцевую
колбу вводят определенное количестго топлива и регистрируют
время от момента ввода топлива до воспламенения и температуру,
Рис. 48. Схема прибора
для определения темпе-
ратуры самовоспламене-
ния:
1 — электроподогреватель;
2— кварцевая колба; 3, 4.
5 —крышки; 6, 7, 5 —термо-
пары: 9 — печь; /<9 —тепло-
изоляция; //—кожух; /2,
13 — подставки; 14, 15 —
контакты; 16 — подставка
печи
при которой оно произошло. Время в секундах от момента ввода-
топлива в прибор до воспламенения его паров, называют периодом
задержки воспламенения. Период задержки воспламенения харак-
теризует предпламенные окислительные процессы и зависит от
химического состава и строения углеводородов. В табл. 13 приведены
минимальные температуры и периоды задержки самовоспламенения
горючих смесей различных топлив при атмосферном давлении
742 мм рт. ст.
У всех топлив температура самовоспламенения горючих смесей
повышается с понижением давления (табл. 14).
Таблица 14
Минимальная температура самовоспламенения горючих смесей в зависимости
от давления
Топливо	Температура само- 1 воспламенения, °C, 1 при давлении, мм рт. ст.		Топливо	Температура само- воспламенения, °C, при давлении, мм рт. ст.	
	742	370	‘		742	370
IP-4 		242	444	IP-I 		228	462
IP-3 		238	449 ।	100/130 		440	553
78
Рис. 49. Зависимость дав-
ления топлива перед фор-
сункой от температуры вы-
кипания 10% топлива:
/—авиационный бензин;* 1'2—
смесь из 60% авиационного ке-
росина и 40% бензина; $3 —
смесь из 95% авиационного ке-
росина и 5% бензина; •/ — авиа-
ционный керосин
Испаряемость и степень распыления топлива в определенных:
условиях могут оказывать большее влияние на запуск двигателя,,
чем его химический состав. Испаряемость характеризуется фрак-
ционным составом топлива, т. е. температурой выкипания 10% его.
Чем ниже эта температура, тем легче запуск двигателя. Так, авиа-
ционный бензин с температурой выкипания 10% 71°С обеспечивает
легкий запуск двигателя при температурах до —60° С, а при ис-
пользовании керосина с температурой выкипания 10% 175°С за-
пуск двигателя уже при температуре —40° С затруднителен.
С понижением температуры увеличивается вязкость и, следо-
вательно, затрудняется распыление. Так, газойль с вязкостью-
15 сст при 20° С.уже при температуре
—7° С совсем не обеспечивает нужного
для запуска распыления. Керосин с вяз-
костью 3 сст при 20° С обеспечивает
удовлетворительное распыление при тем-
пературе —50° С. Бензины обеспечива-
ют распыление, необходимое для за-
пуска, при любых температурах.
Средний размер капель распыленно-
го топлива примерно обратно пропорци-
онален квадрату давления, под кото-
рым происходит распыление:
, 1
“сп — ’—' •
СР р2
Чем выше степень распыления, тем
легче воспламеняется топливо, так как
поверхность испарения увеличивается,
а затраты энергии и времени на нагрев и испарение отдельных ка-
пель уменьшаются. Тяжелое топливо с низким давлением насы-
щенного пара требует для своего’ воспламенения большей степени:
распыления, т. е. большего давления перед форсункой (рис. 49).
Если 10% авиационного бензина выкипает до 80° С, то для удов-
летворительного воспламенения требуется давление перед форсун-
кой 3 кПсм2. Авиационный керосин, 10% которого выкипает до
160° С, удовлетворительно воспламеняется при давлении 9 кГ/см2.
При запуске тяжелое топливо может частично выделяться в-
капельно-жидком состоянии на стенках камеры сгорания. В резуль-
тате этого происходит накопление топлива, которое затем внезапно»
воспламеняется, что может привести к перегреву двигателя.
8.	ВЛИЯНИЕ СВОЙСТВ ТОПЛИВА НА СКОРОСТЬ
И СТАБИЛЬНОСТЬ ГОРЕНИЯ
Процесс горения в воздушно-реактивных двигателях протекает-
в скоростном воздушном потоке, при этом скорость его значитель-
но превышает скорость нормального распространения пламени при
79
сгорании углеводородов. При резких изменениях режима работы
двигателя могут происходить срывы пламени. Горение, при котором
происходят частые срывы пламени, называется нестабильным.
Процесс горения может быть охарактеризован нормальной скоростью
распространения пламени по горючей смеси, которая зависит от
структуры и молекулярного веса углеводородов. На рис. 50 при-
ведены зависимости нормальной скорости распространения пламе-
ни Гн от состава топливо-воздушной смеси (а) для индивидуальных
углеводородов, имеющих различное строение молекул. Как видно,
при прочих равных условиях наибольшей скоростью распростра-
нения пламени обладают ароматические углеводороды (/), наимень-
Рис. 50. Зависимость нормальной ско-
рости распространения пламени от ко-
эффициента избытка воздуха:
/—бензол; 2 — циклогексан; «3 —гексан
Рис. 51. Зависимость нормаль-
ной скорости распространения
пламени от температуры горю-
чей смеси н-гептана
шей — парафиновые (3). Наибольшая скорость распространения пла-
мени достигается при обогащенных смесях: для ароматических
при а = 0,6—0,65, для нафтеновых и парафиновых при а = 0,85.
Скорость распространения пламени зависит от давления, при
котором происходит процесс горения. При снижении давления ниже
атмосферного скорость горения вначале несколько возрастает, а
затем падает. Нормальная скорость распространения пламени за-
висит также от температуры горючей смеси, по которой распростра-
няется пламя. На рис. 51 приведена зависимость нормальной ско-
рости распространения пламени от температуры горючей смеси
н-гептана. Как видно, скорость распространения пламени увели-
чивается с повышением температуры по линейному закону. Этот
характер зависимости сохраняется и для других классов углеводо-
родов, при этом изменяется лишь угол наклона прямой относитель-
но оси абсцисс. Большое влияние на нормальную скорость распро-
странения пламени оказывает энергия активации молекул топлива:
чем меньше энергия активации, тем выше скорость нормального
распространения пламени (табл. 15).
Перемещение фронта пламени при турбулентном горении в пер-
пендикулярном направлении к его поверхности называется турбу-
лентной скоростью распространения пламени. Она зависит от физико-
80
Таблица 15
Зависимость нормальной скорости распространения пламени от энергии
активности
Углеводород	К	.	5 =	те	о И	ai Л	Скорость распрост- ранения пламени, см/сек	Углеводород	Энергия актива- ции, кал/молъ	Скорость распрост- ранения пламени, см/сек
Ацетилен ....	20 000	144,0	Этан 		26 000	40,1
Этилен 		24 000	68,2 1	Изопентан ....	27 000	36,6
химических свойств горючей смеси и аэродинамических условий,
которые характеризуются числом Рейнольдса:
vt = V1I / 1 + k Re> ИЛИ vT = VH у 1 +
Рис. 52. Зависимость
турбулентной скоро-
сти горения горючих
смесей от числа Рей-
нольдса:
1 — ацетилен (Ун —
147 см/сек)2 —этилен
(ин=70 см/сек) \	3 —
пропан (Ун=45 см/сек)
пламени и скорости
где k — коэффициент, учитывающий усло-
вия сгорания;
е — коэффициент турбулентной диффу-
зии;
а — молекулярный коэффициент тепло-
проводности;
Re — число Рейнольдса.
На рис. 52 графически представлена за-
висимость турбулентной скорости распростра-
нения пламени от числа Рейнольдса для ин-
дивидуальных углеводородов. Как видно из
графика, скорость распространения пламени
только за счет турбулентности может быть
увеличена с 147 до 320 см! сек у ацетилена, с
70 до 120 см/сек у этилена и с 45 до 55—
60 см!сек у пропана.
Стабильностью горения называется спо-
собность сохранять при горении фронт пла-
мени при различных отклонениях от нор-
мального режима как в сторону бедных, так
и богатых смесей. Условием стабилизации пла-
мени в воздушно-реактивном двигателе яв-
ляется равенство скорости распространения
движения потока в камере сгорания.
В воздушно-реактивном двигателе часть топлива сгорает в ре-
зультате самовоспламенения, так как вследствие турбулентности
отдельные объемы холодной горючей смеси попадают в факел пла-
мени и нагреваются до температуры, превышающей температуру
самовоспламенения смеси. Чем большая доля топлива сгорает
вследствие самовоспламенения смеси, тем выше скорость сгорания
смеси в двигателе. Следовательно, для увеличения скорости сгора-
4 Аксенов А. Ф.	81
ния до пределов, обеспечивающих стабилизацию пламени, необходи-
мо увеличить степень турбулентности потока горючей смеси, что
достигается размещением на пути потока плохо обтекаемых тел.
Рис. 53. Зависимость преде-
лов устойчивости горения от
химического состава углеводо-
родов.
/ — ароматические; 2 — нафтеновые;
3 —н -парафиновые
Следствием большого влияния
самовоспламенения топлива на ста-
билизацию процесса горения яв-
ляется резкая зависимость преде-
лов устойчивого горения в- воздуш-
но-реактивных двигателях от хими-
ческого состава топлива. На рис. 53
приведены результаты исследования
влияния химического состава топли-
ва на пределы устойчивого горения.
Из этих данных следует, что при низ-
ких температурах топлива наиболь-
шими пределами устойчивого горения
характеризуются парафиновые угле-
водороды, наименьшими — ароматиче-
ские. С повышением температуры пре-
делы стабилизации ароматических уг-
леводородов увеличиваются, а пара-
финовых и нафтеновых уменьшаются
или остаются постоянными. Пределы
устойчивого горения являются ха-
рактеристикой возможностей топлива стабилизировать пламя. Чем
шире пределы устойчивого горения, тем лучше условия для стаби-
лизации пламени и надежнее работа двигателя на различных ре-
жимах.
9.	ВЛИЯНИЕ СВОЙСТВ ТОПЛИВА НА НАГАРООБРАЗОВАНИЕ
В ДВИГАТЕЛЕ
При сгорании углеводородных топлив наблюдается выделение
дисперсных частиц углистых веществ, близких по составу к угле-
роду. Образующиеся при горении твердые частицы уносятся с про-
дуктами сгорания и при большой концентрации могут быть заметны
в виде дыма. Часть твердых выделений отлагается на поверхностях
камеры сгорания в виде нагара. Образование нагара в двигателе
зависит от следующих свойств топлива: фракционного и химического
состава, плотности, содержания смолистых веществ, серы и других
примесей. Кроме того, нагарообразование зависит от конструкции
камеры сгорания и от полноты процесса сгорания.
Утяжеление фракционного состава топлива ведет к увеличению
нагарообразования (табл. 16)
Увеличение содержания в топливе ароматических и непредель-
ных углеводородов также ведет к увеличению нагарообразования
(табл. 17).
82
Как видно из таблицы, аро-
матические углеводороды, у ко-
торых отношение углерода к во-
дороду, самое высокое, имеют
наибольшую тенденцию к нага-
рообразованию, меньшую—наф-
теновые и наименьшую — пара-
финовые.
На основании эксперимен-
тальных исследований было вы-
ведено эмпирическое уравнение,
связывающее тенденцию к нага-
Таблица 16
Влияние фракционного состава
топлива на нагарообразование
Топливо	Темпера- тура вы- кипания 10% топ- лива, °C	Нагар, г
Авиационный бен- зин 		62	0,19
Авиационный ке- росин 		173	0,83
Дизельное ....	238	0,89
рообразованию топлив с отно-
шением С : Н и температурой выкипания 10% (для индивидуаль-
ных углеводородов — с температурой их кипения):
In — Й1 —
№ = —
%
— —k5,
к
где klf k2, k3, k4, k6— коэффициенты, зависящие от условий сгора-
ния;
t — температура выкипания 10% топлива, °C;
г
р — отношение числа углеродных атомов к чис-
лу водородных атомов.
Таблица 17
Нагарообразующая способность индивидуальных углеводородов и топлив
Топливо	Температура начала кипе- ния» °C	Отношение С : Н	1 ! Нагар» г 1		Топливо	Температура начала кипе- ния, ®С	Отношение С : Н	Нагар, г
Изодекан ....	201	5,6	0,40	Толуол 		100	10,5	1,15
Циклогексан . . .	80	6,0	0,45	Бензол 		80	12,0	1,64
Авиационный ке- росин 		173*	6,2	0,83	Метилнафталин	243	13,2	2,79
* Температура выкипания 10%.
Для опытной камеры это эмпирическое уравнение с числовыми
коэффициентами приобретает следующий вид:
I С	\
In —0,83—1,5)
Г = —+ — —3,0.
0,54	225
Подобные эмпирические уравнения не могут быть использованы
для расчета нагарообразования во всех случаях, но пригодны для
4*	83
сравнительной оценки влияния состава топлива на нагарообразо-
вание. Топлива, имеющие большую плотность, обладают большей
нагарообразующей способностью, так как с увеличением плотности,
как правило, увеличивается температура выкипания 10% топлива
Рис. 54. Зависимость отло-
жения нагара (тн) в каме-
ре сгорания реактивного
двигателя от плотности
топлива
(рис. 54).
Содержание смолистых веществ, се-
ры и других примесей в топливе увели-
чивает нагарообразование в двигателе.
Повышенное нагарообразование в
газотурбинном двигателе вредно и опас-
но по следующим причинам:
повышенное нагарообразование на
стенках камеры сгорания ухудшает теп-
лопроводность и может вызвать местные
перегревы и коробление металла камеры;
повышенное нагарообразование мо-
жет привести к закоксовыванию отвер-
стий в жаровой трубе, через которые
поступает в камеру вторичный воздух,
что может изменить характер движения
газов в камере сгорания и окажет вли-
яние на процесс сгорания;
образование нагара на форсунках может нарушать подачу топ-
лива в камеру сгорания;
кусочки нагара, которые отделяются от стенок камеры сгора-
ния и уносятся газовым потоком, вызывают эррозию лопаток газо-
вой турбины двигателя.
Глава IV
МАРКИ ТОПЛИВ ДЛЯ АВИАЦИОННЫХ
РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
1. ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ ТОПЛИВА
В настоящее время основными топливами для реактивных
двигателей гражданских транспортных самолетов являются керо-
сины Т-1, ТС-1, Т-7, Т-6, Т-2.
Топливо Т-1 представляет собой продукт прямой перегонки
малосернистой нефти, температурные пределы выкипания —150—
280° С;
ТС-1 — продукт прямой перегонки сернистых нефтей, темпе-
ратурные пределы выкипания — 150—250° С.
Топлива Т-1 и ТС-1 являются наиболее распространенными в
гражданской авиации. Недостатком их является относительно ма-
лая стабильность при повышенных температурах.
84
Отечественная нефтеперерабатывающая промышленность вы-
пускает термостабильные топлива Т-7 и Т-6.
Топливо Т-7 представляет собой продукт прямой перегонки сер-
нистых нефтей, подвергнутый гидроочистке. Температурные пре-
делы выкипания 150—250° С. Топливо Т-7 может применяться, как
в чистом виде, так и с противоизносными присадками. Топливо
Т-6 представляет собой продукт прямой перегонки нефти. Темпера-
турные пределы выкипания 195—315 СС.
Топливом широкой фракции является керосин марки Т-2 с тем-
пературными пределами выкипания 60—280° С; получают его
прямой перегонкой сернистых нефтей.
Технические условия на отечественные марки топлив для реак-
тивных двигателей приведены в табл. 18, некоторые физико-химиче-
ские характеристики их, не нормируемые стандартом, — в табл. 19.
Таблица 18
Технические условия на топлива Т-1, ТС-1, Т-2, Т-6, Т-7
Показатель	По ГОСТ 10227—62			По гост 1 2308—66	
	Т- 1	ТС-1	Т-2	Т-6	Т-7
Плотность при 20°С, г/сма, не менее . . Фракционный состав: температура начала перегонки, °C:	0,800	0,775	0,755	0,840	0,775
не выше 		150	150	—	—	150
не ниже	 10% перегоняется при температуре, °C,	—	—	60	195	—
не выше 	 50% перегоняется при температуре, °C,	175	165	145	220	165
не выше 		 90% перегоняется при температуре, °C,	225	195	195	255	195
не выше 	 98% перегоняется при температуре, °C,	270	230	250	290	230
не выше 	 Вязкость кинематическая, ест: при температуре 20°С:	280	250	280	315	250
не более 		—	—	—	4,5	—
не менее 		1,50	1,25	1,05	—.	1,25
при температуре —40°С, не более . . Теплота сгорания низшая, ккал/кг, не ме-	16	8	6	60	8,0
нее	 Высота некоптящего пламени, мм, не ме-	10 250	10 250	10 300	10 300	10 300
нее	 Кислотность, мг КОН на 100 мл топлива,	20	25	25	20	25
не более 	 Давление насыщенных паров, мм рт.ст..	0,7	0,7	0,7 J	0,5	0,5
не более 	 Температура вспышки в закрытом тигле,	—	—	100	—	—
°C, не ниже 	 Температура начала кристаллизации, °C,	30	28	—	—	28
не выше 	 Йодное число, г йода на 100 г топлива,	—60	—60	—60	—60	-60
не более 		2	3,5	3,5	1,0	0,5 85
Продолжение табл. 18
Показатель	По ГОСТ 102		27—62	по ГОСТ 12308—66
	Т-1	ТС-1	Т-2	Т-6 1 Т-7 1
Содержание ароматических углеводородов,
%, не более............................
Термическая стабильность при 150°С в те-
чение 4 ч, мг на 100 мл топлива, не
более .................................
Термическая стабильность в статических
условиях при 150°С в течение 5 ч:
количество нерастворимого осадка, мл
на 100 мл топлива, не более . . . .
количество смол, нерастворимых в топ-
ливе ..................................
количество смол, растворимых в топ-
ливе ..............................
Содержание фактических смол, мг на
100 мл топлива, не более ..............
Общее содержание серы, %, не более . .
Содержание меркаптановой серы, %, не
более .................................
Содержание сероводорода................
Испытание на медной пластинке при 100°С
в течение 3 ч .........................
Содержание водорастворимых кислот и ще-
лочей .................................
Зольность, %, не более.................
Содержание посторонних примесей и воды
Конечная скорость фильтрования, л/мин,
не менее ..............................
20
18
22	22	10	22
Ю 10 —	—
-	—	6,0	6,0
Отсутствует
Не нормируется, определение
обязательное
5	5|	61
0,25 0,25 | 0,05 |
От-
0,005 0,005|сутст-
| вует
Отсутствует
0,05
0,001
Выдерживает без изменения
цвета пластинки
Отсутствует
0,003| 0,0031 0,0031 0,003| 0,003
' Отсутствует
0,1 I — I — ] — I —
Таблица 19
Физико-химические характеристики отечественных топлив,
не нормируемые стандартом
Показатель	Т-1	ТС-1	Т-2
Температурная поправка плотности на 1°С Коэффициент объемного расширения . . . Теплоемкость при 20°С средняя, ккал/кг . Поверхностное натяжение при 20°С, дн!см Теплота испарения средняя, ккал/кГ . . Элементарный химический состав, % •	75-10“ 5 94-10“5 0,47 26 50	80-10“5 98-10“5 0,48 25 55	83-10—5 100-io—5 0,50 23 60
водород 		14,0	14,4	14,5
углерод 		86,0	85,6	85,5
86
П родолжение табл. 19
Показатель	т-1	ТС-1	Т-2
Групповой химический состав, % объем- ные; парафины 		30	60	60
нафтены 		55	25	20
ароматические 		15	15	20
непредельные 		1—2	1—2	1—2
Растворимость воды в топливе при 20qС средняя, % 	 Растворимость топлива в воде при 20° С,%	0,005	0,007	0,008
	0,001	0,001	0,001
Растворимость воздуха в топливе на земле при 20® С, % объемные		12	13	14
Температура самовоспламенения (метод капли) средняя, ®С 		220	220	230
Температурные пределы взрывоопасных смесей на земле, ®С: нижний .... 		25	20	— 10
верхний		65	57 ,	34
Концентрационные пределы взрывоопасных смесей на земле средние, % объемные .	1,4-7,5	1,2-7,1	1,1—6,8
Пределы давления насыщенных паров, при которых возможно образование взрыво- опасных смесей, мм рт. ст		8-95	8—95	8—95
Удельная электропроводность: ом~1			10-12	ю-12	ю-12
см~1			Ю-лз	ю-15	10~15
Скорость выгорания топлива с поверхно- сти, мм/мин 	 	 Температура нагретой поверхности, при ко- торой топливо в контакте с поверхно- стью воспламеняется, °C		1,3	1,7	1,8
	325	325	330
2. ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ
И ЗАРУБЕЖНЫХ ТОПЛИВ
С каждым годом открываются новые международные линии
гражданской авиации СССР. Большое число отечественных самоле-
тов совершает полеты в зарубежные аэропорты. Одновременно
большое число иностранных самолетов прилетает в Советский Союз.
Все это приводит к необходимости заправлять отечественные само-
леты зарубежными топливами, а зарубежные самолеты отечест-
венными.
При решении вопроса о взаимозаменяемости отечественных и
зарубежных топлив необходимо убедиться в том, что эти топлива
идентичны по своим физико-химическим свойствам. Фракционный
87
состав, низкотемпературные свойства, теплота сгорания, коррозион-
ные свойства и другие характеристики топлив (заменителя и заме-
няемого) должны быть настолько близкими, чтобы не вызвать ника-
ких нарушений в работе топливной системы и силовой установки
летательного аппарата.
На основании исследований по взаимозаменяемости отечествен-
ных и зарубежных топлив, проводимых в Государственном научно-
исследовательском институте гражданской авиации, издается соот-
ветствующая инструкция. Эта инструкция утверждается министром
гражданской авиации и является основным документом, которым
руководствуются экипажи при заправке самолетов в зарубежных
аэропортах, а также работники служб ГСМ и АТБ, обеспечива-
ющие заправку горюче-смазочными материалами и обслуживание
самолетов, заправку самолетов зарубежных авиакомпаний в аэро-
портах гражданской авиации.
В табл. 20 приведены марки топлив взаимозаменяемые на оте-
чественных и зарубежных самолетах.
Таблица 20
Взаимозаменяемость отечественных и зарубежных марок топлив
Типы самолетов	Топливо	
	Советского Союза	зарубежных стран
Ту-104, Ту-124, Ту-134, Ил-62 . . . «Каравелла», «Комета IV», «Боинг- 727», «Боинг-720», «Дуглас ДС-8» Ту-114, Ил-18, Ан-10, Ан-12, Ан-24 «Вайкаунт». «Бристоль-Британия 310»;.«Локхид-Электро-2» ....	ТС-1, Т-1 ТС-1, Т-1 ТС-1, Т-1 ТС-1, Т-1	Автур-50, Автур-650, .Тип 1, тип А-1, АТК, ATT, Р-5 (авкат), Р-4 Р-1 То же » »
Технические нормы на некоторые марки зарубежных топлив
приведены в табл. 21 и 22.
Таблица 21
Технические нормы на реактивные топлива Англии,
Франции, Чехословацкой Социалистической Республики
Показатели	Спецификация и технические нормы		
	Англия	Франция	Чехословакия
Номер спецификации 		DE RD-2494	Air —3405/В	ТРД-
Марка топлива 		Автур 50	Автур 50	25-005-64 PL-4
Плотность при 15Q С: не менее 	•	. .	0,775	0,775	—.
не более 		0,825	—	—
88
Продолжение табл 21
Показатели	Спецификация и технические нормы		
	Англия	Франция	Чехословакия
Плотность при20\С	 Фракционный состав, °C: температура начала перегонки,	—	—	0,775—0,976
не выше	 10% перегоняется при темпе- ратуре:			150
не выше		—	—	165
не ниже	 20% перегоняется при темпера-	—'	204	—
туре не ниже	 50% перегоняется при темпе- ратуре:	200		
не выше 		—	—	195
не ниже	 90% перегоняется при темпера-	—	232,2	—
туре не выше	 98% перегоняется при темпе-	—	—	230
ратуре не выше					—	260
Температура конца кипения .... Вязкость кинематическая, сст'.	300	288	—
при 20° С, не менее					—	1,25
» —18q С, не более		6,0	15,0	—
» —34,4° С, »	»					—	—
» —40’ С, »	»		 Температура вспышки, ° С:	—	—	8,0
не ниже 		37,8	38	25
не выше	 Температура начала кристаллиза-	—	66	—
ции, °C, не выше	 Бромное число, г брома на 100 г топлива, не более 	 Йодное число, г йода на 100 г топ-	—50	-50	—60
	5	—	—
лива, не более 	 Содержание ароматических углево-	—	—	3,5
до родов, % объемные, не более . Содержание фактических смол, мг	20	20	22
на 100 мл, не более 	 Содержание общей серы, %, не	7	7	5
более 	 Содержание меркаптановой серы %,	0,2	0,2	0,1
не более 		0,001	0,001	0,001
Коррозия медной пластинки .... Кислотность:	Отсутствует	—	—
мг КОН/г, не более		—	0,1	—
мг КОН 1мл, »	»		 Высота некоптящего пламени (точка	—	—•	0,7
дымления), мм, не ниже .... Теплота сгорания низкая, ккал!мг.	20	25	—
не менее 			10 200	10 250
4В Аксенов А. Ф.
89
Таблица 2
Технические нормы на реактивные топлива Канады, США и Японии
Показатели	Спецификации и технические нормы		
	Канада	США	Япония
Номер спецификации ...............
Марка топлива.....................
Плотность при 15° С:
не менее .........................
не более .....................
Фракционный состав:
10% топлива перегоняется при
температуре, °C, не выше . .
20% топлива перегоняется при
температуре, °C не выше . .
5О?о топлива перегоняется при
температуре, °C, не выше . .
Температура конца кипения, °C . .
Вязкость кинематическая, сст, не
более:
при — 34° С ...................
» - -40° С..................
Температура вспышки, °C, не ниже
Температура начала кристаллизации,
°C, не выше.......................
Бромное число, г брома/100 г, не
более ............................
Содержание ароматических углево-
дородов, % объемные, не более .
Содержание фактических смол,
жг/100 мл топлива, не более . . .
Содержание- потенциальных смол,
лы/100 мл топлива, не более . .
Содержание общей серы, %, не более
То же, меркаптановой серы, %, не
более ............................
Коррозия медной пластинки . . . .
Кислотность, мг КОН/г, не более
Точка дымления, мм, не ниже . . .
Теплота сгорания низшая, ккал/кг,
не ниже...........................
Термическая стабильность:
перепад давления за 5 ч, дюй-
мы рт. ст., не более . . . .
отложения, г, не более . . . .
3GP-23e Тип 1	Д1655/63 т Тип А-1	DERD-2498 IP-5
—	0,775	0,788
—	0,830	0,845
—	204	204
200	—	—
—	232,2		
300	288	288
		15	16,5
15	—	—
39,4	40,3—	60
—48	-50	—48
—	—	5
22	20	25
7	7	7
			14
0,2	0,3	0,4
0,001	0,003	0,001
—	—	Отсутствует
—	0,1	—
20	20	• 19
—	—	10 170
		12	13
—	3	3
3. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ТОПЛИВА
ДЛЯ РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Реактивная авиация сегодняшнего дня удовлетворяется в основ-
ном топливами типа керосина. Дальнейшее развитие авиации и
прежде всего увеличение скорости, дальности и высоты полета тре-
бует создания более высококачественных топлив. Наиболее важным
90
является создание топлив, обладающих значительно более высоки-
ми энергетическими показателями, чем керосины. К энергетическим
показателям относятся: теплота сгорания, плотность и полнота сго-
рания. В этом направлении ведутся интенсивные исследовательские
работы. Основные пути в решении этой проблемы следующие:
улучшение энергетических характеристик нефтяных топлив пу-
тем соответствующего подбора метода технологической переработки
сырья;
создание синтетических топлив;
использование металлов в качестве топлив или компонентов
топлив;
использование в качестве топлив свободных радикалов;
использование энергии ядерных процессов.
Проведенные исследования по изучению энергетических харак-
теристик нефтяных топлив, отдельных классов углеводородов и раз-
личных фракций позволили установить, что при наиболее благопри-
ятных условиях можно будет получить топливо, энергетические
характеристики которого будут выше лучших сортов керосина не
более чем на 5—7%. Наиболее перспективными в этом отношении
являются парафино-нафтеновые углеводороды, выкипающие при
температуре 300—350° С и выше. Таким образом, этот путь полу-
чения высокоэффективных топлив не решает полностью проблемы.
Более перспективным и эффективным методом получения топлив
с высокими энергетическими характеристиками является создание
синтетических топлив. Путем синтеза углеводородов можно полу-
чить топлива с энергетическими характеристиками на 13—15% луч-
ше, чем у керосина. В настоящее время известны топлива на основе
изопарафиновых углеводородов с компактным расположением боко-
вых групп, некоторых нафтеновых углеводородов с боковыми цепя-
ми на основе би- и полициклических нафтеновых углеводородов.
Характерной положительной чертой этих топлив является также
высокая термическая стабильность при температурах до 260° С, а
недостатком — высокая вязкость при отрицательных температурах.
Получение высокоэффективных топлив путем синтеза углеводо-
родов связано с большими трудностями, так как в молекулу угле-
водорода наряду с водородом, обладающим высокой теплотой сго-
рания (28 700 ккал/кг), входит углерод, теплота сгорания которого
невысока (7800 ккал/кг). Вместе с тем известен ряд элементов, теп-
лота сгорания которых значительно выше, чем у углерода. Таким
образом, путем замены углерода на высококалорийный элемент
можно получить топливо с очень хорошими энергетическими харак-
теристиками. Так, например, бор имеет теплотворность на 78%
выше, чем углерод. При содержании примерно такой же весовой
доли водорода, как и в углеводородах, бороводороды при сгорании
дают на 50—60% больше тепла.
В настоящее время ведутся интенсивные исследовательские ра-
боты по получению топлив на основе синтетических соединений во-
дорода с элементами, обладающими высокой теплотой сгорания.
4В*	91
В качестве примера можно рассмотреть топлива на основе бороводо-
родов как наиболее освоенные.
Чистый бор — твердое вещество черного цвета, плавится при
температуре 2300° С, кипит при — 2550° С, воспламеняется на
воздухе при нагреве до 800° С. Кристаллический бор имеет плот-
ность 3,33, аморфный — 2,30—2,34. Исследования показали, что
наибольший практический интерес в качестве основы для получения
борных топлив имеют устойчивые соединения бора с водородом:
пентаборан и декаборан и их алкильные производные.
Пентаборан (В3Н9)—легкая жидкость, плотность 0,61—0,63,
температура кипения -ф 58° С и замерзания — 47° С. При обычных
температурах разложения пентаборана практически не происходит,
при 150е С оно заметно ускоряется, а при 300° С идет быстро. Разло-
жение ускоряется при взаимодействии с водой. Смеси паров пента-
борана с воздухом взрывоопасны ив отдельных случаях самовоспла-
меняются. В связи с этим необходима герметизация его при хранении.
Пентаборан чрезвычайно ядовит, вызывает поражение центральной
нервной системы. Теплота сгорания пентаборана при образовании
твердого борного ангидрида — 16 200 ккал/кг, жидкого 15 340 ккал/кг.
В двигателе наиболее вероятны такие температурные условия, при
которых борный ангидрид образуется в жидком виде. При этом его
теплота сгорания выше на 50% теплоты сгорания керосина. Однако
ввиду малой плотности пентаборана объемная теплота сгорания его
не намного больше, чем у керосина.
Пентаборан хорошо растворяется в углеводородах. Это позво-
ляет использовать его в смеси с углеводородными топливами. Поло-
жительными свойствами пентаборана являются высокая скорость
горения (в несколько раз выше, чем у керосина) и стабильность пла-
мени, что особенно важно для прямоточных двигателей.
Декаборан (В10Н14) — твердое вещество, плотность — 0,92, тем-
пература плавления — 99° С, кипения — 213° С. В твердом виде
он вполне стабилен, заметное самопроизвольное разложение его
начинается при температуре 170° С. Твердый декаборан при обыч-
ной температуре с кислородом не реагирует, но жидкий при темпе-
ратуре 100° С самовоспламеняется на воздухе. Теплота сгорания
декаборана (при образовании жидкого борного ангидрида) равна
15 310 ккал/кГ, объемная теплота сгорания его ввиду большой плот-
ности примерно в 1,5 раза выше, чем у пентаборана, и на 65—70%
выше, чем у керосина. Вследствие малой летучести декаборан зна-
чительно менее опасен в обращении, чем пентаборан.
В настоящее время ведутся исследования по получению и приме-
нению алкилированных боранов — продуктов замещения отдельных
атомов водорода в пентаборане и декаборане на углеводородные ра-
дикалы. Алкилбораны хотя и обладают меньшей теплотой сгорания,
однако они более стабильны и менее ядовиты, чем неалкилированные
бороводороды.
Изучение термической стабильности жидких боранов при раз-
личных температурах показало, что они быстро разлагаются с о бра-
92
зованием газообразных продуктов и нерастворимых осадков. Газо-
образные продукты разложения способствуют образованию паро-
вых пробок в топливной системе, а осадки забивают топливные
фильтры. Использование борных топлив в газотурбинных двигате-
лях затруднительно еще и потому, что при сгорании они дают на
стенках камеры сгорания и на лопатках турбины твердые осадки
окиси бора.
Основное преимущество топлив на основе боранов в сравнении
с керосином — высокие энергетические характеристики, позволяю-
щие увеличить дальность полета летательного аппарата примерно
на 40% Кроме того, высокая химическая активность боранов в реак-
ции с воздухом может обеспечить большую высотность летательных
аппаратов с реактивными двигателями, чем керосин, так как бора-
но-воздушные смеси могут гореть при таких низких давлениях, когда
керосин не горит.
К перспективным синтетическим топливам относятся металлоор-
ганические топлива. В настоящее время известны топлива на осно-
ве триэтилалюминия, трэтилбора, триметилалюминия и др. Метал-
лоорганические топлива по своим энергетическим характеристикам
практически мало отличаются от углеводородных топлив типа ке-
росина. Основным преимуществом этих топлив по сравнению с
керосином является их значительно более устойчивое сгорание при
низких давлениях в камере сгорания. Это повышает высотность лета-
тельного аппарата.
Методом получения перспективных топлив с высокой теплотой
сгорания и топлив, при сгорании которых происходит значительное
повышение температуры в зоне горения, может быть использование
металлов в качестве компонентов нефтяных или синтетических топ-
лив. Одним из способов получения таких топлив является создание
суспензий или коллоидных растворов металлов в углеводородных
средах. Для получения коллоидных растворов'Д углеводородной
среде должны быть диспергированы твердые частицы размером
10-5—10—7 см.
Получение коллоидных растворов высокой концентрации явля-
ется трудной задачей. Проще получить суспензии порошкообразных
металлов в углеводородной среде. В этом случае для’создания ста-
бильных суспензий нужно избежать осаждения диспергированных
частиц. Для характеристики устойчивости реальных суспензий ме-
таллов в углеводородной среде с некоторым приближением можно
использовать закон Стокса, согласно которому
2	r2(D—р)
v = — g —-----— ,
9 П
где v — скорости осаждения частиц, см!сек\
g — ускорение свободного падения, см/сек1',
г — радиус твердых частиц, см\
р — плотность жидкой среды, г/см3\
г] —динамическая вязкость жидкой среды, г/(см-сек)\
D — плотность твердых частиц, г!см3.
93
Из уравнения Стокса следует, что увеличить стабильность
(уменьшить скорость осаждения) суспензий можно за счет следую-
щих факторов:
повышения вязкости среды q;
уменьшения частиц диспергированного вещества;
уменьшения разности между плотностью жидкой среды и плот-
ностью диспергированного вещества.
Для повышения вязкости в металло-углеводородные топлива
вводят загущающие присадки — каучук, полиизобутилен, воск, пет-
Рис. 55. Температура
сгорания металлических
топлив и их суспензий
в углеводородном топ-
ливе:
/—магнии; 2 —алюминий;
<3 — 50% магния-ра0% керо-
сина; 4 — керосин
магниевого порошка и
ролатум, алюминиевые, натриевые и дру-
гие соли высокомолекулярных органиче-
ских кислот.
Хорошие результаты дают поверхно-
стно-активные- присадки, добавленные в
углеводородную среду. В этом случае на
поверхности твердых частиц адсорбируют-
ся поверхностно-активные молекулы при-
садки и как бы увеличивают сопротивле-
ние при движении твердых частиц.
В настоящее время в качестве компо-
нентов металло-топливных суспензий ис-
следованы бериллий, алюминий, магний,
литий, бор и др.
Применение металло-топливных суспен-
зий дает возможность значительно уве-
личить тягу двигателя и скорость полета.
Так например, топливо, состоящее из 50%
50% октана, может обеспечить на 50% боль-
шую тягу двигателя, чем керосин. На рис. 55 приведены темпера-
туры сгорания металлических топлив и их суспензий в углеводо-
родном топливе. Другое преимущество металлов заключается в их
высокой объемной теплоте сгорания, превышающей в некоторых
случаях в 2—3 раза объемную теплоту сгорания керосина. Это дает
возможность значительно увеличить дальность полета летательного
аппарата. Теплота сгорания некоторых металлических топлив при-
ведена в табл. 23.
Наряду с совершенствованием топлив, при применении которых
энергия выделяется в результате окисления (сгорания), исследова-
тели ряда стран заняты проблемой использования качественно но-
вых источников энергии для авиационных двигателей. В частности,
ведутся работы по использованию энергии свободных радикалов.
Свободными радикалами называются осколки молекул — группы
атомов или отдельные атомы, обладающие свободной валентностью.
Известно, что диссоциация (распад) молекул на свободные радикалы
происходит, как правило, со значительным поглощением энергии
извне. При ассоциации Соединении) свободных радикалов в моле-
кулы эта энергия выделяется. Например, для диссоциации 1 кг
молекулярного водорода на атомы Н2-> Н + Н необходимо-за-
94
Таблица 23
Теплота сгорания металлических топлив
Топлива	Относительная плотность при 20° С	Весовая теплота сгорания (высшая), ккал!кг	Объемная теплота сгорания (высшая), ккал/кг	Сравнение с кероси- ном (данные для керосина приняты за 1)	
				объемная теплота сгорания	объем баков при одинако- вом запасе тепловой энергии
Чистые порошки:					
бериллий 		1,82	15 000	27 300	3,25	0,31
бор		2,3	13 950	32 100	3,81	0,26
алюминий		2,7	7 290	19 700	2,35	0,42
магний 	 Смеси 50% порошка и 50% кероси- на (по весу):	1,74	6 000	10 450	1,25	0,82
бериллий 		1,13	12 620	14 250	1,70	0,59
бор		1,21	12 100	14 650	1,75	0,57
алюминий 		1,26	8 770	11 050	1,32	0,56
магний 		м.	8 120	9 000	1,07	0,93
Примечания. 1. Теплотворность керосина принята 10 250 ккал/кг,
плотность — 0,82.
2. Теплотворность дана из расчета образования твердых окислов
металлов.
тратить 51 300 ккал\ при соединении атомов водорода в молекулы
(ассоциации) эта энергия выделяется.
Теплота ассоциации некоторых радикалов в молекулы следую-
щая:
0 + 0^>-02 + 3 640 ккал/кг-,
N4-N -> N2 + 6 050 ккал/кг-,
F + F F2 + 1 710 ккал/кг-,
СН3 + СН3 -> С2Н6 + 14 000 ккал/кг-,
С2Н5 + С2На -> С.Н1П + 12 000 ккал/кг.
4 и ' А О	"1 Хи ‘	'
Горючие элементы (водород, углеводородные радикалы), кроме
выделения теплоты при ассоциации, могут реагировать с окислите-
лем, в результате чего теплота ассоциации суммируется с теплотой
сгорания.
Большие трудности при использовании этого вида энергии заклю-
чаются в том, что свободные радикалы обладают очень большой хими-
ческой активностью и в обычных условиях существуют миллионные
или тысячные доли секунды. Следовательно, решение этой проб-
лемы связано с разработкой методов сохранения свободных радика-
95
лов в свободном состоянии до их подачи в двигатель. Принципиаль-
но возможно сохранение радикалов в свободном состоянии при очень
низких температурах (близких к абсолютному нулю), очень низ-
ких давлениях, а также в смеси с веществами, тормозящими движе-
ние свободных радикалов.
Ряд ученых указывает на принципиальную возможность исполь-
зования энергии свободных атомов азота и кислорода, которые со-
держатся в атмосфере на больших высотах. Свободные атомы азота
и кислорода образуются под действием ультрафиолетовых лучей
солнца на высоте 80—100 км. При очень низком давлении на такой
высоте (0,01 мм рт. ст и ниже) свободные атомы сохраняются про-
должительное время. Следовательно, при наличии устройства, в
котором можно было бы заставить ассоциировать молекулы азота и
кислорода внутри двигателя, летательный аппарат, выведенный
на высоту 80—100 км, имел бы практически неисчерпаемые запасы
энергии.
Самым мощным источником энергии является атомная энергия,
которая в настоящее время успешно используется в силовых уста-
новках морских судов и на атомных электростанциях. Использова-
ние энергии ядерных процессов в авиационных двигателях, в первую
очередь атомной энергии деления урана и плутония, считается делом
ближайших лет. Преимущества атомной энергии колоссальны. До-
статочно сказать, что в одном грамме урана-235 содержится пример-
но столько же энергии, сколько в двух тоннах керосина. Самолет
весом 100—150 т, облетев со скоростью 2000 км/ч вокруг земного
шара, израсходовал бы всего 0,5 кг урана-235.
Источником тепла всех современных атомных энергетических
установок является ядерный реактор — устройство, в котором про-
текает самоподдерживающаяся управляемая ядерная реакция.
Ядерное горючее уран применяется в виде стержней, называемых
тепловыделяющими элементами. Та часть реактора, в которой разме-
щается уран и протекает реакция деления, называется активной
зоной. Вокруг нее обычно располагается отражатель нейтронов. На-
значение отражателя состоит в том, чтобы вернуть в активную зону
реактора возможно большее количество вылетающих из нее нейтро-
нов. В качестве отражателей применяются легкие металлы, углерод
(в виде графита), обычный и тяжелый водород. Реактор должен иметь
надежную защиту с тем, чтобы выделяющиеся в активной зоне излу-
чения не проникали за пределы реакторов.
Выделяющееся в реакторе тепло отводится теплоносителем, роль
которого могут играть различные вещества в зависимости от назна-
чения и теплонапряженности реактора. В частности, могут исполь-
зоваться вода под высоким давлением; расплавленные металлы: на-
трий, калий, свинец, висмут, а также газы: гелий, азот, углекислый
газ.
Атомный турбореактивный двигатель является простейшим из
авиационных атомных двигателей, обладающих полной автоном-
ностью. Простейшая схема его изображена на рис. 56 и работает сле-
96
дующим образом. Воздух из компрессора поступает в реактор, рас-
положенный между компрессором и турбиной. Часть энергии нагре-
того воздуха срабатывается в турбине, приводящей во вращение
компрессор. Другая часть в реактивном сопле преобразуется в ки-
нетическую энергию вытекающей из двигателя струи воздуха. В на-
Рис. 56. Принципиальная схема атомного турбореактивного двигателя:
/—входной конус; 2 — компрессор; <3 — управляющие стержни; 4 — реактор; 5 —
турбина; 6—реактивное сопло
стоящее время разработаны различные схемы атомных силовых уста-
новок. Однако широкое использование атомной энергии в авиацион-
ных силовых установках наталкивается на большие трудности.
Глава V
ТОПЛИВА ДЛЯ ПОРШНЕВЫХ
АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
1.	ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА СГОРАНИЯ
В ПОРШНЕВОМ ДВИГАТЕЛЕ
Все современные авиационные поршневые двигатели — четырех-
тактные, с искровым зажиганием. Существуют два типа двигателей с
искровым зажиганием: с внутренним смесеобразованием (двига-
тели непосредственного впрыска) и с внешним смесеобразованием,
(карбюраторные двигатели).
На испарение топлива в поршневых двигателях отводятся такты
всасывания и сжатия (около 0,02 сек). Для обеспечения полного
испарения топлива за такой короткий промежуток времени авиа-
ционным поршневым двигателям требуется легкоиспаряющееся
топливо-бензин.
После зажигания горючей смеси пламя за 0,002—0,003 сек;
распространяется по камере сгорания в виде фронта. Раскаленные
продукты сгорания, расширяясь, резко сжимают и сильно разогре-
вают еще не сгоревшую смесь впереди фронта пламени. В результате
этого в ней идет быстрое окисление углеводородов и образуются лег-
97
ковзрывающиеся гидроперекиси. Если до конца сгорания смеси пе-
рекиси не успевают образоваться и взорваться, то двигатель будет
работать нормально, но если взрыв перекисей опережает фронт
нормального сгорания, то в цилиндре возникают ударные вол-
ны— происходит детонация. Она вызывает перегрев и постепенное
разрушение деталей цилиндро-поршневой группы. Характерный
признак детонации — металлический стук, вызываемый ударными
волнами.
Более или менее длительная работа двигателя на отчетливо
выраженном детонационном режиме ведет к разрушению его дета-
лей: в первую очередь поршня, свечей, клапанов.
Возникновение и интенсивность детонации в поршневых бензи-
новых двигателях определяют скоростью химических реакций пред-
пламенного окисления углеводородов и временем, в течение которого
эти реакции могут протекать. Скорость химических реакций пред-
пламенного окисления зависит от химического состава топлива, от
состава горючей смеси (а), а также от давления и температуры. Тем-
пература и давление смеси в цилиндре двигателя зависят от темпера-
туры и давления воздуха на впуске, степени сжатия, температуры
стенок камеры сгорания, поршня и клапанов, а также степени
завихрения воздуха в цилиндре, определяющей величину теплоот-
дачи в стенки. Возникновение детонацион-ного сгорания зависит от
ряда конструктивных факторов (размеров и формы камеры сгора-
ния, места расположения свечей и др.).
При прочих равных условиях химическая природа топлива и
состав смеси определяют склонность горючей смеси к детонации.
Опытами установлено, что одни углеводороды обладают более высо-
кими детонационными качествами на богатых смесях, другие — на
бедных. Некоторые углеводороды легче детонируют в двигателях
при увеличении степени сжатия, другие же—при увеличении над-
дува, а третьи — при увеличении температуры воздуха на впуске.
При изменении коэффициента избытка воздуха в горючей смеси
склонность к детонации всех топлив изменяется. При определенных
условиях опыта каждое топливо имеет свою детонационную харак-
теристику и вполне определенное значение а, при котором его склон-
ность к детонации достигает максимума.
Детонационные характеристики топлив по составу смеси имеют
большое значение для работы двигателей, так как для понижения
тепловой напряженности деталей на форсированных режимах дви-
гатели работают на богатых смесях (а = 0,6—0,7), а на крейсер-
ских режимах для обеспечения наибольшей экономичности — на
относительно бедных смесях (а = 0,9—0,95). Топливо же должно
обеспечивать бездетенационную работу двигателя на всех режимах.
На рис. 57 показаны детонационные характеристики топлива —
зависимости предельно допустимого наддува Рк (соответствующего
начальной детонации) от состава смеси при различной температуре
воздуха. Из графика видно, что при температуре воздуха выше
70—100° С (это обычная его температура после сжатия в нагнета-
98
теле) максимум детонационной стойкости (максимальный наддув
рк) получается при а = 0,6—0,7 и минимум — при а= 1,0—1,1.
Это позволяет при работе двигателя на богатой смеси устанавли-
вать более высокий наддув и получать от двигателя большую мощ-
ность, чем при работе на бедной
смеси.
Снижение температуры воздуха
вызывает понижение детонацион-
ной стойкости на богатой смеси и
повышение на бедной. При этом
детонационная стойкость различных
бензинов с изменением состава смеси
и температурных условий меняется
по-разному. В связи с этим требова-
ния к детонационной стойкости бен-
зинов на богатой смеси и на бедной
смеси должны быть разными.
Основные физико-химические свой-
ства топлив, в том числе бензинов, и
Рис. 57. Зависимость детона-
ционных характеристик бензи-
на от температуры воздуха на
входе в цилиндр (двигатель
учи-
влияние этих свойств на работу топ-	АШ-82ФН)
ливной системы летательного аппара-
та и двигателя были подробно рассмотрены в гл. III. Однако
тывая особенности сгорания бензинов в поршневых авиационных
двигателях, связанные с возможностью детонационного сгорания,
следует более подробно рассмотреть антидетонационные характе-
ристики бензинов.
2.	ОЦЕНКА ДЕТОНАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ БЕНЗИНОВ
В настоящее время оценка детонационной стойкости бензинов ос-
нована на принципе сравнения их с эталонными топливами при ис-
пытании тех и других на специальных одноцилиндровых установках
в строго определенных стандартных условиях. Применяются два
типа установок: установки с переменной степенью сжатия (моторный,
температурный, исследовательский) и установки с переменной сте-
пенью наддува (авиационный метод с наддувом).
В табл. 24 приведены основные параметры установок для Опре-
деления детонационной стойкости авиационных бензинов.
Моторный метод. Сущность определения детонационной стойко-
сти бензинов по моторному методу заключается в том, что при рабо-
те специального одноцилиндрового двигателя (ИТ-9-2) на испытуе-
мом топливе устанавливается стандартная интенсивность детонации.
