Влияние топлив на надежность реактивных двигателей и самолетов. Химмотологическая надежность - Пискунов В.А., 3релов В.Н.

Глава I. Надёжность реактивной авиационной техники и химмотология

1.2. Развитие авиационных реактивных топлив

1.3. Характеристика современных реактивных авиационных топлив

1.3.2. Топлива для сверхзвуковой авиации

Глава II. Влияние качества топлив на надёжность реактивных двигателей и самолётов

2.2. Особенности эксплуатации реактивных двигателей и самолётов

2.3. Требования эксплуатации реактивных двигателей и самолётов к качеству топлива

Глава III. Влияние топлива на эксплуатационные показатели надёжности реактивных двигателей и самолётов

3.2. Интенсивность влияния качества топлива на надёжность авиационной техники

3.3. Качество топлива и прогнозирование отказов и неисправностей авиационной техники

Глава IV. Влияние топлива на надёжность топливных систем самолётов

4.2. Влияние низкотемпературных свойств топлив

4.6. Пожароопасность топливных систем самолётов

Глава V. Влияние топлива на надёжность топливно-масляных радиаторов и фильтров реактивных двигателей и самолётов

5.2. Влияние образования твёрдой фазы в реактивных топливах при отрицательных температурах

Глава VI. Влияние топлива на надёжность автоматической топливоподающей аппаратуры двигателя

6.2. Отказы и неисправности автоматической топливоподающей аппаратуры

6.4. Основные направления повышения работоспособности автоматической топливоподающей аппаратуры

Глава VII. Влияние топлива на надёжность форсунок, топливных коллекторов и пусковых устройств реактивных двигателей

7.2. Влияние, нагарности и термостабильности

Глава VIII. Влияние топлива на надёжность узлов и агрегатов газового тракта реактивного двигателя

8.2. Основные физико-химические и эксплуатационные свойства топлив, влияющие на надёжность узлов и агрегатов газового тракта

8.3. Основные пути повышения надёжности и долговечности узлов и агрегатов газового тракта с учётом свойств топлив

8.3.2. Качество топлива и конструкция узлов и агрегатов газового тракта

Глава IX. Повышение надёжности реактивных двигателей путём улучшения качества топлив

9.2. Повышение качества топлив присадками

9.2.2. Тип I. Присадки, повышающие надёжность работы топливных систем

9.2.3. Тип II. Присадки, повышающие надёжность камер сгорания и агрегатов газового тракта

9.2.4. Тип III. Полифункциональные присадки

Автор: Пискунов В.А. 3релов В.Н.

Теги: авиация и космонавтика летательные аппараты ракетная техника космическая техника теплоэнергетика теплотехника топливо реактивные двигатели авиационная промышленность гражданская авиация реактивные самолеты

Год: 1978

Похожие

Ракетные двигатели

Энергоёмкие горючие для авиационных и ракетных двигателей

Основы конструкции самолета

Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования

Текст

НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО
Межиздательская серия
В.А.Пискунов
В.Н.Зрелов
Влияние топлив
на надежность
реактивных
двигателей
и самолетов
ХИММОТОЛОГИЧЕСКАЯ НАДЕЖНОСТЬ
Москва
«МАШИНОСТРОЕНИЕ»
1 978

ББК 31,365
П34
УДК 629.7.036.—62.6.Л62.19.001.2
Рецензент д-р тех. наук Б. А. Энглия
Пискунов В. А., Зрелов В. Н.
П34 Влияние топлив на надежность реактивных
двигателей и самолетов. Химмотологическая надежность. — М.:
Машиностроение, 1978. — 270 с, ил.
В пер.: 1 р. 40 к.
В книге излагаются материалы о влиянии топлив на эксплуатационные
характеристики современных ВРД; рассмотрены их неисправности и отказы,
связанные с эксплуатационными свойствами применяемых топлив, а также
вопросы повышения технических характеристик и надежность двигателей
и самолетов при использовании улучшенных и новых высококачественных
реактивных топлив; содержатся данные по отечественным и зарубежным
топливам. Книга предназначена для инженеров, конструкторов авиационной
промышленности и гражданской авиации.
31808—347 ББК 31.365
038(01)—78 347~~78 6П2.24
I Издательство «Машиностроение», 1978 г.

Предисловие
Настоящая книга является заключительной в написанной
авторами серии книг, посвященной химмотологии топлив для
реактивной авиации.
Первая книга «Реактивные двигатели и топливо» вышла в свет
в 1968 г, и содержала итоги двадцатилетних исследований в
области топлив для двигателей реактивных самолетов первого
поколения.
Вторая книга «Испытания топлив для авиационных
реактивных двигателей» была опубликована в 1974 г. В ней приведены
результаты исследований, касающихся создания комплексов методов
квалификационной оценки качества топлив, которые радикально
улучшили систему испытаний новых топлив и способствовали более
ускоренному их внедрению в реактивную авиацию.
В настоящей, заключительной, книге освещаются вопросы
надежности реактивных самолетов и двигателей второго и
отдельных образцов третьего поколения, связанные с качеством и
рациональным применением топлив, т. е. вопросы химмотологи-
ческой надежности авиационной реактивной техники.
Таким образом, в трех книгах подведены итоги многолетних
теоретических и научно-экспериментальных исследований в
области химмотологии топлив для авиационной реактивной техники
и ее химмотологической надежности. Кроме того, показаны
перспективы развития реактивных топлив для авиационной техники
ближайшего будущего»
3

