航空冷卻液泡沫特性改進(jìn)試驗研究

馬 軍，王岸英，徐 新，陳 騰，胡建強(qiáng)*

(1.空軍勤務(wù)學(xué)院航空軍需與燃料系，江蘇 徐州 221000；2.空軍后勤部軍需能源質(zhì)量監(jiān)督站，北京 100720)

航空冷卻液是飛機(jī)雷達(dá)冷卻系統(tǒng)重要的傳熱介質(zhì)，其性能的優(yōu)劣直接影響飛機(jī)雷達(dá)系統(tǒng)的工作效率。新型飛機(jī)雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)熱量大，原有航空冷卻液在新機(jī)雷達(dá)冷卻系統(tǒng)運(yùn)行時出現(xiàn)了“欠壓過熱”的故障現(xiàn)象[1-3]。其原因是航空冷卻液泡沫特性和冷卻性能不足[4]:在新機(jī)雷達(dá)冷卻系統(tǒng)中出現(xiàn)大量微小泡沫，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行壓力下降[5]；冷卻液供給不足，導(dǎo)致雷達(dá)過熱。同時，航空冷卻液泡沫特性明顯衰變產(chǎn)生的微小泡沫可導(dǎo)致顆粒污染度超標(biāo)假信號，對航空冷卻液外場保障工作造成了新的挑戰(zhàn)[6-7]。此外，冷卻系統(tǒng)中的泡沫增大了冷卻液與空氣接觸面積，在高溫工作條件下，冷卻液中的乙二醇會被氧化成乙醇酸和乙二酸，導(dǎo)致冷卻液加速氧化變質(zhì)[8]。

中國航空冷卻液經(jīng)過多年發(fā)展，逐漸形成了水-乙二醇的主流冷卻液體系。其他體系如酒精型、甘油型在著火安全性、低溫性能和成本方面等相比存在較為明顯劣勢，目前只有少數(shù)機(jī)型仍在使用[9]。冷卻液的配方與其應(yīng)用環(huán)境密切相關(guān)，如通過對多種緩蝕劑進(jìn)行復(fù)配研制的風(fēng)電專用冷卻液[10]，以及采用乙二醇和二甲基亞砜及多種合金緩蝕劑的有源相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)冷卻液[11]，有機(jī)酸型汽車鋁合金發(fā)動機(jī)冷卻液緩蝕劑[12]。根據(jù)航空冷卻系統(tǒng)的特點，如何通過配方改進(jìn)的方法研制適合于新機(jī)雷達(dá)冷卻系統(tǒng)的新型高效能航空冷卻液，解決“欠壓過熱”的使用問題，是實際應(yīng)用的內(nèi)在需求。

筆者改進(jìn)了航空冷卻液的配方，并與市售AF65號航空冷卻液比較，綜合考察了2種配方的11種性能，重點對泡沫特性進(jìn)行了研究。同等試驗條件下新配方航空冷卻液泡沫體積更小，為未來高性能雷達(dá)航空冷卻液的研制提供基礎(chǔ)。

1 實 驗

1.1 原料與試劑

長城牌AF65號航空冷卻液(凈含量18 kg，配方主要為乙二醇、去離子水、乙二胺四乙酸二鈉等)，市售，中石化潤滑油有限公司北京分公司。乙醇、丙酮，分析純；去離子水。

1.2 航空冷卻液制備過程

自制航空冷卻液配方A和B型：采用實驗室調(diào)和的方式，首先按比例配制乙二醇-去離子水的混合液，此后依次加入各型添加劑，包括抗氧劑、抗腐蝕劑、抗垢劑、抗泡劑等，經(jīng)攪拌靜置而成。

配方A：乙二醇、去離子水、苯并三唑等。

配方B：乙二醇、去離子水、三氮茚等。

1.3 航空冷卻液性能測試方法

密度測定根據(jù)SH/T 0068—2002《發(fā)動機(jī)冷卻液及其濃縮液密度或相對密度測定法(密度計法)》。

冰點測定根據(jù)SH/T 0090—1991《發(fā)動機(jī)冷卻液冰點測定法》。

餾程根據(jù)GB/T 255—1997《石油產(chǎn)品餾程測定法》。

沸點測定根據(jù)SH/T 0089—1991《發(fā)動機(jī)冷卻液沸點測定法》。

機(jī)械雜質(zhì)測定根據(jù)GB/T 511—2010《石油和石油產(chǎn)品及添加劑機(jī)械雜質(zhì)測定法》。

pH值測定根據(jù)SH/T 0069—1991《發(fā)動機(jī)防凍劑、防銹劑和冷卻液pH值測定法》。

儲備堿度測定根據(jù)SH/T 0091—1991《發(fā)動機(jī)冷卻液和防銹劑儲備堿度測定法》。

泡沫傾向性測定根據(jù)SH/T 0066—2002《發(fā)動機(jī)冷卻液泡沫傾向測定法(玻璃器皿法)》。

腐蝕性測定根據(jù)SH/T 0085—1991《發(fā)動機(jī)冷卻液腐蝕測定法(玻璃器皿法)》。

2 結(jié)果與討論

2.1 關(guān)鍵性能對比

根據(jù)GJB 6100—2007《軍用航空冷卻液規(guī)范》的相關(guān)要求，結(jié)合自制航空冷卻液的特殊性質(zhì)，分別測試了AF65號航空冷卻液和2型自制航空冷卻液(A型、B型)性能，3種冷卻液的11種關(guān)鍵指標(biāo)列于表1。