Затем подбирается такое эталонное топливо, которое при данной сте-
пени сжатия и составе смеси, соответствующем максимальной ин-
тенсивности детонации, дает такую же стандартную интенсивность
детонации, как и испытуемое. В качестве эталонного топлива при
меняется смесь изооктана (2,2,4-триметилпентана) и н-гептана. Де-
99
Таблица 24
Основные параметры установок для определения детонационной
стойкости бензинов
Параметры	Метод		
	моторный (ГОСТ 511-61)	температурный (ГОСТ 3337—52)	авиационный с наддувом (ГОСТ 3338-61)
Двигатель 		ИТ-9-2	ИТ-9-5	ИТ-9-1
Число оборотов в минуту , Температура охлаждающей	900	1200	1800
жидкости, ’С	 Температура всасываемого	100	190,5	190,5
воздуха, °C	 Температура рабочей сме- си, °C 		 Температура масла в кар-	25—50	52	107
	150	105	Не контроли- руется
тере, °C 		50—70	50—70	75—80
Степень сжатия	 Способ измерения детона-	Переменная 4—10	Переменная 4—10	Постоянная 7
НИИ	 Способ изменения интен-	Электромехани- ческий датчик	Термопара	На слух или детонометром
сивности детонации . . . Единица оценки детона-	Изменением с	тепени сжатия	Изменением наддува
ционной стойкости . . . Соответствие результатов оценки составу рабочей	Октановое число	Октановое число	Сортность
смеси		Бедным смесям	Бедным смесям	Богатым смесям
Эталонные топлива ....	Смеси изоок- тана и н-гепта- на	н-гептан, изо- октан и его смеси с тетра- этилсвинцом	Изооктан и его смеси с тетра- этилсвинцом
тонационная стойкость изооктана (малодетонирующее топливо) при-
нимается за 100, детонационная стойкость гептана (легко детонирую-
щее топливо) — за нуль. Оценка детонационной стойкости испы-
туемого топлива проводится по так называемому октановому числу.
Октановым числом бензина называется процентное (по объему)
содержание изооктана в смеси с нормальным гептаном, эквивалент-
ное по своей детонационной стойкости (в стандартных условиях ис-
пытания) испытуемому топливу. Так, например, если октановое
число бензина 70, то это означает, что топливо детонирует так же,
как смесь 70% изооктана и 30% гептана.
Температурный метод. Для определения детонационной стой-
кости высокооктановых авиационных бензинов применяется темпе-
ратурный метод. В отличие от моторного метода мерой интенсив-
100
ности детонации при температурном методе принято повышение
температуры головки цилиндра, а не величина импульса давления.
Оценка интенсивности детонации топлива по повышению темпера-
туры головки цилиндра дает возможность сравнивать между собой
и таким образом определять детонационные характеристики более
высокооктановых топлив, чем при испытании по моторному методу.
Оценка детонационной стойкости топлив, менее стойких к де-
тонации, чем изооктан, выражается в октановых числах, а для топ-,
лив, более стойких к детонации,
чем изооктан, — в числах услов-
ного октанового числа. Условное
октановое число определяется по
специальному графику (рис. 58).
Рис. 59. Сравнение детонаци-
онной стойкости бензина с де-
тонационной стойкостью эта-
лонных топлив:
/ —бензин; 2 — чистый изооктан;
3 —10 — смеси изооктана с тетра-
этилсвинцом
Рис. 58. Зависимость сорт-
ности и условного октано-
вого числа от концентрации
в изооктане тетраэтилсвин-
ца:
/—сортность; 2 —условное ок-
тановое число
Авиационный метод. Испытание топлив по этому методу произ-
водится на специальных стандартных одноцилиндровых двигателях
ИТ-9-1 с постоянной степенью сжатия е = 7. Детонационный ре-
жим установки достигается изменением наддува двигателя. Интен-
сивность детонации устанавливается специальными приборами, ко-
торые улавливают характерные для детонации вибрации стенок
цилиндра.
По этому методу снимается детонационная характеристика топ-
лива. Она представляется в форме зависимости среднего индикатор-
ного давления Рг, соответствующего работе двигателя при стан-
дартной интенсивности детонации, от величины отношения GT/GB,
характеризующего состав смеси (рис. 59). Оценка детонационной
стойкости топлива по этому методу производится путем сравнения
детонационной характеристики испытуемого топлива с аналогич-
ными характеристиками эталонных топлив, представляющих собой
101
изооктан и его смеси с тетраэтиловым свинцом. Детонационная ха-
рактеристика испытуемого топлива наносится на эталонную сетку.
Сравнение и определение эталонного топлива, эквивалентного'
по детонационной стойкости испытуемому топливу, проводится при
составе смеси GT/GB = 0,112, соответствующем максимальному зна-
чению Pt для эталонных топлив.
Величина сортности для эталонных топлив установлена опытным:
путем при испытании их на одноцилиндровых установках с различ-
ными цилиндрами серийных авиационных двигателей. При этих ис-
пытаниях на каждом эталонном топливе путем увеличения наддува
двигатель доводили до появления детонации и замеряли мощность,
которая по существу являлась максимально возможной для каждо-
го эталона. Мощность, полученная при работе на чистом эталонном
изооктане, принята за 100%; смеси же изооктана с тетраэтилсвин-
цом позволяли снимать большую мощность, причем с увеличением
концентрации тетраэтилсвинца возрастала и величина максимально
возможной мощности. Было установлено, что чистый изооктан имеет'
сортность 100, изооктан с концентрацией тетраэтилсвинца 0,76 мл/кг
имеет сортность 130 и т. д. (см. рис. 54).
Таким образом, сортность топлива показывает, насколько боль-
ше или меньше можно получить мощность специального одноцилин-
дрового двигателя на богатой смеси на испытуемом топливе по срав-
нению с мощностью, развиваемой этим же двигателем на изооктане.
Например, сортность 130 показывает, что это топливо при ра-
боте специального одноцилиндрового двигателя обеспечивает при-
рост мощности на 30% по сравнению с чистым изооктаном. Чем
выше сортность топлива, тем лучше его детонационная стойкость
на богатых смесях в условиях наддува.
3.	ДЕТОНАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
УГЛЕВОДОРОДОВ
Детонационная стойкость углеводородов главным образом за-
висит от их химической природы. Строение углеводородов, состав-
ляющих топливо, наиболее, сильно влияет на их детонационную
стойкость.
Наименьшей детонационной стойкостью обладают жидкие пара-
финовые углеводороды нормального строения; при этом с увеличе-
нием молекулярного веса ухудшаются их детонационные характе-
ристики. Октановые числа, определенные по моторному методу, для
парафиновых углеводородов имеют следующие значения:
октан..................17	пентан.................61
гептан ............... О
гексан ................26	бутан .................92
Детонационная стойкость изопарафиновых углеводородов зна-
чительно выше детонационной стойкости аналогичных углеводоро-
дов нормального строения и изменяется в зависимости от степени
102
разветвления и характера расположения боковых радикалов. Зна-
чения октановых чисел, определенных по моторному методу, для
изопарафиновых углеводородов следующие:
н-гептан ..................................... О
2-метилгексан ............................... 45
3-метилгексан................................ 65
2,4-диметилпентан ........................... 82
2,3-диметилпентан ........................... 89
2,2-диметилпентан ........................... 93
2-метилпропан (изобутан)..................... 99
2,2,4-триметилпентан (изооктан)..............100
2,2,3-триметилбутан..........................101
Циклическое строение молекул углеводородов также повышает
их детонационную стойкость. Особенно высока детонационная стой-
кость ароматических углеводородов. Октановые числа для неко-
торых циклических углеводородов имеют следующие значения:
циклогексан................................. 77
метилциклопентан............................ 82
циклопентан................................. 83
этилбензол.................................. 98
толуол (метилбензол).........................104
бензол ......................................108
Современные авиационные двигатели требуют топлив с высокой
детонационной стойкостью. Октановые числа даже наилучших сор-
тов бензинов, полученных из высококачественных нефтей, не пре-
вышают 80 единиц. В связи с этим современные авиационные бен-
зины являются смесями бензинов прямой перегонки или каталитиче-
ского крекинг-процесса с высокооктановыми компонентами и спе-
циальными присадками-антидетонаторами.
4.	ВЫСОКООКТАНОВЫЕ КОМПОНЕНТЫ
И АНТИДЕТОНАТОРЫ
Высокооктановыми компонентами авиационных бензинов явля-
ются индивидуальные углеводороды: изопентан, неогексан, изо-
октан, триптан, бензол, толуол, их смеси и смеси изопарафиновых
углеводородов.
Изменение октановых чисел и сортности базовых бензинов в
зависимости от содержания в них высокооктановых компонентов,
показано на рис. 60 и 61. Наличие в авиационных бензинах высоко-
октановых компонентов не должно изменять других физико-химиче-
ских свойств тонлив, диктуемых требованиями эксплуатации (испа-
ряемость, температура кристаллизации, гигроскопичность и др.)..
Высокооктановые компоненты могут добавляться в бензины в ко-
личествах до 40%.
В отличие от высокооктановых компонентов антидетонаторы
добавляются в бензин всегда в незначительном количестве. Они
практически не изменяют химического состава топлива.
103
В настоящее время в качестве антидетонатора применяется те-
траэтилсвинец Pb (C2Hfi)4. Тетраэтилсвинец представляет собой бес-
цветную очень ядовитую жидкость. При температуре 20° С его плот-
ность равна 1,652, при 200° С он кипит и одновременно разлагается.
Тетраэтилсвинец замедляет процесс образования взрывчатых пере-
кисей.
Добавление первых малых количеств тетраэтилсвинца (до 2,5—
3,3 м.л!к.Г весьма эффективно (рис. 62). Дальнейшее увеличение его
содержания в бензине мало повышает детонационную стойкость, но
Рис. 60. Зависимость окта-
нового числа авиационного
бензина от концентрации
в нем компонентов:
/ — этилового спирта; 2 —ал-
кплбензола: 3 —изооктана; 4 —
бензола
зато отрицательно влияет на на-
дежность двигателя из-за больших
отложений свинца на деталях ка-
меры сгорания.
Рис. 61. Зависимости сорт-
ности авиационного бензи-
на от концентрации в нем
компонентов:
/—бензола; 2 —алкилбензола
Тетраэтилсвинец вводится в бензины в составе этиловой жидкости
в смеси с «выносителями», реагируя с которыми металлический сви-
нец и окись свинца после сгорания превращаются в летучие при вы-
сокой температуре соединения и в основном удаляются из камеры
сгорания вместе с выхлопными газами. В качестве «выносителей»
в настоящее время применяются галоидоалкилы (С2Н6Вг и СгЬ^Вгг).
Взаимодействие «выносителя» с металлическим свинцом и окисью
свинца происходит в следующей форме:
2С2Н5Вг-> 2С2Н4 + 2НВг;
РЬ + 2НВгРЬВг + Н2;
РЬО + 2НВг РЬВг3 + Н2О.
Температура кипения галоидных соединений свинца значительно
ниже температуры в камере сгорания двигателя, поэтому при сго-
рании топлива эти соединения находятся в парообразном состоянии.
В состав бензинов вводятся этиловые жидкости трех различных
марок: Р-9, 1-ТС и П-2. Они различаются по содержанию тетраэтил-
104
свинца и по составу «выносителя». В табл. 25 даны составы отечест-
венных жидкостей Р-9, 1-ТС и П-2 и жидкости 1-Т, применяемой
в США и Англии.
Таблица 25
Состав этиловых жидкостей
Компоненты	Р-9	1 -тс	П-2	1-т
	ГОСТ 9	88—58		
Тетраэтилсвинец, %, не менее . . .	54,0	58,0	55,0	61,41
Бромистый этан, %, не менее . . .	33,0	—	—	—
Дибромэтан, %, не менее		—	36,0	—	35,68
Дибром пропан, % не менее ....			—	34,4	—
Монохлорнафталин, %		6,8±0,5	—	5,5±0,5	—
Красители, %		0,1	0,5	‘ 0,1	0,05
Наполнитель (бензин)		—	Остальное до 100%		
При длительном хранении бензина тетраэтилсвинец постепенно'
окисляется, разлагается и вступает в реакцию с продуктами окис-
ления углеводородов. В результате образуется белый осадок, ко-
Рис. 62. Зависимость октанового числа на бедных смесях (а) и сортности на,
богатых смесях (б) базовых бензинов от содержания в них тетраэтилсвинца:
1— Б-100/130; 2—Б-95/130; 3 — Б-9 1 / 1 1 5; 4 — Б-70 (Б-89)
торый может нарушить нормальную работу топливной аппаратуры.
Разложение тетраэтилсвинца может также привести к возникнове-
нию детонации в двигателях. Для повышения стабильности раство-
ренного в бензине тетраэтилсвинца в бензин добавляется антио-
кислительная присадка — параоксидифениламин в количестве
0,004—0,005%.
5.	МАРКИ АВИАЦИОННЫХ БЕНЗИНОВ
Промышленностью выпускаются следующие марки авиационных,
бензинов: Б-100/130, Б-95/130, Б-91/115, Б-70 (все ГОСТ 1012—54) и
БА (ГОСТ 5760—51), равноценный американскому бензину 115/145.
105
Таблица 26
Технические нормы на авиационные бензины
Показатели	БА	Б-100/130	Б-95/130	t/J	Б-70	и
Содержание тетраэтилсвинца г!кг, не более 		2,7	2,7	3,3	2,5	0	0,6
Детонационная стойкость: октановое число по моторно- му методу, не менее . . .		98,6	95	91	70	78
Октановое число по температур- ному методу, не менее ....	—	100			—			—
Сортность на бедной смеси, не менее 		115										
Сортность на богатой смеси, не менее 		160	130	130	115				
Теплота сгорания низшая, ккал/кг, не менее 		10 400	10 300	10 300	10 300			10 300
Фракционный состав, температура начала кипения, ®С, не ниже		40	40	40	40	40	40
температура выкипания 10%. °C, не выше		75	75	82	82	88		_
температура выкипания 50%, °C, не выше		105	105	105	105	105	105
температура выкипания 90%, °C, не выше 		145	145	145	145	145	145
температура	выкипания 97,5%, °C, не выше . . .	180	180	180	180	180	180
остаток и потери, %, не бо- лее 		2,5	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5
Давление насыщенных паров, мм рт. ст.: не менее 		240	240	220	220		210
не более 		360	360	360	360	360	360
Кислотность, мг КОН на 100 мл бензина, не более 		1,2	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
Температура начала кристаллиза- ции, °C, не выше 			-60	—60	—60	—60	—60	—60
Йодное число, г йода на 100 мл бензина, не более 		6	12	12	10	10	12
Содержание фактических смол, мг в 100 мл бензина, не более.	2	2	2	2	2	2
Содержание серы, % не более .	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05
Содержание ароматических угле- водородов, %, не более . . .	—	—	—	—	20	20
Испытания на медной пластинке Содержание	водорастворимых кислот и щелочей	 Содержание механических приме- сей и воды	 Прозрачность	 Цвет		В завися-	с с Ярко-	Вы дер Зтсутст )тсутст Прозр Жел-	живакк вуют вуют ачны Зеле-	Бес-	
	мости от цвета эти- ловой жидкости	оран- жевый	тый	ный	цвет- ный	
106
Таблица 27
Свойства бензинов, не нормируемые стандартом
Показатели	БА	Б-95/130	Б-91/115	Б-70
Плотность средняя при 20° С, г/см3.	0,710	0,730	0,735	0,740
Коэффициент объемного расширения Температурная поправка плотности	120-Ю-5	110-Ю-5	110-Ю-5	ПОЮ-5
на 1°С	 Теплоемкость средняя при 20 ° С,	88-10-5	85-10-5	85-10-5	84-Ю-5
икал/кг 		0,5	0,5	0,5	0,5
Теплота испарения средняя, ккал/кг Поверхностное натяжение среднее	75	70	70	70
при 20° С, дн/см		20	10	21	22
Температура вспышки средняя, ° С . Температура самовоспламенения (ме-	—40	—35	-30	—30
тод капли) средняя, °C	 Температурные пределы взрывоопас-	470	440	400	300
ных смесей на уровне моря, °C:				
НИЖНИЙ		—40	-35	-30	—30
верхний 		—10	— 5	0	0
Концентрационные пределы взрыво-				
опасных смесей на земле, % объем-				
ные		0,98—	0,98—	0,89—	0,79—
	5,48	5,48	5,76	5,76
Пределы давления насыщенных па-				
ров, при которых образуются взрывоопасные смеси, мм рт. ст.	8—95	8—95	8-95	8—95
Растворимость воздуха в бензине				
при 20° С, средняя на земле, % объемные 		18	16	15	14
Растворимость воды в бензине при 20°С средняя, %		 Растворимость бензина в воде при	0,010	0,006	0,005	0,005
				
20° С средняя, % 	 Элементарный состав, %:	0,001	0,001	0,001	0,001
водород		16	15	15	14,5
углерод 		84	85	85	85,5
Групповой химический состав:				
парафины 		40—50	30—40	30—40	30—50
нафтены	'		30—40	40—50	40-50	40—50
ароматические 		15—25	15—25	15—25	15—20
непредельные 		1—2	1-2	1-3	1—3
Вязкость кинематическая при 20° С,				
сст 		0,40	0,45	0,45	0,50
Удельная электропроводность:	IO-12			ю-12
ом~1			IO-12	10-12	
см~1			IO-15	10-15	IO-15	ю-15
Скорость выгорания бензина с по-				1,8
верхности в резервуаре, мм/мин . Скорость выгорания бензина с по-	2,2	2,0	1,9	
				
верхности средняя, «г/л2 ....	95	92	91	90
107
Продолжение табл. 27
Показатели	БА	Б-95/130	Б-91/1 15	Б-70
Огнегасительные	концентрации инертных газов (по данным П. Г. Демидова), % объемные: углекислый газ 		23	23	23	 23
азот		31	31	31	31
Ядовитость паров бензинов и допу- стимые концентрации, мг/л . . .	0,3	0,3	0,3	0,3
Температура нагретой поверхности от контакта, с которой воспламе- няется бензин, средняя, СС ...	570	540	500	430
Современные бензины представляют собой смеси нескольких
компонентов. В качестве базовых бензинов, являющихся основной
составной частью авиабензинов, используются бензины прямой пере-
гонки из отборных нефтей и бензины каталитического крекинга.
Для получения необходимых антидетонационных свойств к базовым
бензинам добавляют изопарафиновые и ароматические компоненты.
Авиационный бензин Б-100/130 получают смешением бензина
каталитического крекинга с высококачественными компонентами.
Базовыми бензинами для Б-95/130 и Б-95/115 служат как бензины
каталитического крекинга, так и бензины прямой перегонки. Базо-
выми для Б-91/115 и Б-70 являются бензины прямой перегонки.
Кроме того, в гражданской авиации применяется авиабензин
смесевой СБ-78 (ТУ 4-60). Этот сорт бензина готовится на месте
потребления путем смешения стандартных авиабензинов в следую-
щем соотношении в процентах по объему: 25% Б-91/115 + 75%
Б-70 или 20% Б-95/130 + 80% Б-70.
Технические нормы на применяемые в гражданской авиации
бензины приведены в табл. 26.
Вследствие того, что авиационные бензины вырабатываются из
нефтей различных месторождений, а также путем смешения различ-
ных высокооктановых компонентов, химический состав и некоторые
физико-химические характеристики их несколько отличаются, что
видно из табл. 27, где приведены свойства бензинов.
Каждый бензин должен применяться на тех двигателях, для ко-
торых он предназначен (Б-95/130 — АШ-82 всех модификаций,
Б-91/115 — АШ-62ИР и АИ-26В всех модификаций; СБ-78—АИ-14ВФ
и др., Б-70 — АИ-14Р).
При полетах отечественных самолетов в зарубежные страны и
необходимости заправки самолетов следует руководствоваться спе-
циальными инструкциями Министерства гражданской авиации СССР
по взаимозаменяемости отечественных и зарубежных бензинов.
В зарубежных аэропортах самолеты Ил-14 разрешается заправлять
бензинами 100/130, самолеты Ан-2 и Ли-2 — бензинами 91/96.
108
Глава VI
ТОПЛИВА ДЛЯ СВЕРХЗВУКОВЫХ
ТРАНСПОРТНЫХ САМОЛЕТОВ
В ближайшее время на линиях гражданской авиации появятся
сверхзвуковые пассажирские самолеты.
Конструкторы, ученые, инженеры-эксплуатационники работают
сейчас над тем, чтобы сделать сверхзвуковые самолеты такими же
надежными, долговечными и экономичными, как и дозвуковые. Среди
этих проблем одной из главных является проблема правильного
выбора топлива.
Отличительной особенностью топливной системы сверхзвуково-
го самолета является ее значительно большая тепловая напряжен-
ность. В результате аэродинамического разогрева, а также за счет
тепла, отводимого от различных рабочих тел (масла, гидрожидкости
и т. п.), температура топлива может повыситься до 150—160° С,
в то время как на дозвуковых самолетах она редко поднимается
выше 50—80° С. В топливных баках сверхзвукового самолета, где
топливо находится продолжительное время, температура его к концу
полета может повышаться до 125—130° С (при М = 2,5). В топлив-
ных баках дозвукового самолета топливо в процессе полета охлажда-
ется до —204-30° С. Таким образом, топливо для сверхзвуковых само-
летов должно сохранять длительное время свои эксплуатационные
свойства при высоких (до 160—180° С) температурах. На сверхзву-
ковом самолете топливо разогревается до высоких температур в
процессе полета со сверхзвуковой скоростью. На участках же Полета
от взлета до преодоления сверхзвукового барьера топливо находит-
ся при относительно невысоких температурах, а в момент запуска
силовых установок на земле в зимний период может находиться
при отрицательных температурах. Таким образом, топлива для
сверхзвуковых самолетов должны сохранять свои эксплуата-
ционные свойства и при низких температурах (до —60° С).
Известно, что в общем объеме эксплуатационных расходов доля
расходов на топливо значительно больше на сверхзвуковых само-
летах, чем на дозвуковых. Следовательно, даже при современных
ценах на реактивные топлива в экономике сверхзвукового самолета
стоимость топлива будет занимать большее место, чем в экономике
дозвукового. Экономичность сверхзвукового самолета во многом
определяется стоимостью применяемого топлива.
1.	термическая стабильность нефтяных топлив
Современные реактивные топлива при нагреве до температур
50—80° С существенно не меняют своих эксплуатационных свойств.
При нагреве до более высоких температур углеводороды топлива и
гетероорганические соединения подвергаются более глубокому
109
окислению. Глубина окисления и количество образующихся твер-
дых нерастворимых продуктов окислительного распада возрастают
с увеличением температуры топлива. При некоторой температуре
осадкообразование в топливе достигает максимальной величины и
тогда прокачка топлива через фильтры может прекратиться. Даль-
нейшее увеличение температуры топлива приводит к уменьшению
осадкообразования, и при достаточно высоких температурах осад-
кообразование прекращается. На рис. 63 показано влияние тем-
пературы топлива на образование нерастворимых осадков. Как
Рис. 63. Влияние тем-
пературы на образо-
вание нерастворимых
осадков в реактивных
топливах
Рис". 64. Влияние концен-
трации кислорода в газо-
вой среде на образование
нерастворимых осадков в
топливах при 150°С в кон-
такте с бронзой
видно, топлива, различные по своим физико-химическим свойствам,
имеют разную склонность к образованию нерастворимых осадков.
Наиболее сильное влияние на количество образующихся нераст-
воримых осадков в топливе оказывает концентрация кислорода как
в газовой среде над топливом, так и растворенного в топливе. Если
из топлива удалить весь растворенный кислород, а топливо поместить
в инертную газовую среду, то осадкообразование практически пре-
кращается. На рис. 64 показано влияние концентрации кислорода
в газовой среде на образование нерастворимых осадков. Удаление
из топлива кислорода и заполнение пространства над топливом
инертными газами (азотом) является весьма эффективным средством
борьбы с осадкообразованием. В табл. 28 показано, что если над
топливом воздух заменить азотом с содержанием кислорода 1,2%,
то в равных температурных условиях осадкообразование уменьшит-
ся в десятки раз.
В эксплуатационных условиях полностью изолировать топливо
от кислорода практически невозможно, поэтому невозможно и пол-
ностью предотвратить окисление компонентов топлива.
Значительное влияние на количество образующихся осадков в
топливе при повышенных температурах оказывают металлы. На
110
Таблица 28
Влияние газовой среды на образование в топливах
нерастворимых осадков
Температура, °C	Количество осадков в топливе		, мГ]100 мл
	ТС-1	Т-1	Т-2
В воздухе
125	3,2	3,8	2,0
150	13,7	14,0	9,1
200	6,3	7,0	3,4
250	4,3	5,2	1,9
В азоте, содержащем 1,2% кислорода
125	0,7	0,6	0,2
150	1,2	1,4	0,2
200	0,8	0,9	0,2
250	0,4	0,6	0,1
рис. 65 показано влияние металлов на образование нерастворимых
осадков в топливе ТС-1 при температуре
ние оказывают медь, бронза и латунь,
т. е. медь и ее сплавы.
В последнее время проведены и про-
водятся капитальные исследования по
выяснению влияния состава реактивных
топлив на их термическую стабильность.
Как мы знаем, топлива состоят из угле-
водородной части, гетероорганических
соединений, механических примесей и
воды. Рассмотрим влияние отдельных со-
ставных частей топлива на осадкооб-
разование при повышенных темпера-
турах.
Наименьшее количество осадков об-
разуется при окислении алкано-циклано-
вых углеводородов. Даже при окисле-
нии в течениебч при температуре 150° С
не образуется заметного количества
осадков и только длительное (более 6 ч)
окисление приводит к образованию осад-
(ков. Ароматические углеводороды при
150° С. Наибольшее влия-
Отношение поверхности металла
н объему топлива,смг/см3
Рис. 65. Влияние^ металлов
на образование нераствори-
мых в топливе ТС-1 осад-
ков при 150°С:
/—медь; 2 —бронза ВБ-24; 3 —
латунь Л-62; 4 — дюралюминий
Д1Т; <5—.сталь 12ХНЗА
окислении образуют значительное количество нерастворимых осад-
ков и смол. Причем их количество возрастает с увеличением коли-
чества колец в молекуле ароматических углеводородов. Влияние
углеводородного состава можно иллюстрировать данными табл. 29.
lit
Таблица 29
Термоокнслительная стабильность углеводородов реактивных топлив
Топлива и углеводородные группы	Осадок, мг/1 00 мл	Смолистые отложения ‘на бронзе, г/м2	Коррозия, г/м2
			
ТС-1 Обессмоленное топливо 		4,0	0,2	0,2
Алкано-циклановая фракция		0,0	0,0	0,0
Ароматическая фракция малой циклично- ности 		2,8	0,2	0,8
Ароматическая фракция повышенной цик- личности 		4,9	0,5	0,8 -
Т-1 Обессмоленное топливо 		5,8	0,2	0,4
Алкано-циклановая фракция 		0,0	0,0	0,0
Ароматическая фракция малой циклично- сти 		3,1	0,1	0,2
Ароматическая фракция повышенной цик- личности 		7,0	0,3	0,4
углеводо-
Если в топливе ограничить количество ароматических
родов, особенно повышенной цикличности, то углеводородная часть
топлива будет иметь высо-
кую термическую стабиль-
ность. Значительное сни-
жение термической ста-
бильности топлива проис-
ходит за счет различных
гетероорганических соеди-
нений (сернистых, азоти-
стых, кислородных).
Наиболее сильное вли-
яние на термостабильность
Рис. 66. Влияние меркаптанов
на термоокислительную ста-
бильность и коррозионную ак-
тивность топлива ТС-1 при
150°С:
/—гидрированное топливо ТС-1-j-
вторичный октилмеркаптан; 2 —
гидрированное топливо TC-l-f-тно-
фенол; Q —Q —в латунных сосу-
дах; Д —Д —в стеклянных сосудах
топлива и коррозию металлов оказывают сернистые соединения.
На рис. 66 показано влияние меркаптанов на термическую ста-
бильность топлива ТС-1 при 150° С и его коррозионную активность.
112
При увеличении содержания меркаптанов до 0,01% осадкообра-
зование увеличивается в 6—8 раз. Значительно ухудшают термоокис-
лительную стабильность топлива элементарная сера, тиофены,
тиофаны, сульфиды и дисульфиды. При прочих равных условиях,
отрицательное влияние сероорганических соединений на термо-
окислительную стабильность топлива определяется строением их
углеводородного радикала. В табл. 30 даются предельные концент-
рации сернистых соединений в топливе. Выше этих количеств тер-
Рис. 67. Влияние смолистых веществ на стабильность топлива
ТС-1 (а) и его коррозионную активность (б):
/—смолы, выделенные из свежего топлива ТС-1; 2 —смолы, выделенные
из предварительно обессмоленного топлива после годичного хранения;
3 — смолы, выделенные из вторичного обессмоленного топлива после го-
дичного хранения
нестабильность топлива резко ухудшается. Данные таблицы надо
принимать как сугубо ориентировочные, показывающие относи-
тельную роль различных, сероорганических соединений.
Таблица 30
Предельное содержание сернистых соединений в топливе
Сернистые соединения	Температура выки- пания топлива, °C	Допустимое содер- жание сернистых соединений, вес, % (на серу)
Меркаптаны 		100 150 и более	0,005 0,002
Тиофены 		100—150 150 и более	0,20 0,10
Ароматические сульфиды		100 150	0,05 0,05
Алифатические	»			100 150	0,10 0,08
Дисульфиды		100 150	0,05 0,02
5 Аксенов А. Ф.
113
Все сернистые соединения по их влиянию на уменьшение термо-
окислительной стабильности топлива располагаются в следующий
ряд: меркаптаны, дисульфиды, сульфиды, тиофены, тиофаны.
Отрицательное влияние на термостабильность топлив оказывают
смолистые вещества. Как правило, чем больше смол в топливе, тем
хуже его термоокислительная стабильность. Однако некоторые смо-
листые вещества, переходящие в топливо из нефти, при определен-'
ных концентрациях оказывают положительное влияние, т. е. умень-
шают количество образующихся осадков. Сказанное хорошо иллю-
стрируется рис. 67.
Азотистые соединения в реактивных топливах содержатся в
количествах не более0,05-у0,1 % и практически не оказывают суще-
ственного влияния на термоокислительную стабильность топлива.
Большое влияние на термостабильность топлива оказывают вода и
микрозагрязнения. Удаление их из топлива всегда приводит к по-
вышению его термоокислительной стабильности.
2.	СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ТЕРМОСТАБИЛЬНОСТИ ТОПЛИВ
ДЛЯ СВЕРХЗВУКОВЫХ САМОЛЕТОВ
Термоокислительная стабильность топлив для сверхзвуковых
самолетов может быть повышена следующими способами:
улучшением технологии получения и очистки топлив на нефтепе-
рерабатывающих заводах;
применением эффективных присадок;
удалением из топлива микрозагрязнений и воды;
устранением контакта топлива с кислородом воздуха и с ката-
литически активными металлами.
Из технологических способов повышения термостабильности топ-
лив перспективными являются гидрокрекинг и гидроочистка. При
гидрокрекинге газойлевой фракции нефти при температуре 260—
440° С и давлении водорода 35—175 атм получается реактивное
топливо, обладающее высокой термической стабильностью.
При гидроочистке из топлива удаляются сернистые соединения
и часть продуктов окисления и смол. При этом термостабильность
топлива значительно повышается.
Частично устранить контакт топлива с кислородом можно путем
заполнения парового пространства над топливом инертными газами.
Повышение термостабильности топлива достигается улучшением
тонкости фильтрации перед заправкой его в баки самолета.
Пожалуй самым эффективным и самым перспективным способом
повышения термостабильности топлив для сверхзвуковых самолетов
является разработка и применение эффективных присадок. В настоя-
щее время ведутся большие исследования с этой целью. Исследованы
сотни органических и неорганических соединений известных и спе-
циально синтезированных.
114
Наибольшее признание в качестве присадок для повышения тер-
мической стабильности реактивных топлив в настоящее время полу-
чили два класса соединений:
алифатические высокомолекулярные вторичные амины;
сополимеры эфиров метакриловой кислоты.
3.	СОСТАВ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ТОПЛИВ
ДЛЯ СВЕРХЗВУКОВЫХ ПАССАЖИРСКИХ САМОЛЕТОВ
В настоящее время еще нельзя достоверно назвать марки топлив
для сверхзвуковых пассажирских самолетов. Но можно высказать
предположение о том, какими они будут. Вероятнее всего это будут
керосины как продукты прямой перегонки, так и гидрокрекинга,
подвергнутые тщательной гидроочистке. Из топлива будут макси-
мально удалены гетероорганические соединения микрозагрязнения
и вода. Углеводородная часть будет состоять главным образом из
алканов и нафтенов. Температурные пределы выкипания будут опре-
деляться условиями применения на самолете и экономическими со-
ображениями. Можно предполагать, что фракционный состав топлива
будет находиться в пределах 150—300° С.
Топлива будут содержать присадки, повышающие термоокисли-
тельную стабильность и противоизносные свойства.
Наиболее полно отвечает требованиям, предъявляемым к топли-
вам для сверхзвуковых пассажирских самолетов, топливо марки
Т-6 по ГОСТ 12308—66 (см. табл. 18, гл. IV).
Г лава VI1
ТОПЛИВА ДЛЯ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Первые ракетные двигатели работали на твердом топливе —
прессованном порохе. Вследствие большой скорости горения пороха
и сравнительно небольшого запаса его, ограничиваемого размера-
ми камеры сгорания, время работы порохового ракетного двигателя
очень мало (0,1—25 сек), а сила тяги, развиваемая двигателем, труд-
но регулируется.
Жидкостные ракетные двигатели, идею которых предложил
К- Э. Циолковский, открыли новые перспективы развития ракетной
техники, так как они обладают существенными преимуществами
перед пороховыми ракетными двигателями.
К- Э. Циолковский подробно исследовал величину тепловых эф-
фектов реакций сгорания различных элементов и сформулировал
основные требования к топливам для жидкостных ракетных двигате-
лей.
Большую работу по созданию и исследованию ракет с жидкост-
ными ракетными двигателями и топлив для них провели отечест-
венные ученые В. П. Ветчинкин, Г. Е. Лангемак, Ф. А. Цандер'и др.
5*	115
Среди исследователей зарубежных стран существенный вклад
в развитие ракетной техники внесли Эно-Пельтри (Франция),
Годдарт (США), Зенгер (Австрия) и др.
Принципиальным отличием ракетного двигателя является то,
что он работает независимо от окружающей среды. При сжигании
горючего в ракетном двигателе используется не кислород воздуха,
а специальный окислитель, запасы которого должны быть на борту
летательного аппарата. В ракетных двигателях могут применяться
в качестве топлива вещества, способные выделять тепловую энер-
гию, и газообразные продукты в результате разложения, ассоциа-
ции, ядерных процессов или других реакций без участия окисли-
теля.
В связи с этим ракетный двигатель может работать независимо
от окружающей среды на земле, в безвоздушном пространстве, под
водой и т. д.
I.	КЛАССИФИКАЦИЯ ТОПЛИВ
ДЛЯ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Топлива по агрегатному состоянию делятся на жидкие и твердые
(пороха). Жидкие топлива по способу применения делятся на два
класса: двухкомпонентные и однокомпонентные. Под компонентами
топлива подразумевают каждое из веществ', раздельно подводимое
в камеру сгорания жидкостного ракетного двигателя. Схема клас-
сификации топлив приведена на рис. 68.
Двухкомпонентные топлива состоят из двух раздельно подавае-
мых в камеру сгорания двигателя компонентов: горючего и окисли-
теля. Топлива этого класса наиболее широко используются, так как
раздельное хранение горючего и окислителя в отдельных баках на-
много уменьшают опасность взрывов и облегчает условия эксплуа-
тации, хранения и транспортировки топлива. Кроме того, примене-
ние двухкомпонентных топлив значительно расширяет возможности
выбора веществ, пригодных для использования в качестве горючего
и окислителя, что позволяет создать наиболее эффективные топ-
ливные смеси.
Двухкомпонентные топлива по способу воспламенения в- двигате-
ле можно разделить на две группы: самовоспламеняющиеся и неса-
мовоспламеняющиеся. При контакте некоторых горючих и окисли-
телей при обычных температурах протекает химическая реакция
с выделением такого количества тепла, которого достаточно для
воспламенения топливной смеси. Такие топлива получили назва-
ние самовоспламеняющихся.
Ко второй группе топлив относятся топлива, жидкие компоненты
которых (горючее и окислитель) при контакте не загораются, и для
их воспламенения требуются специальные устройства.
К однокомпонентным топливам относят топлива, которые при
сгорании не нуждаются в окислителе, подаваемом извне. Использо-
вание однокомпонентных топлив дает возможность значительно уп-
116
ростить топливную систему двигателя. Однако применение их пока
что ограничено из-за взрывоопасности и относительно низкой теп-
лоты сгорания.
По своему назначению топлива для жидкостных ракетных дви-
гателей делятся на основные, пусковые и вспомогательные.
Основными топливами называют топлива, используемые непо-
средственно для работы двигателя в качестве основного источника
энергии и рабочего тела, пусковыми — используемые для воспла-
Рис. 68. Классификация топлив для ракетных двигателей
менения в камере сгорания несамовоспламеняющихся основных ра-
бочих топлив во время запуска двигателя. К вспомогательным топ-
ливам относят топлива, используемые для питания вспомогатель-
ных агрегатов жидкостного ракетного двигателя (турбонасосного
агрегата, жидкостного аккумулятора системы подачи основного топ-
лива и т. д.).
2.	ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ТОПЛИВАМ
ДЛЯ ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
История развития жидкостных ракетных двигателей в значи-
тельной мере представляет историю поисков и испытаний веществ,
пригодных для сжигания в двигателе и обеспечивающих его эффек-
тивную работу. Топлива для жидкостных ракетных двигателей долж-
ны обеспечивать легкий запуск, устойчивое сгорание, эффективное
117
охлаждение камеры сгорания, бесперебойную работу топливной
системы, безопасность обращения с ними при хранении и транспор-
тировке. Эффективность топлива в отношении обеспечения наиболее
экономичной работы двигателя обычно оценивается величиной эф-
фективной скорости истечения продуктов сгорания.
Скорость истечения газообразных продуктов сгорания из сопла
жидкостного ракетного двигателя можно определить из следующего
выражения:
“ = У т1/2й'г=Л pV
или
и=У ^g^RT,
где гр — термический к. п. д. двигателя;
g — ускорение свободного падения, м.1сек?-\
к = ~ — показатель адиабаты;
р —давление газов в камере сгорания, кГ/см1',
V — объем газов, образующихся при сгорании 1 кг топлива
(при нормальных условиях), м3/кг;
R — газовая постоянная продуктов'сгорания, зависящая от
состава газов, кг-м (кг-граду,
Т — температура сгорания топлива, °К-
Из уравнений следует, что скорость истечения продуктов сгора-
ния возрастает с увеличением удельного объема газов (газообразо-
вания) и температуры горения топлива и зависит от газовой посто-
янной R.
Для характеристики топлива пользуются понятием удельной тяги
/?уд, т. е. тяги двигателя, отнесенной к единице секундного расхода
топлива. Удельную тягу определяют по следующему уравнению:
₽уд = 9,33/пТ^
или
7?уд = 9,33 У\Нр<
где Н — теплота сгорания топлива, ккал/кг',
1](—термический к. п. д.;
о — плотность топлива, кг/л.
Чем выше теплота сгорания и плотность топлива, тем больше
значение удельной тяги двигателя. На рис. 69 показано, как изме-
няется удельная тяга двигателя в зависимости от теплоты сгорания
топлива различной плотности. Такая зависимость между теплотой
сгорания и плотностью топлива становится понятной, если учесть,
что удельная тяга двигателя зависит от количества продуктов сго-
рания, образующихся при сгорании единицы топлива, и от их тем-
пературы.
118
При оценке энергетических характеристик топлива учитывают
газообразование в нормальных литрах (н.л), т. е. в литрах газа при
20 СС и 760 мм рт. ст., и количество тепла, выделяемое на 1 н. л.
газа. Основные энергетические характеристики некоторых топлив
приведены в тЗбл. 31.
Надежность работы ракетного двигателя во многом зависит от
того, как осуществляется его запуск. В момент запуска топливо
воспламеняется через промежуток времени, равный периоду задерж-
ки воспламенения, который зависит от сорта топлива. В течение это-
го времени в камере сгорания накапливается топливная смесь,
мгновенное воспламенение которой при-
водит к взрыву, сила этого взрыва зави-
сит от количества топлива, поступивше-
го в камеру сгорания к моменту воспла-
менения. При больших задержках вос-
пламенения это приведет к поврежде-
нию двигателя.
Чем меньше период задержки вос-
пламенения, тем плавнее происходит за-
пуск двигателя. Поэтому одним из тре-
бований, предъявляемых к топливу для
жидкостных ракетных двигателей, яв-
ляется постоянство периода задержки
воспламенения топлива по составу сме-
си при достаточно низком его значении
по абсолютной величине. Кроме этого,
для обеспечения надежного запуска
жидкостного ракетного двигателя необ-
ходимо, чтобы топлива имели широкие
Н,ккал/кг
Рис. 69. Зависимость удель-
ной тяги жидкостного ра-
кетного двигателя от теп-
лоты сгорания и плотности
топлива
концентрационные преде-
лы воспламенения и хорошую испаряемость.
Одним из требований, предъявляемых к жидкостным ракетным
двигателям, является обеспечение постоянной величины тяги при
данном расходе топлива, т. е. обеспечение устойчивого режима сго-
рания. При горении топлива в камере сгорания жидкостного ракет-
ного двигателя могут наблюдаться колебания давления (до 50%
и более с частотой от 10 до 5000 сек-1). Колебания с частотой порядка
220—360 сек-1 относятся к категории низкочастотных и особого вре-
да двигателю не приносят. Высокочастотные колебания (600—
1500 сек-1) могут вызвать разрушения двигателя.
Возникновение колебаний при неустойчивом горении, помимо фи-
зикомеханических факторов, объясняется наличием периода ин-
дукции, т. е. промежутка времени между изменением величины по-
дачи топлива и последующим изменением давления в камере сгора-
ния в результате сгорания топлива. Величина периода индукции
зависит от физических процессов (распыление, смешение, испаре-
ние) и химической реакции компонентов. При уменьшении периода
индукции возможность возникновения неустойчивого режима горе-
ния уменьшается.
119
Таблица 31
Газообразование при сгорании различных топлив и количество тепла,
выделяемого на 1 и. л. газа (без учета диссоциации)
Г орючее	С кислородом			С фтором		
	Г азообразование, Н. Л.		Количество теп- ла , выделяемого на 1 н. л. газа, ккал	Газообразование, Н. Л.		Количество теп- ла, выделяемого на 1 н. л. газа, ккал
	из 1 ла горюче го	из 1 кг стехиоме- трической смеси		из I кг горючего	из 1 кг стехиоме- трической смеси	
Углеводородные:	
парафины 		3400
нафтены, олефины ....	3190
бензол 		2580
ароматические 		2790
бензин 		3160
керосин . ... 		3160
Спирты:	
метиловый		2440
этиловый		2660
Азотсодержащие:	
аммиак 		2620
гидразин 		2090
диметилгидразин ....	2610
триэтиламин 		3090
ксилидин 		2740
Борсодержащие:	
пентаборан 		2460
декаборан 		2190
760	3,12	5012	540	4,08
720	3,28	4780	520	4,00
630	3,74	3430	412	5,08
665	3,51	3900	450	4,82
720	3,19	4720	520	4,06
720	3,16	4720	520	4,03
980	1,91	2785	610	3,84
860	2,41	3370	565	3,98
1010	1,56	4580	1050	2,22
1045 '	1,74	3480	1030	2,28
840	2,68	4090	680	3,38
755	3,07	4740	570	3,91
680	3,35	4230	515	4,16
830	5,48	4920	865	6,00
795	5,88	4350	840	6,48
Наибольшего периода индукции следует ожидать у несамовос-
пламеняющихся топлив — нефтепродуктов в связи с большим вре-
менем, которое требуется для их испарения в камере сгорания.
Жидкостный ракетный двигатель — весьма теплонапряженный
аппарат. В относительно небольшом объеме его камеры сгорания
сгорает большое количество топлива с высокой скоростью. В связи
с этим камеры сгорания охлаждаются либо путем прокачивания через
охлаждающую рубашку горючего или окислителя, которые затем
поступают в форсунки двигателя (регенеративное охлаждение), либо
путем создания на внутренней поверхности камеры сгорания и сопла
тонкой пленки горючего или окислителя, которая испаряясь, за-
щищает стенки, уменьшая количество тепла, подводимого к ним от
продуктов сгорания (пленочное охлаждение). В некоторых случаях
применяют комбинированное (пленочное и регенеративное) охлаж-
дение.
Так как топливо одновременно используется как охлаждающая
жидкость, к нему предъявляются дополнительные требования: повы-
шенная термическая стабильность, хорошая теплоемкость, доста-
120
точно высокая температура кипения, высокая теплота испарения,
низкая упругость паров.
Топлива для жидкостных ракетных двигателей должны обладать
достаточной химической стабильностью и хорошей прокачивае-
мостью. Следовательно, топлива должны иметь низкие температуры
замерзания и оптимальный уровень вязкости.
Кроме достаточно высокой физической и химической стабиль-
ности, желательно, чтобы компоненты топлива для ЖРД были безо-
пасны в обращении, не вызывали ожогов и отравлений и произво-
дились в промышленном масштабе. В настоящее время нет топлив,
полностью отвечающих всем требованиям, которые к ним предъяв-
ляются. Практически приходится выбирать для применения такие
топлива, которые дают наилучшие результаты для заданных усло-
вий работы жидкостного ракетного двигателя
3.	ГОРЮЧЕЕ ДЛЯ ЖИДКОСТНЫХ
РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
По химическому составу горючее для жидкостных ракетных дви-
гателей можно разделить на следующие группы:
углеводороды и их смеси (бензин, керосин, лигроин);
спирты (метиловый, этиловый и др.);
амины (анилин, триэтиламин, ксилидин);
гидразины и их производные.
Кроме того, горючими могут быть жидкий аммиак, жидкий водо-
род, различные металлы и их соединения.
Углеводородные горючие, получаемые из нефти, являются наи-
более дешевыми и обеспеченными широкой сырьевой базой. Харак-
терной особенностью углеводородных горючих является высокая
теплота сгорания, поэтому в камере сгорания возникают очень вы-
сокие температуры, что затрудняет подбор устойчивых конструкци-
онных материалов.
В настоящее время сконструированы двигатели, которые дают
возможность применять углеводородные горючие как с жидким кис-
лородом, так и с окислителями на основе азотной кислоты и перекиси
водорода.
Обычно в жидкостных ракетных двигателях используются авиа-
ционный керосин, крекинг-керосин, бензин и другие продукты
переработки нефти, угля и сланцев. Наибольшее предпочтение
получили керосины, так как они имеют большую плотность, чем
бензин.
В жидкостных ракетных двигателях американских ракет «Найк»
и «Атлас» горючим служит обычное авиационное топливо широкой
фракции.
В последние годы в США специально для жидкостных ракетных
двигателей выпускается керосин Rp-1 с незначительным содержа-
нием ароматических и непредельных углеводородов, выкипающих
при температуре 195—275° С. Керосин Rp-1 применялся с азотной
5В Аксенов А. Ф.	121
кислотой или жидким кислородом на ракетах «ТОР», первых сту-
пенях ракет «Авангард» и «Сатурн».
Спирты нашли применение в качестве горючего для жидкостных
ракетных двигателей в сочетании с такими окислителями, как жид-
кий кислород и перекись водорода. Обладая значительно меньшей
теплотворностью по сравнению с углеводородами, спирты намного
уступают им по эффективности сгорания в жидкостных ракетных
двигателях.
При сгорании спиртов развивается меньшая температура, что
облегчает создание надежно работающего двигателя. Кроме того,
спирты имеют более высокую теплоемкость и скрытую теплоту ис-
парения, чем нефтепродукты. Это обстоятельство, а также высокое
относительное содержание спиртов в готовых топливных смесях
(до 40—50%) дает возможность с успехом использовать спирты для
охлаждения стенок камеры сгорания. Этиловый спирт (этанол)
С2НЬОН имеет температуру кипения 78° С и очень низкую темпера-
туру замерзания —114. Обычно применяют спирт ректификат, со-
держащий около 6% воды по весу плотностью около 0,814 или же
водные растворы спирта еще меньшей концентрации. При смешении
этилового спирта с водой из-за гидратации (образования групп мо-
лекул С2Н5ОПхН2О) происходит уменьшение объема и плотность
оказывается повышенной. Добавление воды в спирт, при определен-
ных условиях может играть положительную роль, так как она пони-
жает температуру сгорания и одновременно увеличивает газообра-
зование и массу отбрасываемого вещества.
Высшие спирты имеют более высокую плотность и температуру
кипения по сравнению с низшими, однако как горючее наибольшее
практическое применение получили низшие спирты: метиловый,
этиловый или их смеси, наиболее дешевые и наиболее обеспеченные
широкой промышленной базой.