Авторы надеются, что этот труд будет не только полезен
широкому кругу специалистов, занятых решением химмотологических
проблем в реактивной авиации, но и станет данью светлой памяти
крупнейшего ученого, много послужившего отечественной и
мировой науке, нашего учителя К. К. Папок,

ГЛАВА
11 ПРОБЛЕМЫ ХИММОТОЛОГИИ АВИАЦИОННЫХ
РЕАКТИВНЫХ ТОПЛИВ
В реактивном газотурбинном двигателе топливо является не
только источником тепловой энергии, оно выполняет ряд других
функций, имеющих прямое отношение к обеспечению надежности,
долговечности и экономичности двигателя. В частности, топливо
используется как рабочая жидкость в агрегатах механизации
компрессора, реактивного сопла, как хладагент в теплообменниках,
как смазывающая среда для трущихся пар топливоподающей
аппаратуры и т. д. [70].
Непрерывное усложнение конструкции и условий эксплуатации
реактивных двигателей и самолетов влечет за собой расширение
рабочих функций топлива и ужесточает параметры
физико-химических процессов, протекающих в двигателе и самолете под
влиянием топлива или продуктов его сгорания.
Характер взаимодействия топлива и продуктов его сгорания с
окружающей средой в процессе контакта со средствами наземного
технического обслуживания (при хранении, транспортировании,
перекачке, фильтрации), с человеком, животным и растительным
миром определяется дополнительными параметрами топлива, без
учета которых не может теперь складываться полное представление
о качестве топлива.
Понятие «качество реактивного топлива» находится в тесной
связи с такими понятиями, как применение, потребление,
использование и эксплуатация. Качество топлива выявляется через свойства
топлива, которые необходимы для оценки степени его пригодности
для использования по назначению в технике. При этом, если иметь
в виду авиацию, под техникой подразумеваются не только
двигатели и самолеты, но и технические средства наземного их
обслуживания.
Иными словами, качество топлива обнаруживается в
совокупности его свойств, сущность каждого из которых заключается в
том, чтобы во всех необходимых условиях применения топлива
определенным способом сохранить возможность выполнения
техникой заданных функций в течение ресурса с сохранением
эксплуатационных показателей в требуемых пределах.
Надежность же техники — это ее способность сохранять
установленные значения параметров функционирования в пределах, со-

ответствугощих заданным режимам и условиям использования,
технического обслуживания, хранения и транспортировки [30].
Следовательно, между понятиями качество топлива и
надежность техники существует прямая и неразрывная
СЕЯЗЬ.
Все основные показатели надежности техники, такие как
безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость,
при прочих равных условиях могут существенно изменяться под
влиянием топлива.
Особенно важно то, что утрата работоспособности двигателя
или самолета и даже их отдельных агрегатов, контактирующих с
топливом или продуктами сгорания, может наступить в процессе
летной эксплуатации не только постепенно, но и внезапно. Поэтому
для авиационных двигателей и самолетов гамма-процентный
ресурс стремятся приблизить к 100% *. В этой связи к их оснащению
предъявляются весьма строгие требования сохранения
безотказности, а особенно к силовым установкам со всеми топливоподаю-
щими коммуникациями и агрегатами, работоспособность которых
в значительной степени зависит от качества топлив [51].
Из всей совокупности свойств, характеризующих качество
топлива, основными являются те, которые проявляются в процессе
эксплуатации авиационной техники, т. е. в процессе контакта узлов,
агрегатов и систем с топливом или продуктами его сгорания.
Такие свойства топлива получили наименование
эксплуатационных. Отличительными особенностями этих свойств является
их непосредственная связь с надежностью авиационной техники и
возможность быть выявленными только в процессе эксплуатации.
Поэтому характер эксплуатационных свойств реактивных топлив
и их разнообразие определяются особенностями конструкций
авиационной техники и условий ее применения по назначению.
В процессе разработки реактивного топлива должны решаться
три основные задачи:
обеспечение всех требуемых эксплуатационных свойств
топлива;
достижение такого уровня эксплуатационных свойств, который
был бы достаточен для поддержания работоспособности техники
во всех возможных условиях ее применения в пределах
установленного ресурса;
разработка методов и системы оценки уровня эксплуатационных
свойств топлива.
Первая задача может считаться решенной лишь в том случае,
если разработанное топливо обладает эксплуатационными
свойствами в полном объеме требований техники, для которой оно
предназначено.
Из опыта создания отечественных и зарубежных реактивных топлив можно
привести достаточно много примеров, когда недостаточный уровень одного из
* Гамма-процентный ресурс — наработка, в течение которой объект не
достигнет предельного состояния с заданной вероятностью у [78].