表1 3種航空冷卻液的關(guān)鍵性能指標(biāo)測試結(jié)果

從表1可見:

AF65號航空冷卻液關(guān)鍵性能指標(biāo)均符合GJB 6100—2007規(guī)范。實際測試中，在25、88 ℃下的泡沫特性測試中，其泡沫體積均為20 mL，泡沫消失時間均為0.8 s。

A型航空冷卻液的關(guān)鍵性能指標(biāo)符合航空冷卻液規(guī)范要求，與AF65號航空冷卻液相比，性能大體相當(dāng)，其機(jī)械雜質(zhì)、儲備堿值、泡沫特性等部分指標(biāo)略有提升。其泡沫特性明顯改善，泡沫體積降低至10 mL，泡沫消失時間降低至0.4 s，相比AF65號航空冷卻液具有更好的泡沫特性。

B型航空冷卻液的重要性能指標(biāo)全部符合GJB 6100—2007規(guī)范，與AF65號航空冷卻液相比性能大體相當(dāng)。但是，B型航空冷卻液在泡沫特性方面具有更加優(yōu)異的性質(zhì)。從測試結(jié)果來看，B型航空冷卻液在25、88 ℃下的泡沫特性測試顯示其泡沫體積均為0 mL，泡沫消失時間均為0 s，體現(xiàn)出較為顯著的性能優(yōu)勢和應(yīng)用潛力。在實際測試中，自制B型航空冷卻液在測試中未觀察到明顯氣泡，但AF65號航空冷卻液的泡沫體積約為20 mL(圖1)。

圖1 B型航空冷卻液(左)和AF65號航空冷卻液(右)的泡沫特性

2.2 測試溫度、通氣時間對泡沫特性的影響

由于使用標(biāo)準(zhǔn)試驗方法未能全面對比自制航空冷卻液與AF65號航空冷卻液的泡沫特性，實驗采用調(diào)整延長測試溫度、通氣時間的方法測試了三者泡沫特性，結(jié)果見表2。

表2 3種航空冷卻液泡沫特性試驗結(jié)果

從表2可見：

B型航空冷卻液的泡沫特性顯著優(yōu)于AF65號航空冷卻液和A型航空冷卻液，該結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)試驗方法得到測試結(jié)果具有一致性。具體表現(xiàn)為在各個測試溫度下AF65號航空冷卻液泡沫體積顯著高于A型和B型航空冷卻液。

AF65號航空冷卻液的泡沫體積基本在15～25 mL，一般來說，延長通氣時間，泡沫體積略有上升，但仍然滿足GJB 6100—2007規(guī)范對泡沫特性的要求，且浮動體積較小，顯示出仍有一定應(yīng)用潛力?？傮w上，AF65號航空冷卻液的泡沫消失時間較短，說明其消泡性能良好，與測試溫度和通氣時間無顯著關(guān)聯(lián)。

A型航空冷卻液的泡沫體積基本為10 mL。當(dāng)測試溫度升至75 ℃且通氣時間為20 min時，其泡沫體積可升至15 mL，并且溫度升至88 ℃后泡沫體積在通氣時間10 min以上時均可達(dá)到15 mL，但在通氣時間為5 min時其泡沫體積仍為10 mL，滿足GJB 6100—2007規(guī)范對泡沫特性的要求。A型航空冷卻液的泡沫消失時間極短，約為0.4 s，在停止通氣的同時其泡沫隨之消失，與測試溫度和通氣時間無顯著關(guān)聯(lián)，相比AF65號航空冷卻液具有更好的泡沫特性。

B型航空冷卻液的泡沫體積基本為0 mL。當(dāng)測試溫度升至35 ℃且通氣時間為20 min時，其泡沫體積可升至5 mL。隨著測試溫度繼續(xù)升高至88 ℃，其泡沫體積無明顯變化，延長通氣時間至10 min，泡沫體積有微小變化，一般≤5 mL，滿足GJB 6100—2007規(guī)范對泡沫特性的要求。B型航空冷卻液的泡沫消失時間極短，在停止通氣的同時其泡沫隨之消失，與測試溫度和通氣時間無顯著關(guān)聯(lián)，在三型冷卻液中展示出最為優(yōu)異的泡沫特性，在未來高性能雷達(dá)設(shè)備冷卻系統(tǒng)中具有更大的應(yīng)用潛力。

3 結(jié) 論

AF65號航空冷卻液和2型自制航空冷卻液(A型、B型)在關(guān)鍵性能上大體相當(dāng)。B型航空冷卻液的泡沫特性顯著優(yōu)于AF65號航空冷卻液和A型航空冷卻液。提高測試溫度、延長通氣時間后，AF65號航空冷卻液的泡沫體積基本在15～25 mL，A型航空冷卻液的泡沫體積基本在10～15 mL，而B型航空冷卻液的泡沫體積基本為0 mL，且泡沫消失時間均小于1 s，說明自制B型航空冷卻液具有更好的泡沫特性。實驗用航空冷卻液配方顯著優(yōu)于市售配方，可用于散熱需求更大的新型雷達(dá)冷卻系統(tǒng)。