Достаточно высокие температуры кипения и низкие температуры
замерзания спиртов дают возможность применять их в широком диа-
пазоне температур эксплуатации. Спирты, как и углеводороды, от-
личаются незначительной коррозионной активностью по отношению
к металлам. Поэтому баки и топливную аппаратуру двигателя из-
готовляют из обычных доступных и недорогих материалов. Хоро-
шие эксплуатационные свойства, относительно низкая температура
горения, высокая устойчивость горения и хорошая охлаждающая
способность обусловили выбор спиртов в качестве горючих в ран-
ний период развития жидкостных ракетных двигателей. Спирты как
ракетное горючее не потеряли своего значения до настоящего вре-
мени.
Азотсодержащие горючие. Задача создания надежно работаю-
щего двигателя решается успешно при использовании горючих, са-
мовоспламеняющихся с окислителем с малым периодом задержки
самовоспламенения. Преимуществом самовоспламеняющихся топлив
является также то, что при их применении упрощается система за-
пуска двигателя, так как в этом случае не требуется специальной
122
системы зажигания. В рабочем режиме такие топлива сгорают более
устойчиво, с меньшими пульсациями и вибрациями, чем топлива
принудительного зажигания.
Большое количество рецептур топлив, самовоспламеняющихся
при реакции с азотной кислотой, было создано на основе амино-
соединений. Аминосоединениями, или аминами, называют производ-
ные аммиака, в молекуле которого один или несколько атомов во-
дорода замещены углеводородными радикалами.
Амины относятся к числу лучших горючих для жидкостных ра-
кетных двигателей. Они обладают рядом положительных качеств:
низкой температурой воспламенения, большим газообразованием,
относительно большой плотностью, широкими концентрационными
пределами воспламенения, малым периодом задержки воспламене-
ния. Хорошая воспламеняемость и высокая устойчивость сгорания
обусловили очень широкое использование аминов в качестве горю-
чих для жидкостных ракетных двигателей, несмотря на их сравни-
тельно высокую стоимость. Наибольшее практическое применение
как горючее получили анилин, триэтиламин и ксилидин. Амины об-
ладают резкими неприятными запахами. Все они являются смертель-
ными ядами.
Анилин CeH5NH2 — маслянистая жидкость с температурой ки-
пения 184° С, замерзания —6° С и относительной плотностью 1,02.
Ксилидин (аминоксилол) CeH3NH2 (СН3)2 — высококипящая мас-
лянистая жидкость (кипит при 210° С) с достаточной низкой темпера-
турой замерзания (—54° С). Плотность ксилидина — приблизительно
0,98.
Триэтиламин N(C2H5)3 — относительно легкая летучая жидкость
с плотностью при 20° С 0,728, температурой кипения 90° С, замерза-
ния —115° С). По сравнению с другими аминами триэтиламин ока-
зывает наиболее резкое поражающее действие на центральную нерв-
ную систему. Смесь 50% ксилидина и 50% триэтиламина известна
под названием «тонка».
В качестве горючего для ЖРД может быть использован жидкий
аммиак. Очень выгодно применять жидкий аммиак в сочетании с
жидким фтором. Такое топливо дает возможность получить высокую
удельную тягу двигателя (340—350 кг-сек/кГ). Выигрыш в эффек-
тивности при использовании аммиака как горючего связан с луч-
шими термодинамическими свойствами продуктов сгорания топли-
ва (малый молекулярный вес, значительное содержание Двухатом»
ного газа).
В обычных условиях аммиак представляет собой бесцветный,
легко сжижающийся газ с характерным резким запахом. Под дав-
лением 6—7 кГ/см2 при обычных условиях аммиак находится в
жидком состоянии. Температура кипения аммиака — 33,4° С, замер-
зания —77,7° С, плотность при температуре кипения 0,68 г/м3.
Аммиак выпускается промышленностью в больших количествах,
поэтому как топливо он сравнительно недорогой. Существенными
5В*	123
недостатками аммиака, затрудняющим его применение, является
низкая температура кипения.
Из азотсодержащих соединений, нашедших применение в ка-
честве горючих для жидкостных ракетных двигателей, важное
место занимают гидразин и его производные: гидразингидрат, ди-
метилгндразин и др.
Гидразин (N2H4)—вязкая ядовитая жидкость, плотность его
при 20° С равна 1,01, температура кипения — 113° С. Температура
замерзания гидразина (—2° С) с точки зрения эксплуатационной
оценки совершенно неудовлетворительная.
С водой гидразин образует гидразингидрат N2H4OH или
N2H4-H2O щелочного характера с плотностью 1,03, температурой
кипения 118° С и значительно более низкой температурой замерза-
ния, приемлемой в эксплуатации (—40° С). И гидразин и гидразин-
гидрат имеют сравнительно низкую теплотворность, но зато требуют
для своего сгорания небольшего количества окислителя, обеспечи-
вают большое газообразование, невысокий температурный режим и
дают незначительные потери тепла на диссоциацию.
Диметилгидразин N2H2 (СН3)2 обладает более высокой тепло-
творностью, чем гидразин. Диметилгидразин — прозрачная бес-
цветная ядовитая жидкость. Плотность ее — 0,795, температура
кипения — 63° С, замерзания —58° С. Диметилгидразин хорошо
смешивается с этиловым спиртом, бензином, керосином и водой; он
гигроскопичен. Пары его взрывоопасны в широких пределах кон-
центрации.
Гидразин с жидким кислородом применялся в двигателе первой
ступени ракеты, при помощи которой в США в 1957 г. был запущен
искусственный спутник Земли.
Диметилгидразин легко самовоспламеняется с окислителями на
основе азотной кислоты. С жидким кислородом он воспламеняется
от постороннего источника зажигания. Период задержки самовоспла-
менения диметилгидразина с дымящей азотной кислотой очень
низкий (несколько миллисекунд) и обеспечивает легкий запуск
и устойчивость работы двигателя в различных условиях эксплуа-
тации.
Жидкий водород как горючее. Высокие энергетические качест-
ва жидкого водорода известны уже давно. Впервые идея использо-
вания его в смеси с кислородом как топлива для жидкостных ракет-
ных двигателей была высказана К- Э. Циолковским.
Жидкий водород в смеси с жидким кислородом легко воспламе-
няется с малым периодом задержки воспламенения имеет очень вы-
сокую теплоту сгорания, равную ЗОЮ ккал/кг, и широкие концен-
трационные пределы воспламенения. В то же время такое топливо
отличается большим газообразованием (1240 л/кг).
Газообразный водород — самый легкий из газов. Жидкий во-
дород— это прозрачная бесцветная, чрезвычайно легкая подвиж-
ная жидкость с очень низкими температурами кипения (—253° С)
и замерзания (—257° С) и малой плотностью (0,007).
124
Применение жидкого водорода затрудняет слишком малая плот-
ность его, сложность хранения и обращения с ним. Однако, учиты-
вая высокие энергетические качества жидкого водорода, его рас-
сматривают как весьма перспективное горючее, особенно для дви-
гателей ракет большого радиуса действия.
4.	ОКИСЛИТЕЛИ для жидкостных
РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Окислителями называются компоненты ракетных топлив, пред-
назначенные для окисления горючих веществ в камере сгорания
двигателей. Свойства ракетного топлива в основном определяются
свойствами окислителя, так как его расходуется в жидкостном
ракетном двигателе значительно (в 2—4 раза) больше, чем горючего
компонента. Окислители могут быть разделены следующим образом:
жидкий кислород и озон;
концентрированная перекись водорода;
азотная кислота и окислы азота;
тетранитрометан;
жидкий фтор и соединения фтора;
хлорная кислота и окислы хлора.
Жидкий кислород. Топлива, в которых в качестве окислителя
используется жидкий кислород, как правило, не самовоспламеня-
ются.
В нормальных условиях кислород — газ с критической темпе-
ратурой —118,8° С и критическим давлением 49,7 кПсм*. Жидкий
кислород представляет собой голубоватую жидкость удельного
веса 1,14, кипящую при —183° С и замерзающую при —219° С.
Важнейшими преимуществами жидкого кислорода как окислителя,
кроме его высоких энергетических характеристик, является неток-
сичность, дешевизна изготовления и практически неограниченные
сырьевые ресурсы.
При эксплуатации жидкого кислорода недопустимо применять
смазки и масла органического происхождения вследствие опасности
взрывов.
Озон — один из наиболее сильных окислителей. Он является
аллотропическим видоизменением кислорода. Молекула его содер-
жит три атома кислорода. Жидкий озон имеет темно-синий цвет,
кипит при температуре —112 и замерзает при температуре —251° С,
плотность его равна 1,46.
Основными недостатками озона, кроме низкой температуры
кипения, являются взрывоопасность и высокая токсичность, он под-
вержен самопроизвольному разложению с выделением большого
количества тепла по уравнению 2О3—>-ЗО2 + 69 ккал.
Газообразный озон может разлагаться со взрывом. Применение
чистого жидкого озона как окислителя для жидкостных ракетных
двигателей пока затруднено из-за его склонности к взрывчатому
разложению. Одним из способов стабилизации озона является при-
менение его в смеси с жидким кислородом (до 30%).
125
Смесь озона с кислородом невзрывоопасна и стабильна при хра-
нении. Эффективность жидкого кислорода как окислителя растет
пропорционально содержанию в нем озона. Наличие в жидком кис-
лороде озона, способного при разложении давать активный атомар-
ный кислород, способствует увеличению скорости горения.
Концентрированная перекись водорода получила широкое при-
менение в ракетной технике как окислитель и как средство полу-
чения парогаза, необходимого для вращения турбины турбонасос-
ного агрегата некоторых видов ракет. При использовании перекиси
в качестве окислителя получается дополнительный тепловой эф-
фект при сгорании топлива в камере сгорания. Этот эффектобус-
ловлен тем, что молекула перекиси водорода перед вступлением в
реакцию окисления распадается с выделением значительного ко-
личества тепла.
Перекись водорода смешивается в любых отношениях с водой,
этиловым и метиловым спиртами. Одним из недостатков концентри-
рованной перекиси водорода является высокая (—0,89° С), темпе-
ратура замерзания, что затрудняет ее эксплуатацию в зимних усло-
виях. Маловодная перекись водорода термически нестабильна и
очень чувствительна к различного рода загрязнениям. Попадание в
перекись различных примесей (пыли, ржавчины, солей тяжелых ме-
таллов и др.) приводит к резкому увеличению скорости разложения
перекиси водорода и ее сильному разогреву. Лучшей гарантией
стабильности перекиси водорода является обеспечение ее чистоты
как при производстве, так и в процессе хранения, транспортировки
и перекачек.
В настоящее время разработаны стабилизаторы перекиси водо-
рода. В качестве стабилизаторов используются ортофосфорная и пи-
рофосфорная кислоты и их соли. Смеси концентрированной пере-
киси водорода с органическими веществами (бензолом, толуолом,
спиртами) являются взрывчатыми веществами. Попадание концен-
трированной перекиси водорода на кожу вызывает сильные ожоги.
Лучшей помощью в этом случае является обильное промывание во-
дой пораженных мест.
Азотная кислота — бесцветная, легко подвижная жидкость с
молекулярным весом 63 и плотностью 1,52, кипящая при темпера-
туре 86° С и замерзающая при —41,2° С. Безводная азотная кисло-
та нестабильна даже при отрицательных температурах. Она разла-
гается по уравнению
4HNO3 -+ 4NO2 + 2Н3О + О3.
В связи с этим в концентрированной азотной кислоте всегда со-
держится некоторое количество воды и окислов азота. Химическая
промышленность производит техническую 96—98%-ую азотную
кислоту, которую часто называют «белой дымящей кислотой». Это
тяжелая жидкость соломенно-желтого цвета с плотностью 1,49'—
1,50 при температуре 20° С. На воздухе она дымит из-за образова-
ния с влагой воздуха мелких капелек разбавленной кислоты.
126
Азотная кислота с большинством углеводородов практически
не смешивается, с водой азотная кислота смешивается в любых отно-
шениях.
Для увеличения эффективности концентрированной азотной кис-
лоты как окислителя, а также повышения термической стабиль-
ности ее часто применяют в смеси с четырехокисью азота (около
20%). Кислоту, содержащую до 20% окислов азота, называют «крас-
ной дымящей азотной кислотой». Это тяжелая жидкость оранжево-
бурого цвета, которая сильно дымит на воздухе вследствие выделе-
ния бурых паров двуокиси азота. К основным недостаткам азот-
ной кислоты следует отнести коррозионную агрессивность по отно-
шению к большинству металлов, способность разрушать многие
материалы органического происхождения, ядовитость.
Четырехокись азота N2O4 представляет наибольший практиче-
ский интерес из всех окислов азота. Она является стабильным про-
дуктом, а по эффективности превосходит азотную кислоту. К недо-
статкам четырехокиси азота следует отнести узкий температурный
диапазон ее в жидком виде при атмосферном давлении (—11,2 —
+21,2° С).
По отношению к металлам четырехокись азота значительно ме-
нее активна, чем концентрированная азотная кислота.
Тетранитрометан C(NO2)4 является перспективным окислите-
лем, более эффективным, чем концентрированная азотная кислота.
В молекуле тетранитрометана содержится большое количество ак-
тивного кислорода. Тетранитрометан — тяжелая подвижная жид-
кость зеленоватого цвета с резким запахом. Чистый тетранитроме-
тан имеет плотность 1,643 при температуре 20° С, кипит при 125° С
и замерзает при 13,8° С. Тетранитрометан при обычной температуре
является стабильным веществом и может храниться годами без за-
метного изменения. Лишь при нагревании выше 100° С он частично
разлагается с образованием окислов азота и углекислого газа. В воде
он растворяется очень плохо. Важным преимуществом тетранитро-
метана перед азотной кислотой является его малая коррозионная
активность по отношению к металлам и сплавам. Стекло, нержавею-
щая сталь, алюминий и свинец не коррозируют в тетранитрометане.
Существенным недостатком тетранитрометана, препятствующим
его применению в чистом виде, является высокая температура за-
мерзания.
В связи с этим рекомендуется применять тетранитрометан в смеси
с четырехокисью азота. Смесь, состоящая из 70% тетранитрометана и
30% четырехокиси азота, замерзает при температуре ниже —25° С.
При этом энергетические свойства окислителя практически остаются
такими же, как и у чистого тетранитрометана.
Жидкий фтор и соединения фтора. Фтор является одним из са-
мых реакционно способных элементов. Это делает его’весьма пер-
спективным ракетным окислителем. Он является самым сильным из
всех известных окислителей. В сочетании с такими горючими, как
гидразин или аммиак, он позволяет при давлении в камере сгора-
127
ния 25кГ/см2 получить удельную тягу около 305—316 кГ-сек/кг.
Для сравнения отметим, что широко применяемые в настоящее вре-
мя топлива для жидкостных ракетных двигателей дают возмож-
ность получить удельную тягу лишь около 230—280 кГ-сек!кг.
Свободный фтор при нормальных условиях — газ зеленовато-
желтого цвета с неприятным запахом. Жидкий фтор желтого цвета.
Уже при обычных температурах фтор энергично реагирует почти со
всеми органическими и неорганическими веществами, причем ре-
акция протекает с выделением большого количества тепла и часто
сопровождается воспламенением.
С фтором практически не реагируют или реагируют весьма незна-
чительно инертные газы, фториды тяжелых металлов, фторопласты,
а также висмут, цинк, олово, свинец, золото и платина. Медь, хром,
марганец, никель, алюминий, нержавеющая сталь при отсутствии
воды практически стойки в контакте с фтором вследствие образова-
ния на их поверхности прочной защитной пленки соответствующего
фторида.
Одним из недостатков жидкого фтора является низкая темпера-
тура кипения (—187° С) и высокая токсичность.
Из производных фтора в качестве эффективных окислителей
могут применяться моноокись фтора OF2, трифторид хлора C1F3,
пятифтористый бром BrFs и др.
Часть вторая
АВИАЦИОННЫЕ МАСЛА, СМАЗКИ И
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЖИДКОСТИ
Глава VIII
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АВИАЦИОННЫХ МАСЕЛ
1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ТРЕНИИ И СМАЗКЕ
Главным назначением смазки любого механизма является умень-
шение износа трущихся деталей и уменьшение мощности, затрачива-
емой на трение. Кроме этого, смазочные материалы выполняют ряд
других важных функций: отводят тепло от нагретых деталей машин,
предохраняют их от коррозии, очищают пространство между трущи-
мися поверхностями от продуктов износа и механических примесей
и т. д.
Чтобы правильно подбирать и применять масла, необходим»
прежде всего знать основные закономерности процессов трения и
изнашивания деталей машин, условия, в которых работают масла,
качество, состав и возможные изменения качества и состава масел;
при работе в двигателях.
При работе деталей машин различают три принципиально от-
личных друг от друга вида трения: жидкостное, граничное и сухое.
Когда две движущиеся друг по другу поверхности разделены
слоем масла, возникает жидкостное трение, т. е. трение между слоя-
ми и молекулами масла. Коэффициент жидкостного трения лежит в
пределах 0,001—0,010. К пленке масла, разделяющей движущиеся
детали, могут быть применимы законы гидродинамики, причем вяз-
кость масла является в этом случае первостепенным фактором.
В настоящее время законы гидродинамической смазки достаточ-
но хорошо изучены.
Н. П. Петров, основываясь на законе Ньютона (для трения жид-
ких тел) и на своих многочисленных опытах, впервые математиче-
ски выразил закон жидкостного трения и предложил для практиче-
ского пользования следующую упрощенную формулу:
f = i]Sy
А ’
где F — сила жидкостного трения, кГ;
г] — абсолютная вязкость масла, кГ• сек!м2;
129
S — площадь соприкосновения трущихся тел, м2-,
v — скорость перемещения трущихся поверхностей, м1сек\
h — толщина смазочного слоя, мм.
Из приведенной формулы следует, что при жидкостной смазке
/гидродинамический режим смазки), трение в подшипнике зависит
только от вязкости масла и не зависит ни от материала вала и
подшипника, ни от состояния трущихся поверхностей.
Теория жидкостного трения Н. П. Петрова была подтверждена
и развита работами Н. Е. Жуковского, С. А. Чаплыгина, О. Рей-
нольдса, А. Зомерфельда, Л. Гюмбеля, И. И. Мерцалова, А. Н. Дьяч-
кова, А. И. Петрусевича и др.
При жидкостном трении надежность смазки, или, что то же
самое, приложенная максимальная сила возрастает с увеличе-
нием скорости движения трущихся поверхностей и с увеличением
вязкости масла, что можно видеть, подставив в вышеприведенную
формулу величину силы трения, выраженную через коэффициент
трения и приложенную нагрузку:
Е = А/,
где N — приложенная максимальная сила, нормальная к поверх-
ности трения, при которой еще сохраняется жидкостный
режим смазки, кГ;
/ — коэффициент трения.
Тогда выражение для N примет следующий вид:
N = ^
А/
С другой стороны, с увеличением скорости движения трущихся
поверхностей и вязкости масла увеличивается сила трения, т. е.
возрастают потери мощности на трение. Это противоречие разреша-
ется путем подбора масла надлежащей вязкости: для быстро вращаю-
щегося вала в подшипнике берут масло меньшей вязкости, для мед-
ленно вращающегося —• большей вязкости. Гидродинамический ре-
жим смазки является наиболее приемлемым для трущихся деталей,
так как он обеспечивает малый износ деталей и малые потери мощ-
ности на трение.
Однако для многих трущихся деталей невозможно создать гид-
родинамический режим смазки из-за конструктивных особенностей
узла трения. Кроме того, даже в подшипниках, рассчитанных для
работы в условиях жидкостной смазки, в определенные периоды их
работы гидродинамический режим трения может нарушаться. Дело
в том, что при повышении нагрузки на масляную пленку, при пони-
жении вязкости масла или при снижении скорости движения поверх-
ностей уменьшается толщина пленки.
С уменьшением толщины масляной пленки наступает момент,
когда через пленку масла начнут проступать отдельные неровности,
имеющиеся на поверхностях, приводящие к контакту трущихся по-
верхностей. Наступает граничный режим смазки. С увеличением
13а
числа контактируемых точек область граничной смазки будет по-
степенно расширяться за счет уменьшения жидкостной смазки. Такое
состояние, когда наряду с жидкостной смазкой, имеет место и гра-
ничная, принято называть полужидкостной, или смешанной, смаз-
кой.
В условиях граничной смазки основные характеристики трения
и износа определяются состоянием тонкой, адсорбированной на по-
верхностях трения масляной пленки. Устойчивость тонких гранич-
ных слоев при трении зависит от свойства масла, называемого мас-
лянистостью, природа которого еще не достаточно выяснена. Эти
тончайшие слои смазки очень прочно связаны с металлическими
поверхностями адсорбционными силами.
Б. В. Дерягин, исследуя состояние тонких смазочных слоев,
показал, что масло в этих условиях коренным образом отличается
от масла в объемных условиях. Тонкие граничные пленки ведут себя,
как пластичные тела, имеют определенную величину напряжения
сдвига. Этими же исследованиями было показано, что тонкие гранич-
ные пленки обладают особой способностью расклинивающего дей-
ствия. Эффект расклинивания состоит в том, что в тонких граничных
слоях развивается давление, не только препятствующее сближению
поверхностей, на которые нанесен слой, но и стремящееся их раз-
двинуть. Давление это растет с уменьшением зазора. Расклиниваю-
щее действие увеличивается со скоростью, т. е. имеет не только ста-
тический, но и динамический характер, что особенно важно, так как
смазке подвергаются поверхности, имеющие относительное переме-
щение.
А. С. Ахматов рассматривает формирование граничных смазоч-
ных слоев как одно из явлений кристаллизации. Граничные слои,
по мнению А. С. Ахматова, представляют собой моно- или поликри-
сталлические тела, возникающие за счет зародышевой функции
первичного слоя. Смазочные материалы в очень тонких слоях под
двусторонним влиянием поверхностей трущихся металлов обнару-
живают исключительные антифрикционные свойства. Молекулы
смазочных веществ в граничных слоях обеспечивают достаточно
большую прочность на сжатие и легкость сдвигов в горизонтальном
направлении. Этим и объясняются небольшие коэффициенты трения
при скольжении смазанных поверхностей. Тонкие смазочные слои
могут не только в значительной степени снижать силу трения, но и
оказывать большое влияние на величину износа. Причем, как по-
казали исследования П. А. Ребиндера. Б. В. Дерягина и др., во
многих случаях смазка, достаточно интенсивно снижающая силу
трения, может значительно увеличивать износ.
П. А. Ребиндер пишет: «Обычно представляют дело так, что хо-
рошая смазка имеет всегда своим назначением предотвращение из-
носа, наряду с понижением коэффициента трения и расходуемой
мощности, т. е. работы, расходуемой в единицу времени на трение
и превращающейся в тепло. Это положение оказывается неправиль-
ным, необходимо помнить о двойственной роли смазки.
131
Исследования показали, что эта двойственная роль находит себе
достаточно определенное теоретическое объяснение в том, что сма-
зочное действие проявляется всегда как на наружной поверхности
металла, на границе металла с окружающей средой, так и внутри
металла в его наружном слое. Активные полярные компоненты смаз-
ки, т. е. высшие жирные кислоты, органические соединения, содер-
жащие галогены и серу, способствуют резкому повышению возмож-
ности для масел проникать в металл. Дело в том, что в пластически
деформированном поверхностном слое металла появляются микро-
и ультрамикрощели между кристалликами и в отдельных кристал-
Рис. 70. Зависимость из-
носа и температуры по-
верхности трения сталей
от скорости скольжения
при граничном трении:
1 — износ; 2 — температура
Рис. 71. Зависимость диа-
метра пятна износа от тем-
пературы, полученная при
испытании на четырехша-
риковой машине трения
(V = 0,4 м/сек,
£7—31500 кГ/см2):
I—масло МВС; 2— масло МСГ;
3 — масло МКЭ
ликах по плоскостям скольжения. По этим микротрещинам прони-
кает смазка тем активнее, чем выше ее маслянистость. Это внутрен-
нее действие смазки всегда усиливает износ при граничном трении».
В связи с большой сложностью процессов, происходящих на
поверхностях при граничном трении, до настоящего времени не
создана общепризнанная количественная теория граничного тре-
ния, однако имеется большое число исследований.
При трении металлов их поверхностные слои разогреваются до
значительных температур. Количество тепла, выделяющегося при
трении, зависит от скорости скольжения, нагрузки на трущиеся
поверхности, свойств металлов, из которых изготовлены детали
и свойств смазки. При увеличении скорости скольжения или на-
грузки увеличивается количество тепла, выделяемого в процессе
трения, — повышается температура граничной пленки масла. При
достижении критической температуры, характерной для каждого
сорта смазки, граничная пленка теряет смазывающую способность.
Происходит разрыв граничной пленки и резко увеличивается износ
металлов. При постоянных значениях нагрузки и скорости сколь-
жения аналогичная закономерность получается при повышении
внешней температуры испытания, что видно из рис. 70 и 71.
Граничная смазка при трении позволяет, как правило, устра-
нять крайне нежелательный износ схватыванием металлов, сме-
132
щать его появление в сторону очень больших скоростей скольже-
ния (рис. 72).
Возникновение и характер протекания процессов схватывания
металлов зависит от природы масел. Большое влияние на граничное
трение оказывают окислительные процессы, так как продукты окис-
ления углеводородных масел и поверхностных слоев металлов су-
щественно изменяют интенсивность износа и величину коэффициента
трения. Окисные слои играют важнейшую за-
щитную роль, предотвращая интенсивное
схватывание металлов.
Схватывание металлов при граничном тре-
нии может быть предотвращено также, если
на их поверхностях образуются защитные
слои химических соединений, отличные по сво-
ей природе от окисных. Это могут быть слои
сульфидов, хлоридов, фосфидов металлов,
слои металлических мыл и других веществ.
Для получения таких защитных слоев в мас-
ла вводят различные присадки, содержащие
в своем составе серу, хлор, фосфор, жирные
кислоты и др.
Процессы трения и изнашивания метал-
лических поверхностей в условиях граничной
Рис. 72. Зависимость
величины и характе-
ра износа стали от
скорости скольжения:
смазки очень СИЛЬНО зависят ОТ газовой среды	/ -при сухом трении;
г	2 — при трении со смаз-
зоны трения. Исследования трения и износа	кой
металлов при устойчивой граничной смазке
показали, что в газовой среде, не содержащей кислорода, происхо-
дит схватывание и заедание металлических поверхностей. В газо-
вой среде, содержащей кислород, изнашивание при граничной смаз-
ке происходит без схватывания и заедания.
В маслах и смазках поверхностно-активными элементами, обра-
зующими граничный слой, являются полярные молекулы с отчет-
ливо выраженной ассимметричной структурой. Полярными группа-
ми в молекуле являются ОН; СООН; NH2, NO2 или атомы О, S, N, С1
и др. Поверхностная активность молекулы зависит от величины ее
дипольного момента, характеризующего асимметрию распределе-
ния положительных и отрицательных электрических зарядов в мо-
лекуле и относительных размеров полярных групп и неполярной
части молекулы.
2. УСЛОВИЯ РАБОТЫ АВИАЦИОННЫХ
СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Авиационные смазочные материалы подразделяются на три ос-
новные группы:
смазочные масла, которые при обычных условиях являются жид-
костями;
133
консистентные смазки, представляющие собой пластичные, мазе-
образные вещества;
твердые смазки (графит, дисульфид молибдена, слюда и др.),
применяемые как в виде компонентов к маслам и смазкам, так и в
виде самостоятельных смазок в узлах, где другие смазочные мате-
риалы не применимы.
Смазочные масла по роду исходного сырья подразделяются на
нефтяные, растительные, животные и синтетические.
С развитием авиационного двигателестроения повысились тепло-
вые напряжения, скорости движения и нагрузки на трущиеся детали
двигателей. Масло в двигателе подвергается воздействию высоких
температур, каталитическому влиянию различных металлов, боль-
шим давлениям, окислительному действию кислорода воздуха. Усло-
вия работы масла значительно меняются в зависимости от типа дви-
гателя, его конструктивных особенностей. В некоторых случаях для
смазки одного и того же двигателя, работающего в различных усло-
виях (арктических или экваториальных), требуются различные по
качеству масла. Для различных типов авиационных двигателей, а
также для агрегатов и приборов требуются прежде всего масла раз-
личной вязкости. Вязкость обычно является основным определяю-
щим показателем при классификации масел.
По целевому назначению авиационные масла делятся на следу-
ющие виды:
масла для турбореактивных двигателей маловязкие, с низкой
температурой застывания;
масла для турбовинтовых двигателей мало- и средневязкие, с
низкой температурой застывания и высокой смазывающей способ-
ностью;
масла для поршневых двигателей высоковязкие, подвергнутые
глубокой очистке;
масла для редукторов вертолетов (трансмиссионные) высоко-
и средневязкие, с хорошей смазывающей способностью;
агрегатные и приборные масла маловязкие, подвергнутые глу-
бокой очистке, с низкой температурой застывания.
3. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К МАСЛАМ
Прежде всего масло должно обеспечивать хорошую смазку тру-
щихся деталей и предотвращать их износ. Желательно, чтобы даже
при кратковременных нарушениях жидкостного режима смазки
(в периоды пуска, останова и др.) масло хорошо защищало от изно-
са трущиеся детали. Масло в любых условиях эксплуатации долж-
но надежно подаваться к трущимся и охлаждаемым деталям двига-
теля, агрегата или прибора.
При длительной работе масло должно сохранять свои свойства
и не давать отложений на деталях, так как отложения способствуют
перегреву и загрязнению двигателя, агрегата или прибора. Масло не
134
должно вызывать коррозии деталей, оно должно само защищать де-
тали от коррозии. Необходимо, чтобы масла имели невысокую стои-
мость. Одним из важнейших требований к маслам является их не-
токсичность и малая огнеопасность.
Исходя из этих общих требований, желательно, чтобы масла имели
следующие свойства:
возможно меньшую, но достаточную вязкость для создания на-
дежного жидкостного слоя в зазорах при максимальной рабочей
температуре;
резкое возрастание вязкости с повышением давления; 
пологую вязкостно-температурную характеристику;
низкую температуру застывания;
хорошую смазывающую способность;
отсутствие нестабильных составных частей, выделяющихся в
виде отложений в двигателе;
отсутствие коррозионноактивных примесей и химически неста-
бильных составных частей, склонных к превращениям в коррозион-
ноактивные вещества,
высокую температуру вспышки;
физическую однородность (отсутствие механических примесей и
воды).
Масла, полностью удовлетворяющие всем названным требова-
ниям, получить практически нельзя, так как ряд требований про-
тиворечит друг другу. Поэтому подбор масла для конкретного дви-
гателя ведут так, чтобы оно по своим основным показателям наи-
более полно соответствовало требованиям для этого двигателя.
Глава IX
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОИЗВОДСТВЕ МАСЕЛ
1.	ПОЛУЧЕНИЕ НЕФТЯНЫХ МАСЕЛ
Исходным сырьем для получения масел служат мазуты — остат-
ки от прямой перегонки нефтей. Основным способом переработки
мазута на смазочные масла является фракционная перегонка. При
этом из более легкокипящих фракций мазута получают маловязкие
смазочные масла, получившие общее название дистиллятных.
После отгона из мазута масляных дистиллятов в остатке по-
лучают гудрон или при менее глубоком отборе масляных фрак-
ций полугудрон. Гудроны и полугудроны масляных нефтей ис-
пользуют для получения высоковязких остаточных масел.
Мазуты выкипают в широком интервале температур, причем
температура кипения при атмосферном давлении большинства масля-
ных фракций лежит выше температуры их расщепления (крекин-
га). Поэтому фракционную перегонку мазута проводят в вакууме
в присутствии водяного пара.
135
Первая советская вакуумная трубчатая установка была по-
строена в Баку в 1928 г. для перегонки масляного гудрона. В после-
дующие годы вакуумные трубчатые установки для перегонки мазутов
получили большое распространение.
На рис. 73 показана схема вакуумной установки. Мазут сырье-
вым насосом прокачивается через теплообменники 9 и И, нагрева-
ется в них за счет тепла отходящих дистиллятов и гудрона и затем
прокачивается через трубчатую печь 4, откуда с температурой 420 ° С
Рис. 73. Схема вакуум-
ной установки:
1 — эжектор; 2 — барометри-
ческий конденсатор; 3 — рек-
тификационная колонна; 4 —
печь; 5 — вентилятор; 6 —
дымовая труба; 7—подогре-
ватель воздуха; 8 — сырье-
вой насос; 9—дистиллятные
теплообменники; 10 — холо-
дильник; 11 — мазутные теп-
лообменники ;	12 — насос;
13— колодец
—---------Дистиллят -----------— Гудрон
— » «—•— Мазут ----------------- вода
поступает в ректификационную колонну 3. Здесь мазут разделяется
на отдельные погоны — масляные дистилляты различной вязкости.
С низа колонны отбирается полугудрон или гудрон. В вакуумных
трубчатых установках мазут нагревается без разложения до 425° С.
Это достигается за счет непродолжительного нахождения мазута
в трубчатых печах и вакуума 250—300 мм рт. ст., под которым
работают установки.
С повышением температуры нагревания и испарения мазута (в
условиях, исключающих возможность разложения) увеличивается
глубина отбора из него масляных дистиллятов.
2.	ОЧИСТКА МАСЕЛ
Полученные путем перегонки мазута масляные дистилляты и
остатки состоят из смеси углеводородов различных классов и со-
держат кислородные, сернистые и азотистые соединения.
136
Масляные дистилляты и остатки являются полупродуктами.
Чтобы получить готовые масла, необходимо освободить эти полу-
продукты от вредных примесей. Наиболее простым способом очист-
ки масляных дистиллятов является выщелачивание, т. е. обра-
ботка раствором щелочи для удаления нефтяных кислот.
Лучшие результаты дает кислотно-щелочная очистка, которая
заключается в обработке масляного полупродукта крепкой серной
кислотой (96—98%), а затем щелочью. Асфальто-смолистые вещест-
ва, часть нафтеновых кислот и тяжелые ароматические углеводо-
роды легко вступают в реакцию с серной кислотой и удаляются
из масла. Затем полупродукты обрабатывают натриевой щелочью,
которая нейтрализует органические кислоты и остатки серной кис-
лоты. Для удаления остатка щелочи и солей масло промывают водой
и просушивают нагретым воздухом. Кислотно-щелочным способом
производится очистка многих дистиллятных масел.
При промывке масла водой после нейтрализации его раствором
щелочи могут образовываться устойчивые трудноразрушаемые
эмульсии, а также происходит гидролиз образовавшихся солей
(мыл). Поэтому при очистке масел (особенно относительно высоко-
вязких) нейтрализацию кислого масла щелочью нередко заменяют
обработкой отбеливающими глинами. При этом масло смешивается
с мелкоразмолотой отбеливающей глиной. При контакте с горячим
маслом глина адсорбирует на своей поверхности асфальто-смоли-
стые вещества, остатки серной кислоты и кислого гудрона. После
этого глину отделяют при помощи фильтров. Очистка масла с обра-
боткой серной кислотой и отбеливающей глиной путем контактного
фильтрования носит название кислотно-контактной очистки.
При переработке мазутов, содержащих значительное количество
полициклических углеводородов с большим числом колец и корот-
кими алифатическими цепями в молекулах, легко окисляющихся и
ухудшающих вязкостно-температурные свойства масел, рассмотрен-
ные выше методы очистки оказываются недостаточно удовлетвори-
тельными. Поэтому с увеличением потребления смазочных масел и
необходимостью перерабатывать мазуты не только отборных масля-
ных нефтей, но и менее качественных получила распространение
селективная очистка, т. е. очистка при помощи селективных (изби-
рательных) растворителей. Этот метод очистки основан на подборе
растворителей, обладающих при определенной температуре и соот-
ношении количества растворителя и очищаемого масла разной раст-
воряющей способностью к нежелательным и полезным компонентам
масла.
При отстаивании смеси масла и растворителя она расслаивается
на слой масла, из которого удалены нежелательные компоненты,
и экстрактный слой, представляющий собой раствор удаленных из
масла компонентов (экстракта) в растворителе.
Эти слои отделяют друг от друга и отгоняют от них раствори-
тель, чтобы использовать его вновь для очистки следующих порций
масла.
137
После селективной очистки, а иногда также и перед ней произ-
водят дополнительную контактную или кислотно-контактную очист-
ку масла. В качестве селективных растворителей используют фурфу-
рол, фенол, нитробензол и др.
Фурфурол С5Н4О2 имеет следующее строение;
НС —сн
I'.	/О
НС С —С\
\/ 'Н
о
Он обладает хорошими избирательными свойствами, но ограни-
ченной растворяющей способностью, вследствие чего его применя-
ют в относительно большом количестве (до 150—400%) к очищае-
мому маслу.
Фурфурол — бесцветная жидкость с приятным запахом хлеба,
ядовит, плотность при 25° С — 1,155, температура кипения 161,7° С.
Фенол С6Н3ОН имеет следующее строение:
ОН
С
НС СН
h I
НС сн
W
сн
Фенол — бесцветное кристаллическое вещество с температурой
плавления 40,9° С и температурой кипения 181,75° С. Плотность
фенола при 41° С равна 1,05. Фенол имеет характерный запах, обла-
дает несколько меньшей избирательностью (селективностью), чем
фурфурол, но хорошей растворяющей способностью. При феноль-
ной очистке значительно (на 30—50%) снижается содержание в масле
серы.
Нитробензол C6H5NO2 принадлежит к числу эффективных селек-
тивных растворителей, отличается высокой токсичностью. Темпе-
ратура кипения его 211° С, плавления —5,76° С, плотность при
15° С—1,2.
Для получения высококачественных вязких светлых масел оста-
точного типа применяют очистку парными растворителями, из ко-
торых один селективно растворяет компоненты, подлежащие удале-
нию, а другой — полезные компоненты масла.
Таким способом обеспечивается очень хорошая очистка.
В качестве растворителей при этом применяют технический крезол
138
CeH4 — СН2—ОН (смесь главным образом /n-крезола и п-крезола).
т—крезол	ОН	ОН п= крезол
I	I
С	С
НС СН	НС	СН
II I	II
НС	С —СН2	НС	СН
СН	с
сн2
Используется, в частности, смесь крезолов с 30—50% фенола и
технического пропана С3Н8. Процесс проводят под повышенным
давлением (до 20 кТ/см?). Масло доочищают отбеливающей глиной.
Если в масляном полупродукте очень много смолисто-асфальто-
вых веществ, то удаление их рассмотренными выше способами слож-
но и неэкономично в связи с большим расходом серной кислоты и
растворителей. В этих случаях производится предварительная де-
асфальтизация масляного полупродукта. При растворении масляного
полупродукта в бензине или жидком пропане малорастворимые в них
смолисто-асфальтовые вещества выпадают в осадок. После удаления
осадка растворитель отгоняют от масла. Затем полупродукт под-
вергают очистке одним из описанных выше способов.
Для получения из парафинистых нефтей масел с низкой темпе-
ратурой застывания после очистки масло подвергают депарафини-
зации — удалению из него высокоплавких парафиновых углеводо-
родов. Масло растворяют в лигроине, жидком пропане или в каком-
либо другом низкозамерзающем растворителе. Раствор охлаждают
до температуры минус 25—40° С (в зависимости от требуемой тем-
пературы застывания масла) и подают на высокооборотные центри-
фуги, где застывшие углеводороды под действием центробежных сил
отделяются от масла. Смесь твердых парафинов с некоторым коли-
чеством жидкого'масла и примесей, называемую петролатумом, ис-
пользуют для получения твердого белого парафина и церезина.
3.	ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ МАСЕЛ
В отличие от топлив масла состоят из углеводородов значитель-
но большего молекулярного веса. Эти углеводороды обладают более
сложной структурой и отличаются обилием изомерных форм, что
крайне затрудняет возможность выделения индивидуальных угле-
водородов и, следовательно, изучение их.
К основным группам углеводородов, входящих в состав смазоч-
ных масел, относятся: парафиновые (алканы), нафтеновые (цикланы),
139
ароматические и нафтеноароматические, в молекулы которых входят
одновременно и нафтеновые и ароматические кольца. Парафиновые
углеводороды присутствуют во всех маслах. В большинстве случаев
содержание парафиновых углеводородов убывает с повышением
температуры кипения фракций, но в отдельных случаях наблюда-
ется относительно небольшое содержание их в масляных фракциях
и повышенное в остатках от перегонки (полугудронах и гудронах).
Углеводород н-гептадекан С17Н2е и более высокомолекулярные
н-парафины при обычных условиях представляют собой твердые
вещества, присутствующие в маслах в растворенном или твердом
(кристаллическом) виде. Твердые углеводороды нефти принято под-
разделять на парафины, имеющие более крупнокристаллическую
структуру (ленточную или пластинчатую), и церезины, имеющие мел-
кокристаллическую (игольчатую) структуру. От парафинов цере-
зины отличаются большей плотностью и более высокими темпера-
турами кипения и плавления при тех же молекулярных весах. Кроме
того, церезины более реакционно способны.
В церезинах присутствуют твердые нафтены и твердые аромати-
ческие углеводороды часто в смеси с твердыми высокоплавкими па-
рафинами.
Присутствие парафинов в жидкой фазе обусловливает меньшую
вязкость масляных фракций нефти и хорошие вязкостно-темпера-
турные свойства. При этом у н-парафинов эти свойства проявляются
отчетливее, чем у изопарафинов.
Наличие в маслах высокомолекулярных парафинов ведет к
повышению температуры застывания, потере текучести при пони-
жении температуры вследствие появления кристаллической фазы
и структурообразования.
В масляных фракциях нефтей в большом количестве находятся
моно- и полициклические углеводороды — нафтены с пяти- и шести-
членными кольцами в молекулах, а также ароматические и нафте-
ноароматические углеводороды.
Нафтены присутствуют в жидкой и твердой (кристаллической)
фазах, входя в состав церезинов. Наиболее легко кристаллизуются
нафтены с длинной боковой алкильной группой нормального строе-
ния. При наличии разветвленной боковой цепи или нескольких бо-
ковых цепей меньшей длины вместо одной длинной температура
плавления нафтенов значительно понижается. Но в то же время
нафтены, молекулы которых вместо одной длинной боковой цепи
при циклическом ядре имеют несколько боковых цепей с тем же
числом атомов углерода в них, обладают значительно большей вяз-
костью и худшими вязкостно-температурными свойствами. Анало-
гичное влияние на вязкостные свойства оказывает наличие и раз-
меры боковых цепей также у других циклических углеводородов —
ароматических и нафтеноароматических.
При этом для всех алкил замещенных циклических углеводородов
характерно повышение вязкости с одновременным ухудшением вяз-
костно-температурных свойств при увеличении отношения числа ато-
140
мов углерода, находящихся в циклической части молекулы, к числу
атомов углерода в боковых цепях.
Особенно ухудшаются вязкостно-температурные свойства цикли-
ческих углеводородов при наличии в молекуле трех и более колец.
При одном и том же числе колец в молекуле вязкостно-температур-
ные свойства улучшаются с увеличением длины и уменьшением раз-
ветвленности боковых цепей.
На вязкостные свойства полициклических углеводородов ока-
зывает влияние не только число, но и положение колец в молекулах.
Так, сопоставление нафтенов и ароматических углеводородов с раз-
личным расположением колец при одном и том же числе атомов угле-
Таблица 32
Вязкостные свойства бициклических углеводородов с 18 атомами
углерода в боковых цепях
х _ ч
§ й 2
S 4, О
Строение
Кинемати-
ческая
вязкость,
сст
Показатель
вязкостно-
температур•
ных свойств
Нафтены
С28НИ	/\/\_(СН2)17-СН3
IJJ
С30Н58 СН3— (СН.2)3—СН— (СН2)8 -СН- (СН2)3-СН3
30,80
51,28
100,0
61,1
Ароматические углеводороды
С28Н44
С2эН46
С3оН46
(СН2)х,-СН3
СН3 - (СН2)з -СН - (СН2)8—СН—(СН2)8 - СНз
22,86
29,18
33,35
100,0
93,6
65,7
рода в боковых цепях (С18), приведенное в табл. 32, показывает,
что при более удаленном друг от друга расположении колец в моле-
кулах вязкость углеводородов увеличивается, а вязкостно-темпера-
турные свойства ухудшаются.
Окисление и осмоление масел наиболее полно исследовано
Н. И. Черножуковым и С. Э. Крейном. Первичными продуктами
окисления большинства углеводородов являются перекисные соеди-
141
нения: моноалкилперекиси (гидроперекиси) R—00—Н, диалкилпе-
рекиси R—00—R, оксиалкилперекиси R—00—СН2—ОН, ди-
оксиалкилперекиси]
но—СН —00—СН —ОН
I	I
;r	r
и более сложные перекисные соединения. Дальнейшее окисление
и окислительная полимеризация углеводородов может идти в двух
основных направлениях: с образованием кислых продуктов и
нейтральных продуктов по схеме:
кислоты — оксикислоты—сложные эфиры—
/^кислые смолы (асфальтогенные кислоты)
У глеводороды
'ч
смолы—асфальтены—карбены—карбоиды.
Способность смазочных масел окисляться и осмоляться зависит
от структуры молекул, их углеводородного состава и условий окис-
ления. Н. И. Черножуковым и С. Э. Крейном установлено, что наф-
тены, находящиеся в маслах, могут окисляться кислородом воздуха
при повышенной температуре. Способность нафтенов окисляться
возрастает при увеличении их молекулярного веса и при наличии
коротких боковых цепей. Чем больше колец содержится в молеку-
лах нафтена, тем больше получится продуктов окисления. Основ-
ными продуктами окисления нафтенов являются кислоты и окси-
кислоты.
Ароматические углеводороды окисляются несколько труднее,
чем нафтены, но стойкость их против окисления падает по мере ус-
ложнения молекул, в частности с увеличением числа колец. При этом
в случае наличия у ароматических колец коротких боковых цепей
(или коротких цепей, связывающих между собой ароматические ра-
дикалы) окисление сопровождается образованием высокомолекуляр-
ных продуктов— смол, асфальтенов и карбенов, часто выпадающих
в осадок. Если даже у ароматических колец имеются длинные
алкильные цепи, то в результате окисления образуется меньше по-
лимеров, но больше органических кислот и подобных продуктов,
не выпадающих в осадок.
Ароматические углеводороды в смесях с нафтенами защищают
последние от окисления. Нафтеноароматические углеводороды легко
реагируют с кислородом с образованием кислот, оксикислот, смо-
листых веществ и могущих выпадать в осадок асфальтенов, карбе-
нов и т. д.
Количество тех или иных продуктов окисления обусловливается
преобладанием нафтеновых или же ароматических колец в моле-
кулах. Для получения масел, не дающих при окислении осадков,
желательно, чтобы в них оставались нафтеновые и ароматические уг-
142
леводороды с небольшим числом колец и длинными парафиновыми
цепями в молекулах. Полициклические углеводороды с большим
числом колец и короткими цепями следует удалять при очистке
масел.
Глава X
СИНТЕТИЧЕСКИЕ СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Нефтяные смазочные материалы уже на современном уровне
развития техники далеко не удовлетворяют тем требованиям, ко-
торые предъявляются к ним в широком диапазоне рабочих условий.
Минеральные масла даже самого лучшего качества имеют сущест-
венные недостатки: плохие вязкостно-температурные характерис-
тики и малую стабильность при высоких температурах и давлениях.
Если учесть, что дальнейшее развитие техники будет связано
прежде всего с ростом скоростей движения, удельных нагрузок на
детали машины и с повышением рабочих температур, то вполне
очевидно, что нефтяные смазочные материалы будут совершенна
непригодны для этих,условий. В последние годы все большее внима-
ние уделяется изысканию и исследованию новых по своей природе
и по свойствам смазочных материалов.
Из большого числа синтезированных и исследованных химиче-
ских соединений наибольший интерес представляют четыре класса
синтетических неуглеводородных масел: на основе сложных эфиров,
полиалкиленгликолевые, полисилоксановые, фторуглеродные и
хлорфторуглеродные.
1.	МАСЛА НА ОСНОВЕ СЛОЖНЫХ ЭФИРОВ
Эфиры получаются при взаимодействии кислот и спиртов:
R—<	+н—о—r'^r—с;	+н2о.
ОН	\q-R'
Подобные реакции называются реакциями этерификации. Про-
цесс этерификации обратим. Реакция между эфиром и водой с по-
лучением кислоты и спирта называется омылением.
Две молекулы спирта также могут образовывать молекулу эфира,,
выделяя молекулу воды:
R — ОН + ОН — R'->R— О — R'4-H2O.
В первом случае получаются сложные эфиры, во втором — простые
эфиры.
Спирты содержат гидроксильную группу ОН, связанную с угле-
водородным радикалом R. В результате замещения в углеводородах
143
двух или более атомов водорода на гидроксильную группу получа-
ются двухатомные или многоатомные спирты. Обычно одноатомные
спирты называют алкоголями, двухатомные — гликолями, трехатом-
ные — глицеринами.
Карбоновые кислоты, входящие в состав сложных эфиров, пред-
ставляют собой органические кислоты, содержащие одновалентную
карбоксильную группу
/°
__С
хон
связанную с углеводородным радикалом. По числу карбоксилов в
молекуле карбоновые кислоты бывают одноосновные и многоос-
новные, имеющие две и более карбоксильных групп.