эксплуатационных свойств приводил либо к ограниченному применению данного
сорта топлива, либо к полной его отбраковке.
Так, например, топливо Jp-З, не отвечающее требованиям по давлению
насыщенных паров, не получило массового применения на авиационной технике в
США [113], как и отечественное топливо Т-2.
Топливо Т-7, отличающееся высокими показателями по основным
эксплуатационным свойствам, не стало массовым только по причине недостаточных проти-
воизносных свойств.
Решение второй задачи следует считать правильным в том
случае, когда уровень эксплуатационных свойств топлива будет точно
соответствовать требованиям техники, конструкция которой
оптимальна по условиям применения топлива. Необоснованное
завышение качества топлива так же не экономично, как и создание
авиационных конструкций без грамотного учета возможностей
топлива.
Эксплуатационные свойства топлив необходимо уметь
количественно оценивать, т. е. измерять. Важным и эффективным
средством достижения требуемого уровня свойств топлива являются
испытания.
Физико-химические показатели лишь косвенно и весьма неточно
характеризуют поведение топлива в двигателе, поэтому
количественную оценку эксплуатационных свойств, т. е. прямое
определение качества топлива, производят на основании данных его
испытаний на реальных двигателях в стендовых или летных условиях.
Однако система проверки качества топлив на основе
эксплуатационных испытаний, хотя и сложилась давно, в современных
условиях по ряду причин начинает терять свой смысл и делается
неприемлемой. Главные из этих причин следующие.
При длительном испытании двигателя на топливо
одновременно действуют много различных факторов, плохо поддающихся
контролю и регулированию. Это затрудняет, а иногда делает
совершенно невозможным выявление действительной роли и степени
участия испытуемого продукта в обеспечении надежности
двигателя. Поэтому между параллельными испытаниями часто
наблюдаются большие расхождения в получаемых результатах.
Вследствие разнообразия современной реактивной техники
осложняется выбор числа объектов для испытаний топлив.
Проверка качества топлива на одном образце техники не может быть
точной, так как она производится под влиянием факторов,
характерных для данного образца, имеющего конкретную конструкцию
и условия применения.
Из-за применения промышленностью эквивалентных
сокращенных программ испытаний двигателей, обеспечивающих проверку их
прочностных характеристик, при испытаниях топлива по таким
программам его свойства в двигателе оцениваются неточно, так как
влияние факторов времени и количества используемого топлива
при этом не учитывается.
Вследствие больших ресурсов ГТД, исчисляемых несколькими
тысячами часов, прямое определение качества топлива и, тем более,
выяснение причин отказов в работе техники из-за топлива практи-

Рис. 1.1. Четырехзвенная система: топлива — масла — двигатели и
механизмы — эксплуатация, сложные взаимозависимости в которой
изучает химмотология
чески выполняется в течение нескольких лет с затратами огромных
средств.
Следовательно, решение третьей задачи возможно лишь на базе
новой, более совершенной системы количественной оценки
эксплуатационных свойств топлив. Такой системой, в принципе, является
комплекс краткосрочных квалификационных и функциональных
испытаний топлив путем моделирования процессов, протекающих
в реальной технике. Однако создание такого комплекса
невозможно без научного обоснования.
Таким образом, естественным и важным этапом в области
развития теории и практики рационального применения авиационных
топлив для реактивной техники современного периода явилось
рождение новой науки — химмотологии [12, 105].
Становление химмотологии происходит на стыке различных
дисциплин, таких как химия, технология нефти, теплотехника,
машиноведение и экономика.
Слово химмотология, образованное сокращением трех слов: химия (chemia—
наука о веществе; греч.) + мотор (motor — двигатель; лат.)+логия (logos —
учение; греч.), впервые появилось в литературе в 1964 г. взамен понятия
«применение горючих и смазочных материалов».
Химмотология призвана изучать и решать широкий круг
вопросов теоретического и практического характера, возникающих в
четырехзвенной системе: топлива — масла — двигатели и
механизмы— эксплуатация, в которой, как это было отмечено выше в
приведенных примерах, существует сложная взаимозависимость
между ее звеньями (рис. 1.1).
8

Один из стержневых вопросов химмотологии — это проблемы
качества и рационального использования горючих и смазочных
материалов, т. е. непосредственные задачи повышения надежности,
долговечности и экономичности техники.
Началом формирования подлинно научного подхода к решению проблем
применения нефтепродуктов в технике следует считать 50-е годы нашего века,
когда возникла целая школа, создателем которой следует считать видного
советского ученого проф. К. К- Папок.
Большой вклад в становление научного решения химмотологических задач
внесли советские ученые Б В. Лосиков, С. Э. Крэйн, Е. Г. Семенидо, Pi В.
Рожков, Я. Б. Чертков, Б. А. Энглин и др.
Несмотря на то, что химмотология как наука молода и
находится еще в стадии формирования, уже сейчас ряд комплексных
проблем, имеющих отношение к повышению надежности авиационной
техники, успешно решаются ею не только в двухзвенной и трех-
звенной системах, но и в четырехзвенной.
Как уже отмечалось, решение проблем надежности техники
путем улучшения эксплуатационных свойств топлив сдерживалось
из-за отсутствия быстрых и надежных научных методов их оценки.
Между тем неизбежно появление новых топлив, требующих
испытаний. Это вызывается:
происходящими резкими качественными и количественными
изменениями в авиационной технике;
разработкой новых месторождений нефти и использованием
других видов сырья для изготовления реактивных топлив (угля,
сланцев и др.);
изменением технологии получения существующих топлив;
применением новых высокоэффективных присадок;
возникновением новых требований к топливам, связанных с
экологическими, энергетическими и экономическими проблемами.
Поэтому чрезвычайно важным научным успехом химмотологии
является обоснование и применение в нашей стране новой системы
оценки качества топлив с помощью квалификационных методов и
их комплексов.
Так, начиная с 1968 г. официально действует разработанный на
основе химмотологии комплекс методов квалификационных
испытаний реактивных топлив, при помощи которого без проведения
длительных ресурсных испытаний на двигателях возможно
определять качество новых топлив и решать вопросы о допуске их к
массовому применению на авиационной технике.
Наличие научно обоснованных квалификационных методов
оценки реактивных топлив или комплекса таких методов облегчает
и расширяет фронт различных исследований по изысканию
эффективных путей улучшения эксплуатационных свойств топлив.
Квалификационные методы являются конкретными научными
методами химмотологии [106].
Правильная и быстрая проверка качества авиационного
топлива с помощью квалификационных методов способствует не только
обеспечению надежной эксплуатации двигателей и самолетов, но
и дальнейшему прогрессу в области;