При взаимодействии одноатомных спиртов и одноосновных кис-
лот образуются простые моноэфиры. При взаимодействии двухоснов-
ных кислот с одноатомными спиртами или двухатомных спиртов с
одноосновными кислотами образуются двойные сложные эфиры,
называемые диэфирами.
Моноэфиры имеют сравнительно высокую температуру застыва-
ния и крутую вязкостно-температурную характеристику. Они име-
ют недостаточную стабильность, в связи с чем моноэфиры менее
перспективны как основа для смазочных масел.
Значительно лучшими свойствами обладают сложные эфиры и,
в частности, диэфиры. Строение и свойства некоторых сложных эфи-
ров приведены в табл. 33.
Важным преимуществом диэфиров является возможность синте-
зировать соединения высокого молекулярного веса с малой испаряе-
мостью из доступных алифатических спиртов и кислот с низким мо-
лекулярным весом. Наличие в таких соединениях двух реакционно
способных групп позволяет получить соединения различного строе-
ния и свойств в зависимости от требований эксплуатации. К настоя-
щему времени получены и исследованы десятки тысяч различных
диэфиров, многие из которых могут служить основой высококачест-
венных масел.
Свойства диэфиров зависят от их химической структуры. С уве-
личением длины углеводородной цепи повышаются вязкость и тем-
пература застывания и уменьшается угол наклона вязкостно-тем-
пературной кривой. Циклические группы вызывают значительное
повышение вязкости, но ухудшают вязкостно-температурные харак-
теристики диэфиров. Введение в молекулу боковых цепей пони-
жает температуру застывания (см. табл. 33) и ухудшает вязко-
стно-температурную характеристику диэфиров. Наибольшее рас-
пространение в качестве смазочных масел получают диэфиры
изомерного строения.
На основе диэфиров получают смазочные масла, имеющие более
высокие индексы вязкости, более низкие температуры застывания,
144
Таблица 33
Характеристики некоторых сложных эфиров
Название и строение эфиров	Плотность	Вязкость, сст, при температуре		Темпера- тура, °C	
		20° С	99° С	1 засты- вания	3 3 о® и
Диоктиловый эфир адипиновой кислоты СН2—СН2—СОО—С8Н17 1 СН, — СН2 —СОО —С8Н17	0,919	14,8	2,85	4	215
Диоктиловый эфир 1-метиладипиновой кислоты СН3 1 СН,—СН —СОО—С8Н17 1 СН,—СН2 —СОО—С8Н17	0,927	16,8	2,66	—32	208
Ди-2-этилгексиловый эфир адипиновой кис- лоты	С2Н5 СН2 —СН, —СОО—СН, —СН—(СН,)3 —сн3 1 СН,—СН,—СОО—СН2—СН—(СН2)з—сн3 1 С2Н5	0,925	12,8	2,26	—78	215
Ди-2-этилгексиловый эфир себациновой кис- лоты	С2Н5 СН,—(СН2)3—СОО—СН2—СН—(СН,)3—СН3 1 СН,—(СН2)з—СОО—СН2—СН—(СН2)з—СН3 1 С2Н5	0,912	23,2	3,30	—72	235
Ди-2-этилгексиловый эфир фталевой кислоты С2Н5 1 .СОО—СН2— СН — (СН,)з—СН3 с6н/ Х'СОО— СН2— СН—(СН2)з — СН3 C2HS	0,990 ।	121,0	5,04	—42	178
меньшую испаряемость (рис. 74) и меньшую огнеопасность, чем
нефтяные масла. Смазочные свойства, стойкость диэфиров к действию
кислорода и теплоты примерно такие же, как и у нефтяных масел.
По действию на изделия из маслостойкой резины диэфиры оказывают
худшее влияние, так как вызывают набухание и размягчение рези-
новых прокладок, шлангов и других деталей в большей степени,
чем нефтяные масла.
б Аксенов А. Ф.	145
Рис. 74. Зависимость испаряемости от
температуры синтетических и нефтяных
масел:
/, 2 — нефтяные масла; 3, 4 — синтетические
масла на основе диэфиров
Синтетические масла на ос-
нове диэфиров в настоящее
время применяют в чистом ви-
де и в смеси с нефтяными мас-
лами для смазки турбореак-
тивных двигателей (в США,
Англии), различных механиз-
мов, аппаратов, приборов.
Особенно хороши диэфирные
масла для смазки узлов тре-
ния, работающих при малых
нагрузках, но в широком диа-
пазоне температур (от 120 до
—65° С). Диэфирные масла могут использоваться в качестве жидко-
стей для гидравлических систем. Для улучшения свойств синтетиче-
ских диэфирных масел к ним добавляются различные присадки (вяз-
костные, противоизносные и т. и.).
2.	ПОЛИАЛКИЛЕНГЛИКОЛЕВЫЕ МАСЛА
Полиалкиленгликоли (полигликоли) получаются взаимодействи-
ем различных гликолей и других спиртов-c окисью этилена, окисью
пропилена или с их смесями и представляют собой по структуре
простые полиэфиры с длинными цепями, молекула которых может
содержать одну или несколько свободных гидроксильных групп.
В общем виде формула полиэтиленгликолей имеет следующий вид:
ОН—СН2(СН2—О—СН2)П—СН2—ОН.
При п = 1 полимер имеет состав
он—сн2—сн2—О—сн2—сн2—ОН
и называется диэтиленгликолем.
При п = 2 получается триэтиленгликоль
НО—СН2 —(СН2 —О—СН2)2—СН2—ОН.
Реакция получения полиэтиленгликолей проходит по следующей
схеме:
Н2С — СН2 + Н2О -> НО—СН2 —СН2 — ОН,
О
НО —СН2—СН2—ОН -ф Н2С— СН2 —> НО СН2 СН2 О -
о
—СН2—СН2—он.
146
Можно получать самые разнообразные полигликоли в зависимо-
сти от взятых в реакцию исходных спиртов, окисей углеводоро-
дов и условий ведения процесса.
Полигликоли смешиваются во всех отношениях с водой и не-
растворимы в углеводородах.
Если гидроксильную группу полигликоля заменить на алкиль-
ную эфирную группу, то получатся эфиры полигликолей. Этерифи-
кация полигликолей дает возможность вводить в молекулы глико-
лей разнообразные по величине и строению радикалы и таким
путем изменять в желательную сторону свойства получаемых про-
дуктов. Этерификацией конечных гидроксильных групп полиглико-
ли могут быть переведены в соединения, хорошо растворимые в неф-
тяных углеводородах и практически нерастворимые в воде. В на-
стоящее время производят растворимые и нерастворимые в воде
полигликоли.
В зависимости от длины молекулярной цепи и структуры поли-
гликолей вязкость их может изменяться в широких пределах от 6—8
до 10 000 сст и более при 50° С. Полигликолевые масла отличаются
от нефтяных масел лучшими противоизносными свойствами, низкой
температурой застывания (от 55 до —65° С), высокими индексами
вязкости (в пределах 135—180), малой испаряемостью. Полиглико-
левые масла не образуют смолистых соединений при повышенных
температурах в присутствии кислорода, воздуха, выдерживают вы-
сокие температуры (до 300° С), не корродируют металлы, не вызы-
вают набухание или размягчение синтетической и натуральной ре-
зины. Воспламеняются они с большим трудом, чем нефтяные мас-
ла. В табл. 34 приведены свойства масел на основе полигликолей,
а на рис. 75 — их вязкостно-температурные кривые. На этом же
рисунке для сравнения нанесены вязкостно-температурные кривые
минеральных масел МК-8 и турбинного МК-22. Из рисунка видно,
что полигликолевые масла имеют более пологую вязкостно-темпера-
турную кривую, чем минеральные масла равной вязкости.
Таблица 34
Свойства синтетических полигликолевых масел
Показатели	Условное обозначение сорта масла		
	1	II	in
Плотность 		0,951	0,960	0,970
Вязкость, сст, при температуре. °C: 100 		3,2	5,3	6,5
50 ... 		8,5	15,1	20
0 		15	100	151
—40		1950	4850	13000
Индекс вязкости		162	180	107
Температура застывания, °C 		—55	—55	—55
»	вспышки, °C 		193	215	251
6*
147
Рис. 75. Вязкостно-темпе-
ратурные кривые полигли-
колевых и минеральных
масел:
1, 2, 5 —полигликолевые мас-
ла; 4 — масло М.К-8; 5 — тур-
бинное масло МК-22
Полигликолевые масла могут приме-
няться в различных областях техники:
для смазки турбореактивных двигате-
лей, в качестве трансмиссионных масел,
для работы при высоких нагрузках и
температурах, в качестве компрессор-
ных масел, как жидкости гидросистем
и т. д.
Полигликоли добавляют к нефтяным
маслам для улучшения их противоизнос-
ных свойств, а также применяют в каче-
стве основы при изготовлении конси-
стентных смазок. Смазки на основе по-
лигликолей характеризуются высокой
термической и коллоидальной стабиль-
ностью и хорошими низкотемператур-
ными свойствами. Производство синте-
тических смазочных масел на базе поли-
гликолевых соединений имеет достаточ-
ные сырьевые ресурсы. Исходными продуктами служат непредель-
ные газообразные углеводороды (этилен и пропилен), которые
могут быть получены из природного углеводородного газа и про-
мышленных газов нефтеперерабатывающих заводов.
3.	МАСЛА НА ОСНОВЕ
КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
В последнее время все большее распространение в качестве спе-
циальных смазочных масел и жидкостей получают полимерные крем-
нийорганические соединения, называемые полисилоксанами или
силиконами.
В отличие от природных нефтяных масел, состоящих из углево-
дородов — соединений, в которых молекулярная цепь образована
из атомов углерода, — полисилоксаны имеют в своей основе цепоч-
ку из чередующихся атомов кремния Si и кислорода О, так называе-
мую силоксановую группировку
I	I	I
— Si —О —Si —О—Si —
I	I	I
К атомам кремния в виде боковых цепей присоединены углево-
дородные и другие органические радикалы различного строения.
В зависимости от длины молекулярных цепей, строения и состава
боковых цепей полисилоксаны имеют различные физические и хи-
мические свойства.
Отличительными свойствами многих кремнийорганических про-
дуктов являются их устойчивость к высоким температурам
148
и окислению, сопротивляемость к дей-
ствию влаги и хорошие вязкостно-
температурные свойства. Кремнийор-
ганические соединения занимают пер-
вое место среди других синтетических
жидкостей по вязкостно-температур-
ной характеристике, что видно из
рис. 76.
Хорошая термостойкость кремний-
органических соединений позволяет
Рис. 76. Вязкостно-температур-
ные кривые масел:
/ —диметилсиликон; 2 —минераль-
ное. з_производное полигликоля
использовать их в качестве теплоно-
сителя в условиях длительной экс-
плуатации при 350° С.
Кремнийорганические соединения
могут быть основой для получения
синтетических смазочных масел, работоспособных при высоких
температурах, характерных для мощных реактивных двигателей.
Практическое значение в качестве смазочных масел и жидко-
стей получили полимеры с метильными и этильными радикалами.
Первые отвечают общей формуле
“ СН3
— Si—О—
I
сн3
и называются метилполисилоксанами или метилсиликонами, вторые
отвечают общей формуле
Г с2н5 -
I
— Si—О —
I
_ С2Н3 _ п
и называются этилполисилоксанами или этилсиликонами. Извест-
ны также фенилполисилоксановые соединения, содержащие в бо-
ковой цепи фенильные радикалы, смешанные алкиларилполисилок-
саны, например метилфенил-, этилфенилполисилоксаны и другие
кремнийорганические полимерные продукты. Большая работа по
исследованию полисилоксанов проведена учеными К- А. Андриано-
вым, Б. Н. Долговым, М. М. Котонади, А. П. Крешковым. Они от-
крыли ряд весьма ценных и своеобразных свойств полисилоксанов и
других кремнийорганических соединений.
Полисилоксаны представляют собой бесцветные прозрачные мас-
лянистые жидкости различной степени вязкости. Они хорошо рас-
149
творяются в углеводородах, галоидуглеводородах и не растворяют-
вязкости
веиа.
Рис. 77. Зависимость
от молекулярного
/ — н-парафиновые углеводороды,
2— метилполисилоксаны с откры-
той цепью
ся в воде, спиртах и других полярных растворителях.
Свойства полисилоксанов в значительной степени определяются
свойствами силоксановой группировки. Связь кремния с кислоро-
дом отличается большей термической стабильностью, чем органи-
ческих полимеров, что определяется большей энергией образова-
ния связи. Так, энергия связи Si—О равна 89 ккал/моль, а энергия
связи С—С равна 58,6 ккал/моль.Энер-
гия связи Si—С (57 ккал/моль) близ-
ка к энергии связи С—С.
Термическая деструкция полиси-
локсанов связана главным образом с
отщеплением боковых органических
радикалов, причем основная полимер-
ная силоксановая цепь не разрушает-
ся. К. А. Андрианов доказал, что
окисление органического радикала
влечет за собой образование кисло-
родных мостиков между молекулами
полимеров, которые затрудняют до-
ступ кислорода к другим органиче-
ским радикалам, что замедляет даль-
нейшее окисление полимера.
Полисилоксаны отличаются большой химической инертностью,
что также объясняется устойчивостью связи Si—О. На них не дей-
ствуют многие агрессивные реагенты (азотная кислота, серная
Рис. 78. Схема узла тре-
ния четырехшариковой
машины;
/ — чашка; 2 —нижний ша-
оик; 3 — гайка; 4 — верхний
шарик; 5 —гайка вала; 6 —
вал; 7 — термопара; 8 — тер-
мостатная рубашка; S’-
штифт; 10— тарелка; 11—
упорные подшипники; 12 —
текстолитовая подставка;
/3 —трос
кислота и др.). Полисилоксановые масла практически не корроди-
руют сталь, чугун, медь, латунь, алюминий, свинец, бронзу, маг-
ний, олово и другие металлы даже при нагревании до 150° С.
150
Рис. 79. Зависимость изно-
са от нагрузки, полученная
на четырехшариковой ма-
шине:
/—этилполисилоксановое пас-
ло; 2 — масло МС-20
Очень низкая температура застывания полисилоксанов и малая
зависимость вязкости от температуры объясняется малой поляр-
ностью этих соединений, и, следовательно, малыми силами меж-
молекулярногб взаимодействия, намного меньшими, чем даже у
такого молекулярного полимера, как полиизобутилена.
На рис. 77 сопоставлены вязкости
парафиновых углеводородов нормально-
го строения и метилполисилоксанов с
открытой цепью. Полисилоксановые мас-
ла, даже маловязкие, имеют сравни-
тельно высокий молекулярный вес и,
следовательно, высокие температуры
кипения и вспышки.
Значительная механическая проч-
ность связи Si—О обусловливает высо-
кую сопротивляемость механическому
разрушению полисилоксанов при рабо-
те под большими нагрузками и при вы-
соких скоростях сдвига.
Химическая инертность и слабая по-
лярность полисилоксанов обусловлива-
ют их плохие противоизносные свойст-
ва при граничном трении. Противоиз-
носные свойства масел можно определить на четырехшариковои
машине, схема узла трения которой показана на рис. 78.
Полисилоксаны по противоизносным свойствам уступают мине-
ральным маслам, что видно из рис. 79. Слабые противоизносные
свойства являются одним из главных недостатков полисилоксанов
как смазочных масел.
Наибольшее практическое применение как смазочные масла и
жидкости в настоящее время получили метил-, этил-, метилфенил
и этилфенилполисилоксаны. Полисилоксаны обычно применяют там,
где требуется высокая химическая и термическая стойкость, хорошая
вязкостно-температурная характеристика и не предъявляются вы-
сокие требования к смазывающей способности масла. Полисилокса-
ны в смеси с минеральными маслами и в чистом виде используются
для передачи давления в различных гидравлических системах в
качестве рабочих жидкостей для гидравлических амортизато-
ров.
Они используются также для изготовления консистентных сма-
зок и приборных масел.
4.	ФТОРУГЛЕРОДНЫЕ МАСЛА
Введение фтора в молекулы органических соединений оказывает
очень сильное влияние на их физико-химические свойства. Фтори-
рованием углеводородов получают соединения, в которых атомы
151
водорода замещены фтором:
F	F	F	F	F	F	F
I	I	I	I	I	I	I
— С—С —С—С—С—С —С — ...
I	I	I	I	I	I	I
F F F F F F F
При полном замещении всех водородов углеводороды превраща-
ются во фторуглероды. В этом случае к названию полностью
фторированного углеводорода добавляют приставку «перфтор».
Фтороуглеродные масла могут состоять из полностью фториро-
ванных парафиновых, нафтеновых, ароматических углеводородов
Рис. 80. Зависимость вязкости
перфторуглеродов и углеводородов
от температуры;
1 — н• гептан; 2 — перфтор; — н — гептан
вязкости. Они
хорошо растворяются в
или углеводородов смешанного ти-
па с боковыми цепями и циклами.
Фтор — первый элемент группы
галоидов. Он чрезвычайно реак-
ционно способен и в этом отноше-
нии значительно превосходит своих
аналогов: хлор и йод. Прямое фто-
рирование углеводородов проте-
кает очень бурно и сопровождает-
ся взрыв'ом. В настоящее время
разработаны достаточно удобные
способы синтеза фторуглеродов.
Перфторуглеродные масла по
внешнему виду представляют собой
прозрачные жидкости различной
петролейном эфире, этило-
вом эфире, хлорированных углеводородах и не растворяются в уг-
леводородах, спиртах и воде.
По физико-химическим свойствам перфторуглероды отличаются
рядом особенностей и прежде всего чрезвычайно высокой химиче-
ской и термической стабильностью. Они не взаимодействуют при
комнатной температуре с такими сильными окислителями, как
азотная кислота, концентрированная серная кислота, хромовая кис-
лота и др. Они не взаимодействуют с натрием до температуры 350е С.
Фторуглероды устойчивы к взаимодействию кислорода, не горят и
не разлагаются до температур 400—500° С. Термическая стабиль-
ность фторуглеродов выше, чем полисилоксанов. Высокая термиче-
ская стойкость и химическая инертность фторуглеродов объясняют-
ся большей прочностью связи углерода с фтором, чем углерода с во-
дородом.
Фторуглеродные масла имеют очень крутую вязкостно-темпера-
турную кривую. По вязкостно-температурной характеристике они
уступают даже минеральным маслам (рис. 80) Плотность фторугле-
родов в 2—3 раза выше плотности соответствующих углеводородов.
Фторуглероды имеют более высокие температуры плавления, чем
152
углеводороды такого же строения. Фторуглеродные масла обладают
достаточно хорошими противоизносными свойствми, во многих
случаях не уступающими противоизносным свойствам минераль-
ных масел.
Высокая термическая и химическая стабильность фторуглеродных
масел используется в тех случаях, когда необходимо обеспечить
смазку узлов трения, работающих при высоких температурах в
атмосфере химически активных веществ. Фторуглеродные масла
применяются в качестве основы для приготовления термически и
химически стабильных консистентных смазок.
Наряду с фторуглеродами в качестве смазочных масел нашли
применение хлорфторуглероды, которые являются значительно бо-
лее дешевыми продуктами, чем фторуглероды. Хлорфторуглероды
получаются путем замены в углеводородах всех атомов водорода ча-
стично хлором, а частично фтором. Хлорфторуглероды по внеш-
нему виду похожи на фторуглероды — бесцветные или желтоватые
жидкости без запаха. Введение хлора в молекулу фторуглерода
повышает его температуру кипения, улучшает вязкостно-темпера-
турную характеристику, но одновременно несколько снижает тер-
моокислительную стабильность.
Плотность хлорфторуглеродов несколько ниже, чем фторуглеро-
дов. Противоизносные свойства хлорфторуглеродов лучше, чем
фторуглеродов.
Фторуглеродные и хлорфторуглеродные масла можно использо-
вать в качестве невоспламеняющихся жидкостей для гидросистем
самолетов, в производстве атомной энергии, в ракетной технике и
т. п.
Разработаны масла, консистентные смазки и жидкости на основе
фторуглеродов и хлорфторуглеродов на основе фторпарафина,
фторированных минеральных масел и полихлортрифгорэтилена.
Фторуглеродные и хлорфторуглеродные масла в настоящее время
еще имеют высокую стоимость, поэтому применяют их только в тех
случаях, когда другие масла непригодны.
Глава XI
ИНЖЕНЕРНЫЕ ОСНОВЫ
ПРИМЕНЕНИЯ АВИАЦИОННЫХ МАСЕЛ
1.	ВЯЗКОСТНЫЕ СВОЙСТВА И ПРОКАЧИВАЕМОСТЬ МАСЕЛ
Методы определения вязкости жидкостей были рассмотрены в
гл. II. Вязкость масел зависит как от химического состава и строе-
ния углеводородов, из которых состоит масло, так и от внешних
факторов: давления, температуры и радиоактивного облучения.
6В Аксенов А.Ф.	153
Зависимость вязкости от давления. При изменении давления
вязкость масел изменяется, причем эта зависимость будет различной
при разных температурах? При небольших давлениях (до 50 кГ/см2)
вязкость масла практически не изменяется. При давлениях до 300—
400 кПсм2 эта зависимость имеет практически линейный характер
(рис. 81). При давлениях свыше
400 кГ/см2 эта линейность наруша-
ется. Различные масла по-разному
меняют свою вязкость под давле-
нием, причем чем выше температу-
ра масла, тем меньше его вязкость
изменяется от давления (табл. 35).
Рис. 81. Зависимость вязкости ми- При давлениях порядка 15000—
нерального масла от давления 20 000 К.Г1см2 масла затвердевают.
Приближенно изменение кинема-
тической вязкости в зависимости от давления можно определить
по уравнению Л. Г. Гурвича
vp = v(l + kp),
где vp — кинематическая вязкость при давлении р, сст',
v — кинематическая вязкость при атмосферном давлении, сст;
k — коэффициент, зависящий от марки масла (для легких масел
k = 0,002, для тяжелых — 0,003);
р — давление масла, кГ/см1.
Таблица 35
Возрастание вязкости различных масел под давлением
Масло		Кратность возрастания вязкости			
		1000 кГ/см*		1800 кГ[см*	
		54О С	100° с	54° С	юо°с
Минеральное	парафинового основа-				
НИЯ . . .		7	3	25	13
Минеральное	асфальтового основа-				
НИЯ . . ,		17	6	108	29
Касторовое			—	2	—	5
Зависимость вязкости от давления более точно может быть вы-
числена по формуле М. П. Воларовича
vp = vap,
где vp — кинематическая вязкость масла при давлении р, сст',
v — кинематическая вязкость масла при атмосферном давлении,
сст;
а — постоянная величина, равная для минеральных масел
1,002—1,004.
Изменение вязкости с изменением давления следует учитывать
при расчете подшипников двигателей, так как в подшипниках совре-
154
менных авиационных двигателей давления могут достичь 900—
1000 kFIcm1 и больше.
Зависимость вязкости от температуры. Вязкость масел значи-
тельно изменяется с изменением температуры,причем эта зависимость
различна для разных по составу масел (рис. 82). Поскольку вяз-
кость является одним из основных эксплуатационных качеств масел,
то изучение закономерностей изменения вязкости от температуры
является весьма важным.
Чем меньше масло меняет
свою вязкость при изме-
нении температуры, или,
другими словами, чем по-
ложе вязкостно-темпера-
турная кривая, тем выше
качество масла. Это объ-
ясняется тем, что масло с
пологой кривой вязкости
при высоких температурах
сохраняет достаточную вяз-
кость для надежной смазки
деталей двигателя, а при
низких температурах вяз-
кость такого масла не на-
столько велика, чтобы за-
труднить запуск двигателя
и прокачку масла по тру-
бопроводам. В специфика-
ции на масла приводятся
вязкости минимум при
двух температурах и дан-
ные о пологости вязкостно-
температурной кривой или
в виде величины отноше-
ние. 82. Вязкостно-температурные харак-
теристики масел:
/ — диметилсиликон; 2 — диэфир; 3—полиглк-
коль; 4 —масло МК-8; 5 —масло МС-20; Я —
масло МК.-22
ния кинематической вязкости при низкой температуре (50° С) к
вязкости масла при высокой температуре (100° С), или в виде индек-
са вязкости.
Индекс вязкости является относительной величиной, показываю'
щей степень изменения вязкости масла в зависимости от температура
т. е. характеризует пологость температурной кривой вязкости масла.
Он определяется при помощи двух серий эталонных масел. Эталой'
ные масла первой серии имеют очень пологую температурную кривую
вязкости, и их индекс вязкости условно принят за 100хединиц. Эта-
лонные масла второй серии имеют очень крутую температурную кри-
вую вязкости, и их индекс вязкости принят за нуль. Масла одной и
той же серии отличаются друг от друга только величиной вязкости.
Определение индекса вязкости основано на сравнении испытуемого
масла с двумя эталонными маслами двух серий, имеющими при
98,8° С вязкость, одинаковую с вязкостью испытуемого масла.'
6В*	155
Индекс вязкости испытываемого масла находят при помощи номо-
грамм (рис. 83), для чего необходимо знать вязкость масла при 50 и
100° С.
Масла, обладающие более высоким индексом вязкости, т. е.
более пологой температурной кривой вязкости, предпочтительнее,
чем масла с крутой кривой вязкости, т. е. низким индексом вязкости.
Рис. 83. Номограмма для вычисления индекса вязкости
Степень изменения вязкости масел в определенном интервале тем-
ператур можно оценивать температурным коэффициентом вязкости
(КВ):
Для
кости в
V/ . — vt
К в min max
ср
авиационных масел чаще всего находят коэффициент вяз-
интервале 0—100°:
_ Ур— Vioo
Vso
Очевидно, чем меньше в данном интервале температур коэффи-
циент вязкости, тем меньше зависимость вязкости от температуры.
156
С понижением температуры масла вязкость его возрастает
(см. рис. 82). Из-за этого при запуске холодных двигателей затруд-
няется проворачивание вала двигателя, прокачка масла через масло-
систему, разбрызгивание его и т. п.
Масла, у которых вязкость при пони-
жении температуры резко повышает-
ся, т. е. масла с крутой вязкостно-
температурной характеристикой, об-
ладают плохими пусковыми свойст-
вами. Чем выше вязкость нефтяного
масла, тем резче она возрастает с по-
нижением температуры. Вязкостно-
температурную характеристику мас-
ла можно значительно улучшить при-
менением специальных вязкостных
присадок.
Из веществ, обладающих свойства-
ми вязкостных присадок, нашли прак-
тическое применение различные по-
лимеры: полиизобутилены, полимета-
крилаты, виниполы, вольтоли и др.
Они представляют продукт каталити-
ческой полимеризации изобутилена.
Молекулы полиизобутиленов подобны
Рис. 84. Влияние присадки на
вязкостно-температурную ха-
рактеристику масла:
/ — натуральное нефтяное масло;
2 — загущенное масло на маловяз-
кой основе (точка пересечения
кривых 1 и 2 — потребная вязкость
при 100°С); 3 — маловязкая основа
длинным нитям или волок*
нам и имеют следующее строение:
сн3 сн3 сн3 сн3
1111
-С—СН2—с—сн2—с—сн2—с—сн2
1111
сн3 сн3 сн3 сн3
Чем выше молекулярный вес полиизобутиленов, тем длина моле-
кул больше. В настоящее время получены полиизобутилены с моле-
кулярным весом более 20 000. Полиизобутилен представляет собой
слаботекучую липкую массу плотностью при 20° С около 0,880.
В минеральных маслах полиизобутилены растворяются при 60—80° С
в любых соотношениях. При добавлении в масло одного и того же ко-
личества полиизобутиленов различного молекулярного веса вязкость
масла увеличивается тем сильнее, чем выше молекулярный вес поли-
изобутиленов. Применением вязкостных присадок можно повысить
вязкость маловязкого масла при основной рабочей температуре до
требуемого значения, сохранив пологость вязкостно-температурной
характеристики, свойственную маловязкому маслу (рис. 84). Круп-
ные малоподвижные молекулы полимера уменьшают поперечное
сечение пространства, по которому протекает маловязкий компонент
масла, тормозят его течение. Внешне это проявляется как увеличе-
ние внутреннего трения между слоями масла, т. е. как увеличение
157
вязкости. Основной недостаток загущенных масел—постепенное раз-
рушение («разламывание») молекул загустителя под действием внеш-
них сил (например, при работе масла в редукторах и гидросистемах).
Масла не имеют определенной, четко выраженной температуры
перехода из жидкого в твердое состояние. Границей перехода услов-
но считают температуру потери подвижности масла после охлажде-
ния его в стандартных условиях. Эту температуру называют темпе-
ратурой застывания.
Застывание масла может быть связано с двумя различными про-
цессами: постепенным повышением вязкости вплоть до превращения
масла в аморфную стекловидную массу или образованием кристалли-
ческого каркаса из высокоплавких парафиновых углеводородов. При
производстве масел для обеспечения низкой температуры застывания
из них стараются удалить высокоплавкие парафины. Кроме того, по-
низить температуру застывания можно специальными присадками —
депрессаторами. Действие депрессаторов объясняют способностью их
ослаблять силы молекулярного взаимодействия между кристаллами
парафина, вследствие чего уменьшается возможность образования
пространственной кристаллической решетки.
2.	СМАЗЫВАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ МАСЕЛ
В случаях когда между трущимися деталями не удается обеспе-
чить жидкостной смазки, износ этих деталей и величина силы тре-
ния зависят от свойств масла, которые можно условно назвать сма-
зывающими свойствами. Чем лучше смазывающие свойства масла,
тем меньше износ и потери на трение, более надежна защита тру-
щихся поверхностей от схватывания и заедания металлов.
Смазывающая способность масел зависит от ряда факторов, но
основное влияние оказывают физико-химические свойства углево-
дородов и присадок, входящих в состав масла.
Смазывающая способность масел должна проявляться в двух по-
ложительных качествах масла: во-первых, в способности предотвра-
щать износ поверхностей трения в условиях устойчивой граничной
пленки масла в области окислительного (по классификации Б. И. Ко-
стецкого) износа, т. е. масло должно обладать противоизносными
свойствами; во-вторых, в способности отодвигать в сторону больших
нагрузок, больших скоростей скольжения и более высоких темпера-
тур момент разрыва граничной пленки масла и наступления схва-
тывания металлов, т. е. масло должно обладать противозадирными
свойствами.
В ряде случаев масла, обладающие хорошими противозадирными
свойствами, не имеют хороших противоизносных свойств и наоборот.
Это объясняется тем, что противозадирные свойства обусловли-
ваются присутствующими в маслах химически активными вещест-
вами (в частности, веществами, содержащими S, Cl, Р, О).
При тяжелых режимах трения, когда на трущихся поверхностях
металлов развиваются высокие температуры, химически активные
158
элементы, соединяясь с металлом поверхностей трения, образуют
пленки, которые предотвращают контакт чистых металлов и их схва-
тывание. Чем химически активнее смазка, тем лучше ее противоза-
дирные свойства. При легких режимах граничного трения, когда
схватывания металлов не наблюдается, износ поверхностей проис-
ходит в результате образования и последующего разрушения и уда-
ления с поверхностей тончайших пленок — продуктов взаимодейст-
вия химически активных элементов масла с материалом поверхностей
трения.
В этом случае повышенная химическая активность масел при-
водит к увеличению скорости износа.
Понятно, что противозадирные и противоизносные характерис-
тики масел будут меняться при изменении свойств материалов по-
верхностей трения и свойств среды, так как скорость химических
процессов, величина и свойства образующихся поверхностных пленок
зависят от химических свойств материала поверхностей трения и
свойств газовой среды.
Капитальные исследования граничного трения противоизносных и
противозадирных свойств масел проведены отечественными учеными
Б. В. Ахматовым, П. А. Ребиндером, Г. В. Виноградовым и другими,
а также зарубежными учеными Боуденом, Тейбором, Триллем и др.
Наиболее распространенным способом оценки смазывающей спо-
собности масел являются механические испытания на приборах и
машинах трения. К сожалению, несмотря на большое многообразие
машин и приборов трения, до сих пор ни одна из них не получила
общего признания в качестве стандартного прибора для оценки сма-
зывающей способности масел. В существующих приборах и машинах
трения смазывающая способность масел оценивается по различным
показателям: величине коэффициента трения, предельной нагрузке,
которая вызывает заедание трущихся поверхностей, температуре
подшипника, величине износа трущихся деталей и др. Наиболее
распространенной машиной для определения смазывающих свойств
масел в условиях больших контактных нагрузок при трении твер-
дых стальных поверхностей является четырехшариковая машина.
Для повышения смазывающих свойств масел применяют при-
садки.
3.	СТАБИЛЬНОСТЬ МАСЕЛ
Во время работы двигателя масло, подвергаясь воздействию вы-
соких температур и кислорода воздуха, претерпевает химические
изменения и частично испаряется. На деталях, соприкасающихся
с маслом, откладываются различные углеродистые вещества, а
свойства самого масла меняются.
Стабильностью масла называют его способность сохранять свой
состав и свойства при работе в двигателе. Чем стабильнее масло,-
тем меньше оно дает загрязнений (осадков, лаковых пленок, на-
гара). Изменение качества масла в работающем двигателе и образо-
159
вание углеродистых отложений прежде всего связано с окислением
масла. Кислород воздуха, вступая в реакцию с молекулами масла,
образует в конечном итоге смолы, асфальтены, карбены и т. д.
Продукты окисления, накапливаясь в масле, приводят к изме-
нению его физико-химических свойств и внешнего вида (увеличива-
ется вязкость, возрастает кислотность, масло темнеет и т. д.).
Окисляемость масел зависит от многих факторов, важнейшие из
которых следующие:
химический состав масла;
температурные условия;
длительность окисления;
каталитическое действие металлов и продуктов окисления;
присутствие воды.
С повышением температуры скорость окисления увеличивается.
При низких температурах (18—20° С) смазочные масла практиче-
ски не окисляются. Самый тщательный анализ не обнаруживает
каких-либо существенных изменений в свойствах масел, хранив-
шихся в течение пяти лет в этих условиях.
При повышении температуры до 200—300° С весьма значительные
изменения свойств и состава масел наблюдаются уже в течение пер-
вых нескольких минут.
Влияние температуры на скорость окисления масла
Температура	Время поглощения
нагрева масла, °C	5 мг кислорода
1 г масла
110 .............................. 800	ч
150................................. 3	»
250 ............................... 23	мин
300 ......................... 0,7 »
Окисление масел значительно ускоряется в присутствии метал-
лов или других веществ, каталитически действующих на окисление.
Одни металлы (медь, железо, свинец) ускоряют окисление; другие
(алюминий, олово) или же не оказывают никакого влияния , или
даже тормозят окисление.
В процессе работы двигателя масло подвергается окислительным
процессам в различных температурных зонах.
В высокотемпературной зоне двигателя (камера сгорания порш-
невого двигателя) масло разогревается до температур 350—400° С.
При этом часть масла теряет летучие вещества, обугливается и об-
разует нагар.
Исследование процессов нагарообразования, проведенное
К- К- Папок, показало, что качество и расход масла при длитель-
ной работе двигателя практически не влияют на нагарообразование.
При установившемся процессе наряду с нагарообразованием
идет постепенное выгорание нагара. Скорость выгорания зависит от
температурного режима работы двигателя. Чем выше температур-
ный режим, тем тоньше слой нагара.
160
В среднетемпературной зоне двигателя (диск и подшипники га
зовой турбины турбовинтового двигателя, боковые и внутренние
стенки поршня в поршневом двигателе и т. д.) масло разогревается
до температуры 200—300° С и находится в виде тонкой пленки на
поверхности деталей. Здесь часть масла испаряется, часть окисля-
ется и разлагается, образуя твердый осадок — лак. Процесс лакооб-
разования идет непрерывно, интенсивность его увеличивается с
ростом температуры. Пленка лака, являясь плохим проводником
тепла, приводит к значительному перегреву деталей двигателя и
как следствие этого к их короблению, заеданию и другим опасным
последствиям. Чтобы предохранить двигатель от интенсивного лако-
образования, масла очищают от значительной части смолистых и
других лакообразующих веществ.
В настоящее время проф. К. К. Папок и его сотрудники разра-
ботали методы и приборы для оценки испаряемости и лакообразую-
щей способности масла, находящегося в тонком слое на металличе-
ской поверхности. Термические свойства масел оценивают по следую-
щим трем стандартным методам:
термоокислительной стабильности (метод К. К. Папок);
моторной испаряемости, рабочей фракции и склонности к обра-
зованию лака;
моющим свойствам.
Для более полной оценки возможного поведения масла в процес-
се лакообразования в двигателе необходимо учитывать показатели,
полученные по всем трем методам.
Термоокислительная стабильность характеризует скорость, с
которой масло при данной температуре превращается в лаковую
пленку вполне определенной прочности или определенного состава,
и выражается временем в минутах, в течение которого она образует-
ся. Чем больше времени необходимо для образования такой пленки,
тем выше термоокислительная стабильность масла. Определение про-
водят по ГОСТ 4953—49 или ГОСТ 9352—60 в специальном лако-
образователе, схема которого приведена на рис. 85.
При проведении опыта диск 3 вместе с металлическими кольцами
и дужками устанавливают в лакообразователь на нагревательную
пластинку и включают подогрей. После того как установилась задан-
ная температура, в каждое кольцо вносят при помощи специальной
пипетки по 0,05 г испытуемого масла. Выдержав прибор при задан-
ной температуре до превращения масла в кольцах в темную лако-
вую пленку и зафиксировав это время, диск с кольцами вынимают
и охлаждают при комнатной температуре в течение часа. После ох-
лаждения каждое кольцо отрывают от диска при помощи рычажного
динамометра, отмечая необходимое усилие, вычисленное как среднее
арифметическое для всех четырех колец. Так как усилие, необхо-
димое для отрыва колец, в пределах 0,5—3,0 кГ находится в линей-
ной зависимости от длительности опыта, то, повторив опыт 2—3 раза
и построив график (рис. 86), находят время, соответствующее обра-
зованию лаковой пленки прочностью в 1 кГ.
161
По ГОСТ 9352—60 термоокислительная стабильность определя-
ется в лакообразователе путем нагрева масла в количестве 0,035—
0,040 г в специальном испарителе, который представляет собой
Рис. 85. Схема лакообразователя для определения термоокис-
лительной стабильности масел:
/ — электроподогреватель; 2 — металлическая пластина; 3 — диск с испа-
рителями; 4 — шток; 5 —термометр; <5 —корпус; 7 — стеклянная дверца;
8—отверстия для доступа воздуха
стальную тарелочку диаметром 22 мм с высотой буртика 1 лии. Таких
испарителей в одном опыте используется четыре. После того, как
масло окислилось, снимают с
диска один испаритель и отмечают
время его снятия. В дальнейшем
через каждые 5—10 мин снимают
по одному испарителю. Испарители
взвешивают и определяют количе-
ство оставшейся рабочей фракции
и количество образовавшегося лака
на испарителях. На основании по-
лученных данных строят график
зависимости рабочей фракции РФ и
склонности к образованию лака Л
от времени (рис. 87). Пользуясь
графиком, находят время (в ми-
нутах), в течение которого испы-
Рис. 86. График результатов опы-
та для определения термической
стабильности (ГОСТ 9352—60)
туемое масло при заданной температуре превращается в лаковый
-остаток, состоящий из 50% рабочей фракции и 50% лака. Это вре-
мя и будет определять термоокислительную стабильность масел.
162
Моторная испаряемость вместе с рабочей фракцией и склонностью
масла к образованию лака характеризуют термическую стабильность
масла. Определение производится следующим образом: металличе-
ский диск с четырьмя металлическими тарелочками или испа-
рителями помещают в лакообразователь (см. рис. 85) и нагревают до
заданной температуры. Затем в каждый испаритель наливают по
0,05 г испытуемого масла. Выдержав испарители с маслом в лако-
образователе заданное время, их вынимают, дают остыть и взвеши-
вают. Потеря в весе, происшедшая от испарения легких фракций
масла, выраженная в процентах, является показателем моторной
испаряемости масла. Из остатка извлекается жидкая часть, которая
принимается за рабочую фракцию, а
оставшиеся на испарителе твердые уг-
леродистые вещества в виде тонкого
черного покрытия — за лак.
Моторная испаряемость, рабочая
фракция и лак выражаются в весовых
Таблица 36
Показатели масел при 250 °C
за 30 мин нагрева
Рис. 87. Определение тер-
моокислительной стабиль-
ности по пересечению кри-
вых (ГОСТ 9352—60)
процентах от образца масла. Сумма цифровых показателей мотор-
ной испаряемости, рабочей фракции и лака равняется 100.
В табл. 36 приведены показатели ряда масел по их термической
стабильности.
Показатели моторной испаряемости, рабочей фракции и лака ме-
няются в зависимости от температуры и продолжительности выдерж-
ки масла в тонком слое на металлической поверхности (рис. 88 и
89).
Моющие свойства это способность масла удерживать в себе
смолистые продукты, препятствуя их отложению на деталях дви-
гателя. Моющие свойства масел определяют при испытании их на
установке ПЗВ (Папок, Зарубин и Виппер) по ГОСТ 5726—53.
Схема установки показана на рис. 90. На этой установке, создавая
электронагревательными устройствами требуемый температурный
режим, производится испытание 250 мл масла в течение 2 ч. После
окончания испытания установку разбирают, снимают цилиндр и
163
поршень и по лакообразованию на боковой поверхности поршня вы-
носят заключение о моющих свойствах испытанного масла. Оценка
ведется в баллах условной шкалы, где за 0 принята совершенно
Рис. 88. Изменение мотор-
ной испаряемости, рабочей
фракции и лака в зависи-
мости от температуры ис-
пытания
Рис. 89. Изменение мотор-
ной испаряемости, рабочей
фракции и лака в зависи-
мости от времени выдерж-
ки масла при высокой тем-
пературе
чистая поверхность поршня (без лака) и за 6 баллов (максимальное
лакообразование) принята поверхность, покрытая лаком черного
цвета.
В низкотемпературной зоне двигателя (коробка приводов агрега-
тов турбореактивного двигателя, картер поршневого двигателя)
температура масла находится в пределах 50—120° С. Здесь масло
имеет большую площадь контакта с каталитически активными цвет-
ными металлами (в том числе со взвешенными частицами от их из-
носа). В связи с разбрызгиванием и вспениванием масло имеет
большую площадь контакта с воздухом. Эти условия способствуют
окислению масла и образованию липкой мазеобразной массы тем-
ного цвета—шлама, обнаруживаемому в поршневых двигателях в
картере, на масляных фильтрах и в других зонах относительно не-
высокой температуры.
Анализы показывают, что шлам состоит из продуктов окисли-
тельной полимеризации углеводородов — оксикислот, смолисто-
асфальтовых и углистых веществ (карбенов и карбоидов), а также
воды и масла.
Ввиду крайне отрицательного влияния нагара, лака и шлама на
надежность и долговечность двигателей и агрегатов в качестве одной
из мер для уменьшения образования отложений было предложено
применение различных антиокислительных и моющих присадок к
маслам.
В качестве антиокислительных присадок используются вещества,
которые обрывают окислительные цепи и не допускают развития ав-
тоокислительного процесса. Кроме того, антиокислительный эффект
наблюдается и в том случае, если присадка пассивирует положитель-
164
ные катализаторы окисления — металлы. В этом случае присадка
наряду с антиокислительной функцией обладает также и функцией
антикоррозионной, так как образуемые ею пленки на металле защи-
щают его от коррозии. В качестве антиокислительных присадок
предложен ряд химических соединений аминного, фенольного харак-
тера, соединений, содержащих серу, фосфор и др. Практическое
применение находят также моющие присадки. Но эти присадки не
удаляют уже образовавшихся отложений, а только предотвращают
образование их. Предполагают, что моющие присадки либо тормозят
окислительные процессы и уменьшают количество оксикислот и
асфальтенов, либо углубляют оксиление с переводом оксикислот и
асфальтенов в продукты более глубокой полимеризации. Кроме того,
моющие присадки предотвращают прилипание продуктов окисле-
ния к поверхностям деталей двигателя.
В ряде случаев присадки усиливают способность масел к обра-
зованию высокодисперсных стабильных суспензий, нерастворимых
(или плохо растворимых) в масле продуктов окисления, предохраняя
их от коагуляции путем адсорбирования присадки на диспергиро-
ванных в масле продуктах.
Каждое из перечисленных свойств может быть присуще различ-
ным присадкам в разной степени, и соответственно эффективность
действия их может быть различной.
Рис. 90. Схема уста-
новки для определе-
ния моющих свойств
масел:
/ — электродвигатель:
2 —• д в и га тель; 3—элек-
тронагревательные эле-
менты; -/ — черпалка; 5 —
масло
Некоторые из вводимых в масло присадок являются многофунк-
циональными, так как они одновременно обладают моющим дей-
ствием, улучшают смазывающую способность, оказывают антикор-
розионные и антиокислительные действия.
165
4.	КОРРОЗИОННЫЕ СВОЙСТВА МАСЕЛ
Рис. 91. Схема прибора
для определения корро-
зионных свойств масел:
1 — электродвигатель; 2 —
механизм перемещения пла-
стинок; 3 — подвеска; 4 —
свинцовая пластинка; 5 —
пробирки с испытываемым
маслом; б —масляная баня
Авиационные смазочные масла не должны оказывать коррозион-
ного влияния на материалы деталей двигателя. Больше того, масла
должны сами защищать от коррозии детали двигателя и других
агрегатов. Во избежание коррозии дейст-
вующими стандартами на масла предусмот-
рено требование отсутствия в маслах водо-
растворимых кислот и щелочей и строго
ограничено содержание нерастворимых в.
воде органических кислот.
Отсутствие водорастворимых кислот и
щелочей в маслах проверяют качественно
тем же методом, что был указан для со-
ответствующей проверки топлив, но для
облегчения извлечения водной вытяжки
масло предварительно подогревают до 70—
80°С (ГОСТ 6307—52). Наличие нераствори-
мых в воде органических кислот опреде-
ляют количественно извлечением их из-
масла кипящим этиловым спиртом и после-
дующим титрованием спиртовым раство-
ром КОН в присутствии индикатора (на-
пример, фенолфталеина). Наличие органи-
ческих кислот в маслах выражают кислот-
ным числом, т. е. числом мг КОН, необ-
ходимым для нейтрализации 1 г масла
(ГОСТ 5985—51).
Коррозия металлов под действием ор-
ганических кислот, находящихся в мас-
лах, зависит от количества и свойств этих
кислот, а также внешних условий. Так,
например, коррозионная активность орга-
нических кислот очень сильно возрастает
при наличии в маслах даже небольшого ко-
личества влаги. Находящиеся в смазочных
маслах органические кислоты действуют на
некоторые цветные металлы (и их сплавы)
значительно более интенсивно, чем на чер-
ные.
Коррозионные свойства масел оцениваются по ГОСТ 5162—49
(метод Ю. А. Пинкевича). Прибор для определения коррозионных
свойств масел (рис. 91) состоит из масляной бани 6, стеклянных
пробирок 5, в каждую из которых заливают до 80 мл испытуемого
масла, и механизма 2, обеспечивающего попеременное погружение
свинцовых пластинок 4 стандартного размера в пробирки с маслом»
нагретым до 140° С, и извлечение их оттуда. Пластинка погружается
15 раз в минуту, продолжительность испытания 50 ч. Степень корро-
166
зии определяют по потере веса пластинки в граммах на квадратный
метр.
Для повышения антикоррозионных свойств масел в них добавля-
ют специальные присадки, действие которых объясняется пассиви-
рованием поверхности металла (сплава) и образованием на поверх-
ности его тонкой защитной пленки, препятствующей дальнейшему
воздействию корродирующих агентов.
5.	РАДИАЦИОННАЯ СТОЙКОСТЬ СМАЗОЧНЫХ МАСЕЛ
В определенных условиях смазочные масла могут подвергаться
воздействию ядерных излучений. При этом ряд свойств масел зна-
чительно меняется.
В первую очередь изменяется вязкость масла, причем это изме-
нение может быть весьма значительным. На рис. 92 приведена кри-
вая, характеризующая изме-
нение кинематической вязко-
сти (при 38° С) минерального
масла под действием облуче-
ния нейтронами (в ядерном
реакторе) и приведен график
зависимости изменения вяз-
кости турбинных масел раз-
личных начальных вязкостей
при 38° С под действием раз-
ных доз облучения. Под дей-
ствием облучения изменяются
и другие характеристики мас-
ла. Так, при увеличении дозы
облучения от 0 до 2,9  108 рд
Рис. 92. Характеристики радиационной
стойкости масел
в 2 раза понижается температура вспышки, повышается в 10 раз
испаряемость и в 2,5 раза кислотное число.
В связи с этим к маслам, которые в процессе работы могут под-
вергаться радиоактивному облучению, должны предъявляться до-
полнительные требования радиационной стойкости.
6.	КОНТРОЛЬНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА МАСЕЛ
Плотность масел определяется так же, как и плотность топлив.
Для определения плотности ареометром масло разбавляют равным
объемом керосина или бензина известной плотности, определяют
плотность полученной смеси и затем по формуле находят плотность
масла
d = 2dr—d2,
где d — плотность масла;
di — плотность смеси;
d2 — плотность растворителя.
167
Температура вспышки и воспламенения. При нагревании масло
испаряется. Пары, смешиваясь с воздухом, образуют воспламеняю-
щуюся смесь.