создания новых более эффективных образцов топлив;
разработки перспективных технологических процессов
производства топлив;
дальнейшего развития реактивной авиационной техники на базе
новых топлив.
Принципиально новая система оценки эксплуатационных
свойств реактивных топлив дала возможность химмотологии
решить одну из серьезных проблем взаимозаменяемости
отечественных сортов топлив с зарубежными при эксплуатации реактивной
техники на международных линиях. В настоящее время созданы
таблицы взаимозаменяемости для авиационных топлив, смазок,
спецприсадок -и других авиационных нефтепродуктов [195].
Большое значение для технического прогресса имеют химмото-
логические исследования, связанные с научным обоснованием,
разработкой и использованием эталонных топлив.
Применение эталонных топлив позволит:
сравнительно оценивать стандартные и опытные топлива;
выявлять влияние конструктивных факторов на поведение
топлива;
определять степень достоверности методов оценки
эксплуатационных свойств топлив;
прогнозировать поведение топлив на двигателях и самолетах
различной конструкции в условиях эксплуатации;
наиболее точно устанавливать нормы показателей
эксплуатационных свойств топлив.
Следовательно, химмотологические разработки, как это следует
из вышеприведенных данных, направлены на создание наиболее
экономной логической системы эффективного обеспечения
качества топлив и рационального их использования.
Химмотологические исследования и использование их
результатов для решения общей задачи достижения требуемой надежности
авиационной техники следует в совокупности отнести к одному из
элементов системы управления процессом повышения надежности
и регулирования ее уровня.
Для успешного осуществления процессов управления и
регулирования надежностью необходимо знать характер изменения ее.
уровня в зависимости от влияния различных факторов
(технических, организационных, экономических) применительно к каждому
типу техники [168]. Поэтому химмотология, решая вопросы
качества и эффективности использования нефтепродуктов, должна стать
основой дальнейшего повышения надежности реактивной техники
путем повышения качества горючих и смазочных материалов
(ГСМ).
Теоретические и экспериментальные исследования последних
лет показывают, что в элементах авиатехники, контактирующих в
эксплуатации с авиационными горючими и смазочными
материалами (авиаГСМ) или продуктами их сгорания, протекают сложные
химические процессы под влиянием свойств ГСМ, которые могут
заметно изменить уровень надежности авиатехники в целом. Их
10

значение становится столь существенным, что теория надежности
уже не может ограничиваться только физическими и
математическими методами исследования. Поэтому надежность топливных,
масляных и гидравлических систем и узлов газового тракта
авиатехники требует специфических исследований чисто химмотологичес-
кого плана, направленных на изучение сложной взаимосвязи
особенностей конструкции, характера и условий эксплуатации и
физико-химических свойств авиаГСМ.
Таким образом, надежность, зависящая от свойств и качества
авиаГСМ, по своему существу является химмотологической
надежностью [115].
Иными словами, химмото логическая надежность техники — это
свойство техники сохранять работоспособное состояние при
эксплуатации на горючесмазочных материалах с рациональным запасом
качества.
Под запасом качества понимается разница между расчетным
уровнем топлива в целом или его отдельных свойств и фактически
допустимым.
Следовательно, сущность обеспечения химмотологической
надежности авиатехники состоит в том, чтобы на основе достижений
авиастроения и химмотологии обеспечивать рациональное
сочетание требований техники к авиаГСМ и уровня фактического их
качества.
Например, в гражданской авиации США за период 1965—1969 гг.
зарегистрировано 184 катастрофы и 2452 летных происшествия по причинам, в той или
иной степени связанным с качеством топлива (^З6'%), с неудовлетворительной
работой топливных систем и их агрегатов (12—20%) и ошибками эксплуатации
(«50%) *.
Подробный анализ упомянутых данных позволяет сделать вывод о том, что
конструкции топливных систем самолетов и двигателей не только сами по себе
являются часто причиной катастроф и аварий, но и весьма чувствительны к
уровню качества топлив.
Иными словами, топливные системы и агрегаты самолетов и двигателей пока
недостаточно химмотологически надежны.
Очевидно, что оптимальные решения задачи обеспечения их
химмотологической надежности следует искать одновременно как
на пути повышения качества топлив, так и на пути
конструктивного совершенствования авиатехники.
1.2. РАЗВИТИЕ АВИАЦИОННЫХ РЕАКТИВНЫХ ТОПЛИВ
Более чем четвертьвековая история развития авиационных реактивных
топлив (рис. 1.2) характеризуется главным образом химмотологическпми
исследованиями, направленными на повышение качества топлив как фактора надежности
двигателей и самолетов. В ней можно выделить три основные периода.
Первый — это выбор первого образца топлива, вообще пригодного для
реактивной авиации. Второй период характеризуется работами по расширению
сырьевых ресурсов реактивных топлив. Третий — связан с сложными
исследованиями по выявлению реальной возможности направленного эффективного
воздействия на нефтяные дистиллятные топлива путем введения в них химических
веществ — присадок — с целью улучшения их эксплуатационных свойств.
Flight, 1971, № 11, р. 31—36.
II

1946 1948 1950 19Г)2 1954 1956 1958 1%() 1962 1964 1956 1966 19Ю ':"} 'ЭЦ
Гпды
Рис. 1.4. Диаграмма изменения количества методов анализа реактивных топлив за 30 лет:
/—общее количество; 2—количественные; 3—качественные; 4—факультативные
топливо, хотя официально не являлось эталонным, в действительности
длительное время использовалось в качестве такового при проведении различных
испытаний авиационной техники.
В связи с широким развитием реактивной авиации возникла необходимость
расширить сырьевую базу реактивных топлив. Работы развивались в
направлении использования дистиллятов сернистых нефтей, прямогонных бензиновых
дистиллятов и бензино-лигроино-керосиновых фракций термического крекинга.
На этой основе были разработаны реактивные топлива широкого фракционного
состава Т-2 и Т-3, а также топливо Т-4, содержащее компоненты термического
крекинга (см. рис. 1.2). Испытания топлив Т-2 и Т-3 из сернистых нефтей
показали, что входящие в их состав бензиновые фракции обогащены коррозионно-
агрессивными меркаптанами, вызывающими поражение топливной аппаратуры
реактивных двигателей и снижение их надежности. Поэтому в дальнейшем
получило распространение топливо Т-2 (ГОСТ 8410—57) из грозненских нефтей с
небольшим вовлечением сернистых дистиллятов.
Топливо Т-4 не получило применения в авиации, так как оно обладало
недостаточной термоокислительной стабильностью, в результате чего твердыми
смолистыми осадками забивались топливные фильтры реактивных двигателей, а
в полостях топливных насосов образовывались обильные смолистые отложения.
На смену ему на основе прямогонных лигроино-керосиновых фракций
сернистых нефтей было разработано топливо ТС-1. Вначале образцы топлива
содержали повышенное количество коррозионно-активных меркаптанов, но затем оно
было значительно уменьшено и топливо ТС-1 получило широкое
распространение. Создание топлива ТС-1 было вторым серьезным успехом отечественной
нефтеперерабатывающей промышленности в области реактивных топлив.
Проводившиеся одновременно химмотологические исследования завершились
разработкой антиводокристаллизующей присадки жидкости «И» (моноэтиловый
эфир этиленгликоля) и затем присадки ТГФ (тетрагидрофурфуриловый спирт).
Применение этих присадок позволило на многие годы решить важнейшую
проблему в области реактивной авиации — предотвращение обледенения топливных
фильтров реактивных самолетов [200].
Обширные эксплуатационные испытания показали принципиальную
возможность повышения термоокислительной стабильности реактивных топлив при
температурах 150—250° С с помощью присадок типа высокомолекулярных вторичных
алифатических аминов и сополимеров эфиров метакриловой кислоты [172].
Эти исследования стали основой нового научного и чрезвычайно
прогрессивного направления в области повышения качества авиационных реактивных топ-
14

лив — применение присадок. С этого момента особенно заметно стало
увеличиваться число работ по изысканию эффективных моно- и полифункциональных
присадок к реактивным топливам. Интерес представляли также
антикоррозионные присадки типа сульфенамидных производных 2 — меркаптобензотиазола,
которые предотвращали коррозию бронзовых деталей топливной аппаратуры
реактивных двигателей при использовании топлив ТС-1 и Т-2 с повышенным
содержанием меркаптановой серы.
В последующем было также показано, что соединения этого класса могут
быть использованы в качестве коагулирующих присадок, повышающих чистоту
реактивных топлив [191].
Положительное влияние на повышение чистоты реактивных топлив оказали
разработанные в 1962 г. системы тонкой фильтрации топлив [194], внедрение
которых позволило снизить количество механических примесей в заправляемых в
самолеты топливах до уровня международных требований. Снижение
загрязненности реактивных топлив способствовало улучшению работы топливных
агрегатов и повышению их надежности.
Сверхзвуковая техника выдвинула совершенно новые требования к топливам
Конструктивные сложности, новые материалы, повышенные нагрузки,
напряженные режимы, высокотемпературные условия полета не только потребовали
резкого ужесточения показателей качества, но и выдвинули новые требования к
эксплуатационным свойствам топлив. Для сверхзвуковой авиации потребовалось
топливо с высокими термоокислительной стабильностью и плотностью и с низким
давлением насыщенных паров.
С конца пятидесятых годов были начаты работы по созданию тяжелых
термостабильных топлив. Таким было топливо Т-5 (ГОСТ 9145—59) с плотностью
более 845 кг/м3 и температурой начала перегонки выше 195° С. Несмотря на
то что топливо Т-5 подвергалось сернокислотной очистке, его
термоокислительная стабильность оставалась недостаточно высокой, в связи с чем оно не
получило распространения [121].
Более удачным в этом отношении оказалось гидрированное топливо Т-6
(ГОСТ 12308—66) утяжеленного фракционного состава с плотностью более
840 кг/м3 и температурой начала перегонки не ниже 195° С. Поскольку из
топлива Т-6 гидрированием удалялись нестабильные и коррозионно-активные
примеси и снижалось содержание ароматических углеводородов, его
эксплуатационные свойства были достаточно высокими. Оно могло обеспечивать более
надежную работу топливных систем самолета и двигателя при длительном
сверхзвуковом полете в высотных условиях, когда топливо нагревается до
температуры 100—150° С и выше [121].
Одновременно с топливом Т-б было разработано топливо Т-7 (ГОСТ 12308—
66), получаемое путем гидроочистки дистиллятов фракций топлива ТС-1. От
топлива ТС-1 топливо Т-7 отличалось повышенной термоокислительной
стабильностью и меньшей коррозионной агрессивностью в жидкой фазе. Однако, как
показали стендовые и летные испытания, топливо Т-7 обладает низкими проти-
воизносными свойствами, а на некоторых двигателях вызывает газовую
коррозию («выветривание» металла) деталей и узлов газового тракта.
Важным этапом в резком сокращении отказов реактивных двигателей по
вине топлив явились химмотологические исследования, результаты которых
показали возможность улучшения противоизносных свойств реактивных топлив с
помощью присадок, относящихся к группе поверхностно-активных соединений и
содержащих карбоксильные, гидроксильные и аминные группировки.
Особо важным научным вкладом в химмотологию явились работы, которые
показали принципиальную возможность создания для реактивных топлив
сверхзвуковой авиации полифункциональных присадок, улучшающих одновременно
несколько эксплуатационных свойств топлив, а следовательно, и надежность
работы авиационной техники.
К таким присадкам относятся соединения из групп высокомолекулярных
вторичных алифатических аминов, в частности присадка ТП, что более подробно
изложено в гл. 9.
По мере развития сверхзвуковой авиации появилась необходимость в более
точной и разносторонней оценке качества реактивных топлив. Как видно из
15