Самая низкая температура, до которой необходимо нагреть
масло, чтобы пары его образовали с воздухом смесь, воспламеняю-
Рис. 93. Схема прибора от-
крытого типа для определе-
нпя температуры вспышки ма-
сел:
щуюся при поднесении к ней пла-
мени, называется температурой
вспышки масла.
Температура нагрева масла, при
которой не только воспламеняются
пары масла при поднесении к ним
огня, но загорается и само масло, на-
зывается температурой воспламене-
ния масла.
При определении температуры
вспышки по ГОСТ 4333—48 и ГОСТ
6356—52 масла нагревают с опреде-
ленной скоростью повышения темпе-
ратуры до момента, когда при подне-
сении к поверхности масла пламени
обнаруживается вспышка. Таким же
путем определяется температура вос-
пламенения.
В приборе открытого типа (рис. 93)
температура вспышки чистых мине-
ральных масел получается на 20—30°
выше, чем в приборе закрытого типа
(см. рис. 18), вследствие рассеивания
/—штатив; 2— термометр; 3 — го-
релка; ^ — наружный тигель; 5 —
внутренний тигель
части паров масла.
На такую же величину примерно
отличается температура вспышки в от-
крытом приборе от температуры вос-
пламенения. Очень низкие темпера-
туры вспышки и воспламенения характеризуют огнеопасность
масла и указывают на наличие в нем случайных примесей, глав-
ным образом топлива.
Зольность. Остаток, полученный от выпаривания и прокалива-
ния в фарфором тигле определенного образца масла и выраженный в
процентах к весу масла, называется зольностью.
Содержание золы в чисто нефтяном масле должно быть мини-
мальным. Присутствие значительных количеств золы указывает на
плохую очистку масла, наличие различных солей и минеральных
механических примесей, присутствие в масле присадок.
Метод определения зольности по ГОСТ 1461—52 сводится к мед-
ленному выпариванию образца масла и затем к прокаливанию обра-
зовавшегося после выпаривания углеродистого остатка при темно-
красном калении до полного озоления.
Коксуемость масла. Сущность определения коксуемости по ГОСТ
168
5987—51 заключается в следующем: масло, нагретое до высокой тем-
пературы без доступа воздуха, испаряясь и разлагаясь, образовы-
вает коксообразный остаток. Полученный кокс выражают в весовых
процентах по отношению к взятому маслу. Вначале предполагали,
что между коксуемостью масла и нагарообразованием в двигателе
существует прямая связь. За последние десятилетия было проведена
много различных исследований с целью найти эту зависимость. Было
установлено, что коксуемость масла зависит от химического соста-
ва масла, степени очистки масла, что с повышением вязкости масел,
одинаковых по происхождению и очистке, коксуемость возрастает,
но связи между коксуемостью масла и количеством нагара, отла-
гающегося в камере сгорания двигателя, так и не удалось установить.
В настоящее время коксуемость как показатель качества масла,
хотя и продолжает оставаться в технических условиях почти всех
авиационных масел, но самостоятельного значения не имеет и лишь
вместе с другими показателями полезна при определении проис-
хождения масла для производственников и потребителей как конт-
рольный показатель.
Механические примеси и вода. К механическим примесям отно-
сятся все инородные тела, находящиеся в масле во взвешенном со-
стоянии или в осадке (пыль, песок, продукты износа и т. п.).
В свежих маслах механические примеси и вода должны отсутст-
вовать. Определение механических примесей по ГОСТ 6370—52
заключается в следующем: определенный образец масла разбавляют
бензином и фильтруют через высушенный и взвешенный бумаж-
ный фильтр. После этого фильтр высушивают и взвешивают, полу-
ченные количества механических примесей выражают в весовых про-
центах к маслу.
Содержание воды в масле определяют для свежих масел качест-
венной пробой (методом потрескивания или вспенивания), а для отра-
ботанных масел количественным методом по ГОСТ 2477—44: 100 мл
масла смешивают со 100 мл лигроина. Смесь нагревают в металли-
ческой колбе. Испарившиеся частицы воды, сконденсировавшись
в холодильнике, собираются в стеклянном приемнике.
Глава Х1Г
МАСЛА ДЛЯ АВИАЦИОННЫХ РЕАКТИВНЫХ
ДВИГАТЕЛЕЙ
1.	УСЛОВИЯ РАБОТЫ МАСЛА
В ТУРБОРЕАКТИВНОМ ДВИГАТЕЛЕ
Принципиальной особенностью системы смазки газотурбинных
двигателей является то, что масло не соприкасается с зоной горения
горючей смеси. В связи с этим расход масла в газотурбинных дви-
16&
гателях значительно меньше, чем в поршневых, и обусловлен только
потерями масла через систему суфлирования.
В основных узлах трения турбореактивного двигателя подшип-
ники качения шариковые или роликовые. Таким образом, основным
видом трения в турбореактивном двигателе является трение качения.
Коэффициент трения подшипников качения составляет в среднем
0,002—0,004, в то время как в подшипниках скольжения коэффици-
ент трения может достигать величины 0,01. Следовательно, затраты
мощности на преодоление сил трения в турбореактивных двигателях
сравнительно невелики. Незначительный пусковой крутящий мо-
мент подшипников качения значительно облегчает запуск двигателя
при низких температурах. Подшипники качения требуют неболь-
ших количеств смазки и могут надежно работать на маловязких
смазочных маслах. Подшипники компрессора при работе нагрева-
ются приблизительно до 100—150° С, подшипники турбины до
150—200° С, а после останова двигателя из-за прекращения цирку-
ляции масла и внешнего обдува температура подшипника может
возрасти до 250° С. Это способствует испарению масла, а в случае
наличия в нем нестабильных составных частей создает условия для
лакообразования.
Кроме смазки основных подшипников, масло обеспечивает смаз-
ку шестеренчатых передач приводов агрегатов, где условия работы
масла сравнительно легкие из-за небольших удельных нагрузок и
скоростей скольжения.
Масло при работе в турбореактивном двигателе может подвер-
гаться воздействию температур от —504-60 до 200—270° С. Масло
соприкасается с различными металлами и сплавами, из которых
изготовлены детали масляной системы и двигателя.
При высоких температурах низкокипящие маловязкие компонен-
ты масла испаряются, что вызывает повышение расхода масла и уве-
личение вязкости оставшегося в системе масла. При рабочей темпера-
туре 120° С испаряемость маловязкого минерального масла в 8—35
раз больше, чем высоковязких минеральных масел. С ростом ско-
ростей полета и мощности двигателей будет расти и температура в
узлах трения, следовательно, должны повышаться требования к тер-
мической стабильности и испаряемости масел. При рабочих темпера-
турах в узлах трения выше 300—350° С нефтяные смазочные масла
не пригодны для применения.
Важным эксплуатационным свойством масел для турбореактив-
ных двигателей является температура воспламенения. Попадая в
подшипник турбины, который расположен вблизи горячих узлов
двигателя, масло подвергается воздействию1, высоких температур,
что может вызвать его воспламенение.
В некоторых конструкциях газотурбинных двигателей имеется
передний подшипник, который расположен во входном канале диф-
фузора. В этом случае температура его достигает —50ч-60° С. Это
обстоятельство заставляет при подборе масла для газотурбинного
170
Рис. 94. Зависимость
производительности мас-
ляного насоса от темпе-
ратуры и, следователь-
но, вязкости прокачива-
емого масла (вязкость
при 50°С равна 60 сст)
двигателя учитывать его низкотемпературные свойства (вязкость,
прокачиваемость, температуру застывания).
Стендовые испытания, проведенные при температуре —54° С,
показали, что при работе на товарном минеральном масле давление в
масляной системе быстро снижается. Че-
рез десять минут работы двигателя давле-
ние на выходе из маслофильтра равнялось
нулю. Это объясняется тем, что при тем-
пературе ниже нуля увеличение вязкости
масла вызывает резкое снижение произво-
дительности масляного насоса (рис. 94).
Критическая температура, ниже которой
нарушается нормальная прокачиваемость
масла в системе, зависит от вязкости мас-
ла при низких температурах. Уровень вяз-
кости, при котором начинает нарушаться
нормальная прокачиваемость, по опытным
данным составляет около 5000 сст. При
вязкости около 20 000 сст подача масла
в узлы трения двигателя полностью пре-
кращается. У товарных маловязких масел
(с вязкостью при 50° С 7—8 сст) вязкость
в 5000 сст достигается при температурах
— 35-4-40° С. У специальных масел этот
уровень вязкости может достигаться при
— 504-55° С.
Прокачиваемость масел для реактивных двигателей принято ха-
рактеризовать как критической температурой, при которой начина-
ет нарушаться подача масла к
узлам трения, так и температу-
рой, при которой полностью
прекращается подача масла. Эти
температуры даны в табл. 37.
Если, с точки зрения про-
качиваемости, масла для реак-
тивных двигателей должны
иметь возможно меньшую вяз-
кость, особенно при низких тем-
пературах, то необходимо всег-
да помнить, что снижение вяз-
кости масла уменьшает ресурс
работы подшипника. Для обес-
печения необходимого ресурса
работы тяжело нагруженных
подшипников газотурбинных
двигателей, необходимо, чтобы вязкость масла на рабочих режимах
двигателя обеспечивала надежную смазку. Для масел газотурбин-
ных двигателей контролируется уровень вязкости при 50° С.
Таблица 37
Температурные пределы прокачивае-
мости масел для реактивных
двигателей
	№	Температура, °C,	
	« £	при которой	
		подача	масла
			
Масло			
		в	
	= й =	а 5	£ о
	0 с	X Ф	&з-
Минеральное .	7,0	—43	—51
»	150,0	— 1	— 15
Синтетическое	7,0	—51	—59
»	7,6	—48	—56
171
Так как в современных турбореактивных двигателях расход
масла незначительный, в маслосистему заливается относительно
небольшое количество масла (5—13л). Для обеспечения отвода тепла
от узлов трения масло циркулирует в системе и проходит через дви-
гатель около 70—100 раз в час. В связи с тем, что масло в двигате-
ле интенсивно перемешивается с воздухом и вспенивается, необхо-
димо предъявлять повышенные требования к его стабильности»
2.	МАРКИ МАСЕЛ ДЛЯ ТУРБОРЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Описанные условия работы масла в турбореактивных двигателях
создают большие трудности при выборе масла.
В настоящее время в СССР в качестве масел для турбореактивных
двигателей применяются маловязкие дистиллятные масла МК-8,
МК.-8П, МС-6, МК-6, трансформаторные, а также синтетическое
масло ВНИИ-НП-50-1-4Ф. Технические требования на эти масла
приведены в табл. 38.
Масла МК-8 и трансформаторное по своим физико-химическим
свойствам не обеспечивают надежную работу двигателя в широком
диапазоне температур. Существенным недостатком этих масел явля-
ется недостаточная стабильность их фракционного состава, приводя-
щая к ухудшению вязкостно-температурных и пусковых свойств,
что ухудшает запуск двигателей при температуре наружного воздуха
ниже —25° С, а также недостаточная термоокислительная стабиль-
ность при высоких температурах. Для повышения стабильности в
масло МК-8П добавлена антиокислительная присадка.
Масла МК-6 и МС-6 — узкого фракционного состава. Уровень
исходной вязкости у них несколько ниже, чем у МК-8 (6 сст вместо
8), но по смазывающим свойствам они практически не отличаются
от масла МК-8. Благодаря узкому фракционному составу масла
МС-6 и МК-6 имеют более низкую температуру застывания (—60° С
вместо —55° С для МК-8) и более низкое значение вязкости при
—40° С (3000 сст вместо 7000 сст для МК-8). Температурные преде-
лы кипения масел МС-6 и МК-6 290—360° С, в то время как у
масла МК-8 — 2604-420° С.
При запуске реактивных двигателей при температуре наружного
воздуха ниже —25° С необходимо предварительно подогревать дви-
гатель, если маслосистема его заполнена маслом МК-8 или транс-
форматорным. При эксплуатации двигателя с маслами МС-6 и МК-&
надежный запуск его без подогрева осуществляется до температуры
—37° С.
3.	ОСОБЕННОСТИ СМАЗКИ ТУРБОВИНТОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
В турбовинтовом двигателе мощность с вала турбины на воздуш-
ный винт передается понижающим редуктором. Шестерни редуктбра
работают при высоких нагрузках, так как передаваемая мощность
в современных турбовинтовых двигателях может достигать несколь-
172
Таблица 38
Технические требования на масла для турбореактивных двигателей
Показатели	МС-6 (ГОСТ 1 1552 — 65)	МК-6 (ГОСТ 10328 — 63)	МК-8 (ГОСТ 6467—66)	МК8П (ГОСТ 6467—66)	Трансформа- торное (ГОСТ 982—56)	ВНИИ НП-50-1-4Ф (ГОСТ 13076-67)
Вязкость кинематическая, сст: при 100° С, не менее . .						3,2
»	50 ° С, »	»	6—6,3	6-6,3	8,3	8,3	9,6		
»	20°С, не более . .	18	19	30	30	30	—
» —40 ° С, »	»	1 700	3 300	—	—	—	2 000
» —54° С, »	»	—	—	—	—	—	11 000
Стабильность вязкости при —54° С: изменение вязкости после 3 ч, %, не более . . .						±6
вязкость после 3 ч, сст, не более 											11 700
Кислотное число, мг КОН на 1 г масла, не более ....	0,04	0,04	0,04	0,04	0,05	0,22
Температура застывания, °C, не выше		—55	-60	—55	—55	—45	—60
Температура вспышки, °C: в приборе закрытого типа, не ниже 		140	140	135	135	135	
в приборе открытого типа, не ниже												204
Стабильность: осадок после окисления, %, не более		Отсут-	0,1	0,1	0,15	0,1		
кислотное число . после окисления, мг КОН на 1 г масла, не более . .	ствует 0,15	0,35	0,25 при	0,60 при	0,35	2,0 при
Зольность, %, не более . . .	0,005	0,005	120° С 0,005	175° С за 10 ч 0,005	0,005	175° С за 72 ч 0,1
Содержание серы, не более	0,7	0,14	0,14	0,14	—	—
»	водорастворимых кислот и щелочей 	 Содержание механических при- месей] 	 Содержание воды ...... Плотность при 20° С, г/см3, не более		| 0,86q	10,900	Отсут Отсут Отсут | 0,885	ствуют ствуют ствуют I 0,885	1 -	I 0,926
ких тысяч лошадиных сил. Для работы масла в редукторах турбо-
винтовых двигателей характерны чрезвычайно высокие поверхност-
ные напряжения, возникающие по линии зацепления зубьев вра-
щающихся шестерен. Вследствие этого наблюдаются повышенные
износы шестерен редуктора. Редукторы турбовинтовых двигателей
в принципе требуют совершенно иных масел, чем подшипники ка-
чения: для них нужны вязкие масла с высокой смазывающей спо-
173
собностью. Максимальная нагрузка на зубья шестерни, при которой
происходит заедание, зависит от вязкости масла и его смазывающей
способности (рис. 95).
В связи с особенностями работы турбовинтового двигателя для
обеспечения надежной его работы в настоящее время в качестве смаз-
ки используются смеси из маловяз-
ких дистиллятных масел МК-8 или
трансформаторного с высоковязкими
остаточными маслами МС-20 или
МК-22, обладающими хорошей сма-
зывающей способностью.
Для смазки турбовинтовых двига-
телей разработано также синтетиче-
ское масло ВНИИ НП-7. Основные
характеристики масел для смазки
турбовинтовых двигателей приведены
в табл. 39.
Смесь масел с большой вязкостью
применяется на турбовинтовых дви-
гателях большей мощности. Двигате-
Рис. 95. Зависимость макси-
мальной нагрузки заедания
шестерен редуктора турбо-
винтового двигателя от вяз-
кости масла
ли, заправленные смесью масел МК-8 и МС-20 или МК-22, разре-
шается дозаправлять смесью трансформаторного масла и МС-20
или МК-22. При изготовлении смеси масла берутся по объему.
Смешение производится при температуре 15—20° С при тщатель-
ном перемешивании в течение 20—25 мин. После окончания переме-
Таблица 39
Технические требования на масла для турбовинтовых двигателей
Показатели	Смесь 75% МК-8 или транс- форматорного и 25% МС-20	Смесь 25% МК-8 или трансформа- торного и 75% МС-20	ВНИИ НП-7
Плотность, при 20° С, Г!см3 .... Вязкость кинематическая, сст, при:	0,8—0,9	0,8—0,9	0,918—0,922
100 °C 		4,0—6,0	10,0—13,0	7,5—8,0
50 °C 		15—20	55—71		
—35 °C, не более	 Температура вспышки в открытом	4500	—	7500
тигле, °C, не ниже	 Температура застывания, °C, не	135	150	210
выше	 Кислотность, мг КОН на 1 г масла,	—40	—20	—60
не более 		0,005	0,10	0,6,
Зольность, %, не более		0,005	0,005	——
Коксуемость, %, не более		0,15	0,45	—
Содержание воды 	 »	водорастворимых кислот		Отсутствует	
и щелочей			Отсутствуют	
Содержание механических примесей 174		Отсутствуют	
шивания проверяется правильность изготовления смеси по вяз-
кости при 100° С, которая должна быть в пределах 4—6 сст для ма-
ловязкой смеси и не менее 10 сст для высоковязкой. Если вязкость,
смеси отличается от указанной величины, необходимо произвести
исправление смеси.
4.	ИЗМЕНЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАСЛА
ПРИ РАБОТЕ В РЕАКТИВНОМ ДВИГАТЕЛЕ
Во время работы реактивных двигателей качество масла, находя-
щегося в системе смазки, изменяется. Эти изменения происходят а
результате окисления масла при высоких температурах, испарения
Рис. 96. Изменение
вязкости масла в про-
цессе его работы в
двигателе;
1-МК-8; 2-МК-6
Рис. 97. Изменение вязко-
сти масла при отрицатель-
ных температурах в про-
цессе работы двигателя;
1— МК-8; 2-МК-6------при
f = 25°C; -- при <=—35°С
части масла, накопления в нем продуктов износа, механических
примесей и воды.
В процессе эксплуатации двигателя происходит увеличение вяз-
кости масла в связи с тем, что часть легких углеводородов из масла
Рис. 99. Изменение содержания
механических примесей в процес-
се работы двигателя
Рис. 98. Изменение темпера-
туры вспышки масла в про-
цессе работы двигателя
испаряется. Характер изменения вязкости масел во время работы
двигателя показан на рис. 96. Наиболее интенсивно вязкость масла
увеличивается в первые 5—10 ч работы двигателя, затем процесс ста-
175
билизируется. Изменение вязкости в процессе работы двигателя сле-
дует учитывать при эксплуатации самолета в условиях низких темпе-
ратур. Если предположить, что двигатель может легко запускать-
ся при вязкости масла не более 4000 сст, то на свежем масле МК-8
запуск возможен при температурах не ниже —35 С (рис. 97). При
наработке 50 ч запуск двигателя может быть осуществлен только
при температурах не ниже —25° С.
Рис. 100. Изменение кислотности масла
в процессе работы двигателя
Чем резче меняется вязкость
масла в процессе работы дви-
гателя, тем быстрее ухудшает-
ся прокачиваемость его при
низких температурах.
В процессе работы двига-
теля может увеличиваться
температура вспышки (рис.
98). Это тоже связано с поте-
рей маслом легких фракций в
первые же часы работы дви-
гателя.
Накопление механических
примесей в маслах при их
работе в реактивных двигателях происходит в основном в первые
50—100 ч работы, после чего содержание их практически не из-
меняется (рис. 99).
Кислотность масла возрастает пропорционально числу часов
наработки двигателя (рис. 100), и только долив свежего масла сни-
жает величину кислотности до уровня, близкого к исходному.
5.	ОСОБЕННОСТИ СМАЗКИ ДВИГАТЕЛЕЙ
НА СВЕРХЗВУКОВЫХ ПАССАЖИРСКИХ САМОЛЕТАХ
Двигатели сверхзвуковых пассажирских самолетов будут по-
добны современным газовым турбинам, но с более высокими значе-
ниями нагрузки на подшипники и зубчатые передачи, с более высо-
кими температурами газовых и воздушных потоков. Значительно
увеличится количество тепла, выделяющегося в результате трения.
Масла в двигателе будут подвергаться воздействию более высоких
температур и контактных напряжений.
При М = 2,5 объемная температура масла в баке может повы-
шаться до 200—220° С, температура масла в зоне подшипни-
ка — до 300-320° С.
Наряду с этим масло по своим эксплуатационным свойствам
должно быть таким, чтобы обеспечивался легкий запуск при низ-
ких температурах на земле.
Температуры кипения веществ, входящих в состав масла, долж-
ны быть выбраны такими, чтобы избежать испарения большого ко-
личества масла в процессе длительного полета на большей высоте.
Таким образом, температурный диапазон, в котором масло долж-
176
но сохранять удовлетворительные эксплуатационные свойства, —
от —60 до +350° С.
Для таких жестких условий вряд ли будут пригодны нефтяные
масла, даже самых совершенных методов получения и очистки.
Масла для двигателей сверхзвуковых пассажирских самолетов
будут представлять собой стабильные при высоких температурах
синтетические жидкости с многофункциональными и узкоцелевы-
ми присадками.
В частности, основой для масел могут служить некоторые слож-
ные эфиры, обладающие следующими основными эксплуатационны-
ми свойствами:
термоокислительной стабильностью при температурах до 350° С;
хорошими противоизносными свойствами при высоких контакт-
ных напряжениях;
малой вязкостью при низких температурах (менее 12000 сст при
— 50° С);
хорошими теплофизическими характеристиками в широком диа-
пазоне температур (от —60 до + 350° С);
хорошими антикоррозионными свойствами.
Наряду с выбором основы масла очень важное значение имеет
выбор оптимального сочетания присадок, наиболее эффективно
предотвращающих окисление, коррозию, нагарообразование,
улучшающих противоизносные свойства и т. п.
Основные показатели термостабильного до 350° С масла для
сверхзвукового пассажирского самолета должны иметь примерно
следующие значения:
Вязкость, сст.'.
при 250° С, не менее  ........................... 1,0—1,5
» 100° С »	»	............................6,5—7,0
» —50° С, не более.............................. 12 000
Температура вспышки, ° С не ниже ........................ 300
Потери испарения в течение 10 ч, %, не более.........	10—15
Глава XIII
МАСЛА ДЛЯ АВИАЦИОННЫХ ПОРШНЕВЫХ
ДВИГАТЕЛЕЙ
1.	УСЛОВИЯ РАБОТУ МАСЛА В ПОРШНЕВОМ ДВИГАТЕЛЕ
Основные узлы трения авиационных поршневых двигателей явля-
ются самыми напряженными из всех типов двигателей внутреннего
сгорания. Кроме того, в поршневом двигателе масло выполняет
функцию уплотнителя между камерой сгорания и картером дви-
гателя, следовательно, оно соприкасается с зоной горения горючей
смеси. Это делает условия работы масла в двигателе весьма
тяжелыми.
7 Аксенов А. Ф.	177
Смазка узлов трения и отвод тепла от деталей двигателя осуще-
ствляется маслом путем его циркуляции и барботажа. Циркуляция
масла производится под давлением 4—10 кГ/сз?. Через авиадвигатель
прокачивается от 1100 до 3800 л/ч масла (в зависимости от типа дви-
гателя и режима его работы). При сравнительно небольших емкостях
масляных баков за 1 ч частица масла успевает пройти через двига-
тель десятки раз.
В поршневых двигателях основным типом подшипников являются
подшипники скольжения. Удельное давление в подшипниках сколь-
жения достигает 600—800 кГ/см2. Температура подшипника зави-
сит главным образом от работы трения, температуры и количества
масла, протекающего через него. В современных двигателях темпе-
ратура подшипника колеблется в пределах 80—140° С.
В двигателе масло работает в различных температурных усло-
виях: от 80 до 2500° С.
Температурные условия деталей при работе
поршневого двигателя, ° С
Камера сгорания....................................1500—2500
Тарелка клапана	выпуска ........................... 800—900
»	» впуска................................ 200—250
Головка цилиндра	(у	задней свечи).................. 250—280
Юбка »	...............................140—180
Поршень (днище).................... '.............. 220—270
Картер............................................... 90—100
Часть циркулирующего в двигателе масла проникает в камеру
сгорания и сгорает вместе с топливом. Связанный с этим расход
масла в зависимости от типа двигателя и его технического состоя-
ния может быть от 5 до 25 г!л с-ч.
Для узлов трения авиационных двигателей характерны большие
скорости движения. Так, например, скорость скольжения основных
трущихся деталей находится в пределах 6—15 м/сек. Масло в дви-
гателе приходит в соприкосновение с самыми разнообразными ме-
таллами и сплавами: сталями различных марок и различной обра-
ботки, алюминиевыми сплавами, баббитами, свинцовистой бронзой,
кадмиево-серебряными сплавами и др.
Очистка масла в процессе работы производится при помощи плас-
тинчатого фильтра, а также путем центрифугирования в полостях
шатунных шеек коленчатого вала: содержащиеся в масле загрязне-
ния отбрасываются центробежными силами к периферии шейки и
образуют осадок.
Чтобы обеспечить жидкостную смазку узлов трения в условиях
высокого удельного давления и высокой температуры, а также хоро-
шее уплотнение зазоров между поршнем и цилиндром, масло долж-
но быть высокой вязкости (порядка 20—22 сст) при температуре
100° С.
При недостаточной вязкости жидкий слой масла не может удер-
жаться в зазорах, и в результате усиливается износ деталей. Кроме
178
того, увеличивается заброс масла в цилиндры, из-за чего растет
его расход, усиливается нагарообразование, замасливаются свечи,
что приводит к перебоям в зажигании, детонации, перегреву и
разрушению поверхности поршня. Наряду с этим ухудшается уп-
лотнение поршневых колец, падает компрессия, газы прорываются
в картер, снижая мощность двигателя, загрязняется масло, усили-
вается коррозия подшипников и осадкообразование.
Слишком высокая вязкость масла также нежелательна, так как
она приводит к увеличению сил трения, и следовательно, при режим-
ной работе двигателя вызывает повышенную потерю мощности. При
низкой температуре из-за высокой вязкости масла затрудняется
запуск двигателя, а после запуска замедляется прокачка и ухудша-
ется разбрызгивание масла. Свежее масло к узлам трения своевре-
менно не поступает, а находившееся в зазорах при трении разогре-
вается и вытекает. Возникает масляное голодание, повышенный
износ или даже схватывание деталей.
В моменты запуска и останова граничная пленка масла должна
защищать узлы трения двигателя от сухого трения, а также обеспе-
чить надежную работу шестерен редуктора и других силовых пере-
дач, где образование жидкостного трения невозможно. Следователь-
но, масло должно обладать высокой 'смазывающей способностью.
Таким образом, масло в двигателе подвергается действию высоких
температур и давлений, находится в тесном контакте с различными
металлами в присутствии кислорода воздуха. В таких условиях оно
должно быть весьма стабильным, чтобы длительное время сохранять
свои свойства и не давать больших загрязнений в виде нагара, лака
и шлаков.
2.	МАРКИ МАСЕЛ ДЛЯ ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Для смазки авиационных поршневых двигателей применяют
остаточные масла МС-14, МС-20, МС-20С и МК-22 (С—селективная
очистка, К—кислотно-контактная). Основные физико-химические
свойства этих масел приведены в табл. 40.	'
Как показал опыт эксплуатации, при работе в[двигателях масла
МС-20 и МК-22 практически равноценны. Ввиду этого при дозаправ-
ках самолетов их можно смешивать в любых соотношениях.
Те отличия физико-химических свойств, которые имеются между
этими маслами (по температуре застывания, кислотному числу, кок-
суемости и т. д.) важны только с точки зрения контроля кондицион-
ности свежего масла каждой марки. В процессе же работы в двига-
теле они далеко отходят от своих первоначальных значений и прак-
тически выравниваются.
Все эти масла имеют совершенно неудовлетворительные низко-
температурные свойства, что видно по их температуре застывания.
При температурах наружного воздуха ниже —5° С двигатель за-
пускать нельзя, так как смазка основных трущихся пар не обеспе-
чивается из-за большой вязкости масла. В зимнее время для облег-
7*	179
Таблица 40
Показатели	ГОСТ 1013—49			гост 9320—60 МС—20С
	МС-14	МС-20	МК-22	
Вязкость кинематическая, сст. при 100 °C, не				
менее 		14	20	22	20
Отношение кинематической вязкости при 50 °C к кинематической вязкости при 100°С, не				
более 		6,55	7,85	8,75	7,60
Коксуемость, %, не более	 Кислотность, мг КОН на 1 г масла, не более .	0,45	0,30	0,70	0,45
	0,25	0,05	0,10	0,05
Зольность, %, не более		0,030	0,003	0,004	0,003
Содержание:				
селективных растворителей 	 водорастворимых кислот и щелочей .... механических примесей 	 воды 			Отсутствуют То же » в		
Температура вспышки в приборе закрытого ти- ,				
па, °C, не ниже	 Разность температур вспышки в приборе откры-1	200	225	230	250
				
того и закрытого типа, °C, не более ....	20	20	20	22
Температура застывания, °C, не выше		-30	— 18	— 14	— 18
Цвет смеси: 15% масла и 85% бесцветного ли-				
гроина по Дюбоску, мм, не менее .......	16	.Сорт	15	10
Плотность при 20 °C, не выше		0,890	РА-7 0,895	0,905	0,895
Термоокислительная стабильность по методу Па-				
пок при 250° С в минуту, не менее 		20	17	35	17
Коррозионность на пластинках из свинца С2 по				
ГОСТ 3778—56, г/л2, не более 		60	45	2	15
Коэффициент вязкости, не более 		70	55	76	—
Содержание серы, %, не более		—	—	—	1,0
чения запуска двигателя масло разжижают бензином. Бензин для
разжижения (в количестве до 10% емкости масляной системы) бе-
Рис. 101. Проведение
масла, разжиженного
бензином, во время за-
пуска двигателя:
/ — изменение вязкости; 2 —
изменение концентрации
бензина
рется из топливной системы самолета и под
давлением подается в трубопровод, соеди-
няющий масляный бак с масляным насо-
сом двигателя. Кран для разжижения мас-
ла открывается при работе двигателя на
малых оборотах перед полным остановом
двигателя. В результате разжижения тем-
пература застывания масла понижается
примерно на 10°, запуск оказывается воз-
можным при температуре —-25—30° С. Пос-
ле запуска двигателя бензин из разжижен-
ного масла испаряется и вязкость восста-
навливается (рис. 101). При температуре
воздуха минус 25—-30° С масло после поле-
тов из маслосистемы нужно слить, а перед
запуском нагреть до 90—105° С.
180
3.	ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ МАСЛА ПРИ РАБОТЕ
ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ
В процессе работы двигателя находящееся в нем масло изме-
няет свои первоначальные свойства под действием ряда факторов,
характерных для данного типа двигателя и условий его эксплуата-
ции.
Прежде всего в масле происходят процессы окислительной поли-
Рис. 102. Изменение содержания
смол в масле во время работы пор-
шневого двигателя
Рис. ЮЗ. Изменение содержания ас-
фальтенов в масле во время работы
поршневого двигателя
ся продукты окисления (асфальтены, смолы, карбоиды, органиче-
ские кислоты и т. п.). Исследования показали, что некоторые вещест-
ва, образующиеся в процессе окисления, являются замедлителями
Рис. 104. Изменение содержания кар-
бенов и карбоидов в масле во вре-
мя работы поршневого двигателя
Рис. 105. Изменение кислотности
масла во время работы поршневого
двигателя
процессов окисления. Продукты окислительной полимеризации вы-
падают из масла в виде лаковой пленки на деталях двигателя и тем'
самым уменьшают каталитическое действие металлов на процессы
окисления. Все это приводит к тому, что в общем случае процессы
окисления работающего масла с течением времени замедляются,
а само масло становится более стабильным, т. е. более стойким про-
тив окисления (рис. 102, 103, 104, 105).
18Г
Наряду с продуктами окислительной полимеризации в масле
в процессе его работы накапливаются неорганические примеси в
виде частиц износа, механических примесей, попавших в двигатель
извне (частицы пыли), а также продукты коррозии и неполного
сгорания топлива и масла.
Таким образом, в масле накапливаются примеси, которые можно
разделить на две части — органическую (продукты окисления) и
неорганическую (механические примеси, продукты износа, кор-
розии и т. п.).
Глава XIV
ТРАНСМИССИОННЫЕ, ТЕХНИЧЕСКИЕ
И ПРИБОРНЫЕ МАСЛА
1. ТРАНСМИССИОННЫЕ МАСЛА
К трансмиссионным маслам относят смазочные материалы, при-
меняющиеся для смазки зубчатых передач трансмиссий и карданных
соединений. При помощи трансмиссий производится передача мощ-
ности от двигателя к несущему винту вертолета.
Условия работы масла в трансмиссионных передачах совершен-
но отличаются от условий работы масла в двигателе. Основным уз-
лом трения в трансмиссии является зубчатое зацепление червячной,
конической и гипоидной передач. При передаче больших мощностей,
например в редукторе вертолета, на зубьях шестерен развиваются
сверхвысокие давления при достаточно большой скорости скольже-
ния. На узкой полоске контакта зубьев развиваются высокие тем-
пературы. Таким образом, пленка масла, находящаяся между зубья-
ми шестерен в момент их контакта, подвергается воздействию сверх-
высоких давлений, высокой скорости скольжения и высокой темпе-
ратуры. Одним из основных требований, предъявляемых к транс-
миссионному маслу, является максимальное уменьшение износа
и полное устранение схватывания поверхностей зубьев шестерен.
Трансмиссионные масла должны обладать высокими противоизнос-
ными и противозадирными свойствами.
Наряду с этим трансмиссионные масла должны выполнять ряд
других функций, обеспечивающих надежную и долговечную работу
трансмиссий. Они должны уменьшать потери на трение, обеспечи-
вая высокий коэффициент полезного действия передачи, хорошо от-
водить тепло от зоны контакта, предохранять детали трансмиссий
от коррозии, не вспениваться и иметь достаточную стабильность.
Подбор масел, отвечающих этим требованиям, производится
путем выбора масла и присадок, придающих ему нужные свой-
ства.
182
Повышенные противоизносные и противозадирные свойства
трансмиссионным маслам придаются путем добавок химически
активных веществ. При очень тяжелых условиях работы шестерен
трансмиссий обычные минеральные масла даже с присадками, улуч-
шающими их противоизносные свойства, не пригодны, так как они
не обеспечивают минимальных износов и не устраняют задиры.
Только введение в масло химически активных присадок, содержащих
серу, хлор, фосфор ит. д., дает положительные результаты. Дей-
ствие таких присадок состоит в том, что при высоких температурах в
зоне контакта поверхностей зубьев присадки разрушаются и взаимо-
действуют с металлом. При этом на поверхности металла образуются
пленки хлоридов, сульфидов или фосфидов железа. Последние пла-
вятся при более низких температурах, чем металлы, и тем самым
предохраняют металлы от схватывания в точках контакта, умень-
шают износ. Кроме того, благодаря пластинчатой структуре такие
пленки обладают малым сопротивлением сдвигу, что обеспечивает
снижение коэффициента трения.
При правильном подборе противоизносных и противозадирных
присадок малый износ деталей трансмиссии будет обеспечиваться
в определенных пределах независимо от вязкости масла. Вместе с
тем вязкость трансмиссионных масел должна быть оптимальной,
так как высоковязкие масла, обеспечивая более устойчивую гра-
ничную пленку, улучшая герметичность уплотнений, приводят к
значительным потерям на трение, особенно в условиях низких тем-
ператур.
Требование высокой стабильности для трансмиссионных масел
выполнить сравнительно легко, так как масла не подвергаются дей-
ствию высоких температур в объеме.
В трансмиссиях могут работать масла, содержащие нестабильные
при высоких температурах смолы, высокомолекулярные органиче-
ские кислоты, "сернистые и некоторые другие соединения, имеющие
хорошую смазывающую способность. Поэтому для смазки трансмис-
сий применяют неочищенные масла и даже смолисто-асфальтовый
продукт, удаляемый из моторных масел при их селективной очи-
стке, смолку.
В настоящее время для смазки редукторов и карданов вертолетов
применяют гипоидные масла, которые представляют собой смесь
смолки и маловязкого дистиллята (веретенного) с добавкой депрес-
сатора — присадки, понижающей температуру застывания и улуч-
шающей текучесть при низких температурах.
Гипоидные масла содержат 1,5—3,5% серы. Они хорошо предот-
вращают схватывание металлов при высоких нагрузках, но окисли-
тельный износ зубьев шестерен будет несколько повышенный. Это
объясняется тем, что образующиеся в процессе трения пленки, пре-
дотвращающие схватывание, очень легко отслаиваются и уносят-
ся маслом. Технические нормы на гипоидное масло приведены
ниже.
183
Технические нормы на гипоидное масло (ГОСТ 4003—53)
Вязкость при 100° С, сст......................... 20,5—32,4
Температура застывания, °C, не выше.............. —20
Содержание:
серы, %, не менее ................................. 1,5
водорастворимых кислот и щелочей ..............отсутствуют
механических примесей, °6, не более ............... 0,1
воды...........................................отсутствует
Испытание на коррозию.............................выдерживает
2. ТЕХНИЧЕСКИЕ И ПРИБОРНЫЕ МАСЛА
Для смазки отдельных узлов, агрегатов и приборов применяются
специальные масла, наиболее полно удовлетворяющие требованиям
работы данного узла, агрегата или прибора. Отдельные узлы, агре-
Рис. 106. Вязкостно-темпе-
ратурные характеристики
приборных масел:
/—МВП; 2 — ОКБ-122-14; 3 —
ОКБ-122-4
гаты и особенно приборы самолета рабо-
тают в условиях повышенной влажности,
интенсивных вибраций и тряски, очень
широкого диапазона температур (от —70
до+ 120°С). В этих условиях масло дол-
жно иметь малую вязкость и сохра-
нять легкую подвижность при низких
температурах, так как это будет обеспе-
чивать достаточную точность показаний
приборов. Вместе с тем масло не дол-
жно испаряться в тонком слое при по-
вышенных температурах. Масло долж-
но обеспечивать надежную защиту де-
талей от коррозии в широком диапа-
зоне изменения внешних условий (влаж-
ности, температуры).
В качестве технического масла в на-
стоящее время в авиации применяется
масло вазелиновое приборное МВП. Несмотря на то, что оно
маловязкое, МВП не обладает необходимыми низкотемпературными
характеристиками. Температура застывания масла —60° С, однако
уже при температуре —40° С оно практически неработоспособно
из-за возрастания вязкости (рис. 106). Масло не имеет хорошей
смазывающей способности.
Необходимой вязкостью и низкотемпературными свойствами, а
также испаряемостью обладают кремнийорганические жидкости и
масла на их основе. Но существенным недостатком этих жидкостей
является очень плохая смазывающая способность. Для улучшения
смазывающих свойств кремнийорганических жидкостей их приме-
няют в смеси с минеральными маслами.
В настоящее время на базе таких смесей созданы масла ОКБ-122,
обладающие низкой испаряемостью, хорошими низкотемператур-
ными свойствами и высокой стабильностью. Эти масла предназна-
чаются для смазывания приборных подшипников и узлов трения,
184
Таблица 41
Технические нормы на приборные масла
Показатели	гост 1805—11, мвп	ТУ МХП 4216—55			
		ОКБ-122-4	ОКБ-122-5| ОКБ-122 14		ОКБ-122-16
Вязкость при 50°С, сст Температура вспышки, 9С, не ниже: в приборе открытого	6,3—8,5	11,0— 14,0	18,0— 23,0	22,5— 28,5	19,0— 25,0
типа	 в приборе закрытого	—	160	170	170	170
типа	। Температура застывания,	120	—	—	—	—
°C, не выше		—60	-70	—70	—70	—70
Зольность, в %, не более Содержание водораствори- мых кислот и щелочей	0,005	(	Зтсутству	ОТ	—
работающих при температурах от 120 до —60° С. Основные физико-
химические свойства технических и приборных масел приведены в
табл. 41.
Глава XV
КОНСИСТЕНТНЫЕ СМАЗКИ
Консистентные смазки представляют собой смазочные материалы,
специальным образом загущенные для того, чтобы обеспечить смаз-
ку, консервацию и уплотнение тех узлов трения и деталей двига-
теля, для которых обычная жидкая смазка не может быть применена
из-за особых условий работы и конструкции узла трения.
Консистентные смазки —• это пластичные коллоидные системы,
существенно отличающиеся по своей природе и свойствам от жид-
ких масел. Их получают путем введения в жидкие масла загустите-
лей и других компонентов, придающих им специальные свойства
(присадки, наполнители, стабилизаторы и т. п.).
Консистентные смазки применяют для уменьшения трения и
износа в различных механизмах и узлах трения (антифрикционные),
предохранения металлических деталей от коррозии (защитные), гер-
метизации различных соединений, сальников, кранов (уплотнитель-
ные) .
1.	СТРУКТУРА КОНСИСТЕНТНЫХ СМАЗОК
Смазки представляют собой дисперсные (коллоидные) системы,
состоящие, как правило, из двух фаз: жидкой и твердой. Жидкая фа-
за смазок (минеральное масло, синтетическая жидкость и т. п.) на-
7В. Аксенов А. Ф.	185
зывается дисперсионной средой. Загуститель, вводимый в масло,
образует твердую дисперсную фазу. Жидкое масло в смазках удер-
живается в ячейках структурного каркаса, образованного части-
Рис. 107. Структура кон-
систентных смазок (уве-
личено в 10 000 раз):
а— бариевое мыло; б —
стронциевое мыло; в —лити-
евое мыло; г—кальциевое
мыло
нами дисперсной фазы, главным образом под действием каппнлляр-
ных сил. На рис. 107 показаны структуры различных консистент-
ных смазок. Характером и строением структурного каркаса во мно-
гом определяются механические и эксплуатационные свойства сма-
Рис. 108. Относительные размеры частиц дисперсной фа-
зы консистентных смазок и микроорганизмов:
1 — натриевая смазка <1x100 мк) ; 2 — литиевая смазка (0,2x25 мк):
<3 — бацилла возвратного тифа (0,35х 15 мк): 4 — бацилла сибирской
язвы (1,1x7 мкУ, 5 —литиевая смазка (0,2x2 мк): 6 — натриевая
смазка (0,1оХ 1,5 мк): 7 —кальциевая смазка (0,1X1 мк)
зок. Способность каркаса упруго деформироваться без разрушения
при малых нагрузках придает смазкам пластичность, позволяет
использовать их в негерметизированных узлах трения.
Структура смазок определяется их составом, технологией изго-
товления, механической обработкой и другими факторами. Главную
роль здесь играет природа загустителя. Структура смазок зависит
также от химического состава и свойств жидкой фазы. Большое
влияние на структуру оказывают поверхностно-активные вещест-
186
ва, добавляемые в виде присадок, такие как вода, глицерин, сво-
бодные жирные кислоты и др. Из технологических факторов на
структуре смазок сказывается прежде всего скорость охлаждения
и механическая обработка.
Структура консистентных смазок обычно поддается изучению
только при весьма больших увеличениях (на электронных микро-
скопах), что объясняется чрезвычайно малой величиной частиц,
образующих дисперсную фазу смазок. В настоящее время изучена
структура почти всех типов смазок.
Подавляющее большинство смазок, загущенных мылами выс-
ших жирных кислот (мыльных смазок), имеет микро- и субмикрово-
локнистую структуру с волокнами, характеризующимися большим
отношением длины к диаметру (10 : 1 и более, рис. 108).
Мыльные волокна (мицеллы) состоят из агрегированных молекул
мыл. В одной мицелле может быть несколько десятков молекул.
Переплетаясь и сращиваясь между собой, волокна мыла обра-
зуют пространственный структурный каркас смазки (см. рис. 107).
Смазки, в которых загустителями являются твердые углеводороды
(углеводородные смазки), по тонкой структуре близки к мыльным
смазкам. Парафин или церезин, кристаллизуясь в масле, образуют
пространственную сетку, пронизывающую всю толщу смазки.
2.	ОСНОВНЫЕ ТИПЫ
КОНСИСТЕНТНЫХ СМАЗОК И ИХ СОСТАВ
По составу все консистентные смазки можно разбить на несколь-
ко основных групп в зависимости от типа масел, на которых их го-
товят, и типа загустителей, вводимых в них. Так как наибольшее
влияние на свойства смазок оказывает загуститель, то классифика-
цию смазок обычно проводят по типу загустителя. Существуют сле-
дующие четыре группы смазок: мыльные, углеводородные, неорга-
нические и органические.
Наиболее широко используются смазки первых двух групп.
Однако в последнее время все большее распространение получают
неорганические и органические смазки, так как они при освоении
их технологии могут полнее удовлетворять требованиям эксплуата-
ции, особенно для узлов трения, работающих при очень больших
скоростях вращения, в вакууме, без длительной замены смазки.
Мыльные смазки. Загустителями в мыльных смазках служат
соли высших жирных кислот. Мыла, применяемые при производст-
ве консистентных смазок, могут изготовляться как на растительных
и животных жирах, состоящих из высших жирных кислот, и их
глицеринов, так и на жирных кислотах, получаемых синтетически.
Соответственно и консистентные смазки подразделяют на жирные
и синтетические.
Жирные кислоты относятся к карбоновым кислотам R—СООН,
где R — радикал алифатического (жирного) углеводорода (алкана,
алкена или алкадиена). Глицериды, т. е. сложные эфиры трехатом-
7В*	187
ного спирта-глицерина С3НЙ (ОН)3 и жирных кислот R—СООН,
образуются по следующей схеме:
C3N6 (ОН)3 + 3 (R —СООН)	С3Н3 (R — СОО)3 + ЗН2О,
или в развернутом виде:
I
Н — С—ОН 4- R — СООН
Н —С—OH + R —СООН
Н—С—OH + R —СООН
Н
I
н—с—oocr + h2o
^±н—с—oocr+h2o
н—с—oocr + h2o
н
Реакции этого типа, как известно, называются этерификацией и
являются обратимыми. Под действием ряда факторов (гидролиза,
например) и щелочей глицериды расщепляются на глицерин и сво-
бодные жирные кислоты. При действии щелочей на глицериды жир-
ные кислоты получаются не в свободном состоянии, а в виде солей,
называемых мылами, а реакция получила название омыления.
Например:
С3Н8 (R — СОО)3 + ЗЫаОН -> 3 (R — COON а) + С3Н3 (ОН)3.
Омыляются и свободные жирные кислоты, как
R — СООН + NaOH	R—COON а + Н2О,
только в этом случае выделяется вода.
Аналогичные реакции происходят и при омылении жирных ве-
ществ и другими щелочами:
2С3Н8 (R — СОО)3 + ЗСа (ОН)2 -> 3 (R — СОО)2 Са + 2С3Н3 (ОН)3;
2 (R — СООН) + Са (ОН)2 -> (R — СОО)2 Са + 2Н2О.
В состав растительных и животных жиров входят различные на-
сыщенные и ненасыщенные жирные кислоты и их глицериды, причем
предельные кислоты и их глицериды преобладают в твердых (в
частности, в животных) жирах, а непредельные — в жидких — (рас-
тительных). Наличие в жирах непредельных соединений приводит
к получению менее химически стабильного загустителя, склонного
к окислению и разложению.
В последние годы для замены растительных жиров широкое при-
менение при варке мыл — загустителей консистентных смазок —
получили синтетические жирные кислоты. Синтетические жирные
кислоты омыляют так же, как и естественные.
В зависимости от того, какие щелочи применены при омылении
естественных или синтетических жирных веществ для получения
188
загустителей, консистентные смазки подразделяют на натриевые,
кальциевые, алюминиевые, цинковые, литиевые, бариевые и т. д.
Применяются консистентные смазки и на смешанной основе, как
например, кальциево-натриевые и др. От вида загустителя в значи-
тельной степени зависят многие свойства консистентных смазок.
Кальциевые смазки отличаются хорошей водоупорностью
и поэтому широко используются в узлах трения, работающих в
контакте с водой. В большинстве кальциевых смазок стабилизато-
ром структуры является вода. По современным представлениям вода
гидратирует в этих смазках кальциевые мыла. Такие кристалло-
гидраты имеют характерную форму двухвитковых веревок, хорошо
различимую в электронном микроскопе, и обладают высокой загу-
щающей способностью. Количество воды, необходимой для стаби-
лизации, составляет примерно 3—4% веса мыла.
При потере кальциевой смазкой воды (дегидратации) происхо-
дит распад структуры, что видно из рис. 109.
Кальциевые смазки могут использоваться при температурах до
4-100° С. При более высокой температуре происходит изменение
механических свойств смазки — она разжижается и вытекает из
узла трения. Типичными представителями кальциевых смазок явля-
ются солидолы, используемые как смазки массового назначения.
Рис. 109. Изменение структуры кальциевой смазки при ее
дегидратации (обезвоживании):
а — исходная гидратированная кальциевая смазка; б, в, г—стадии
дегидратации; д—дегидратированная кальциевая смазка
Натриевые смазки применяются при повышенных тем-
пературах, так как высокие температуры плавления натриевого
мыла позволяют сохранять механические свойства до температур
1Ю—200° С. Высокотемпературные смазки готовятся на высоковяз-
ких остаточных маслах. На синтетических жирных кислотах могут
изготовляться смазки особо устойчивые по отношению к термиче-
ским воздействиям. Натриевые смазки, предназначенные для ис-
пользования при низких температурах, готовятся на маловязких
маслах с хорошими низкотемпературными свойствами.