Сорта реактивных топлив
Т-6
'ГОСТ
12108-66
Т-4
ТУ
426-52
I
1
ТС-1
гост
7149-54
т-з
ТУ
411-51
I
1
Т-1
гост
4138-49
гост
J410-ST
Т-2
ТУ
535-55
Т-2
ТУ
425-52
ГоЗы
1S77
197 Ь
1971
1969
1966
1961
1959
1957
1955
Т-2
ТУ
417-52
Т-2
ТУ
416-51
1951
1949
J//A С ангпидодокристал-
уу// лизующими
присадками
С антиводокристал-
лизующими и проти-
доизносными
присадками
К-1
ГОСТ
4138-48
Кер.А
ТУ .
232-47
ТК
ГОСТ
1842-46
1946
Рис. 1.2. Диаграмма изменения сортамента реактивных топлив по годам
Характерным для этих периодов является и то, что, если первый из этих
периодов по продолжительности занимал 2—3 года, то на второй было
затрачено уже 5—б лет. Что же касается третьего периода, то первые успехи были
достигнуты лишь через 10 лет, а для создания приемлемых присадок
полифункционального действия потребовалось около 20 лет. Особая сложность решения
химмотологических проблем, возникающих с развитием реактивной авиации,
заключалась в отсутствии надежных и быстрых методов оценки эксплуатационных
свойств топлив и эффективности вводимых в них присадок.
12

Щ6 1Ш 1950 1952 195k 1956 195д 1950 1962 196 k 1966 1968 1910 1912 197$
Годы
Рис. 1.3. Диаграмма изменения количества физико-химических показателей качества
реактивных топлив за 30 лет:
/-общее количество; 2-количественные; 3—качественные; 4—факультативные
Наиболее активными и плодотворными в этой области следует считать 60-е
годы. Эти годы характеризуются увеличением числа патентов на присадки и
более широким фронтом испытаний присадок различного класса.
Появление квалификационных методов, радикально изменивших условия
экспериментов по оценке качества топлив, способствовало ускоренному
развитию химмотологических исследований.
Начало истории развития отечественных авиационных реактивных топлив
положили работы с тракторным керосином (ТК).
Первые же испытания показали, что тракторный керосин (ТК) ГОСТ 1842—
4Ь обладает повышенной нагарообразующей способностью, низким
коэффициентом полноты сгорания и недостаточно химически стабилен из-за содержания
компонентов термического крекинга и повышенного количества ароматических
углеводородов.
В дальнейшем исследовались возможности использования керосиновых
дистиллятов прямой перегонки. В результате испытаний на двигателях прямогон-
ного керосина сорта А и топлива К-1 в 1949 г. было создано топливо Т-1
которое получалось прямой перегонкой из бакинских нефтей. В последующем
топливо 1-1 длительное время оставалось лучшим сортом для реактивных двигателей
и по своим эксплуатационным свойствам значительно превосходило зарубежные
Репа™"е топлива. Высок°е качество топлива Т-1 обеспечивалось тем, что в
1UL1 41d8—49 были внесены нормы на важнейшие эксплуатационные свойства
которые достаточно полно были обоснованы обширными
научно-экспериментальными исследованиями и испытаниями и сохранились в эксплуатации до
настоящего времени.
Так, с введением ГОСТ 10227—62 были ужесточены показатели на топливо
1-1 по кислотности (0,7 вместо 1 мг КОН на 100 мл топлива), содержанию
фактических смол (6 мг вместо Пмг/100 мл) ароматических углеводородов
(20 вместо 2о%). и зольности (0,003 вместо 0,003°/»). Были дополнительно
введены некоторые методы испытаний, а некоторые из существующих были
усовершенствованы. Как показано на рис. 1.3 и 1.4, для определения
физико-химических и эксплуатационных свойств топлива Т-1 было использовано 17
лабораторных методов, позволяющих оценивать топливо по 24 показателям, из которых
22 носили количественный характер [113]. Создание топлива Т-1 явилось
серьезным успехом отечественной нефтеперерабатывающей промышленности. Это
13