Натриевые смазки не могут применяться в условиях непосред-
ственного контакта с водой, так как натриевые мыла хорошо раст-
воряются в воде.
Кальциево-натриевые смазки. В тех случаях,
когда натриевые консистентные смазки не могут быть применены
вследствие их неудовлетворительной влагостойкости, а кальциевые—
из-за недостаточно высокой температуры плавления, используют
кальциево-натриевые смазки. Эти смазки по температурам плавле-
189
ния и влагостойкости занимают промежуточное положение между
кальциевыми и натриевыми.
Л и т и е в ы е с м а з к и можно применять до температур 120—
150' С, так как литиевые мыла имеют высокие температуры плавле-
ния. Вместе с тем литиевые смазки имеют хорошие вязкостно-тем-
пературные характеристики и успешно применяются при низких
температурах. Это объясняется тем, что литиевые мыла обладают
высокой загущающей способностью и позволяют получать стабиль-
ные смазки при загущении маловязких масел небольшим количе-
ством мыла. Литиевые мыла очень плохо растворяются в воде, что
дает возможность применять их в условиях повышенной влажности.
Удачное сочетание хорошей загущающей способности, высокой тем-
пературы плавления и практической нерастворимости литиевых
мыл в воде делает литиевые смазки одним из перспективных типов
смазочных материалов.
Углеводородные смазки готовят путем загущения высоковязких
жидких минеральных масел твердыми углеводородами—церези-
нами и парафинами. Углеводородные смазки имеют такие ценные ка-
чества, как высокая химическая стабильность и водоупорность, что
делает их высококачественными защитными смазками. Большую роль
играет способность углеводородных смазок сохранять свою структу-
ру и свойства после расплавления и последующего охлаждения. Это
дает возможность наносить эти смазки на защищаемые металличе-
ские детали в расплавленном состоянии.
В некоторых случаях углеводородные смазки используются как
антифрикционные, но для узлов трения, работающих в условиях
низких температур и небольших нагрузок.
Неорганические смазки —это продукт загущения жидких масел
(минеральных или синтетических) неорганическими материалами.
Неорганические смазки вероятно будут перспективными для таких
условий работы, в которых мыльные, а тем более углеводородные
работать не могут, т. е. при температурах 400—500° С и выше, в
глубоком вакууме, в агрессивной среде и т. п.
В настоящее время уже известно большое число неорганических
загустителей: силикагель, двусернистый молибден, силикаты, суль-
фиды, окиси, гидроокиси металлов, сажа, графит, слюда и т. п.
Для того чтобы смазки с неорганическими загустителями могли ра-
ботать при высоких температурах, необходимо иметь качественный
жидкий компонент. Жидкое масло, работоспособность которого со-
храняется до высоких температур, может быть получено только
синтетическим путем. Поэтому неорганические смазки изготавлива-
ются, как правило, на высококачественных синтетических маслах.
Органические смазки. В качестве загустителей консистентных
смазок было предложено несколько органических веществ, таких как
фталоцианиновые соединения, производные мочевины, гетероцикли-
ческие соединения и др. Органические смазки имеют очень хорошие
эксплуатационные свойства и могут применяться как универсальные
для различных механизмов и условий применения.
190
Очень хорошими эксплуатационными свойствами обладают смаз-
ки, загущенные арилпроизводными мочевины. Эти смазки имеют
хорошую термическую и химическую стабильность.
В настоящее время органические смазки не получили еще
массового применения из-за высокой стоимости органических за-
густителей.
Жидкие среды для смазок. Высококачественные смазки могут
быть получены только при использовании для их производства жид-
ких масел, обладающих необходимыми эксплуатационными свойст-
вами. Применяемые для этого масла должны иметь пологую вязкост-
но-температурную характеристику, низкую испаряемость и хоро-
шую химическую стабильность в широком диапазоне температур.
В настоящее время при производстве смазок используются товар-
ные минеральные масла, подобранные по уровню вязкости в
зависимости от назначения смазки.
Весьма перспективной следует считать разработку в качестве
загущающей среды специальных синтетических жидкостей, в част-
ности полисилоксанов, диэфиров, полигликолей, фторуглеродов и
других органических жидкостей. Синтезировать в принципе можно
жидкости с любыми наперед заданным свойствами, в том числе с та-
кими крайне необходимыми, как пологая вязкостно-температурная
характеристика, химическая и механическая стойкость и т. п. Сей-
час можно уже говорить об успешной работе по созданию и при-
менению смазок на основе силиконовых жидкостей, работоспособ-
ных в интервале температур от —80 до ф- 300° С.
Присадки к смазкам. Смазка является очень сложным по со-
ставу типом смазочных материалов. Некоторые сорта смазок со-
держат более десятка компонентов. Помимо жидкого масла и за-
густителя, составляющих основу смазок, они содержат небольшие
количества продуктов, остающихся в них после изготовления. Это
может быть глицерин, являющийся побочным продуктом реакции
омыления жиров щелочью при производстве мыльных смазок. Можно
полагать, что глицерин не просто механически задерживается в
готовой смазке, а существенно влияет на образование ее струк-
туры.
Иногда в небольших количествах в смазке при ее изготовлении
оставляют избыточную свободную щелочь. Свободная щелочь ней-
трализует продукты окисления, образующиеся в смазке при ее
применении. В некоторых смазках присутствует вода, играющая
важную роль в образовании структуры смазок (водные кальцие-
вые смазки). В смазки часто вводят присадки специального назна-
чения. Для улучшения противоизносных и противозадирных свойств
некоторых сортов смазок в них вводят графит, слюду, дисульфид
молибдена, соединения серы, хлора, фосфора. В смазки вводят ан-
тиокислительные и антикоррозионные присадки.
В смазки вводят также присадки, улучшающие их водоупор-
ность, повышающие коллоидную способность, улучшающие механи-
ческие характеристики и другие свойства.
191
3.	КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ПО ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА
КОНСИСТЕНТНЫХ СМАЗОК
Производство мыльных смазок может быть организовано как с
применением готовых мыл, так и с получением мыла в процессе
варки.
Производство смазок на готовых мылах сводится к диспергирова-
нию готового мыла в жидком масле с последующим образованием в
процессе охлаждения необходимой структуры смазки.
Готовое мыло и небольшое количество масла загружают в вароч-
ный котел. После нагрева до нужной температуры, обезвоживания
мыльной основы, набухания и растворения мыла в масле в котел
подается остальное количество масла. Диспергирование мыла в мас-
ле производится при интенсивном перемешивании. Присадки до-
бавляют в смазку, как правило, после растворения мыла в масле.
После варки смазку из варочного котла или сливают непосредствен-
но в тару, или предварительно охлаждают и подвергают механиче-
ской обработке для придания ей необходимой структуры.
В установках непрерывного действия суспензию сухого мыла в
масле готовят в специальном смесителе. Суспензия прокачивается
насосом через нагреватель, где происходит растворение мыла в масле,
и далее через охлаждающий аппарат, где образуется нужная струк-
тура смазки.
Производство смазок с получением мыла в процессе варки сво-
дится к следующим операциям. В варочный котел-мешалку загру-
жают весь омыляемый жир или жирные кислоты и нужное по рас-
чету количество гидроокиси соответствующего металла. После этого
в котел вводят часть минерального масла и при перемешивании и
нагреве проводят омыление жира или нейтрализацию жирных кис-
лот. После удаления избытка воды в котел вводят остаток минераль-
ного масла. В дальнейшем процесс производства смазки проводят
так же, как и на готовых мылах.
Принципиальная схема производства углеводородных смазок
очень проста. Она сводится к смешению расплавленного загусти-
теля (церезина, парафина) с маслом и охлаждению смеси.
Минеральное масло закачивают в варочный котел и после подо-
грева вводят в него предварительно расплавленный загуститель.
Если это необходимо, то в это же время в котел вводят различные
присадки. Для равномерного распределения компонентов произво-
дят интенсивное перемешивание смеси. После перемешивания ее
охлаждают и упаковывают в тару. Иногда смазку подвергают до-
полнительной механической обработке.
Производство неорганических и органических смазок сводится
к диспергированию загустителя, полученного отдельно химическим
путем, в масле. Диспергирование загустителя в масле осуществля-
ется на высокопроизводительных коллоидных мельницах непрерыв-
ного действия, краскотерках и др. Смешение загустителя с маслом
может производиться как при нормальной, так и при повышенной
температурах.
192
4.	СВОЙСТВА СМАЗОК И ИХ КОНТРОЛЬ
Механические свойства смазок, т. е. их поведение под действием
внешних сил, определяют возможность применения этих смазок в
тех или других узлах трения. Будет ли смазка вытекать из узлов
трения, какие усилия необходимо затратить на преодоление внут-
реннего трения смазки при работе, как велики будут износы де-
талей смазываемого механизма — все эти и многие другие характе-
ристики смазки определяют-
ся в основном их механиче-
скими свойствами.
Прежде всего следует рас-
смотреть упруго-пластичные
и прочностные свойства сма-
зок. Эти свойства проявляют-
ся в том, что при малых на-
грузках смазки сохраняют
свою внутреннюю структуру
и упруго деформируются по-
добно твердым телам. С воз-
растанием нагрузки структур-
ный каркас смазки разру-
шается, она теряет свойства
твердого тела и начинает течь
подобно вязкой жидкости.
Следовательно, смазка
Рис. НО. Схема пластомера К-2:
имеет предел прочности на /—корпус капилляра; 2 — капилляр; 3 — ма-
тг	нометр; 4 —воронка; 5—кран; 6 — масляный
сдвиг. Предел прочности оп- резервуар; 7 —электроподогреватель
ределяет способность смазок
сохранять свою форму под воздействием приложенных нагрузок,
т. е. способность удерживаться в негерметизированных узлах тре-
ния, не сбрасываться с движущихся деталей, не стекать с верти-
кальных поверхностей и т. д.
В рабочем интервале температур предел прочности большинства
смазок составляет от 1 до 30 г/см1. Для определения предела
прочности смазок существует прибор пластомер К-2, созданный
К. И. Климовым. Схема пластомера К-2 приведена на рис. ПО.
Определение предела прочности смазок по этому методу
(ГОСТ 7143—54) основано на фиксировании минимального давле-
ния, вызывающего сдвиг смазки в капилляре 2 пластомера К-2.
При нагреве резервуара 6 за счет термического расширения жидкости
давления в герметически замкнутой системе прибора повышается. В-
момент сдвига столбика смазки за счет увеличения объема системы
давление падает. Максимальное давление, достигнутое при опреде-
лении, фиксируемое манометром, соответствует пределу прочности
смазки.
Так как при увеличении нагрузки выше предела прочности
смазка течет подобно жидкости, то одной из важнейших характери-
193.
стик смазок являются их вязкостные свойства. Изучением вязкост-
ных свойств смазок занимались Г. В. Виноградов, В. П. Павлов,
М. Д. Безбородько, А. А. Константинов, Арвесон и др. Консистент-
ные^смазки имеют структуру, образуемую входящими в их состав
компонентами. Эта структура обусловливает одну из характерных
особенностей смазок—наличие структурной вязкости, зависящей от
градиента скорости деформации. Это значит, что вязкость конси-
стентных смазок очень большая при малом градиенте скорости де-
Рнс. 111. Зависимость между вязкостью смазки и градиентом скорости:
/—минеральное масло; 2 —кальциевая консистентная смазка, изготовленная на том же
масле, содержащая 3% мыла; 3—то же, с 6. 1 % мыла; 4— то же, с 10,1% мыла; 5—то же,
с 18,8% мыла
формации с увеличением его уменьшается до некоторой минимальной
величины. При дальнейшем повышении градиента скорости вязкость
смазки уже не изменяется и консистентная смазка начинает вести
себя, как ньютоновская жидкость (рис. 111).
Интенсивность изменения вязкости с изменением градиента ско-
рости деформации характеризует вязкостные свойства смазок. Вяз-
костно-скорос ная характеристика, определяющая эту зависимость,
может быть выражена отношением вязкостей смазки при двух различ-
ных градиентах скорости деформации (температура постоянная).
Лучшими считаются смазки, имеющие большую зависимость вязко-
сти от градиента скорости деформации (более крутую кривую).
При постоянном градиенте скорости деформации вязкость смазки
изменяется с изменением температуры. Следовательно, второй ха-
рактеристикой вязкостных свойств смазки является их вязкостно-
температурная характеристика (рис. 112). Вязкостно-температур-
ная характеристика смазок ухудшается с увеличением градиента
скорости деформации, при которой она определялась.
194
Для определения вязкостных свойств консистентных смазок со-
здан капиллярный вискозиметр постоянного расхода АКВ-2
Рис. 112. Вязкостно-тем-
пературные кривые кон-
систентных смазок (при
градиенте скорости
400 сел:-1):
/ —пресс-солидол УС-1; 2 —
жировой солидол УС-2; 3,
4 — синтетические опытные
солидолы на выделенных
кислотах
(ГОСТ 7163—54, автор А. А. Константинов). Схема вискозиметра
приведена на рис. 113. Смазка выталкивается штоком 4 из камеры 5
через капилляр 6. Продавливание смазки
через капилляр осуществляется при помощи
предварительно сжатой пружины 1. При
полностью сжатой пружине истечение про-
исходит под большим давлением с высокой
скоростью, по мере передвижения штока
давление в камере и скорость сдвига смаз-
ки в капилляре падают. Таким образом до-
стигается переменная скорость истечения
(градиент скорости сдвига).
Для поддержания постоянной темпера-
туры через корпус 7 циркулирует жид-
кость. Карандаш 3, связанный со штоком
4, при перемещении последнего записывает
на бумаге, закрепленной на барабане 2,
кривую, по которой в определенных точ-
ках ее можно определить скорость переме-
щения штока 'v см/сек и оказываемое им
на смазку давление Р кГ/см2. Для получе-
ния полной вязкостной характеристики
требуется 10—15 г испытуемой смазки.
Вискозиметр позволяет удобно оценивать
Рис. ИЗ. Схема виско-
зиметра АКВ-2
вязкость смазок в диапазоне градиентов
195
скорости сдвига от 0,1 до 100000 сек.-1, вязкостей от 10 до 100 000 пз
при температурах от —60 до 130° С. Вязкостные характеристики
ряда смазок, определенные на приборе АКВ-2, приведены на рис. 114.
Методы определения вязкостных свойств смазок разработаны
и стандартизированы сравнительно недавно. Наиболее широко для
оценки механических свойств консистентных смазок используется
метод пенетрации по ГОСТ 5346—50. Он основан на определении
глубины погружения конуса заданного веса в смазку за 5 сек.
Рис. 114. Вязкостные характе-
ристики консистентных смазок:
а~ жировой солидол; б —синтети-
ческий солидол; в — ЦИАТИМ-20 i .
г — смазка 1-13
Глубина погружения, выраженная в десятых долях миллиметра,
называется числом пенетрации.
Числа пенетрации — сугубо эмпирические величины, не имею-
щие физического смысла и не определяющие эксплуатационных
свойств смазок. Смазки, обладающие совершенно различными
свойствами, могут иметь одинаковые числа пенетрации.
Консистентные смазки, как коллоидные системы, обладают тиксо-
тропными свойствами. При перемешивании и других механических
воздействиях первоначальная их структура нарушается, после
более или менее длительного пребывания в покое она восстанавли-
вается. Однако при тиксотропном восстановлении механические
свойства консистентных смазок далеко не всегда достигают перво-
начальных значений, имевшихся до нарушения структуры. Это мож-
но объяснить тем, что не все связи структурного каркаса консистент-
ной смазки, разрушенные при механическом воздействии, способны
к полному восстановлению.
Определение тиксотропных свойств консистентных смазок имеет
важное значение для оценки эксплуатационных качеств, так как
196
Рис. 115. Схема пенетрометра:
/—корпус; 2 — кнопка стопора кону-
са; 3— индикатор
тиксотропные свойства показывают, насколько глубоко изменяются
свойства этих смазок при механических воздействиях и насколько
быстро и полно эти свойства восстанавливаются.
Одной из важных характеристик смазок является изменение их
свойств под влиянием температуры. При повышении температуры
закономерно изменяются такие свойства, как вязкость, предел проч-
ности, пенетрация и т. п., а при
достижении определенной темпера-
туры смазка начинает плавиться.
Плавление консистентных смазок,
являющееся следствием разруше-
ния ее структуры, происходит в
относительно широком интервале
температуры. Оценку температур-
ной стойкости консистентных сма-
зок производят по температуре кап-
лепадения, т. е. температуре, при
которой падает первая капля рас-
плавившейся смазки из отверстия
капсюля 1 специального прибора
(рис. 116), помещаемого в посте-
пенно нагреваемую стеклянную
пробирку — воздушную баню
(ГОСТ 6793—53). Ориентировочно
считают, что смазки можно приме-
нять при температурах на 15—20°
ниже их температур каплепадения.
Температура каплепадения зависит
от природы загустителя и масла.
Консистентные смазки, приме-
няемые в узлах трения, должны
иметь хорошие противоизносные и
противозадирные свойства. Опре-
деление противоизносных и про-
тивозадирных свойств смазок так
же, как и смазочных масел, производится в настоящее время на
различных машинах трения.
Физико-химические свойства. Наряду с механическими характе-
ристиками весьма важное значение имеет ряд физико-химических
•свойств смазок, определяющих поведение их в эксплуатационных
условиях. Смазки должны быть стабильными, т. е. сохранять свою
структуру и свойства в течение длительного периода как в условиях
хранения, так и при их использовании. Стабильность смазки оце-
нивается по химической и коллоидной стабильности.
Химической стабильностью называется устойчивость смазки к
окислению кислородом воздуха при хранении и в условиях приме-
нения. При окислении смазок в них накапливаются продукты, опас-
ные в коррозионном отношении. Кроме того, окисление смазки мо-
197
жет вызывать изменение их механических свойств (вязкостных,
предела прочности и т. п.).
Оценка химической стабильности производится по ГОСТ
5734—53. Этот метод заключается в том, что смазку окисляют кисло-
родом в специальной бомбе при повышенных давлениях и темпе-
ратуре. В результате нагревания давление в бомбе
сначала повышается, затем держится постоянным до
тех пор, пока не начнется поглощение кислорода
/Эд	смазкой при окислении ее. Время с момента помеще-
-1: г-	ния бомбы в термостат до начала падения давления
/А в ней вследствие окисления смазки считают индук-
г ционным периодом. После окисления в бомбе опре-
I	деляют кислотное число смазки. Чем длительнее ин-
W	Аукционный период смазки и чем менее повысилось
I	кислотное число по сравнению с начальным, тем выше
i	ее химическая стабильность. Следует отметить, что
L0J этот метод очень сложен и имеет ряд существенных
недостатков. Однако другого, более простого и на-
дежного, метода пока не разработано. й
::	Коллоидной стабильностью называется способ-
ность смазок сопротивляться выделению из них мас-
ла (синерезису) при хранении в условиях примене-
ния.
Синерезис является следствием недостаточной кол-
лоидной стабильности смазки в условиях температур-
ных и механических воздействий. При достаточно
LU	больших количествах выделившегося масла (15—
I )	20%) свойства смазки значительно изменяются и она
|| не может использоваться по назначению. Наиболь-
шую опасность синерезис представляет для смазок,
ШиЖ изготовленных на маловязких маслах и содержащих
небольшие количества загустителя.
Одним из методов оценки коллоидной стабильно-
сти консистентных смазок является испытание смазки
на приборе КСА (Климова, Синицына, Алеевой) по
ГОСТ 7142—54 (рис. 117). В этом приборе испытуе-
мую консистентную смазку 2 помещают под поршень 3
в небольшом цилиндре 6, установленном на пакете
бумажных фильтров 1. Через шарик 5 на поршень
давит стержень с надетым на него грузом 4. Кол-
лоидную стабильность смазки оценивают в соответ-
ствии с количеством масла (в % по весу), отпрессовавшегося из нее
при испытании за 30 мин.
Рис. 116.
Схема при-
бора для оп-
ределения
температуры
каплепаде-
ния смазки:
1 —капсюль;
2 — термометр
Консистентные смазки могут содержать органические кислоты
не только в результате окисления, но также и вследствие неполного
омыления исходных жировых веществ. В случае же введения при
варке мыла избытка щелочи смазки могут содержать свободную ще-
198
лочь. Действующими стандартами предусматривается проверка
консистентных смазок на отсутствие коррозионного действия их
на металлы.
Испытания проводят путем выдерживания предварительно от-
шлифованных металлических пластинок (стальных, медных, свин-
цовых и др.) в смазке в течение заданного времени. На пластинках
не должно появляться следов коррозии.
Испытание проводят при различных тем-
пературах и разной выдержке. Кроме
проверки отсутствия коррозии металли-
Рис. Н7.£Схема прибора' КСА;
/ — пакет бумажных фильтров; 2—
консистентная смазка; 3—поршень;
4 —груз; 5—шарик; 6— цилиндр
Рис. 118. Схема прибора
для определения коли-
чества воды в смазках:
/—колба; 2 —ловушка; 3 —
конденсатор
ческих пластинок в консистентных смазках, определяют содержа-
ние свободных органических кислот или щелочей. Повышенное содер-
жание свободных органических кислот и щелочей не только вызы-
вает коррозию металлов, но и существенно ухудшает коллоидную
стабильность, предел прочности.
Содержание свободных кислот или щелочей определяют путем
извлечения их из смазки водным спиртовым раствором с последую-
щим титрованием.
199
На эксплуатационные свойства консистентных смазок существен-
ное влияние оказывает содержащаяся в них вода. В некоторых смаз-
ках (кальциевых) вода является одним из компонентов структуры
смазки, в других смазках (натриевых) допускается лишь очень
небольшое количество воды, а в смазках, изготовляемых на не-
мыльных загустителях, присутствие воды недопустимо. Количествен-
ное определение воды в смазках производится прибором, схема
которого приведена на рис. 118. В колбу 1 прибора помещают
20—25 г смазки, наливают 150 мл растворителя (бензин или лиг-
роин) и колбу нагревают, отгоняя из смазки воду, скапливающуюся
в градуированной части ловушки 2 (ГОСТ 1044—41).
Механические примеси, оказывающие абразивное действие, в
смазках не допускаются. Для определения механических примесей
в смазке определенный образец ее растворяют и затем фильтруют
(ГОСТ 1036—50). Существует также метод с предварительным раз-
ложением смазки соляной кислотой (ГОСТ 6479—53).
5. МАРКИ ПРИМЕНЯЕМЫХ В АВИАЦИИ СМАЗОК
И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА
При эксплуатации авиатехники применяют антифрикционные,
предохранительные и уплотнительные консистентные смазки.
Антифрикционные смазки
ЦИАТИМ-201 (УТВМА — универсальная тугоплавкая влаго-
стойкая морозоустойчивая активированная) приготовляется путем
загущения вазелинового приборного масла МВП литиевым мылом и
содержит стабилизирующую присадку. Диапазон рабочих темпера-
тур этой смазки от —60 до 140—150° С. Смазка непригодна для уз-
лов трения, где рабочие температуры могут быть выше 160—180° С,
а также для узлов трения с очень большими удельными нагрузками.
В связи с малой концентрацией загустителя и низкой вязкостью
входящего в нее масла смазка ЦИАТИМ-201 в условиях длитель-
ного хранения при повышенных температурах склонна к синерези-
су. Поэтому ее хранят в прохладном месте в мелкой таре, чтобы
масло не выжималось под давлением вышележащих слоев смазки.
Разновидностью смазки ЦИАТИМ-201 являются смазки:
ЦИАТИМ-202, приготовленная на более вязком минеральном масле,
в связи с чем имеет большую температуру каплепадения, и
ЦИАТИМ-203, которая содержит противоизносную и противозадир-
ную присадки, что позволяет применять ее для узлов трения с по-
вышенным удельным давлением (узлы автомата перекоса вертолетов).
НК-50 (СТ-самолетная тугоплавкая) представляет собой продукт
загущения масла МК-22 натриевым мылом. В нее добавляется кол-
лоидный графит для повышения противоизносных и противозадир-
ных свойств. Смазку применяют в узлах трения, где возможны боль-
шие удельные нагрузки и повышенная температура: для подшипни-
ков колес шасси самолетов и вертолетов, шлицевых соединений вту-
200
лок воздушных винтов с валом двигателя, клапанного механизма
поршневых двигателей и др.
Недостатком смазки НК-50 является то, что она при повышенной
влажности набухает и сползает с деталей, а при низких температу-
рах затвердевает и скалывается. В связи с этим необходимо тщатель-
но следить за узлами и вовремя возобновлять или заменять смазку.
Графитная смазка представляет собой цилиндровое масло, за-
гущенное 12% кальциевого мыла, приготовленного на синтетиче-
ских жирных кислотах. Содержит 10% графита, водоупорна, при-
меняется для смазывания грубых высоконагруженных узлов трения.
Смазка ОКБ-122-7 изготовляется загущением смеси этилполиси-
локсановой жидкости и минерального масла МС-14 стеаратом ли-
тия и церезином. Она предназначена для пар трения, работающих
при малых нагрузках, но длительное время без замены смазки в
условиях температур от—70до+120оС, применяется также для
смазывания подшипников магнето поршневых двигателей.
Смазка №6 — кремнийорганическая, применяется для смазы-
вания поверхностей резиновых изделий, трущихся о металл, ис-
пользуется в пневмосистемах самолетов.
Технические нормы на антифрикционные смазки приведены в
табл. 42.
Таблица 42
Технические нормы на антифрикционные смазки
Показатели	ЦИАТИМ- 201 (ГОСТ 6267—52)	ЦИАТИМ- "203 (ТУ мнп 340-50)	НК-50 (ГОСТ 5572—50)	Графитная (ГОСТ 3333—55)
Температура каплепадения, °C, не				
ниже		170	145	200	77
Число пенетрации:				
при 25° С		270—320	235—300	170—225	250
» —60° С	 Испытание на коррозию ......	50	25 Выдер	живает	—
Выделение масла из смазки в тече- ние 50 ч, %, не более: при 60р С					
	4	——			
» 100° С 				5			
Содержание свободной серы, %, не				
более 	 Содержание механических примесей	0,1	0,1 Отсут	0,15 ствуют	—
»	воды, % не более . . .	Отсут- ствует	—	0,3	3,0
»	серы, %, не менее . .		0,2	—	
Зольность, %, не более		—	—	7,0	—
Защитные смазки
В качестве защитных смазок на самолетах, вертолетах и двига-
телях применяются ЦИАТИМ-217-15, технический вазелин и пу-
шечная смазка. Технические нормы на эти смазки приведены в
табл. 43.
201
Таблица 43
Технические нормы на защитные смазки
Показатели	ЦИАТИМ- 217-15, (ВТУ 627—55)	Пушечная смазка, (ГОСТ 3005—51)	Технический вазелин ВТУ 782—53
Внешний вид .....................
Цвет ............................
Вязкость, сст, при температуре:
50 °C............................
60 °C, не менее.............
100 °C.......................
Содержание свободных щелочей, %,
не более ........................
Содержание воды .................
Содержание механических примесей,
%, не более.......................
Температура застывания, °C, не выше
Испытание на коррозию............
Температура каплепадения, °C, не
ниже.............................
Кислотное число, мг КОН на 1 г
смазки, не более ................
Од Темно-ко- ричневый	нородная мазь От светло-до темно коричневого	
108	—	—
—	40	20
15—22	—	—
0, 1	Отсутствует	—
Отсутствует!	0,07	I	0,03
-10 I	-	I	-
Выдерживает
50
0,30
54
0,28
Уплотнительные смазки
В качестве смазок для уплотнения различных соединений при-
меняются смазки: БУ-бензиноупорная для герметизации кранов
и резьбовых соединений топливных и масляных систем самолетов
и двигателей; МГС — для герметизации соединений, сальников,
резьб и кранов воздушных, спиртовых, глицериновых и водяных
систем на самолетах (табл. 44).
Таблица 44
Технические нормы на уплотнительные смазки
Показатели	БУ (ГОСТ 7171 — 54)	МГС (ТУ МНП 35 1 — 53)
Цвет и внешний вид	 Температура каплепадения, °C, не	Однородная масса светло-коричне- вого цвета	Вазелинообразная масса	серого цвета
ниже 		55	но
Число пенетрации при 25 QC . . . .	130—200	260—330
Испытания на коррозию ...... Содержание механических примесей, нерастворимых в соляной кисло-	Выдерживает	—
те, %, не более	 Содержание воды, %, не более . . Растворимость в смеси 15% бензола	—	0,5
	0,3—2,0	Следы
и 85% бензина, % , не более . .	20	—
202
Глава XVI
ТВЕРДЫЕ СМАЗКИ
Несмотря на существенное улучшение качества жидких и консис-
тентных смазочных материалов, они не могут обеспечить долговеч-
ную и надежную работу многих узлов трения современных и особен-
но перспективных летательных аппаратов.
При высоких и очень низких температурах, в вакууме, в кон-
такте с химически активными средами жидкие масла и консистент-
ные смазки становятся малоэффективными вследствие низкой тер-
мической и физико-химической стабильности.
В последнее время широкое применение для узлов трения, рабо-
тающих в сложных условиях, находят твердые смазочные материа-
лы, или твердые смазки. Ассортимент твердых смазок с каждым го-
дом увеличивается, и расширяется область их применения. Насчи-
тывается несколько сот элементов, химических соединений и компо-
зиций, обладающих свойствами твердых смазок. Все большее рас-
пространение получают твердые смазки и в авиационной технике.
Имеется большое количество пар трения современных летательных
аппаратов, которые смазываются твердой смазкой.
1. МЕХАНИЗМ СМАЗОЧНОГО ДЕЙСТВИЯ
ТВЕРДЫХ СМАЗОК
Согласно исследованиям проф. И. В. Крагельского реализовать
внешнее трение между двумя металлическими поверхностями можно
в том случае, если соблюдается следующее условие:
— > 1 (1 ——
г 2 \ От/
где h — глубина внедрения единичной неровности, мм;
г — радиус неровности, мм;
т — сопротивление на срез мостика адгезии, кПмм2;
от — предел текучести деформируемого материала поверхностей
трения, кГ/мм2.
Из этого неравенства видно, что внешнее трение будет тем более
устойчивым, чем меньше тангенциальная прочность мостика адге-
зии или чем больше предел текучести деформируемого материала.
Например, при нулевой прочности мостика (т = 0, идеальная
смазка) относительное внедрение может достигать . Если же т = <~
(полное отсутствие пленок смазки), то внешнее трение невозможно
даже при нулевом внедрении, т. е. при самых малых нагрузках на
трущиеся поверхности. Практически можно считать т = 0 при тре-
нии металлов в условиях очень хорошей граничной' или гидродина-
мической смазок, ат = ^г при трении металлов в вакууме, когда с
поверхностей удалены не только адсорбированные пленки, но и
203
пленки окислов металлов. В вакууме нет различия между внешним
и внутренним трением в металлах.
Таким образом, для осуществления внешнего трения необхо-
димо на поверхностях трения создать слой, обладающий малым зна-
чением т и значением os, меньшим, чем о. основного материала.
Другими словами, обязательным условием внешнего трения явля-
ется соблюдение правила положительного градиента механической
прочности, согласно которому материал должен повышать свою проч-
ность вглубь от зоны контакта (правило И. В. Крагельского).
Положительный градиент механической прочности можно со-
здать нанесением на поверхности различных смазочных пленок.
Твердые смазки как раз и обладают свойством создавать положи-
тельный градиент механической прочности при малом значении т.
В качестве твердых смазок в настоящее время используются: сло-
истые твердые смазки (графит, дисульфид молибдена, нитрид бора,
дисульфид вольфрама и т. п.), тонкие металлические пленки (олово,
свинец, висмут и т. п.), композиционные смазки с полимерными свя-
зующими, полимерные и комбинированные смазки.
Смазывающее действие слоистых и твердых смазок объясняется
главным образом их структурой, так как у них сильно разли-
чается относительная прочность связей между атомами в различ-
ных направлениях.
Это вызвано тем, что в твердых смазках расстояние между
атомами, находящимися в одном слое, значительно отличаются от
расстояний между атомами, находящимися в разных слоях. Напри-
мер, в решетке графита расстояние между ближайшими атомами
углерода в слое равно 1,42 А, а кратчайшее расстояние между ато-
мами в параллельных слоях равно 3,44 А.
В структуре твердых смазок обычно сочетаются два типа связей —
очень слабые (вандерваальсовские) между слоями и сильные (ко-
валентные, металлические) внутри слоя. Наличие значительно бо-
лее слабых сил связи между отдельными слоями по сравнению с
аналогичными силами внутри слоев является общим для всех ма-
териалов со слоистой структурой.
При трении происходит сдвиг слоев твердой смазки, при этом в
силу слабых вандерваальсовых связей между слоями сопротивле-
ние сдвигу будет очень малым. Малое сопротивление сдвигу между
двумя кристаллографическими плоскостями еще не является доста-
точным критерием для оценки смазывающей способности твердой
смазки. Поверхности скольжения слоистых кристаллов бывают ров-
ными и гладкими или волнистыми и гофрированными. Для графита
характерны ровные (гладкие) одноатомные слои, для сульфидов
молибдена — ровные трехслойные пакеты, а для антимонита
(Sb2S3) — зигзагообразные сдвоенные цепи. Очевидно, что сколь-
жение в кристалле вдоль ровных и гладких поверхностей намного
легче, чем вдоль поверхностей неровных и волнистых.
Одним из необходимых свойств, обеспечивающих хорошую сма-
зывающую способность слоистых твердых смазок является их вы-
204
сокая адгезия к металлическим поверхностям. Известны минералы
(например, тальк), имеющие слоистую структуру и ровные поверх-
ности скольжения, но не проявляющие никакой смазывающей
способности в результате слабой адгезии к металлическим поверх-
ностям.
Твердые смазки, не имеющие слоистой структуры (металлы, поли-
меры и т. п.), проявляют смазывающее действие в результате малого
сопротивления срезу образующихся мостиков адгезии. Будучи на-
несенными тонким слоем на металлическую поверхность, они со-
здают положительный градиент механической прочности трущихся
материалов и тем самым обеспечивают устойчивое внешнее трение
с малыми силами трения.
2.	СЛОИСТЫЕ ТВЕРДЫЕ СМАЗКИ
Дисульфид молибдена a MoS2 кристаллизуется в гексагональной
системе. Атомы молибдена расположены между двумя слоями ато-
мов серы. Расстояние между ближайшими атомами молибдена и
серы а = 2,41 А, а ближайшее расстояние между атомами серы в па-
раллельных слоях с =ЗА. Природный дисульфид молибдена полу-
чают при добыче медных руд из побочных продуктов, содержащих
молибден.
Синтетический дисульфид молибдена также имеет структуру
слоистого типа, но или ромбоэдрическую P-MoS2 с параметрами
а=3,15А, с=18,38А, или промежуточную между a-MoS2 и P-MoS2.
Основные свойства MoS2
Удельный вес..................................... 4,8 г/см3
Твердость по Моосу............................... 1,0—1,5
Температура начала сублимации....................... 450°	С
» плавления ................................. 1185°	С
Коэффициент линейного расширения в диапазоне тем-
ператур 50—700° С ................................7-10“б/1° С
Теплопроводность............... 4,9-Ю—3 ккал/см-сек-град
Магнитные свойства............. диамагнитен
Химическая стойкость............растворяется	в царской водке,
окисляется в концентрированных
Н2О4 и НО3
металлический
синевато-серый до черного
Блеск.........................
Цвет..........................
На воздухе MoS2 окисляется до MoS3 и серы или SO2. Окисные
пленки начинают образовываться при 350° С, а при температуре
выше 480° С происходит быстрое окисление MoS2. В вакууме MoS2
стабилен до температуры 1100° С. Дисульфид молибдена обладает
высокой радиационной стойкостью. Коэффициент трения при смазке
MoS2 уменьшается при увеличении скорости скольжения и удель-
ного давления. Присутствие,воды снижает смазывающие свойства
MoS2.
205
Графит имеет решетку гексагонального типа.о Расстояние между
атомами углерода в параллельных слоях 3,44А, а между атомами
в слое— 1.42А. Графит получают термической обработкой каменного
угля, кокса, сажи. Он является очень эффективной слоистой твердой
смазкой. При температуре 450° С графит окисляется. Вода и адсор-
бированные пары значительно улучшают его смазывающие свойства.
Основные свойства графита
Плотность................................... 2,24—2,25 г/см?
Пористость.................................. 20—32%
Температура плавления.......................... 3800—3900°	С
Коэффициент линейного расширения в диапазо-
не температур 0—1000° С..................... (3,5-?8)- 10~с/°С
Предел прочности на растяжение.............. 50—95 кГ/см?
»	»	» сжатие .................. 160—300 кГ/см2
Модуль упругости............................ 5,6-104 кГ/см'1
Нитрид бора BN кристаллизуется в гексагональной системе.
Кристаллическая решетка его аналогична решетке графита, в ко-
торой один атом замещен бором, а другой азотом. Атомы бора и
азота расположены в горизонтальных слоях попеременно. Расстоя-
ние между соседними слоями у нитрида бора 3,34А, что несколько
меньше, чем у графита, поэтому связь между слоями у BN прочнее,
чем у графита.
Нитрид бора обладает низкой электропроводностью и высокой
термической стабильностью. При высоких температурах он окисля-
ется и образует окись бора В2О3, которая также является хорошей
смазкой. Коэффициент трения у него более высок, чем у графита
и двусернистого молибдена.
Дисульфид вольфрама WS2 имеет гексагональную решетку,
аналогичную MoS2, в которой атомы молибдена заменены атомами
вольфрама. По сравнению с дисульфидом молибдена он обладает
большей термостойкостью, сохраняет смазывающие свойства на
воздухе до 510° С, а в вакууме или в среде инертного газа — до
1250° С. Дисульфид вольфрама химически инертен, нерастворим
почти во всех средах, включая воду, масла, щелочи и почти все
кислоты. Он не токсичен и не вызывает коррозии металлов.
Диселенид молибдена MoSe2 имеет гексагональную решетку с
параметрами а = 3,28А, С = 12,84А. Кристаллическая решетка
MoSe2 аналогична решетке MoS2, в которой атомы серы заменены
атомами селена. До температуры 400° С на воздухе диселенид мо-
либдена не окисляется.
Диселенид вольфрама. WSe2 имеет гексагональную решетку
типа дисульфида молибдена, является твердой смазкой, долговечно
работающей в вакууме при пониженной температуре в окислитель-
ной среде. В смеси с другими твердыми смазками'дает композиции,
обладающие высокой эффективностью.
Помимо рассмотренных выше слоистых твердых смазок, при-
меняются диселенид ниобия NbSe2, йодистый кадмий Cdl2, трехсер-
нистая сурьма Sb2S3 и т. п.
206
3.	ТВЕРДОСМАЗОЧНЫЕ ПЛЕНКИ И ПОКРЫТИЯ
Положительный градиент механической прочности при внешнем
трении можно получить, если на одну из поверхностей нанести
тонкий слой металла, обладающего смазывающим действием.
Металлические пленки как твердые смазки применяются в уз-
лах трения, работающих в вакууме при высоких нагрузках и малых
скоростях относительного перемещения. В качестве твердых сма-
зок используются мягкие металлы: свинец, серебро, висмут,-золо-
то, кадмий и т. п.
Полимерные смазки такие, как фторопласт (тефлон), капрон,,
пластики на основе фенола, находят все более широкое применение.
Высокие физико-механические и антифрикционные свойства указан-
ных пластмасс дают возможность применять их в условиях недоста-
точной жидкой смазки или полного ее отсутствия при относительна
высоких и низких температурах. Наиболее широкое применение
как твердая смазка получил фторопласт-4.
Фторопласт-4 является производным этилена СН2-СН2. При
замене в последнем атомов водорода атомами фтора получается те-
трафторэтилен CF2-CF2, легко полимеризующийся с образованием
политетрафторэтилена, известного под названием фторопласт-4
(-CF2-CF2-)n.
Фторопласт-4 — рыхлый, волокнистый, тонкоизмельченный бе-
лый порошок, не смачивается водой и не набухает в ней. По химиче-
ской стойкости он превосходит все известные материалы, включая
золото и платину, не растворяется ни в одном известном раствори-
теле. Фторопласт-4 работает в диапазоне температур —269—260° С.
Пленка его сохраняет гибкость при температуре ниже —100° С
и не становится хрупкой в среде жидкого гелия.
Основные физико-механические свойства фторопласта-4
Удельный вес......................... 2,35	г!см3
Температура плавления кристал-
лов ................................ 327°	С
Температура разложения ....	415° С
Теплопроводность...........(5,9—6,0) 10-* кал!см-сек-град
Удельная теплоемкость......	0,25 кал/г-град
При сухом трении металлов по фторопласту-4 коэффициент тре-
ния, как правило, очень мал и не превышает обычно коэффициентов,
трения при жидкой смазке.
Молекула фторопласта-4 имеет форму спирали с 13 атомами угле-
рода в каждом витке. При таком расположении атомов молекула
фторопласта-4 имеет цилиндрическое сечение, благодаря чему она
может легко скользить по соседним молекулам, так как силы Ван-
дер-Ваальса между группами CF2 соседних молекул очень малы.
Композиционные смазки — смеси сухих смазывающих порош-
ков со связующими веществами. Они являются наиболее перспектив-
ными, так как позволяют весьма эффективные слоистые твердые
207
смазки прочно закреплять на поверхностях трения полимерными
связующими. В качестве связующего применяются смолы термо-
пластичные (алкиды, винилы) или термореактивные (эпоксидные,
фенольные, меламиновые). Применяются также неорганические
связующие — силикат натрия, фосфаты, бораты. Растворителями
служат спирт, вода, ацетон, толуол и т. п.
4.	ОЦЕНКА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ
СВОЙСТВ ТВЕРДЫХ СМАЗОК
Твердые смазки применяются в узлах трения, работающих в
очень сложных условиях (высокие температуры, вакуум, агрессив-
ные среды и т. п.). Для того чтобы судить о качестве твердой смазки
и о пригодности ее для данного узла трения, проводится оценка
физико-химических свойств твердых смазок по ряду показателей.
Термическая стабильность оценивается максимальной темпера-
турой, при которой твердая смазка сохраняет свои свойства. При
трении двух сопряженных поверхностей выделяется тепло, в резуль-
тате твердая смазка может разогреваться до очень высоких темпе-
ратур. Замеряя температуру трения и определяя момент, когда
твердая смазка теряет свои смазывающие свойства (резко возрастает
трение, повышается износ и т. п.), можно оценить термическую ста-
бильность твердой смазки.
Химическая стабильность— это способность твердой смазки не
изменять своего химического состава при длительной работе в узле
трения. Твердая смазка с малой химической стабильностью может
разлагаться с выделением коррозионноактивных веществ.
Теплопроводность является важным эксплуатационным свойст-
вом твердой смазки. Твердая смазка с хорошей теплопроводностью
быстро отводит тепло от перегретых участков, и таким образом вы-
равниваются температуры в слое смазки. Тепло, выделяющееся при
трении, передается твердой смазке и далее должно рассеиваться как
можно быстрее, в противном случае может произойти местный пере-
грев-расплавление смазки и схватывание поверхностей трения.
Механические свойства, характеризующие деформацию и проч-
ность твердой смазки, являются весьма важными при выборе смаз-
ки для данного узла трения. Наиболее важным из них являются
твердость, сжимаемость, прочность на разрыв.
Микроструктура, или агрегирование, отдельных кристаллитов
твердых смазок оказывает большое влияние на их антифрикционные
свойства. Отдельные кристаллиты, соединяясь друг с другом, могут
образовывать или очень плотную монолитную, или пористую
структуру, а от этого зависят эксплуатационные свойства смазки.
Дисперсность, или размер частиц, как правило, определяет удель-
ную поверхность и активность твердой смазки. При прочих равных
условиях чем меньше размер частиц, тем больше удельная поверх-
ность и активность смазки. Необходимо обращать внимание на раз-
мер частиц твердой смазки как в процессе ее производства, так и во
208
время применения. Не всегда очень тонко диспергированные твер-
дые смазки обладают хорошими свойствами. Существует оптималь-
ный размер частиц твердой смазки для каждого конкретного случая
ее применения.
Чистота твердой смазки должна быть наиболее высокой. Загряз-
няющие твердую смазку вещества могут оказывать абразивное дей-
ствие, корродировать металлы, понижать ее термическую и химиче-
скую стабильность. Загрязнение твердой смазки возможно в резуль-
тате неполной очистки при ее производстве или в процесе приме-
нения.
5.	ПРИМЕНЕНИЕ ТВЕРДЫХ СМАЗОК
Твердые смазки могут использоваться в виде порошков, подавае-
мых в зону трения, тонких покрытий на поверхности трения, со-
ставных частей конструкционных, антифрикционных материалов.
Наибольшее распространение получают тонкие пленки из твер-
дой смазки, предварительно нанесенные на трущиеся поверхности.
В этом случае технология нанесения твердой смазки оказывает очень
большое влияние на ее антифрикционные свойства. Рассмотрим не-
которые методы нанесения твердых смазок на поверхности трения.
Пламенное напыление. Порошкообразная твердая смазка, до-
веденная нагреванием до размягчения, наносится под давлением на
предварительно подготовленную и нагретую металлическую поверх-
ность. Затем покрытие оплавляют пламенем горелки, что способст-
вует получению более равномерной толщины и образованию глад-
кой поверхности. Толщина покрытий, получаемых этим способом,
составляет 0,1—3 мм и зависит от размера частиц порошка.
Вихревое напыление. Метод вихревого напыления заключается
в погружении нагретой до определенной температуры детали в по-
рошок твердой смазки, взвихренный или взвешенный струей возду-
ха. Попадая на нагретую поверхность, порошок налипает к ней и
образует сплошной слой. После удаления детали из аппарата по-
крытие оплавляется дополнительным нагреванием. Толщина по-
крытия зависит от времени пребывания в «кипящем» слое, темпера-
туры нагрева детали, теплопроводности материала и составляет
0,2—0,5 мм.
Вибрационное напыление. Предварительно нагретая до темпера-
туры плавления твердой смазки деталь опускается в вибрирующий
сосуд с порошком твердой смазки. Благодаря подвижности частиц
порошка деталь почти не встречает сопротивления при погружении
в сосуд. Последующее оплавление происходит или за счет поглоще-
ния тепла, или за счет дополнительного нагрева. Толщина покрытий
составляет 0,1—0,8 мм.
Центробежный метод напыления. Деталь нагревают на 25—30° С
выше температуры плавления твердой смазки, после чего засыпают
порошком твердой смазки и помещают в центробежную машину на
5—10 мин.
8 Аксенов А. Ф.	209
Метод нанесения композиционных смазок на металлические по-
верхности зависит от состава смазки и оказывает большое влияние
на эксплуатационные свойства покрытий. Процесс нанесения компо-
зиционных твердых смазок состоит в основном из следующих опера-
ций:
очистка трущихся поверхностей (обезжиривание, удаление про-
дуктов коррозии);
специальная обработка поверхностей (фосфатирование, сульфи-
дирование, электротравление и т. п.);
нанесение твердой смазки (кистью, распылением, окунанием);
отверждение смазочного покрытия при его нагреве в термостате.
Ротапринтный метод нанесения твердых смазок. Сущность мето-
да состоит в непрерывном нанесении покрытия смазывающим эле-
ментом, поджимаемым к трущейся поверхности с некоторым опти-
мальным давлением, обеспечивающим образование смазочной плен-
ки при минимальном износе смазывающего элемента.
В качестве смазывающего элемента можно использовать спрессо-
ванные сульфиды, селениды, теллуриды молибдена, вольфрама, нио-
бия, графит, а также различные самосмазывающиеся материалы.
В подшипниках скольжения ротапринтная схема реализуется в
виде вкладышей, намазывающих поверхности трения, но не воспри-
нимающих рабочую нагрузку. В зубчатых зацеплениях для создания
пленки смазки используются шестерни'холостого хода из самосма-
зывающихся материалов, которые изнашиваясь, осуществляют смаз-
ку всего редуктора. В шарикоподшипниках эту функцию выполняют
сепараторы из самосмазывающихся материалов.
Ротапринтный метод разработан в лаборатории теории трения
Института машиноведения АН СССР под руководством
проф. И. В. Крагельского.
Фрикционный метод нанесения пленок в настоящее время ис-
пользуется для нанесения дисульфида молибдена. Сущность мето-
да состоит в том, что порошок втирается в металлическую поверх-
ность при помощи специальных притиров. При этом дисульфид мо-
либдена образует на металлической поверхности прочные адгезион-
ные пленки вследствие высокой физико-химической активности
ювенильных (чистых) поверхностей металла.
Автором этой книги предложен, например, метод нанесения
тонких пленок дисульфида молибдена на металлические поверхности
путем обработки этих поверхностей специальным притиром, в пазы
которого запрессована тщательно перемешанная масса из дисуль-
фида молибдена MoS2 и клея БФ-2. Этим методом можно получать
пленки толщиной 2—7 мк.
6.	МАРКИ ТВЕРДЫХ СМАЗОК
Смазка ВНИИНП-230 получается путем смешения порошка ди-
сульфида молибдена с эпоксидной смолой ЭП-096. На предваритель-
но подготовленную поверхность смазка наносится распылением,
210
погружением детали или намазыванием. Отвердение производится
в печи при температуре 100—190° С. Смазка может использоваться
при малых скоростях относительного перемещения, но при высоких
удельных нагрузках и температурах до 200° С.
Смазка ГАЗ образуется путем смешивания порошка дисульфида
молибдена или графита с эпоксидной смолой ЭД-5. Метод нанесения
и область применения такие же, как и у смазки ВНИИНП-230.
Смазка ВНИИНП-229 получается смешиванием в воде порошков
дисульфида молибдена и силиката натрия. После распыления на
поверхности производится сушка при 80—150° С. Смазка может
использоваться в подшипниках скольжения и качения, работающих
в вакууме до 10*’ мм рт. ст. Смазка может работать при темпера-
турах от —70 до 350° С, а в вакууме или в среде нейтрального газа —
до 500° С.
Смазка ВНИИНП-213 — смесь порошка дисульфида молибдена
с кремнийорганической смолой К-55. Метод нанесения и область
применения такие же, как и у смазки ВНИИНП-229.
Композиция из окиси свинца (95%) и двуокиси кремния (5%)
получается смешением порошков в воде. После распыления на ме-
таллическую поверхность в виде пленки толщиной 0,025—0,05 мм
производится нагрев до температуры 900° С с последующим охлаж-
дением. Смазка может использоваться в подшипниках при очень
высоких температурах (до 650° С).
Окись свинца. Свинец наносится на металлические поверхности
металлизационным напылением с последующим окислением. Смаз-
ка может использоваться при высоких температурах (до 540° С)
и в вакууме до 10~6 мм рт. ст.
Золото наносится тонким слоем на шарики и дорожки подшип-
ников качения и может выполнять роль твердой смазки при работе
подшипников в вакууме до 10-6 мм рт. ст.
Электролитические покрытия латунью, висмутом, сурьмой, ко-
бальтом, серой выполняют роль твердых смазок при трении метал-
лических поверхностей с малыми скоростями относительного пере-
мещения и высокими удельными давлениями; эффективно предотвра-
щают схватывание металлов. Режимы электролитического покрытия
разработаны проф. Н. Л. Голего.
АМАНы — самосмазывающиеся материалы, используемые для
узлов трения, работающих без жидкой смазки при низкой нормаль-
ной и повышенной температурах (от —100 до +300° С). АМАНЫ
(АМАН-1, -2, -4, -7) получают путем смешивания специальных смол
с наполнителями, их можно эффективно использовать при ротапринт-
ном методе нанесения твердой смазки на поверхности трения.
Фторопласт-4 и фторопласт-40 и их композиции с наполнителями
(дисульфид молибдена, графит и др.) наносят на поверхности трения
газопламенным или вихревым напылением. Твердая смазка исполь-
зуется для подшипников скольжения и качения, работающих в хи-
мически активных средах при криогенных температурах в ва-
кууме.
8*	211
Полиамиды и их композиции с наполнителями (дисульфид
молибдена, графит) наносят на поверхности трения газопламен-
ным или вихревым напылением. Твердая смазка используется для
подшипников скольжения, работающих в слабокоррозионных средах
при температурах до 200° С.
Глава XVIJ
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЖИДКОСТИ
1.	ЖИДКОСТИ ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ
ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
Современные летательные аппараты имеют ряд гидравлических
устройств, в которых рабочими телами являются жидкости, обла-
дающие определенными свойствами. Условия работы жидкостей ь
гидравлических системах летательных аппаратов весьма сложные.
Они работают в постоянном контакте с различными материалами,
из которых изготовлена гидравлическая система, давление жид-
костей может достигать 300 кГ/см1 и более, температура может коле-
баться от —60 до 50—100° С и выше, что объясняется трением при
работе гидроустройств и нагревом всего летательного аппарата в
полете. Жидкости гидравлической системы дросселируются с боль-
шим перепадом давления через очень малые зазоры, а также под-
вергаются действию высоких удельных давлений на поверхностях
трущихся пар.
Исходя из условий работы к жидкостям для гидравлических
летательных аппаратов предъявляются весьма жесткие требова-
ния.
Они должны обладать пологой вязкостно-температурной кри-
вой и низкой температурой замерзания. Вязкость является одной из
важнейших характеристик гидравлических жидкостей. Чрезмерное
уменьшение вязкости при положительных температурах приводит к
течи жидкости через различные соединения и уплотнения гидравли-
ческой системы, что вызывает потерю давления и замедляет действие
агрегатов. Малая вязкость жидкости не позволяет ей предотвра-
щать сухое и полусухое трение деталей гидравлической системы.
Высокая вязкость жидкости приводит к увеличению сопротивления
движению жидкости по трубопроводам, особенно при низких темпе-
ратурах.
По современным техническим требованиям вязкость жидкостей,
применяемых в гидравлических системах летательных аппаратов,
должна быть не ниже 10 сст при 60° С и не выше 2500 сст при —60° С.
Удовлетворительные вязкостно-температурные характеристики ми-
неральных жидкостей для’гидравлических систем летательных аппа-
ратов получают в настоящее время путем загущения легкого дис-
212
тиллята типа керосина вязкостными присадками, применением син-
тетических жидкостей, в частности жидкостей на кремнийорганиче-
ской основе.
Методы определения вязкости жидкостей описаны в гл. II.
Жидкости должны обладать максимальной химической и механи-
ческой стабильностью. От жидкости для гидравлических систем тре-
буется, чтобы она в условиях эксплуатации не изменяла физико-
химических свойств, была химически стабильной в тонком слое, не
образовывала липкой затвердевающей пленки на поверхностях и
не изменяла фракционного состава, ffe*
Интенсивность окисления жидкости прежде всего зависит от
температуры: с повышением температуры процесс окисления уско-
ряется в несколько раз. В связи с этим ограничивают макси-
мальную рабочую температуру минеральных жидкостей до 80° С.
Способствуют окислению механические примеси и вода, находя-
щиеся в жидкости. Значительно ускоряют процесс окисления неко-
торые металлы и сплавы, кадмированные и цинкованные поверх-
ности. Для уменьшения скорости окисления жидкостей поверхности
деталей гидравлической системы подвергают специальной обработке
(алюминиевые анодируют, стальные воронят, никелируют и т. п.).
Для замедления процесса окисления применяют также различные
антиокислительные присадки.
Жидкости, подвергаемые большим механическим воздействиям,
в той или иной мере теряют свои первоначальные свойства. Вязкость
минеральных жидкостей при длительном действии высоких давлений,
и особенно дросселирования с большим перепадом давлений, зна-
чительно (до 50% первоначального значения) понижается. Одновре-
менно может ухудшаться смазывающая способность жидкости. Это
происходит в результате механической деструкции молекул жид-
кости: крупные молекулы жидкости, особенно вязкостных присадок,
при длительном механическом воздействии разрушаются на более
мелкие части.
Большой механической прочностью молекул отличаются неко-
торые синтетические жидкости. Жидкости не должны вызывать кор-
розии металлов гидравлической системы. Высокие температуры и
давления способствуют ускорению коррозии, скорость которой за-
висит также от физико-химических свойств жидкости.
В настоящее время наряду с защитными покрытиями деталей гид-
росистемы применяют различные антикоррозионные присадки.
Жидкости должны меньше растворять в себе газов. Все жид-
кости обладают определенной способностью* растворять газы, ко-
торые в растворенном состоянии не влияют на их механические свой-
ства. Однако если давление в какой-либо точке гидравлической сис-
темы уменьшается, газы выделяются из раствора в виде мелких пу-
зырьков, которые, оставаясь во взвешенном состоянии, существенно
влияют на механические свойства жидкости.
Относительное количество газа, которое может раствориться в
жидкости (до насыщения), прямо пропорционально давлению на
213
поверхности раздела. Объем газа можно вычислить по формуле
Р2
где Vc — объем растворенного газа, отнесенный к атмосферному
давлению и нулевой температуре, см3-,
k — коэффициент растворимости газа в жидкости;
Уж — объем жидкости, см3-.
Pi ,и Р2 — начальное и конечное давление газа, находящегося в
контакте с жидкостью, кГ/смг.
Растворимость газов в жидкости зависит от ее марки. С уменьше-
нием плотности и увеличением
Рис. 119. Сжимаемость жидко-
стей для гидравлических систем
летательных аппаратов:
температуры растворимость увели-
чивается. Для легких минеральных
жидкостей зависимость коэффици-
ента растворимости газов от темпе-
ратуры может быть выражена эм-
пирически:
kl02 = 7,9 +0,019/,
где t — температура жидкости,°C.
При понижении давления или
температуры из жидкости выде-
ляется определенное количество га-
зов, образуя механическую смесь
с жидкостью, которая отрицатель-
но влияет на работу гидравличе-
ской системы. Кроме того, в опре-
/—силиконовая жидкость; 2 —мине-
ральное масло; 3 —вода; глицерин:
а —зависимость объема жидкости от
давления; б —зависимость коэффициен-
та сжатия от давления
деленных условиях присутствие
газов в жидкости может привести
к образованию пены, наличие ко-
торой вызывает понижение смазы-
вающих свойств жидкости, ускоряет ее окисление и способствует
коррозии металлических деталей гидравлической системы.
Жидкость должна обладать минимальной сжимаемостью, так как
на сжатие при повышении давления затрачивается работа, которая
при понижении давления не восстанавливается.
Величина сжимаемости зависит от физико-химических свойств
жидкости. Так, легкое минеральное масло, применяемое в жидкост-
ных амортизаторах шасси самолетов, сжимается при повышении
давления от 0 до 3500 кПсм?- (при нормальной температуре) на 17%
своего первоначального объема, керосин в этих же условиях сжима-
ется на 8,5%. Сжимаемость жидкостей на силиконовой основе при-
близительно на 50% выше, чем жидкостей той же вязкости на мине-
ральной основе.
На рис. 119 показаны графики относительного изменения объема
некоторых жидкостей в зависимости от давления и коэффициента
214
сжатия типовой жидкости, применяемой в гидравлических системах
летательных аппаратов в зависимости от давления.
Жидкости должны обладать хорошей теплоемкостью и теплопро-
водностью. Чем большие значения удельной теплоемкости и коэффи-
циента теплопроводности имеет жидкость, тем лучше она обеспечи-
вает отвод тепла из гидравлической системы. Удельная теплоем-
кость жидкости определяется по уравнению
Ct = (0,345 + 0,000886/) (2,1 —у15),
где Ct — удельная теплоемкость жидкости, ккал!кг -град;
t — температура жидкости, 0 С;
Via — объемный вес жидкости при 15° С, кг/л
или
Ct = ~= (0,403 + 0,000811).
Для распространенных жидкостей удельная теплоемкость в
интервале температур от 0 до 100° С следующая:
Минеральное	масло .................................  0,45
Жидкости на	водной основе........................... 0,72
Глицерин ............................................ 0,58
Керосин.............................................. 0,50
Минеральные жидкости являются плохими проводниками тепла.
Для сравнения ниже приведены значения коэффициентов теплопро-
водности в кал/см-сек-град X 10~4 некоторых жидкостей:
Вода:
при 10° С..........................................   14,7
» 503 С ..............................................15,4
» 80° С ..............................................16,0
Минеральное масло при 15° С............................... 3,24
Касторовое	»	» 20° С............................... 4,32
Глицериновое	»	» 20° С............................... 6,80
Марки жидкостей для гидравлических систем
и их характеристика
В гидравлических системах летательных аппаратов в основном
применяется жидкость АМГ40 (авиационное масло, гидравличе-
ское) с вязкостью не ниже 10 сст при температуре 50° С. Жидкость
АМГ-10 получается путем загущения маловязкого нефтяного дис-
тиллята высокомолекулярным полимером (виниполом ВБ-2). Для
обеспечения стабильности в течение длительного срока службы
215
(двух-трех лет) в жидкость добавляется антиокислительная присад-
ка — нафтол.
Жидкость АМГ-10 вызывает набухание и разъедание кожи и не-
маслостойких сортов резины. При длительной работе жидкости в
гидравлической системе происходит механическое «размалывание»
вязкостной присадки. Поэтому нужно следить за вязкостью жид-
кости при эксплуатации и при снижении до 8 сст ее следует за-
менять.
Технические нормы на жидкость АМГ-10
Внешний вид..................................... прозрачная,
красного цвета
Вязкость кинематическая, сст, при температуре.
50° С, не менее....................................... 10
—50° С, не более..............................   1250
Кислотное число, мг КОН на 1 г жидкости,
не более.................................. 0,05
Испытание на медной пластинке при 70±20° С
в течение 24 ч ........................... выдерживает
Весовой показатель коррозии при испытании
металлических пластинок при 100° С в те-
чение 168 ч, не более......................... ±0,1	мГ на 1 см2
поверхности металла
Стабильность при температуре 100° С в тече-
ние 168 ч:
вязкость кинематическая после окисле-
ния, сст при температуре:
50° С, не менее..................................... 9,5
—50° С, не более............................. 1500
Содержание водорастворимых кислот и щело-
чей ......................................... отсутствуют
Содержание механических примесей..................... »
» воды.......................................... »
Температура вспышки в приборе открытого
типа, °C, не ниже................................. 92
Температура начала кипения, °C, не ниже .	200
Температура застывания, °C, не выше . . .	—70
Качество пленки масла после выдержки его
при 65+1 ° С в течение 4 ч...............пленка	не должна быть
твердой и липкой по
всей поверхности
пластинки
Плотность при 20° С, не более............. 0,850
Для амортизационных стоек самолетов Ли-2, Ил-12, Ил-14, Ан-2
и вертолетов Ми-1 и Ми-4 применяют жидкость на основе глицерина
АМ-70/10, которая состоит из 70% химически чистого глицерина,
20% этилового спирта и 10% кипяченой воды по весу. Жидкости на
основе глицерина имеют ряд существенных недостатков. Они корро-
зионноактивны (особенно при повышенных температурах), выделяют
илистые осадки, глицерин в тонком слое засахаривается, спирт уле-
тучивается и жидкость загустевает. В связи с этим жидкость
АМ-70/10 не получила широкого применения.
216
Жидкости для гидравлических систем на основе минеральных
масел могут применяться для работы в условиях температур не
выше 120° С. С применением в гидравлических системах инертных
газов, уменьшающих окисление жидкости, максимальная темпера-
тура может быть повышена до 180—200° С. Однако даже при этих
температурах минеральные жидкости работают ненадежно, так как
повышается давление насыщенных паров и появляется опасность
кавитационного режима работы насосов. В связи с этим для работы
в условиях температур выше 150—170° С должны применяться
специальные жидкости на синтетической основе. В частности,
находят применение жидкости на кремнийорганической основе.
Полисилоксановые жидкости имеют хорошие вязкостно-температур-
ные характеристики, высокую механическую прочность и устойчи-
вость против окисления. Кроме того, эти жидкости являются огне-
стойкими.
Полисилоксановые жидкости растворяют все существующие плас-
тификаторы синтетических каучуков, поэтому уплотнительные де-
тали, изготовленные из этих материалов, становятся хрупкими, в
результате агрегаты гидравлической системы теряют герметичность.
Полисилоксановые жидкости обладают высокой текучестью, ввиду
чего усложняется герметизация агрегатов. Синтетические полисило-
ксановые жидкости обладают плохими смазывающими свойствами.
Для повышения смазывающей способности синтетических жидкостей
в, них добавляют присадки и добавки минеральных масел.
2.	ЖИДКОСТИ ДЛЯ БОРЬБЫ С ОБЛЕДЕНЕНИЕМ
ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
При эксплуатации летательных аппаратов в условиях низких
температур на их поверхностях (крыльях, фюзеляже, оперении и
др.) возможна конденсация воды из воздуха и замерзание ее. Про-
исходит обледенение летательного аппарата как в полете, так и на
земле.
Наряду с различными тепловыми и механическими методами борь-
бы с обледенением в настоящее время широко применяют специаль-
ные противообледенительные жидкости. В качестве противообледе-
нительной жидкости, используемой в полете для предупреждения
обледенения некоторых частей летательного аппарата (стекол фо-
наря кабины пилотов, воздушных винтов), применяется этиловый
спирт и его смеси с глицерином и водой.
Для предупреждения обледенения летательного аппарата на
земле в настоящее время применяют жидкости ЭАФ (эфироальде-
гидная фракция) и «Арктика».
Жидкость «Арктика» — прозрачная, бесцветная, не имеет запа-
ха, обладает малой летучестью, не огнеопасна и не содержит меха-
нических примесей. Удельный вес жидкости при 20° С —1,07 г/см3,
8В Аксенов А. Ф.	217
температура замерзания —37° С. Жидкость не вызывает разруше-
ния лакокрасочных покрытий самолета и коррозии металлических
частей, не оказывает вредного действия на уплотнительную резину
полотняную обшивку, применяется при температурах наружного
воздуха до —35° С.
Жидкость наносят на поверхность самолета при помощи распили-
вающих форсунок (расход 12—-18 л!мин при давлении 2—3 кГкм2).
После удаления льда с поверхности на ней остается сплошная тон-
кая пленка жидкости, предохраняющая обшивку от дальнейшего
обледенения.
Основные физико-химические свойства жидкости ЭАФ
Внешний вид...................................... прозрачная,
желтоватого цвета
Концентрация, %, не ниже............... 92
Температура, °C:
кипения ........................................ 76—79
замерзания.................................. —70
Вязкость, сст, при температуре:
0° С ............................................ 3,02
— 10° С........................................... 3,86
—50° С............................................ 8,30
При использовании жидкости ЭАФ для борьбы с обледенением
летательных аппаратов на земле к ней необходимо добавлять 5%
бензина Б-70 и 0,001 г красителя зеленого кислотного на 1 л жид-
кости.
Прежде чем наносить жидкость ЭАФ на поверхности летатель-
ного аппарата, следует удалить уже образовавшийся лед, а затем
поверхность опрыскивать смесью жидкости ЭАФ с водой.
При температуре до —8° С применяется смесь, состоящая из
50% (по объему) жидкости ЭАФ и 50% воды; при температурах от
—8 до —25° С смесь должна состоять из 60% жидкости ЭАФ и 40%
воды. При более низких температурах применяется чистая жидкость
ЭАФ.
При правильном обращении жидкость ЭАФ практически без-
вредна для здоровья человека. Попадание жидкости внутрь вызы-
вает тяжелые отравления вследствие присутствия в ней вредных
примесей и особенно метилового спирта, 200—300 г вызывают смерть.
3.	МОЮЩИЕ жидкости
В настоящее время для очистки наружных и внутренних поверх-
ностей самолетов от копоти и грунтовых загрязнений, деталей от
маслянистых и нагарообразных загрязнений при ремонте летатель-
ных аппаратов и авиационных двигателей применяют специальные
218
моющие жидкости. В связи с большим разнообразием рекомендо-
ванных жидкостей в табл. 45 приведены наиболее эффективные.
Таблица 45
Состав моющих жидкостей и рекомендации по их использованию
Моющие жидкости	Применение
35% этиленгликоля, 64,25% воды,
0,5% олеиновой кислоты, 0,25% мо-
ноэтаноламина
50% ЭАФ, 49,25% воды, 0,5% олеи-
новой кислоты, 0,25% моноэтанола-
мина
75% ЭАФ, 24,25% воды, 0,5%
олеиновой кислоты, 0,25% моноэта-
ноламина
97% воды, 2% олеиновой кисло-
ты, 1% моноэтаноламина
97,5% воды, 2,5% хозяйственного
мыла
99% бензина Б-70, 1% масла
МК-8
95% воды, 5% 'жидкости «Про-
гресс»
Уайт- спирит (ГОСТ 3134—52)
Фенольный каменно-угольный
креолин
60% технического трикрезола,
40% мылонафта СТ-2
86,45% воды, 10% мылонафта,
3% фенола, 0,5% отдушки, 0,05%
красителя
Растворитель РДВ
Смывка АФТ-1
Аэрол-1 — однопроцентный раствор
пастообразного концентрата, состоя-
щего из поверхностно-активных ве-
ществ, жирных кислот и углекислого
натрия
В подогретом до 60—70° С состоя-
нии для очистки наружных поверх-
ностей летательного аппарата от
грунтовых загрязнений и копоти
при температурах наружного возду-
ха от 0 до —10° С
Для очистки наружных поверхно-
стей летательного аппарата при тем-
пературах наружного воздуха от
— 10 до —25°С
Для очистки наружных поверхно-
стей летательного аппарата при тем-
пературах наружного воздуха от
—25 до —45° С
Для мойки летательных аппаратов
при положительных температурах
окружающего воздуха
Для мойки летательных аппаратов
при положительных температурах
окружающего воздуха
Для очистки от масляных загряз-
нений поверхностей летательного
аппарата
Для очистки внутренних поверх-
ностей самолетов
Для мойки винтомоторных устано-
вок
Для промывки воздушно-маслян-
ных радиаторов от смолистых отло-
жений
Для очистки деталей двигателя от
углеродистых отложений
Для заправки санузлов самолетов
Для очистки деталей от масля-
нистых загрязнений и лакокрасоч-
ных покрытий при ремонте
То же
Для удаления с поверхностей са-
молетов масла, маслянистых загряз-
нений, отложений копоти, пыли и
т. п.
8В*
219
Глава XVIII
ТРАНСПОРТИРОВКА, ХРАНЕНИЕ И ЗАПРАВКА
ГОРЮЧЕ-СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ В АЭРОПОРТАХ
1. ТРАНСПОРТИРОВКА И ХРАНЕНИЕ
Транспортировка горюче-смазочных материалов может произво-
диться всеми видами транспорта, но при этом должны строго со-
блюдаться правила, обеспечивающие безопасность перевозок и со-
хранение свойств горюче-смазочных материалов.
Железнодорожные перевозки производятся в специально обору-
дованных для этого вагонах-цистернах. По роду наливаемого про-
дукта различают цистерны бензиновые, керосиновые, масляные, ма-
зутные и битумные. Слив горюче-смазочных материалов из цистерн
осуществляется через люки колпаков (верхнийслив) и через нижние
сливные приборы (нижний слив).
Перевозить нефтепродукты можно в более мелкой таре (стальных
и деревянных бочках, бидонах), но для этого должны быть выделены
крытый вагон или контейнеры. Стальные бочки и бидоны предназна-
чены для транспортировки и хранения топлив, масел и специальных
жидкостей, а деревянные — только для'транспортировки и хра-
нения масел и смазок.
Транспортировка горюче-смазочных материалов водным транс-
портом производится или в специальных наливных судах (танкерах,
баржах и т. п.) или на сухогрузных судах в мелкой таре.
Перевозки горюче - смазочных материалов автотранспортом
производят в специальных автоцистернах различной грузоподъем-
ности и мелкой таре на бортовых машинах и прицепах.
•/Транспортировка горюче-смазочных материалов воздушным транс-
портом может производиться на грузовых самолетах и вертолетах в
бочках и бидонах. Иногда топлива доставляются в баках самолетов.
При перевозке горюче-смазочных материалов в летательном аппа-
рате обязательно делается настил из досок на трапы и пол кабины, и
бочки или бидоны надежно закрепляются. На летательном аппарате
обязательно должны быть огнетушители.
Горюче-смазочные материалы хранят на специально оборудо-
ванных складах, которые должны размещаться вне полос воздуш-
ных подходов на специально отведенной территории в соответствии
с генеральным планом аэропорта. Расположение складов должно
быть увязано с железнодорожными, водными и береговыми устрой-
ствами. Территорию склада обносят ограждением высотой не менее
2,0 'м, в'склады прокладывают противопожарный водопровод.
Склады горюче-смазочных материалов по своему назначению де-
лятся на склады’первой и второй категорий. Склады с аэропортом
связывают автомобильной дорогой, причем на складах первой ка-
тегории обычно делают не менее двух выездов на дороги общего
220
пользования, а на складах второй категории допускается один вы-
езд. Покрытие дороги должно обеспечить проезд груженых топливо-
заправщиков. Сеть дорог и проезд для противопожарных целей в
районе складов должна быть кольцевого типа.
2. ЗАПРАВКА В ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ
Емкость топливных баков современных транспортных самоле-
тов с реактивными двигателями достигает 90 000 л и по мере разви-
тия авиации все время увеличивается. Заполнение таких объемов
фильтрованным топливом в ограниченное время с соблюдением всех
правил заправки летательных аппаратов представляет сложную
техническую задачу.
В настоящее время эта задача решается двумя принципиально
отличными способами:
1. Применением мощных передвижных топливозаправщиков боль-
шой емкости (40 ООО—45 000 л) и большой производительности (до
5000 л/мин). При помощи таких топливозаправщиков можно за-
править самолет за 15—20 мин.
2. При помощи стационарных систем заправки, когда подача
топлива осуществляется по трубопроводам из центрального склада
к местам стоянки самолетов. Этот способ дает возможность одновре-
менно заправлять большое количество самолетов, не загромождая
при этом летное поле, перрон и места стоянок самолетов топливоза-
правщиками.
В настоящее время в аэропортах гражданской авиации эксплуа-
тируются следующие передвижные заправочные средства: топливоза-
правщики ТЗ-200, ТЗ-22, ТЗ-16 и маслозаправщикиМЗ-150, M3-5L
Топливозаправщики выполняют следующие операции:
заполняют собственную цистерну топливом;
заправляют самолеты фильтрованным топливом из своей и по-
сторонней емкости;
перекачивают топливо из одной емкости в другую, минуя свою
цистерну;
перемешивают топливо в цистерне;
транспортируют топливо.
Маслозаправщик выполняет следующие операции:
заполняет собственную цистерну маслом;
перекачивает масло из одной емкости в другую, минуя свою цис-
терну;
транспортирует масло;
обеспечивает циркуляцию масла по замкнутому контуру.
В табл. 46 приведены основные технические характеристики
топливо- и маслозаправщиков.
Горюче-смазочные материалы в летательные аппараты заправ-
ляют в соответствии с действующими в аэропортах гражданской
авиации инструкциями.
221
Таблица 46
Основные технические характеристики топливо- и масло заправщиков
Характеристики	ТЗ-200	ТЗ- 16	М3-150	МЗ-51.	ТЗ-22
Шасси		МАЗ-200	Полупри- цеп МАЗ- 204 и ав- тотягач ЯАЗ- 210Д	ЗИЛ-150	ГАЗ-51	—
Эксплуатационная емкость, л:					
цистерны 		7 000	16 000	—	—	22 000
котла (масляной секции) . Время наполнения своей ем-	—	—•	2 100	920	—
кости своим насосом, мин .	20	20-35	—	—	18—20
Насос:					
ТИП		—	—	РЗ-ЗО3	РЗ-ЗО3	ЦСП-57
количество 		—	—	1	1	——
номинальное число оборо-					
тов вала в минуту . . .	—	—	1 000	1 000	—
Максимальное давление в раз-					
даточной системе, кГ1смг Производительность раздаточ-	3,5	3,5	4	4	—
ной системы (масла при					
85°С), л{мин. 		500	1 000	210	175	1 100
Фильтр тонкой очистки:					
тип		ТФ-2М	ТФ-2М	—	—	ТФ-2М
количество 		1	2	—	—	2
фильтрующая	поверх-	1,2	1,6			
ность, м2 				—	—	—
Рукава приемные:					
количество 		2	4	3	3	—
диаметр, мм		65	76	65	65	—
длина, м 		4,5	4,5	2,0	. 2,5	4,5
Рукава раздаточные'					
количество 		2	2	1	2	2
диаметр, мм 		38	50	25'	25	—
длина, м 		20	20	9	10	20
Время нагрева масла от 10—					
20 до 100° С, мин		—	—	30—40	50—55	—
Средняя скорость охлаждения					
масла, град/ч 		—	—	3—4	2-3	—
Система стационарной заправки может применяться в основном
в крупных аэропортах для заправки тяжелых самолетов. Принци-
пиальная схема одного из вариантов стационарной заправки при-
ведена на рис. 120. Как видно из схемы, стационарная заправка
включает в себя резервуары 1 для хранения топлива, насосную стан-
цию 2, подземные трубопроводы 3 и 4, раздаточный пункт 5. В не-
которых случаях между раздаточным пунктом и самолетом сущест-
вует еще одно звено — передвижной заправочный агрегат 6.
222
Топливо из расходных емкостей забирается насосами и по тру-
бопроводу подается к местам заправки самолетов. До входа в сис-
тему стационарной заправки топливо освобождается от воды и наи-
более крупных механических примесей, а затем проходит через
фильтр-водоотделитель и через фильтры тонкой очистки. Далее
топливо поступает в магистральный трубопровод и разводящую сеть
трубопроводов, по которым подводится к местам стоянок самолетов.
Заправка самолета топливом может производиться через залив-
ные горловины топливных баков или снизу под давлением. При за-
Рис. 120. Схема стационарной заправки горюче-смазочных материалов
правке снизу через специальные штуцера и наконечники исключа-
ется возможность засорения топливных баков, повреждения об-
шивки самолета, увеличивается производительность заправки и
уменьшается возможность накопления большого заряда статиче-
ского электричества.
Авиационные топлива в процессе их хранения и транспортировки
загрязняются механическими примесями, которые не могут быть
обнаружены невооруженным глазом. Механические примеси в ос-
новном состоят из частиц окиси железа, песка, углеродистых и во-
локнистых веществ, размеры которых колеблются в широких пре-
делах от 1—5 до 80—200 мк. Наибольшее количество частиц
(50—55%) имеет размеры от 20 до 60 мк. Удаление механических
примесей из топлива производится многократной фильтрацией его
тонкими фильтрами. Топливо фильтруется также фильтрами са-
молета. Применяемые в настоящее время фильтры тонкой очистки
(бумажные, металлические, сетчатые) удаляют из топлива все
механические примеси размерами более 5 мк.
Свободная вода из топлив удаляется при помощи фильтров-
сепараторов СТ-500-2, СТ-2000 и др.
223
3. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА
ГОРЮЧЕ-СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Развитие авиационного транспорта приводит как к дальнейшему
повышению качества применяемых топлив, смазочных материалов
и специальных жидкостей, так и к росту их количества. Обеспече-
ние в этих условиях безопасной работы летательных аппаратов во
многом зависит от надежного контроля за качеством горюче-
смазочных материалов, который осуществляется систематически
на различных этапах применения топлив, смазочных материалов и
специальных жидкостей с момента их приема в аэропорту в летатель-
ные аппараты.
Как правило, контроль качества горюче-смазочных материалов
проводят при их приеме в аэропортах, периодически при хранении
и непосредственно перед заправкой в летательные аппараты.
Для проведения контроля качества горюче-смазочных материа-
лов во всех крупных аэропортах организуют специальные лабора-
тории, а там, где их нет, аэропорт прикрепляется к ближайшему
крупному аэропорту, где такая лаборатория имеется. Задачей лабо-
раторного контроля качества горюче-смазочных материалов явля-
ется определение основных физико-химических свойств топли-
ва, смазочных материалов и специальных жидкостей и определение
их соответствия требованиям стандарта или технических условий.
При приеме горюче-смазочных материалов, поступивших в аэро-
порт любым видом транспорта, отбирается проба, в которой контро-
лируются физико-химические показатели, приведенные в табл. 47
(графа «до слива»). На основании полученных результатов проверки
и данных паспорта отправителя устанавливается сорт горюче-
смазочного материала и возможность слива его в емкости аэропорта.
После чего определяют физико-химические показатели (графа
«после слива», см. табл. 47). Если горюче-смазочные материалы
сливают в частично заполненные емкости склада, то после этого из
каждой емкости отбирается проба, в которой проверяют показатели,
указанные в графе «после слива».
Слив бензина в резервуары, где хранились топлива Т-1, ТС-1,
Т-7, Т-6, Т-2, и перекачку бензина по трубопроводам, которые ис-
пользовались для указанных топлив, можно производить только
после тщательной очистки и промывки резервуаров и трубопроводов.
Даже незначительное попадание топлив Т-1, ТС-1, Т-2, Т-7, Т-6
в бензины приводит к их порче. Такие бензины категорически за-
прещается использовать по прямому назначению.
До проверки в лаборатории физико-химических показателей при-
бывших ГСМ ими нельзя заправлять летательные аппараты.
При длительном хранении горюче-смазочных материалов в аэро-
порту проверка их физико-химических свойств производится 1 раз
в три месяца. Если по каким-либо причинам приходится сливать
топливо с летательного аппарата, то последующее использование
его возможно только после определения физико-химических пока-
224
225
Таблица 47
Перечень показателей горюче-смазочных материалов, подлежащих проверке в аэропорту
Горюче-смазочные материалы, топлива и специальные жидкости	При приеме			Ери хранении в аэропорту
	до слива	после слива		
Бензин Т-1, ТС-1, Т-7, Т-2, Т-6	Цвет и прозрачность Плотность при 20 °C и при температуре замера Содержание механических примесей и ' воды (качествен- ное определение) Плотность при 20 °C и при температуре замера Содержание механических примесей и воды (качествен- ное определение)	Октановое число Содержание тетраэтилсвинца Фракционный состав Содержание водорастворимых кислот и щелочей Содержание фактических смол Фракционный состав Вязкость кинематическая при 20 °C Содержание водорастворимых кислот и щелочей Температура вспышки в при- боре закрытого типа Содержание фактических смол Кислотное число		Плотность при 20 °C и при темпе- ратуре замера Октановое число Содержание тетраэтилсвинца Фракционный состав Содержание	водорастворимых кислот и щелочей Содержание фактических смол Содержание механических приме- сей и воды (качественное определение) Плотность при 20 °C и при темпе- ратуре замера Фракционный состав Содержание фактических смол Кислотное число Содержание механических приме- сей и воды (качественное определе- ние) Вязкость при 20 °C Температура вспышки в приборе закрытого типа
Масла для авиа- ционных поршне-	Плотность при 20 °C и при температуре замера	Вязкость кинематическая 50 и 100 °C	при	Вязкость при 50 и 100 °C
вых двигателей	Содержание механических примесей и воды (качествен- ное определение)	Температура вспышки в боре открытого типа	при-	Температура вспышки в приборе открытого типа
to
to
о
Продолжение табл. 47
Горюче-смазочные материалы, топлива и специальные жидкости	При приеме		При хранении в аэропорту
	до слива	после слива	
Масла для авиа- ционных реактив-	Плотность при 20 °C и при температуре замера	Содержание водорастворимых кислот и щелочей Вязкость кинематическая при 20 и 80 °C	Кислотное число Содержание воды и механических примесей Коксуемость Содержание	водорастворимых кислот и щелочей
ных двигателей Консистентные смазки Жидкости для гидравлических систем Этиловая жидкость	Содержание механических примесей и воды (качествен- ное определение)	Содержание водораствс Кислс Содержание механич« (качественнс Температура вспышки Температура каплепадения Число пенетррции при 25 °C Содержание воды Плотность при 20 °C и при температуре замера Фракционный состав (для спир- то-глицериновых смесей)	зримых кислот и щелочей зтное число ,ских примесей и воды е определение) в приборе закрытого типа Температура каплепадения Число пенетрации при 25 °C Содержание свободных органиче- ских кислот Вязкость при 50 °C Содержание механических приме- сей Содержание воды (для жидкостей на нефтяной основе) Кислотное число Температура вспышки в приборе закрытого типа Содержание тетраэтилсвинца и вы- носителя
зателей, приведенных в графе «При хранении в аэропорту». При этом
сливать топлива необходимо в отдельные емкости по маркам.
Для проведения лабораторных анализов горюче-смазочных ма-
териалов нужно правильно производить отбор проб. Минимальный
объем проб для проведения анализов приведен в табл. 48.
Таблица 48
Объем проб горюче-смазочных материалов, необходимый для
проведения лабораторного анализа
Горюче-смазочные материалы и специальные жидкости	Объем проб, л	
	для контроль- ного анализа	для полного анализа
Авиационный бензин 		0,7	2,0
Топливо Т-1, ТС-1, Т-2, Т-7, Т-6		0,6	1,5
Масла авиационные		0,7	1,5
Консистентные смазки, кг		0,5	1,0
Жидкости для гидравлических систем		0,5	1,0
Этилцеллозольв «А» (жидкость «И»)		—	0,5
Примечание. При определении сортности бензина проба берет-
ся в количестве 5 л.
Для отбора проб из резервуаров используются пробоотбор-
ники. Существуют пробоотборники, позволяющие отбирать про-
бу сразу со всей высоты налива или через небольшие промежутки
по высоте налива в разных количествах. Можно использовать также
пробоотборники, при помощи которых проба отбирается с определен-
ного заданного уровня (металлические сосуды или стеклянные бу-
тыли в металлическом каркасе). После отбора пробе разных уровней
составляется средняя проба.
Из мелкой тары (бочки, бидоны) пробы отбирают трубкой диа-
метром 10—15 мм с оттянутым концом. Пробы мазеобразных про-
дуктов отбирают винтовым или поршневым щупом или трубкой, име-
ющей продольный вырез по всей длине.
Инвентарь для отбора проб и посуда должны быть чистыми.
Перед употреблением их ополаскивают тем продуктом, из которого
отбирают пробу, если продукт жидкий, или бензином, если продукт
мазеобразный.
Метод отбора проб установлен следующий: из железнодорожных
двухосных цистерн отбирается одна проба из середины цистерны,
из четырехосной — две пробы: одна на расстоянии 200 мм от низа
цистерны, а другая на расстоянии 200 мм от верхнего уровня про-
дукта. Из равных по объему частей отобранных проб составляют одну
среднюю пробу.
Из горизонтальных стационарных цистерн диаметром больше
2500 мм отбирают три пробы: первая на 200 мм ниже поверхности
продукта, вторая с середины высоты налива продукта, третья на
уровне, отстоящем на 250 мм от дна. Из отобранных проб составляют
227
одну среднюю пробу путем смешения одной части первой, шести час-
тей второй и одной части третьей пробы. Из горизонтальных цистерн
диаметром до 2500 мм пробы отбираются аналогично тому, как это
указано для четырехосных цистерн.
Из горизонтальной цистерны диаметром более 2500 мм, заполнен-
ной продуктом до 1/2 высоты для средней пробы берут три части
пробы, отобранной из середины высоты налива, и одну часть пробы,
отобранной на уровне 200 мм от нижнего обреза приемораздаточной
трубы.
Пробы из мелкой тары отбирают: из бочек — от 5% предъявлен-
ного количества, но не менее чем из двух бочек;' из бидонов, бутылей
и банок — от 2% предъявленного количества, но не менее чем из
двух бидонов, бутылей и банок. Из отобранных проб берут равные
по объему количества и составляют среднюю пробу. Из баков само-
летов пробы топлива отбирают через сливной кран баков.
Анализы проб горюче-смазочных материалов должны произво-
диться в строгом соответствии с существующими стандартами. Если
при проведении анализа допущена ошибка или неточность, анализ
необходимо повторить. Полученные результаты сопоставляют со
стандартом или техническими условиями на данную марку горюче-
смазочного материала, причем если результаты анализа совпадают
со стандартом, горюче-смазочные материалы считаются кондицион-
ными и могут быть допущены для применения, в противном случае
применять их по прямому назначению категорически запрещается.
На основании результатов анализа выписывается паспорт по уста-
новленной форме.
Кроме лабораторных анализов, большое значение имеет аэро-
дромный контроль качества горюче-смазочных материалов. Он про-
водится во всех без исключения аэропортах, и задачей его является
обеспечение заправки летательных аппаратов горюче-смазочными
материалами без воды и механических примесей.
Аэродромному контролю должны подвергаться как горюче-
смазочные материалы, залитые в емкости склада, так и выдаваемые
на заправку и залитые в баки летательного аппарата.
В емкостях на складах наличие воды определяется ежедневно
при помощи водочувствительной бумаги, пасты или визуально в
пробе, отобранной из емкости. Вода в маслах определяется методом
потрескивания при подогреве 1—2 мл масла в пробирке на зажжен-
ной спичке или спиртовке. Механические примеси в масле опреде-
ляют визуально после разбавления в стеклянном цилиндре (ем-
костью 250 мл) 40—50 мл масла в четырехкратном количестве
чистого бензина.
Вторично наличие воды и механических примесей определяют
визуально из отстоя топливо- и маслозаправщиков по прибытии их
на аэродром.
И, наконец, после заправки самолета топливу дают отстояться
не менее 10 мин, после чего сливают отстой и убеждаются, что в
нем нет воды и механических примесей.
228
4, ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ
С ГОРЮЧЕ-СМАЗОЧНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ
При обращении с горюче-смазочными материалами необходимо
всегда учитывать две их важные характеристики — огнеопасность
и ядовитость.
Огнеопасность топлив. Нефтяные топлива, применяемые в авиа-
ции, представляют собой горючие легковоспламеняющиеся жид-
кости, пары которых с воздухом образуют взрывоопасные смеси. В
связи с этим в условиях эксплуатации топливо может явиться источ-
ником пожара при неправильном обращении с ним:
при вспышке паров топлива от открытого пламени, раскаленного
металла или от электрической искры;
при самовоспламенении топлива в случае попадания его на на-
гретую поверхность, если температура ее будет выше температуры
самовоспламенения топлив;
при взрыве паров топлива в газовом пространстве баков или
другом замкнутом пространстве при возникновении разряда стати-
ческого электричества.
Оценка пожарной опасности топлив производится по следующим
основным характеристикам:
температурным пределам образования взрывоопасных смесей
ларов топлива с воздухом;
концентрационным пределам взрывоопасных смесей;
температуре самовоспламенения;
температуре вспышки.
Огнеопасность топлив определяется также скоростью распростра-
нения пламени. При температуре вспышки выше над открытой
поверхностью жидкого топлива образуется горючая смесь. Если
эту смесь поджечь, то пламя будет распространяться по поверх-
ности жидкого топлива со скоростью 1,2—1,4 м/сек. В замкнутом
сосуде пламя распространяется со скоростью 0,3—0,6 м/сек.
В СССР и за рубежом огнеопасность нефтяных топлив классифи-
цируют по температуре вспышки, определяемой в закрытом тигле.
В соответствии с этой классификацией топлива широкого фракцион-
ного состава типа Т-2 и бензины относят к первому классу огнеопас-
ности, топлива Т-1 и ТС-1 с температурой вспышки 28° С и выше
относят ко второму классу.
Концентрационные пределы взрывоопасных смесей различных
топлив приведены в приложении.
Концентрацию паров топлива в воздухе можно вычислить, если
известны температура и давление его насыщенных паров при данной
температуре по формуле
q  рт —100
Рат
где С — концентрация паров топлива в воздухе, % объемные;
рт — давление насыщенных паров, мм рт. ст.',
229
рйТ — давление смеси паров топлива с воздухом (приблизительно
равно атмосферному), мм рт. ст.
Объемную концентрацию паров топлива в воздухе можно пере-
считать в весовую по формуле :
Ст
2,24 L
где т — молекулярный вес топлива. г"г* г' " " *"
Очень важной характеристикой огнеопасности топлива является
температура самовоспламенения. С точки зрения пожарной безо-
пасности очень важно знать, какая температура раскаленной ме-
таллической поверхности может вызвать воспламенение топлива,
попадающего на такую поверхность (табл. 49).
Таблица 49
Температура самовоспламенения авиационных топлив, °C
Топливо	Темпера- тура вспышки	Темпера- тура воспламе- нения	Темпера- тура на- гретой плиты, вы- зывающей воспламе- нен ие	Топливо	Темпера- тура вспышки	Темпера- тура воспламе- нения	Темпера- тура на- гретой плиты, вы - зывающей воспламе- нение
Т-1	30	220	325	Т-2	— 12	233	330
ТС-1	28	218	325	Б-70	—30	331	430
С повышением давления температура самовоспламенения топлив
понижается.
Некоторые горючие жидкости способны интенсивно окисляться
на воздухе при сравнительно низких температурах (16—20° С). При
определенных условиях, когда количество тепла, выделяющегося в
процессе окисления, превысит теплоотдачу во внешнюю среду, мо-
жет возникнуть самовозгорание окисляющейся жидкости. Такие
жидкости называются самовозгорающимися. К самовозгоранию
склонны масла растительного происхождения и животные жиры.
Электризация топлив. Во время перекачки при интенсивном
перемешивании и пропускании через слой топлива струи воздуха в
топливе образуется заряд статического электричества, разряд ко-
торого может привести к воспламенению горючей смеси, а это в
свою очередь приводит к взрыву и пожару.
Проведенные исследования и подробное изучение фактов возник-
новения взрывов и пожаров от статического электричества позво-
лили установить ряд причин образования заряда статического
электричества в топливах:
трение жидкого топлива о твердую поверхность трубопровода,
стенок резервуара и фильтра;
трение частиц топлива между собой, при прохождении топлива
через среду других жидкостей, например воды;
230
прохождение капель мелкораспыленного топлива через воздух
или паровоздушную смесь;
осаждение из топлива твердых взвешенных частиц;
осаждение из топлива жидких взвешенных частиц, например
капель воды или других химических веществ, а также при прохож-
дении сквозь слой жидкого топлива пузырьков воздуха, паров лег-
ких углеводородов и т. д.;
прохождение сквозь паровоздушное пространство капель воды,
снежинок и т. п.
Опытами установлено, что способность топлива подвергаться
электризации при перекачке находится в зависимости от его элек-
тропроводности: чем меньше электропроводность топлива, тем легче
накапливается заряд статического электричества и тем медленнее
он рассеивается. Кроме этого, на скорость образования статического
электричества влияют эксплуатационные факторы: скорость пере-
качки, присутствие в топливе механических примесей, воды, возду-
ха, условия хранения, температура и др. Чем больше скорость пере-
качки, тем сильнее электризуется топливо (табл. 50). Чем дольше
перекачивать топливо, тем оно сильнее электризуется. Большое
влияние на электризацию топлив оказывают также механические
примеси и пузырьки воздуха: чем их больше, тем сильнее электри-
зуется топливо. Растворенная или диспергированная в топливе вода
значительно увеличивает образование статического электричества.
Однако вода, находящаяся на дне емкости в виде отдельного слоя,
или не оказывает никакого влияния на скорость образования ста-
тического электричества, или способствует уменьшению его.
Таблица 50
Зависимость величины электрического заряда статического
электричества от скорости прокачки бензина
Скорость прокачки, м/сек	Материал трубопровода	Электриче- ский заряд, в	Скорость прокачки, м/сек	Материал трубопровода	Электриче- ский заряд, в
1,0	Медь . . .	1000	1,3	Железо . .	2000
2,0	» ...	2000	2,5	В	. .	3000
При добавлении в топливо незначительного количества веществ,
повышающих электропроводность (соли щелочных металлов и др.),
скорость образования статического электричества резко падает,
а в некоторых случаях полностью устраняется. Вместе с тем добав-
ление к топливу углеродистых веществ (асфальта, нефтяного битума)
в незначительных количествах (0,005—0,0005%) повышает способ-
ность топлива образовывать статическое электричество во время пе-
рекачки.
В процессе хранения топливо окисляется. При перекачке оки-
слившегося топлива, в котором повысилось содержание потенци-
231
альных смол, способность его к образованию статического элек-
тричества очень сильно увеличивается:
Содержание потенциальных смол в топливе,
jwa/lOO мл.............................. 0,8	2,4	6,2
Количество разрядов статического электричества
при 10 мин перекачки...............: . . 21	54	131
Чтобы предупредить возникновение пожара от разрядов, вызы-
ваемых электризацией топлива, необходимо соблюдать следующие
мероприятия:
тщательно заземлять все перекачивающие средства, трубопрово-
ды, напорные и приемные баки и резервуары, автомобильные и
железнодорожные цистерны;
не допускать налива топлива падающей струей и разбрызгива-
ния или распыления его;
не допускать перемешивания топлива с воздухом, паром или га-
зом и механическими примесями, избегать взмучивания механиче-
ских примесей со дна цистерны, не допускать попадания воздуха в
топлива при закачке в резервуар;
при наличии в резервуарах поплавков заземлять их на корпус
резервуара при помощи цепочек или гибкого проводника;
не перекачивать водо-топливные смеси и не вытеснять топливо
в трубопроводе водой.
Ядовитость горюче-смазочных материалов. Авиационные топли-
ва, смазочные материалы и специальные жидкости на нефтяной
основе в той или иной степени ядовиты, если не соблюдать необхо-
димых мер предосторожности при обращении с ними.
Из всех возможных видов отравления топливами наиболее часто
встречается отравление его парами. Воздух считается безопасным
для здоровья только в том случае, если количество паров топлива в
нем не превышает 0,3 мг!л. При более высоких концентрациях мо-
жет наступить отравление.
Различают два вида отравлений: острое и хроническое. При
остром отравлении развитие симптомов отравления происходит от
нескольких секунд (молниеносная форма) до многих часов после
начала действия токсических доз ядовитого вещества. Хроническое
отравление развивается в результате длительного воздействия невы-
соких концентраций ядовитых веществ, обычно не вызывающих при
однократном вдыхании даже в течение нескольких часов каких-
либо признаков отравления.
Острое отравление наступает через 5—10 мин при вдыхании воз-
духа, в котором концентрация паров бензина составляет 35—40 мг!л.
При вдыхании воздуха с меньшими концентрациями отравление про-
исходит через некоторый промежуток времени. Появляются голов-
ная боль, неприятное ощущение в горле, кашель, раздражение сли-
зистой оболочки носа и глаз. При дальнейшем пребывании в такой
атмосфере, а также при 'увеличении концентрации паров бензина
признаки отравления усиливаются, наступают неустойчивость по-
232
ходки, головокружение, слабость, возбуждение, подобное алкоголь-
ному опьянению, сухость во рту, тошнота. Если пострадавшего не
вывести на свежий воздух, могут наступить потеря сознания, силь-
ные судороги, ослабление дыхания.