рис, 1.3; 1.4 в период с 1959 по 1966 гг. в ГОСТах на реактивные топлива
количество новых методов увеличилось с 16 до 22—23, а число оценочных
показателей возросло до 28—29. Это произошло из-за введения новых обязательных
и факультативных количественных и качественных методов, предназначенных для
оценки термоокислительной стабильности, характеристик горения и др,
эксплуатационных свойств реактивных топлив.
Коренное изменение в системе оценки качества реактивных топлив
произошло в 1968 г. Совместные исследования научных организаций и КБ нефтяного
и авиационного профиля позволили обосновать и разработать комплекс
квалификационных методов испытаний реактивных топлив. Это дало возможность
точнее определять качество топлив и обеспечило более быстрое внедрение в
эксплуатацию топлив новых сортов, получаемых из нефтей вновь открытых
месторождений [113].
Новым значительным успехом в создании отечественных топлив для
реактивных двигателей и обеспечении надежности авиационной техники явилось
утверждение в 1971 г. ГОСТа на топливо РТ. От своих предшественников Т-1
и ТС-1 это топливо отличается прежде всего намного лучшими
эксплуатационными свойствами, такими как термоокислительная стабильность, коррозионная
агрессивность, нагарообразующая способность, и противоизносными
характеристиками.
Качество топлива РТ контролируется с помощью 25 лабораторных методов
по 32 показателям, из которых 24 количественных (см. рис. 1.3 и 1.4). Это
топливо может вырабатываться из нефтей прямой перегонкой с использованием
процессов гидроочистки. Благодаря высоким противоизносным свойствам,
получаемым при введении присадки «К», в сочетании с высокой
термоокислительной стабильностью топливо РТ по качеству превосходит аналогичные зарубежные
топлива.
Учитывая, что топливо Т-6 содержит сравнительно мало ароматических
углеводородов и вследствие этого при переработке требует глубокого
гидрирования прямогонных фракций, увеличивающего его стоимость, оно не может
считаться массовым дешевым топливом для сверхзвуковых пассажирских
самолетов, для которых, в связи с этим, в частности для самолета Ту-144, разработано
топливо Т-8 [27]. Оно характеризуется высокой термической стабильностью и
более низким давлением насыщенных паров по сравнению с топливамп,
предназначенными для самолетов с дозвуковой скоростью полета. Топливо Т-8 по
фракционному составу может представлять собой топливо РТ без головной
фракции, выкипающей ниже 165° С.
При удалении легкой фракции из РТ сохраняется его высокая
термоокислительная стабильность.
За 30-летний период развития отечественной реактивной авиации для нее,
в том числе для сверхзвуковых самолетов, было создано более 15 сортов топлив.
При этом одновременно с совершенствованием авиационной техники и
ужесточением требований к топливам постоянно улучшались на химмотологической
основе их эксплуатационные свойства.
В результате успехов химмотологии созданы и внедрены антиводокристал-
лнзующие присадки для реактивных топлив при их применении в условиях
низких температур; разработана принципиальная возможность создания присадок
для повышения термоокислительной стабильности и противоизносных свойств
топлив; заложены основы создания полифункциональных присадок для
реактивных топлив; разработаны и внедрены высокоэффективные системы
фильтрации топлив в аэродромных условиях. Одновременно совершенствовались и
создавались новые квалификационные методы контроля качества реактивных
топлив, обеспечивающие соответствие их требованиям современной авиационной
техники.
Таким образом, систематическое совершенствование реактивных топлив
неразрывно связано с развитием реактивной техники.
Улучшение эксплуатационных свойств топлив или придание топливу новых
качественных характеристик в соответствии с требованиями развивающейся
реактивной авиации является сложным процессом, который не мыслим без хим-
мотологических исследований.
16

U.3. ХАРАКТЕРИСТИКА СОВРЕМЕННЫХ РЕАКТИВНЫХ
В настоящее время авиация совершенно четко разделилась на
две основные группы: на дозвуковую и сверхзвуковую. Аналогична
можно выделить две группы топлив: для дозвуковой авиации и для
сверхзвуковой. В основе такого разделения лежат одни из
основных эксплуатационных показателей современных реактивных
топлив— их термоокислительная стабильность в сочетании с
пониженным давлением насыщенных паров при повышенных температурах.
Такие топлива имеют утяжеленный фракционный состав, высокую
термостабильность и характеризуются меньшей пожароопасностью
[167, 171].
О.И. Реактивные топлива для дозвуковой авиации
Среди отечественных реактивных топлив к этой группе
относятся топлива Т-1, ТС-1 и РТ, которые обеспечивают надежную
эксплуатацию дозвуковой реактивной авиации и могут использоваться
при кратковременных полетах на сверхзвуковой скорости. Топлива
для дозвуковой авиации могут вырабатываться из различных неф-
тей и углеводородного сырья [38, 40, 41, 45, 158]. Обычно топлива
Т-1 и ТС-1 получаются путем прямой перегонки нефти: топливо
Т-1 — из несернистых нефтей, топливо ТС-1—из сернистых нефтей
[204]. Топливо РТ получают из сернистых нефтей, из которых,
однако, нельзя получать топливо ТС-1 из-за высокого содержания
меркаптановой серы. После прямой перегонки дистиллят топлива РТ
подвергается гидроочистке. Топливо РТ может получаться
смешением прямогонного и гидроочишенного компонентов, однако
исследования показали, что добавка хотя бы 10—15% прямогонного
дистиллята к гидроочищенному резко ухудшает его
термостабильность. Тем более по этому показателю топливо РТ не может быть
получено прямой перегонкой, как это предусмотрено тем же
ГОСТом. Недостатком топлива РТ является также то, что оно не
может быть получено из высокоароматизированных нефтей.
Между тем топливо РТ, как было задумано ранее, по способу
производства должно быть унифицированным сортом реактивных топлив. Оно
может использоваться для сверхзвуковых самолетов с
ограниченной продолжительностью полета. По требованию потребителя
топливо РТ поставляют с плотностью выше 800 кг/м3, пониженной
теплотой сгорания до 4305*104 Дж/кг (10250 ккал/кг) и люминомет-
рическим числом, как у топлива Т-1.
Показатели физико-химических и эксплуатационных свойств
топлива Т-1 представлены в табл. 1.1, откуда видно, что топливо Т-1
из кавказских нефтей имеет термоокислительную стабильность
ниже, чем Т-1 из сахалинских. Однако топливо Т-1 из сахалинских
нефтей характеризуется небольшой высотой некоптящего пламени
(20—21 мм). В связи с этим топливо Т-1 из сахалинских нефтей
на некоторых самолетах вызывает повышенное нагарообразование
в двигателе, что объясняется повышенным содержанием в нем
17