Острое отравление может происходить также при попадании
бензина внутрь организма (при засасывании бензина ртом через-
шланги и т. п.).
Хроническое отравление парами бензина наблюдается при систе-
матическом воздействии их в концентрациях, превышающих пре-
дельно допустимые. Основными признаками хронического отравле-
ния являются головная боль, вялость, легкая утомляемость, по-
теря в весе, раздражительность, сонливость или бессонница. В ре-
зультате действия паров бензина могут появляться хроническое-
воспаление слизистых оболочек глаз и заболевание дыхательных
путей.
Бензин может оказывать вредное местное действие при попадании
на кожу. Он способен проникать в организм человека даже через не-
поврежденную кожу, но так как в организме нет условий для его-
накапливания, то он быстро выделяется через легкие. Об этом свой-
стве бензина следует всегда помнить, так как вместе с бензином через
кожу могут проникнуть различные вещества, растворенные в нем,
например тетраэтилсвинец, имеющий тенденцию к накапливанию в
организме и способный даже в незначительных количествах вызвать,
тяжелые отравления.
Пары керосина сильнее раздражают слизистые оболочки и более
ядовиты, чем пары бензина. Но так как керосин испаряется значи-
тельно хуже, чем бензин, то случаи отравления парами керосина на-
блюдаются реже.
Пары масел и жидкостей на нефтяной основе так же ядовиты,,
как пары бензина или керосина. Однако отравление парами масел
и жидкостей — явление чрезвычайно редкое. Значительную опас-
ность для организма представляют масляные туманы. Вдыхание мас-
ляного тумана со взвешенными частицами величиной от 1 до 100 мк
вызывает отравление. Опасность отравления парами или туманом
масел сильно увеличивается, если в масле содержатся сернистые
соединения.
Сильным ядом является этиловая жидкость. При неосторожном
обращении она представляет очень большую опасность для здоровья.
Наиболее ядовитой составной частью этиловой жидкости является
тетраэтилсвинец, который легко проникает в организм через ды-
хательные органы и всасывается через неповрежденную кожу. Пре-
дельно допустимая концентрация тетраэтилсвинца в воздухе со-
ставляет 0,000005 мГ/л.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Некоторые справочные данные по авиационным
топливам, смазочным материалам и специальным
жидкостям
I. Авиационные топлива
1. Анилиновая точка, °C*
Т-1 .........................57
ТС-1.........................70
Т-2 .........................59
Примечание. Здесь и дальше сведения, помеченные*, приво
дятся по данным К. К. Папок и Н. А. Рагозина.
2. Вязкость
Зависимость вязкости от температуры*
Температура, °C	Кинематическая вязкость, сст			
	Т-5	Т-1	ТС-1	Т-2
-50	100,0	15,0	8,0	5,00
-40	50,0	9,0	5,0	4,50
-20	18,0	4,0	2,8	2,20
0	6,0	2,5	1,8	1,50
20	4,0	1,6	1,3	1,10
40	2,5	1,2	1,0	0,90
60	1,8	0,9	0,8	0,75
Вязкость при высоких температурах (по В. Г. Маланичевой)
Температура, °C	Кинематическая вязкость, сст	
	Т-1	ТС-1
- 20	1,63.	1,27
40	-1,21	0,99
60	0,92	0,81
80	0,95	0,69
100	0,64	0,56
120	0,54	0,49
140	0,46	0,43
150	0,45	0,42
	3. Испарение топлив	
Испарение с открытой поверхности (по И. А. Рагозину)		
Топливо	Давление насыщен- ных паров при 3 8 °C, мм рт. ст	Испарение топлива, %, с открытой поверхности при	
		— 10 “С	— 15 °C
Т-1	25	14,3	23,6
ТС-1	35	19,3	30,0
Т-2	80	26,4	35,0
Т-2	100	31,4	41,0
234
Испаряемость реактивных топлив (по М. Е. Тарарышкину)
Температура топли- ва, °C	Испарение топлива на высоте 18 км, %		
	ТС-1	Т-1	Т-5
50	0,11	0,07		
92	39,20	10,80		
117	77,10	51,00	0,85
130	—	58,70	2,85
Высотные характеристики топлив (по Н. А. Рагозину)
Температура, оС	Высота, на которой начинается «кипение», км				
	Т-1	ТС-1	Т-2	Б-70	Б-95/130
10	23,0	22,0	18,7	14,0	12,7
20	20,5	19,3	16,2	11,8	11,1
30	19,5	17,8	13,9	9,6	7,5
40	16,9	15,4	11,8	6,9	4,7
50	15,0	13,1	9,5	5,1	2,3
60	12,8	11,2	7,6	2,7	—
70	10,4	8,0	—	—	—
Поверхностное натяжение реактивных топлив (по Н. А. Рагозину)
Топливо	Плотность при 20° С	Поверхностное натяжение, дн/см, при 760 мм рт. ст. и температуре, °C		
		10	20	40
Т-1	0,81	26	25	24
ТС-1	0,78	24	23	22
Т-2	0,76	23	22	21
Б-95/130	0,73	21	20	17
С некоторым приближением поверхностное натяжение нефтяных топлив
может быть вычислено, если известна его плотность*:
11 = 51,54—16,6,
где П — поверхностное натяжение при 20° С, дн1см\
d — плотность топлива при 20° С.
Теплота испарения с некоторым приближением может быть вычислена
по эмпирической формуле Грагоэ
60—0,09/
d
где L — теплота испарения, ккал!кг\
d — плотность топлива при 15° С;
t—средняя температура кипения топлива, 0°С.
235
Теплота испарения топлив (по Е. Р. Терещенко)
Топливо	Теплота испарения, ккал/кг	Топливо	Теплота испарения, .ккал/кг
Б-70	68	Т-1	52
ТС-1	56	Т-5	48
Коэффициент диффузии паров топлива Т-5 (по Ю. Д. Василевской)
Температура, вС	Коэффициент диффузии при давлении 760 мм рт. ст.	Температура, °C	Коэффициент диффузии при давлении 760 мм рт. ст.
0	0,0287	330	0,1356
250	0,1026	350	0,1446
270	0,1104	370	0,1538
290	0,1184	390	0,1633
310	0,1269	00	0,1643
4. Коэффициенты теплопроводности жидких топлив в зависимости
от температуры (по А. В. Козюкову)
Температура, °C	Коэффициент теплопроводности, ккал/м-ч-град		
	Б-70	Т-1	Т-5
—50	0,1130	0,1090	0,1060
0	0,1035	0,1025 	0,1020
50	0,0950	0,0958	0,0968
100	0,0684	0,0896	0,0922
150	0,0790	0,0830	0,0878
200	0,0688	0,0766	0,0824
Коэффициент теплопроводности нефтепродуктов в диапазоне температур
О — 200 °C с точностью до ±10% можно определить по следукшей эмпири-
ческой формуле:
101
Х = — (1— 0,0C054Z),
а
где /. — коэффициент теплопроводности, ккал/(м-ц-град);
d— плотность при 15 *С;
i — температура, °C, при которой определяется теплопроводность.
5. Концентрация сернистых соединений в реактивных топливах
(по Я. Б. Черткову и В. Н. Зрелову)
Топливо	Сернистые соединения, обнаруженные в топливах, % весовое			
	меркаптаны	дисульфиды	сульфиды	остаточная сера
ТС-1 Т-2	0,004 0,005	0,051 0,009	0,032 0,015	0,153 0,191
236
6. Концентрационные пределы взрываемости смесей паров топлив
с воздухом (по М. Г. Годжелло)
Топливо	Плотность при 20 °C, г[см*	Концентрационные пределы взрываемости, % объемные
Т-1	0,813	1,43—7,50
ТС-1	0,778	1,20—7,10
Т-2	0,760	1,10—6,70
7. Пусковые свойства топлив (по Е. Р. Терещенко)
Топливо	Давление паров при 38 °C, мм рт. ст.	Температура выки- пания 1 0%, °C	Минимальное давление топлива перед форсункой, при котором возможен запуск двигателя, кГ[см*
ТС-1	40	153	8,0
Т-1	30	168	9,0
Т-5	15	210	13,5
^8. Растворимость воды в топливах, % весовые (по Н. А. Рагозину)
Топливо	i = 30 °C	t = 0 °C	Выделение воды из одной тонны топлива, а
ТС-1	0,011	0,0020	90
Т-1	0,095	0,0018	83
Бензин	0,013	0,0030	100'
9. Сжимаемость топлив
Приближенно можно вычислить коэффициент сжимаемости для топлив
плотностью 0,80—0,95 по формуле, предложенной проф. В. Н. Вырубовым,
6_36-10~б
Р ' ds '
где р — коэффициент сжимаемости;
d— плотность топлива при 15° С,
10. Температура вспышки реактивных топлив*
Топливо	Давление паров при 38 °C, мм рт . ст.	Температура вспышки, “С
Т-1	45	30
ТС-1	50	28
Т-2	75	— 4
Т-2	100	—14
Б-70	200	—28
Б-95/130	320	—38
237
Температура вспышки и давление насыщенных паров являются очень
чувствительными показателями наличия бензина в реактивном топливе, что
иллюстрируется следующей таблицей:
Содержание бензина Б-95/130 в топливе ТС-1, % объемные	Давление паров при 38	насыщенных °C, мм рт. ст.	Температура вспышки в приборе закрытого типа, °C
0		20	29
3		40	20
6		50	15
9		63	8
12		75	3
15		80	— 2
18		90	— 9
Давление насыщенных паров топлива можно для практических целей
с достаточной точностью вычислить по формуле М. Е. Тарарышкина и
О. М. Чечкиной:
для Т-1
1954
lgP = —+ 7,4112;
для ТС-1
1853
1g 7’=—+ 7,089,
где Р — давление насыщенного пара, мм рт. ст.',
Т — абсолютная температура топлива, °К.
Давление насыщенных паров топлив (мм рт, ст.) в зависимости
от температуры
Температура, °C	Т-5	Т-1	ТС-1	Т-2
0	19	25	31	50
20	21	32	40	65
38	24	40	54	90
40	26	42	57	95
60	32	60	86	235
80	44	89	140	395
100	65	159	231	580
120	98	—	382	820
140	158	429	618	1270
160	245	675	969	1920
180	374	1046	1472	—
200	568	1527	—	—
238
11. Термическая стабильность, определенная при температуре 150° С
в течение 4 ч (по Н. Ф. Ронжи ной)
Топливо	Топливо до испытания		Присутствие металла при испытании	Топливо после испытании		
	Фактиче- ские смо- лы, мг/1 00 ма	Кислот- ность, мг КОН/ 1 00 мл		Общий осадок, г	Фактиче- ские смолы, JW2/100 ЛЛ	Кислот- ность, мг кон/ 100 мл
	3,4	0,65	Бронза ВБ-24	7,0	23,0	3,55
Т-1	3,4	0,65	Сталь	6,2	15,2	2,58
	3,4	0,65	Отсутствует	4,8	12,0	3,76
	4,4	0,32	Бронза ВБ-24	8,2	19,2	1,39
ТС-1	4,4	0,32	Сталь	7,0	16,8	2,46
	4,4	0,32	Отсутствует	1,4	10,0	2,15
	3,2	0,43	Бронза ВБ-24	0	4,0	0,22
Т-2	3,2	0,43	Сталь	0	4,7	1,16
	4,4	0,32	Отсутствует	0	3,6	0,10
Осмоление реактивных топлив под воздействием высоких температур
при 10-часовом жидкофазном окислении (по М. П. Алексеевой
и Р. С. Каспаровой)
Температура, °C	Т-1		ТС-1		
	Кислотность, мг КОН/ 100 мл	Фактические смолы, мг/1 00 мл	Нераствори- мый осадок, мг/\ 00 мл	Кислотность, мг КОН/ 100 мл	Фактические смолы, мг/100 мл
60	0,35	4,0			0,25	10,5
80	0,35	4,0	—	0,25	11,5
100	0,40	6,0	—	0,35	10,5
ПО	1,27	16,5	0	0,90	12,5
115	2,60	17,0	4	1,53	12,0
120	3,92	20,5	5	1,53	15,5
125	4,72	26,0	7	2,52	15,0
130	6,17	34,5	8	3,16	19,0
135	6,73	—	10	—	22,5
12. Теплоемкость топлив (ккал/кг. град) в зависимости от температуры
(по Е. Н. Пятибратову)
Температура, °C	Б-70	Т-1	Т-5
20	0,492	0,478	0,466
40	0,514	0,499	0,486
60	0,536	0,522	0,529
80	0,562	0,544	0,529
100	0,587	0,568	0,551
120	0,613	0,592	0,574
140	0,641	0,616	0,596
160	0,668	0,640	0,619
180	0,697	0,666	0,643
200	0,727	0,690	0,666
210	0,742	0,703	0,678
239
13. Устойчивость горения топлив в газотурбинном двигателе
(по Е. Р. Терещенко)
Топливо	Коэффициент избытка воздуха	
	соответствующий срыву пламени при обеднении смеси	соответствующий появлению факела на выходе из камеры горе- ния при обогащении смеси
Б-70	16,8	3,44
Т-2	14,4	3,63
ТС-1	11,9	3,63
Т-1	10,6	3,82
Т-5	9,3	3,90
II. Авиационные масла, смазки и специальные жидкости
1. Вязкость
Вязкость консистентных смазок (по В. В. Синицыну)
Смазка	Вязкость, пз, при скорости деформации, сек 1			
	4	40	400	4000
Солидол жировой УС-2 		2200	302	55,0	14,5
» синтетический УСс-2 . . .	1800	190	52,0	24,0
ЦИАТИМ-201 		1860-	275	33,5	6,6
УНЗ 			2700	795	245,0	—
Внутренний диаметр капиллярного вискозиметра для измерения
вязкости различных масел
Масло	Внутренний диаметр, им, для измере- ния вязкости при температуре, °C	
	50	100
Трансформаторное		0,8		
Турбинное 		1,0	0,6
Машинное		1,0—1,2	0,8
Автотракторное 		1,2—2,5	0,8
Авиационное 		1,5—1,7	1,0
Вязкость масел при низких температурах (по Г. И. Фуксу,
Т. Г. Михайловой, В. Ф. Егоровой)
Вязкость масел в ротационном вискозиметре
РВ-7, пз, при температуре, °C
Масло	0	— 10	— 25	— 40
Машинное СУ		24,0	81,0			16 600
Авиационное МС . . .	80,0	510,5	17 000	464 000
240
Вязкость масла, разжиженного бензином (по М. П. Воларовичу)
Температура, °C	Вязкость масла МК, сст, при содержании бензина, %		
	0	10	20
50	1,71	0,58	0,22
0	134	14,7	2,20
-10	386	40	4,8
—20	2 540	132	12,3
—30	15 000	466	32,0
—40	180 000	1930	100,0
—50	4 300 000	9 600	395,0
Вязкость масла МК-8 при низких температурах
Температура, °C	Кинематическая вязкость, сст	Температура, °C	Кинематическая вязкость, сст
50	8,57	—20	482,00
0	88,80	-30	1498,00
—10	189,00	—40	6733,00
Пусковая вязкость масел (по литературным данным пусковая вязкость
ч = 9000—10 000 сст) в зависимости от разжижения бензином
Содержание бензина в масле, %	Температура, при которой вязкость масел не выше 9000— 10 000 сст, °C	
	МК-22	МС-14
0	2	—10
10	—19	—35
20	—40	—61
2. Испарение масла МК-8 при работе в двигателе
Выкипание, %	Температура выкипания, °C		
	Свежее масло	Масло после 50 ч работы	Масло после 100 ч работы
Начало кипения	270	310	335
10	310	335	335
20	335	345	360
40	350	355	370
50	355	360	375
60	365	365	385
70	370	385	390
80	395	400	410
9 Аксенов А. Ф.
241
3. Концентрация серы в товарных образцах масла (по С. Т. Байбаевой
и Н. В. Соловьевой)
Содержание серы. % весовые
Масло	Сожжение в бомбе	Сожжение в лампе
МС-20		0,71	0,84
МК-8 		0,10	о,п
Трансформаторное 		0,11	0,10
МК-22			0,14	0,15
МС-14		0,07	0,07
4. Лакообразующая способность масел в зависимости от каталитического
влияния металлов (по К. К. Папок и Б. С. Зусевой).
Масла нагревались в течение 30 мин
Масло	Металл	Лак, %, при температуре				°C
		250	260	270	280	290
						
	Сталь 20			3	16	23	22	22
	Нержавеющая сталь		0	0	2	6	19
МК-22	Бронза 		0	0	9	9	22
	Медь 		0	2	7	8	14
	Дюралюминий		0	0	0	4	19
	Алюминий 		0	0	0	2	17
	Сталь 20			9	19	24	25	19
	Нержавеющая сталь		0	7	17	20	—
МС-20	Бронза 		1	2	4	9	19
	Медь 		0	2	7	13	Г5
	Дюралюминий		0	1	2	10	16
	Алюминий 		0	0	8	16	—
Лакообразующая способность маем МК-22 в зависимости от толщины
масляного слоя (по К- К. Папок и Б. С. Зусевой).
Масло нагревалось в течение 10 мин
Температура, °C	Лак, %, при толщине масляного слоя, мк				
	1 0	60	1 00	1 50	200
200	0	0	0	0	0
220	15	0	0	0	0
240	26	6	0	0	0
260	18	24	1	1	0
280	10	26	16	7	3
300	9	22	25	18	12
320	0	17	23	24	20
350	0	11	18	20	21
242
5. Моющие свойства масел МК и МС при определении на установке
ПЗВ, баллы*
МК..................................4,5
МС (1-я	партия)...................4,0
МС (2-я	»	 3,5
6. Огнетехнические характеристики масел (по М. Г. Годжелло)
Показатели	МК-22	МК-8	Трансфор- маторное
Температура вспышки в приборе от- крытого типа, °C 		259	135	135
Температура самовоспламенения, °C	390	310	300
Температурные пределы^ взрывоопас- ных смесей, °C: нижний		238	120	122
верхний 		254	160	163
7. Смазывающая способность масел при испытании на четырехшариковой
машине (по Л. В. Жирновой)
Показатели	МК-8	МС-20
Вязкость масел, сст:		
при 50 °C		8,4	157
» 100 °C 		2,97	20,3
Критическая нагрузка, кГ:		
при 20 °C		52—56	62—68
» 100 °C		48	58
Ширина износа шаров, мм:		
при 20 °C		0,6—0,67	0,6—0,72
> 100 °C		0,50	0,98
8. Температуры подогрева, необходимые для слива масла зимой*
Масло	Необходимая температура подогрева, °C при^		
	хранении перед выкачкой	наливе в цистерны	сливе из цистерны
			
МК-22	55	50	60
МС-20	55	50	60
МС-14	55	50	60
МС-24	55	50	60
Нигрол Л	70	60	60
9. Теплоемкость масел (по Л. В. Жирновой)
Температурные пределы определения теплоемко- сти, °C	Теплоемкость, ккал/ (кг*град)	
	МК-8	Трансформаторное
50—19	0,467	0,460
100—19	0,493	0,486
150—19	0,510	0,506
9*
243
10. Теплопроводность минеральных масел (по А. К- Абас-Заде
и Р. А. Мустафаеву)
Масло	/ •10 6, ккал/(см> сек-град) при температуре, °C				
	0	20	60	100	120
Трансформаторное ....	312	306,0	295,0	282,0	276,0
Машинное 		338,5	332,5	323,0	312,0	306,0
Моторное Т (вязкость при 50 °C равна 67,45 сст) .	360,0	352,2	337,0	325,0	316,0
11. Элементарный состав масел (по Л. И. Саранчук)
Масло	Вязкость при 100 °C, сст.	Средний молекуляр- ный вес	Элементарный состав, %	
			с	н
МС-20 (эмбенское) . . .	20	550.	86,30	13,70
МС-24 (сураханское) . .	25	655	86,28	13,72
12. Гидравлические жидкости
Пенообразозание (по К. С. Черновой it В. А. Сафонову)
Скорость подачи воздуха, см9/мин	Количество образовавшейся пены, см3		
	АМ-70/10	АМГ-10	МВП
50	5	50	100
100	12	65	—
Поверхностное натяжение* при 20 °C, дн!см
АМ-70/10.....................4'1
АМГ-10........................30
МВП...........................31
Огне технические характеристики (по М. Г. Годжелло)
Жидкость		Температура, °C		Температурные пределы образования взрывоопас- ных смесей, °C	
		вспышки	самовоспла- менеиня	нижний	верхний
АМГ-10	0,835	92	250	80	117
МВП	0,869	127	290	116	145
244
ЛИТЕРАТУРА
1.	Моторные, реактивные и ракетные топлива. Под ред. П а п о к К. К.
и Се ме и и до Е. Г. М., Гостоптехиздат, 1962.
2.	Моторные и реактивные масла и жидкости. Под ред. Папок К. К.
иСеменидо Е. Г. М., «Химия», 1964.
3.	ПаушкинЯ.М. Химия реактивных топлив. М., АН СССР, 1962.
4.	Чертков Я. Б., Большаков Г. Ф., Г у л и и Е. И. Топлива
для реактивных двигателей. М., «Недра», 1964.
5.	Большаков Г. Ф., ГулинЕ. И., ТоричневН. Н. Физико-
химические основы применения моторных реактивных и ракетных топлив.
М., «Химия», 1965.
6.	Чертков Я. Б. Современные и перспективные углеводородные
реактивные и дизельные топлива. М., «Химия», 1968.
7.	3 р е л о в В. Н., Пискунов В. А. Реактивные двигатели и топ-
ливо. М, «Машиностроение», 1968.
8.	П а п о к К. К., Р а г о з и н Н. А. Технический словарь-справочник
по топливам и маслам. М., Гостоптехиздат, 1963.
9.	К а л а й т а н Е. Н. Смазочные масла для реактивных двигателей.
М., «Химия», 1968.
10.	Синтетические смазочные материалы и жидкости. Перевод с англ,
под ред. Г. В. Виноградова. М., «Химия», 1965.
И. П а н о в В. В., П а п о к К. К. Смазочные масла современной тех-
ники. М., «Наука», 1965.
12. Хаттон Р. Е. Жидкости для гидравлических систем. Переводе
англ. М., «Химия», 1965.
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
А
Автоокисление 42—43
Адсорбционно-расклинивающее дей-
ствие молекул 61
Адсорбция 58, 59
—	физическая 60
—	химическая 60
Азотистые соединения 17
Азотная кислота 125, 126
Алкадиен 187
Алканы 11, 66, 139, 187
Алкен 187
Алкилирование 9
Альдегиды 44
Алюмосиликат 8
Аммиак жидкий 123
Амины 123
Анализ проб горюче-смазочных ма-
териалов 228
Анилин 123
Анилиновая точка 21, 40, 41
Антидетонаторы 103, 104
Антиокислительные присадки 165
Атомный турбореактивный двигатель
96, 97 (рис. 56)
Атомная энергия 96
Ацетилен 74, 75 (рис. 45)
Б
Бедная смесь 98
Бензин авиационный 6, 105—108
Бензиновая фракция 6
Бензол, структурная формула 15
Бензольное кольцо 13
Богатая смесь 98
Бор чистый 92
В
Вакуумная установка 136 (рис. 73)
Ванадиевая коррозия 57
Ванадия пятиокись 57
— четырехокись 57
Вандервальсовые связи 201
Взаимозаменяемость отечественных и
зарубежных топлив 87—90
Винипол 157
Вискозиметр 'АКВ-2 195 (рис. 113)
Влияние кислорода на процессы
2 46
трения металлов в углеводород-
ных средах 66
Вода в масле 169, 199 (рис. 118)
—	топливе 18, 40, 48 (рис. 26)
Водорастворимые кислоты в топливе
40
—	щелочи в топливе 40
Водород газообразный 124
—	жидкий 124
— перекись 125, 126
Волокна мыльные 187
Вольтол 157
Воспламенение горючей смеси 73
Выделение воздуха из топлива 54
Вымораживание воды из топлива 52
Высокооктановые компоненты бен-
зинов-103
Высота некоптящего пламени 3 5
Высотные характеристики топлив
235
Вязкостные присадки 157
Вязкость (жидкости 25—26, 212
—	— динамическая 26
—	кинематическая 26
— масла 153, 171 , 175 (рис. 96, 97),
194, 240
— — пусковая 241
— топлив 52, 64, 79, 234
Г
Газойлевая фракция 8
Галоидоалкалы 104
Генри закон 48
Гетероатомные соединения 65
Гетероциклические соединения 17
Гигроскопичность жидкости необра-
тимая 47
— — обратимая 48
— углеводородов 47
Гидравлические жидкости 244
Гидразин 124
Гидрирование процесс 9
Гидроксил 59
Гидроксильная группа 143
Гидроперекись 43
Глицериды 187
Гомологи индола 17
Гомологи пиридина 17
—	пиррола 17
—	хинолина 17
Горение 72
— нестабильное 80
Горючее азотсодержащее 122
— углеводородное 121
Граничные слои 60
Графит 206
Гудрон 135
Д
Давление насыщенного пара топ-
лива 23, 24—25, 53, 238
Двуокись кремния 211
Декаборан 92
Деление топлив по фракционному
составу 10
Депрессатор 158
Деструктивная переработка 7
Детонационная стойкость 99, 100
(табл. 24)
— — углеводородов 102
— характеристика топлива 98, 99
(рис. 57), 101, 102
Детонация 98
Диалкиперекись 142
Дигидроперекись 44
Диметилгидразин 124
Динамическая вязкость жидкости
см. Вязкость
Диселенид вольфрама 206
— молибдена 205
—	ниобия 206
Диспергирование мыла в масле 192
Дисперсная среда 186
—	фаза 186
Дисперсность 208
Дистилляты масляные 137
Дисульфид вольфрама 206
—	молибдена 205
Дисульфиды 17
Диэтиленгликоль 146
Диэфир 145
Ж
Жидкие среды для смазок 191
Жидкость АМ-70/10 216—217
— АМГ-10 215—216
— «Арктика» 207—218
— для борьбы с обледенением см.
Протизээбледечягельны е жидко-
сти
—	для гидравлических систем 212 —
217
—	кремнийорганическая 184
—	моющая 218—219
—	полисилоксановая 217
—ЭАФ 217—218
Жидкофазная коррозия агрегатов
топливной системы 55
3
Зависимость вязкости масла от дав-
ления 154
—	— — от температуры 155
—	— топлив от температуры 52
(рис. 29)
— растворимости воды в керосине
от влажности воздуха 49 (рис. 27)
— — — в топливах от атмосферно-
го давления 49 (рис. 28)
Зола в топливе 18
Золото 211
Зольность масла 168
— топлива 39
И
Износ металлов в топливе при тре-
нии качения 67
Износостойкость трущейся пары
57—58
Изомерия 11
Изопарафиновые углеводороды см.
Углеводороды
Изопентан 74, 75 (рис. 45)
Индекс вязкости масла 156 (рис. 83)
Индукционный период топлива 28—
29
—	— смазки 198
Инертный газ 217
Интенсивность окисления жидкости
213
Испарение гигроскопической влаги
из топлива 49
—	масла МК-8 241
—	топлив 234
Испаряемость 22, 235
Испытание на медной пластинке 31
Й
Йодное число 39
Йодистый кадмий 206
К
Кавитация 53
Калориметрическая установка 20
(рис. 3)
Капрон 207
Карбоксильная группа 59
Катализатор 7, 8, 42
Керосин аваиационный 6
Керосиновая фракция 6, 8
Кислород жидкий 125
Кислородные соединения 17
Кислотное число 166
Кислотность масла 176 (рис. 100)
247
Кислоты жирные 187
—	— синтетические 188
—	органические 17
Ковалентные связи 204
Коксуемость масла 168—169
Коллоидная стабильность смазки 198
Композиционные смазки 207
Конденсация влаги из воздуха 50
Контактно-термическая стабильность
72
Контроль качества горюче-смазоч-
ных материалов 224—226
— — жидкостей 224—226
Концентрационные пределы взрыва-
емости смесей паров топлива с
воздухом 237
Концентрация паров топлива 229
—	— — весовая 230
—	— — объемная 230
—	сернистых соединений в топливах
236
—	серы в масле 242
Коррозионная агрессивность 56
(табл. 9)
Коррозионные свойства топлив 31
Коррозия газовая высокотемператур-
ная деталей двигателя 55
—	металлов 166
Коэффициент динамической вязко-
сти 26
—	диффузии паров топлива Т-5 236
—	дымления и летучести 35
—	кинематической вязкости 26
—	пропорциональности 48
—	растворимости газов 214
—	теплопроводности жидкости 215,
236
—	теплотворности топлива 20
—	трения 170
Крезол технический 138
Крекинг 7
Крекинг-газы 8
Крекинг октаденана 7
Крекинг- процесс каталитический 8
—	термический 8
Крекинг-установка 7, 9 (рис. 2)
Критическая нагрузка схватывания
металлов 69
— температуры масла см. Темпе-
ратура
Кристаллы льда в топливе 51
Л
Лакообразование 161
Лакообразователь 162 (рис. 85)
Лакообразующая способность ма-
сел 242
Летучесть топлива 79
Лигроиновая фракция 6
248
М
Мазут 6, 135
Масло авиационное 129—135
—	агрегатное 134
—	вазелиновое 184
—	гипотидное 183, 184
— диэфирное 146
— для поршневых двигателей 134,
177, 179, 180 (табл. 40)
— для редукторов вертолетов 134
— для сверхзвукового самолета 177
— для турбовинтовых двигателей
134, 174 (табл. 39)
—	для турбореактивных двигателей
134, 172, 173
—	МК-8 и МК-8П 172
—	МК-6 172
—	МС-6 172
— на основе сложных эфиров 143—
146
—	нефтяное 146
—	ОКБ-122 184
— полигликолевое 148
— полиалкиленгликолевое 146
— приборное 134, 184, 185 (табл. 41)
— синтетическое ВНИИ НП 7 174
— смазочное 133
— техническое 184
— трансмиссионное 182
— трансформаторное 172
— фторуглеродное 151—153
— хлорфторуглеродное 153
— эталонное первой серии 155
— — второй серии 155
Маслозаправщик 221, 222 (табл. 46)
Масляное голодание 179
Масляные дистилляты 137
Математическая формулировка усло-
вий воспламенения 76, 77
Материалы смазочные 133, 143
Меркаптаны 17, 113
Метод нанесения композиционных
смазок, 210
— — пленок фрикционный 210
— — твердых смазок ротапринт-
ный 210
Механические примеси в масле 169,
175 (рис. 99)
— — топлива 39, 223
— свойства смазок 193,208
Микрозагрязнения топлив 44
Микроструктура кристаллов твер-
дых смазок 208
Минеральные примеси 18 .F’
Минимальная температура самовос-
пламенения горючих смесей в за-
висимости от давления 78 (табл. 1'4)
Молекулярный вес полиизобутиле-
нов 157
Моноалкнлперекись 142
Моногидроперекись первичная 44
Моторная испаряемость масла 163,
164 (рис. 88, 89)
Моющие присадки 165
— свойства масла 163, 243
Мыльные волокна 187
— смазки 187
Н
Нагар 34
Нагарообразование в двигателе 82—
84
Нагарообразующая способность 34
Нафтеновые кислоты 32
Нафтены 66, 142
Напыление вибрационное 209
—	вихревое 209
—	пламенное 209
—	центробежным методом 209
Неорганические загустители 190
Нефть 5—6
Низкотемпературные свойства топ-
лива 32
Нитрид бора 206
Нитробензол 138
О
Объем проб горюче-смазочных ма-
териалов 227
Огнеопасность топлива 32—33, 229
Озон 125
Окисление топлива 41, 231
Окислитель для жидкостных реак-
тивных двигателей 125
Окислительная полимеризация угле-
водородов 181
Окислы азота 125
Окисляемость масел 160
Окись свинца 211
Оксикислоты 44
Октановое число см. Число
— — условное 101 (рис. 58)
Органическая кислотность топлива
32
Осадки в топливе ПО (рис. 63, 64)
Осмоление топлива 41, 239
Отбор проб горюче-смазочных мате-
риалов 227
—	— из мелкой тары 228
Отравление парами бензина 233
—	— керосина 233
—	— масла 233
—	— специальных жидкостей 233
—	топливом 232
—	туманом масла 233
Охлаждение комбинированное 120
—	пленочное 120
—	регенеративное 120
Охлаждение топлива перед поле-
том 53
Оценка пожарной опасности топлива
229
—	свойств топлива 18—41
Очистка кислотно-контактная 137
—	кислотно-щелочная 137
—	масла 136—139, 178
—	топлива 9
—	— способы 10
П
Парафин 11, 187
—	белый 139, 140
Парафино-нафтеновые углеводороды
см. Углеводороды
Пентаборан 92
Перевозка ГСМ транспортом авто-
мобильным 220
—	— — водным 220
—	— — воздушным 220
—	— — железнодорожным 220
Перегонка нефти 6, 7 (рис. 1)
—	— прямая 6, 7
—	фракционная 135
Перекись водорода 125
Переохлаждение топлива 50
Период задержки воспламенения 77,
78 (рис. 13)
—	индукции 119
Петролатум 139
Плавление консистентных смазок
197
Пластифицирование поверхностных
слоев 70
Пластомер 193 (рис. ПО)
Пленка металлическая 207
— поверхностная, образование и раз-
рушение 71 (рис. 43)
Плотность 38
—	масла 167
—	относительная 38
—	топлива 38—39
Поверхностное натяжение топлива
235
Полиамид 212
Полиизобутилен 157
Полисилоксан 148, 149—151
Полимерная смазка см. Смазка
Полиметакрилат 157
Получение топлива 6—9
Предел воспламенения смеси выс-
ший 74
— — — низший 74
— прочности смазки 193
Предельное давление минимальное
75
Предупреждение пожара от электро-
статических разрядов 232
249
Прибор для определения гигроскопи-
ческой воды 40 (рис. 23)
— — давления насыщенных паров
25 (рис. 9)
—	— индукционного периода 30
(рис. 13)
—	— количества серы 32 (рис. 16)
—	— нагарообразующей способно-
сти топлива 34 (рис. 19)
—	— температуры вспышки 33
(рис. 18)
—	— — помутнения и кристал-
лизации 33 (рис. 17)
—	— термической стабильности 30
(рис. 14)
—	— фактических смол 29 (рис. 12)
Примеси в масле 182
Присадка антиокислительная 165
—	Акор-1 69
—	ионол 69
—	масло МС-20 69
—	многофункциональная 165
—	ПМАМ-2 69
—	поверхностно-активная 94
—	к смазкам 191
—	ТГФ 69
—	ТП 69
— этилцеллозольв 69
Пристенный граничный слой 58
Пробоотборник 227
Продукты окислительной полимери-
зации 181
Прокачиваемость масла 153—158, 171
— топлива 45—54
— — при высотных полетах 52—54
— — при низких температурах 46 —
52
Противозадирные свойства масла 158
— — — трансмиссионного 183
Противоизносные свойства масла 158
—	— — трансмиссионного 183
Противоизносные свойства присадок
69 (рис. 42)
— — топлива 36, 57, 58; 62, 63, 64
(рис. 35)
—	— углеводородов 67
Противооблединительные жидкости
217—218
Пусковые свойства топлива 237
Р
Радиационная стойкость масла 167
Разжижение масла бензином 180
(рис. 101)
Распыление топлива 79
Растворяемость воды в топливе 47;
237
—	газов в жидкости 214
—	в топливе азота 54
250
Растворимость в топливе инертных
газов 54
— — кислорода 54
Расщепление высокомолекулярных
углеводородов 7, 8
Реакция омыления 143
— этирификации 143
Рейнольдса число 81 (рис. 52)
Риформинг 9
С
Сажа 190
Самовозгорающаяся жидкость 230
Свободные радикалы 94
Свойства топлива пусковые 73
Связывающая способность масла 243
Сера 15
— меркаптановая 32,	55,	56
(рис. 8), 89 (табл. 21), 90 (табл. 22)
Серная кислота 57
Сернистые соединения 15—16, 114
Сернистый ангидрид 31, 57
— газ 57
— никель 57
Сероорганические соединения 62
Сжимаемость жидкостей 214 (рис.119)
—	топлива 237
Силикагель 190
Силикаты 190
Силикон 148
Силоксановая группировка'148
Синерезис 198
Синтетические масла 146
—	смазочные материалы 143—153
—	топлива 91
Скорость истечения газообразных
продуктов 118
—	распространения пламени 80
(рис. 50, 51)
—	— — нормальная 81 (табл. 15)
—	— — турбулентная 80
Слюда 190, 191
Смазка алюминиевая 189
—	антифрикционная 200—201
—	бариевая 189
—	ВНИИНП-229 211
—	ВНИИНП-313 211
—	ГАЗ 211
—	граничная 133
—	графитная 201
— для двигателей сверхзвуковых
самолетов 176
— защитная 201—202
— кальциевая 189
— кальциево-натриевая 189
— консистентная 134, 185, 189, 192
—• литиевая 189, 190
—	мыльная 187
—	натриевая 189
—	неорганическая 190
Смазка ОКБ-122-7 201
—	органическая 190
—	полимерная 207
— полужесткостная 131
—	предохранительная 200
—	смешанная 131
— твердая 134, 203—205, 209
—	углеводородная 190
—	уплотнительная 202
—	цинковая 189
Смазывающие свойства масел 158
Смесь, образование 72
Смолисто-асфальтовый продукт 183
Смолистые вещества 114
Смолы фактические 27
Сортность топлива 102
Состав нефти 5—6
Спирт 122
Стабилизаторы перекиси водорода
126
Стабильность горения 81
—	масла 159
—	топлива 27
Статическое электричество в топливе
230—231
Стационарная система заправки 221,
222, 223 (рис. 120)
Стокса закон 93—94
Структурный каркас смазки 186
Сульфиды 62; 190
Сурьма трехсернистая 206
Суспензии металло-топливные 94
— сухого мыла 192
Т
Температура вспышки масла 168,
175 (рис. 98)
—	— — объемная 176
—	— топлива 33, 237
—	застывания масла 158
—	каплепадения 192
—	кристаллизации топлива 32
—	критическая масла 171
—	максимального износа 63
—	подогрева масла для слива зимой
243
—	помутнения топлива 32
—	самовоспламенения топлива 34,
76, 230 (рис. 49)
Теплоемкость масла 243
—	топлива 239
Теплопроводность масла 244
—	твердой смазки 208
Теплота испарения топлива 236
—	сгорания высшая 19
—	— — некоторых элементов 21
—	— металлических топлив 95
—	— низшая 20
—	— топлива 19—22
Термйческая деструкция полисило-
ксанов 150
— стабильность масла 163
— — твердой смазки 208
— — топлива 29, 72, 239
Термобаня масляная 27, 28 (рис. 11)
Термоокислительная стабильность
161, 162, 163 (рис. 87)
Тетранитрометан 127
Тетраэтилсвинец 104, 233
Техника безопасности при работе с
горюче-смазочными материалами
229
Технические нормы на реактивные
топлива Канады, США и Японии
90 (табл. 22)
— условия на топлива Т-1, ТС-1,
Т-2, Т-6, Т-7 85—86 (табл. 18)
Тиксотропные свойства смазки 196—
197
Топливо авиационное 10—11
— воспламенительное 117
— для поршневых авиационных дви-
гателей 97—108
—	для реактивных двигателей 84—
87, 90—97, 116, 117 (рис. 68)
—	для сверхзвуковых самолетов 109
— металлоорганическое 93
— основное 117
—	пусковое 117
Топливозаправщик 221,	222
(табл. 46)
Транспортирование горюче-смазоч-
ных материалов 220—221
Трение жидкостное 129
Триэтиламин 123
Триэтиленгликоль 146
Тяга удельная 118, 119 (рис. 69)
У
Углеводороды 41, 142
— ароматические 8, 9, 13, 15, 16
(табл. 3), 35, 47, 111, 112, 140
— диолефиновые 8
— изомерные 11
—	изопарафиновые 91
— нафтеновые 8, 9, 11, 13, 14—15
(табл. 2), 22
—	непредельные 9
—	олефиновые ненасыщенные 8
— парафиновые 8, 11, 12—13
(табл. 1), 21, 44, 47
—	парафино-нафтеновые 91
Удельная теплоемкость жидкости 215
— тяга 118, 119 (рис. 69)
Усталостное разрушение 70
Установка для определения противо-
износных свойств топлив при тре-
нии качения 36 (рис. 21)
251
Установка для определения противо-
износных свойств топлив при тре-
нии скольжения 37 (рис. 22)
— — фракционного состава топ-
лива 22 (рис. 4)
Устойчивость горения топлива 82
(рис. 53), 240
Ф
Фаза паровая 23
— жидкая 23
Фенол 32, 138
Физико-химические свойства смазки
197
— — топлив 19—41
Фильтрация топлив 44—45
Фильтры для очистки топлива 45
(табл. 6)
—	тонкой очистки топлива 223
Фильтры-сепараторы 223
Формулы вычисления теплоты сго-
рания топлива 20
Фракционная перегонка мазута 135
Фракционный состав топлив 22, 23
(рис. 5), 73
Фракция 10
—	бензиновая 10
—	керосиновая 10
—	легкая 8
—	соляровая 8
Фтор жидкий 125, 127
—	свободный 128
—	соединения 127
Фторопласт 207, 211
Фурфурол 138
X
Характеристики масел огнетехниче-
ские 243
Химическая стабильность смазки
197, 208
Химический износ 38
Хлорная кислота 125
Хранение топлива 42
Ц
«Цепи вырожденного разветвления»
43
Цепные реакции 42
Церезин 139, 140, 187
Цикланы 139
Циклопентан 13
Циркуляция масла 178
Ч
Четырехокись азота 127
Число кислотное 166
— октановое 100
—	пенетрации 196
—	Рейнольдса 81
Чистота твердой смазки 209
Щ
Щелочь свободная 191
Э
Эксплуатационные свойства топлива
19
Электризация топлива 230
Электропроводность топлива 231
Элементарная сера 55 (рис. 30)
Эмульсия 50
— водо-топливная 50—51
Энергетические показатели топлива
91
Этиловая жидкость 104, 233
Эгирификация 147, 148
Этилцеллозольв 51
Эфир 145 (табл. 33)
— сложный 177
Эффект адсорбционной пластифика-
ции 61
— антиокислительный 165
— расклинивания 131
Я
Ядерная реакция 96
Ядерное горючее 96
Ядерный реактор 96
Ядовитость горюче-смазочных мате-
риалов 232
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Введение .......................................................... 3
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ. АВИАЦИОНННЫЕ ТОПЛИВА ................................ 5
Глава I. Производство нефтяных топлив и их химический состав . .	5
1.	Состав нефти................................................ 5
2.	Получение топлив........................................... 6
3.	Очистка топлив............................................. 9
4.	Фракционный и химический	состав	топлив.....................10
Глава II. Методы оценки физико-химических свойств авиационных
топлив..........................................................18
1.	Требования, предъявляемые	к	авиационным топливам ... 18
2. Основные физико-химические свойства топлив и методы их
оценки .................................................19
Глава III. Инженерные основы применения авиационных топлив . . 41
1,	Стабильность топлив	при транспортировке и хранении ... 41
2.	Фильтрация топлив..........................................44
3.	Прокачиваемость топлив.....................................45
4.	Влияние топлива на коррозию деталей топливной аппаратуры
и двигателя................................................55
5.	Противоизносные	свойства	авиационных топлив..........57
6.	Влияние	свойств	топлива	на процесс смесеобразования	...	72
7.	Влияние	свойств	топлива	на запуск двигателя..........73
8.	Влияние	свойств	топлива	на скорость и стабильность	горения	79
9.	Влияние свойств топлива на нагарообразование в двигателе 82
''•Глава IV. Марки топлив для авиационных реактивных двигателей 84
1.	Отечественные топлива......................................84
2.	Взаимозаменяемость отечественных и зарубежных топлив ... 87
3.	Перспективные топлива для реактивных двигателей .... 90
Глава V. Топлива для поршневых авиационных двигателей .... 97
1.	Особенности процесса сгорания в поршневом двигателе ... 97
2.	Оценка детонационной стойкости бензинов....................99
3.	Детонационные характеристики углеводородов................102
4.	Высокооктановые компоненты и антидетонаторы...............103
5.	Марки авиационных бензинов................................105
лава VI. Топлива для сверхзвуковых транспортных самолетов   109
1.	Термическая стабильность нефтяных топлив..................109
2.	Способы повышения термостабильности топлив для сверхзву-
ковых самолетов...........................................114
3.	Состав и основные свойства топлив для сверхзвуковых пасса-
жирских самолетов.........................................115
Глава VII. Топлива для ракетных	двигателей.......................115
1.'Классификация топлив	для	ракетных	двигателей............116
253
2. Требования, предъявляемые к топливам для жидкостных
ракетных двигателей.....................................117
3. Горючее для жидкостных ракетных двигателей..............121
4. Окислители для жидкостных ракетных двигателей...........125
ЧАСТЬ ВТОРАЯ. АВИАЦИОННЫЕ МАСЛА, СМАЗКИ И СПЕЦИАЛЬНЫЕ
Жидкости......................................................129
Глава VIII. Общая характеристика авиационных масел ...........129
1.	Основные сведения о трении и смазке.....................129
2.	Условия работы авиационных смазочных материалов .... 133
3.	Общие требования к маслам..............................134
Глава IX. Основные сведения о производстве масел..............135
1.	Получение нефтяных масел................................135
2.	Очистка масел......................................... 136
3.	Химический состав масел................................139
Глава X. Синтетические смазочные	материалы....................143
1.	Масла на основе сложных эфиров..........................143
2.	Полиалкиленгликолевые масла............................146
3.	Масла на основе кремнийорганических соединений.........148
4.	Фторуглеродные масла...................................151
Глава XI. Инженерные основы применения авиационых масел . . . 153
1.	Вязкостные свойства и прокачиваемость	масел.............153
2.	' Смазывающая способность масел........................158
3.	Стабильность масел.....................................159
4.	Корозионные свойства масел.............................166
5.	Радиационная стойкость смазочных масел.................167
6.	Контрольные показатели качества масел..................167
Глава XII. Масла для авиационных реактивных двигателей .... 169
1.	Условия работы масла в турбореактивном двигателе.......169
2.	Марки масел для турбореактивных двигателей.............172
3.	Особенности смазки турбовинтовых двигателей ...........172
4.	Изменение физико-химических свойств масла при работе в
реактивном двигателе......................................175
5.	Особенности смазки двигателей на сверхзвуковых пассажирских
самолетах.................................................176
Глава XIII. Масла для авиационных поршневых двигателей .... 177
1.	Условия работы масла в поршневом двигателе..............177
2.	Марки масел для поршневых двигателей...................179
3.	Изменение свойств масла при работе поршневого двигателя 181
Глава XIV. Трансмиссионные, технические и приборные масла . . . 182
1.	Трансмиссионные масла...................................182
2.	Технические и приборные масла..........................184
Глава	XV. Консистентные смазки................................185
1.	Структура консистентных смазок..........................185
2.	Основные типы консистентных смазок и их состав.........187
3.	Краткие сведения по технологии производства консистентных
смазок ................................................ • • • 192
4.	Свойства смазок и их контроль..........................193
5.	Марки применяемых в авиации смазок и их характе! истина 200
Глава XVI. Твердые смазки.....................................203
1.	Механизм смазочного действия твердых смазок.............203
2.	Слоистые твердые смазки................................205
254
3.	Твердосмазочные пленки и покрытия.......................207
4.	Оценка физико-химических свойств	твердых смазок.........208
5.	Применение твердых смазок...............................209
6.	Марки твердых смазок..................................  210
Глава	XVII. Специальные жидкости..............................212
1.	Жидкости для гидравлических систем летательных аппаратов 212
2.	Жидкости для борьбы с обледенением летательных аппаратов 217
3.	Моющие жидкости........................................218
Глава XVIII. Транспортировка, хранение и заправка горюче-сма-
зочных материалов в аэропортах ............................... 220
1.	Транспортировка и хранение ........................... 220
2.	Заправка в летательные аппараты........................221
3.	Контроль качества горюче-смазочных материалов .........224
4.	Техника безопасности при работе с горюче-смазочными мате-
риалами ..................................................229
Приложение.....................................................234
Литература.....................................................245
Предметный указатель ..........................................246
Александр Федотович Аксенов
АВИАЦИОННЫЕ ТОПЛИВА,
СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
И СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЖИДКОСТИ
Редактор И. В. Мариян
Техн, редактор Т. А. Гусева
Корректор В. fl. Кинареевская
Обложка художника А. М. Азерского
Сдано в набор 1/IX 1969 г.
Подписано в печать 20/III 1970 г.
Бумага 60 х OOVie
Уч. изд. л. 17,37. Печ. л. 16.
Цена 79 коп.	Заказ 613.
Т—01092	Тираж 5500.
Изд. № 1-1-1/17 № 2056
Издательство «ТРАНСПОРТ! Москва,
Б—174,	Басманный тупик, 6а
Московская типография № 4
Главполиграфпрома Комитета по пе-
чати при Совете Министров СССР
Б. Переяславская, 46