Таблица 11
Технические условия и качество
Показатель
Плотность при 20° С, кг/м3
Фракционный состав:
температура начала
перегонки, СС
10% перегоняется при
температуре, °С
50% перегоняется при
температуре, °С
90% перегоняется при
температуре, °С
98% перегоняется при
температуре, °С
Вязкость кинематическая,
сСт:
при температуре 20° С
при температуре 40° С
Температура вспышки, °С
Температура начала
кристаллизации, °С
Давление насыщенных паров,
мм рт. ст.
Теплота сгорания низшая,
ккал/кг
МДж/кг
Кислотность, мг КОН на
100 мл
Йодное число, г йода на 100 г
Содержание ароматических
углеводородов, % от массы
Содержание бициклических
ароматических углеводородов,
% от массы
Содержание фактических
смол, мг/100 мл
Общее содержание серы, %
от массы
Содержание меркаптановой
серы, % от массы
реактивного топлива Т-1
Нормы
по ГОСТ
10227—62
Не менее 800
Не выше 150
Не выше 175
Не выше 225
Не выше 270
Не выше 280
Не менее
1,50
Не более 16
Не ниже 30
Не выше
—60
—
Не менее
10250
43,05
Не более 0,7
Не более 2
» 20
Не более
2,5*
Не более 6
» 0,1
—
Из кавказских
нефтей
Из сахалинских
нефтей
факшчески
пределы
изменения
803—810
132—145
150—166
178—201
223—250
242-275
1,11 — 1,84
7,90-9,45
31—38
Ниже —60
20—30
10250—10310
43,05—43,40
0,16—0,69
0,2-1,2
10—16
1,7—2,4
2-5
0,01—0,05
—
среднее
808
141
159
190
231
251
1,68
7,96
34
Ниже
—60
25
10280
43,20
0,38
0,6
13
2,0
3
0,05
—
пределы
изменения
821-828
145-150
158—163
182—193
225—234
245-255
1,55—1,66
7,00-8,00
34—39
Ниже —60
20-30
10260—10290
43,07-43,30
0,47—0,70
0,7-0,8
21—22
1,4-2,5
2—3
0,03—0,05
18

Показа1ель
Содержание сероводорода
Содержание водорастворимых
кислот и щелочей
Содержание водорастворимых
кислот
Содержание суммы водорас
творимых щелочных соединений
Содержание свободной щело
чи и мыл нафтеновых кислот
Содержание мыл нафтеновых
кислот
Содержание механических
примесей и воды
Зольность, % от массы
Термическая стабильность в
статических условиях при 150°С
по ГОСТ 9i44—59 на приборе
ЛСА РТ:
в течение 4 ч количество
осадка мг на 100 мл
Термическая стабильность в
статических условиях при 150°С
по ГОСТ 11802—66 на приборе
ТСРТ-2 в течение 5 ч:
количество осадка, мг на
100 мл
количество растворимых
смол, мг на 100 мл
Термическая стабильность в
динамических условиях при
150—180° С:
время забивки фильтра
перепад давлений на фильт-
атм
ре за о ч,
кПа
отложения на
подогревателе, баллы
Испытание на медной
пластинке при 100° С в течение 3 ч
Люминометрическое число
Нормы
по ГОСТ
10227-62
0
»
—
—
0
»
Не более
0,003
Не более 18
Не более 35х
Не менее 4 ч*
Не более
0,85*
85
Не более 2*
Из кавказских
неф[
ей
Продолжение
Из сахалинских
нефтей
факшчески
пределы
изменения
0
»
—
—
0
о
а
0,002—0,003
10-18
17-34
15-32
2 ч 32 м-5 ч
0 ^
°~ 85
0
среднее
0,0025
13
25
23
3 ч 30 м
0,57
57
0
Выдерживает без изменения цвета
Не менее 50*
51—56
53
пределы
изменения
—
—
—
—
—
—
—
0,001—0,002
4-8
14-23
11-33
4—5 ч
п
и
0
пластинки
42—43
19

Продолжение
Показатель
Взаимодействие с водой:
эмульгируемость
состояние раздела фаз'
Высота некоптящего
пламени, мм
Нагариое число, ед.
Коррозионная активность гфи
насыщении топлива водой по
ГОСТ 18598—73 (убыль массы
пластины), г/м2:
из Ст. 3
из бронзы ВБ-23НЦ
Противоизносные свойства по
методике КНИГА — ГОсНИИ
ЭРАТГА:
диаметр пятна износа, мм
критерий противоизнооных
rROWPTR Чп
кгс
критическая нагрузка, —
п
Противоизносные свойства на
стенде ВНИИНП, мм:
износ сфер плунжеров
НР-21Ф2
износ дорожки наклонной
шайбы
Коррозионная агрессивность
при 120° С по ГОСТ 18598—73
(убыль массы пластины) г/м2:
из меди
из бронзы ВБ-23НЦ
Характеристики сгорания на
малоразмерной камере:
коэффициент полноты
сгорания при а = 4
количество нагара за 1 ч
работы, г
Нормы
по ГОСТ
10227—62
—
—
Не менее 20
Не более
ПО*
—
—
—
—
—
_
Не более 3*
Не более
1,5*
Не менее
0,94*
Не более 7*
Из кавказских
нефтей
Из сахалинских
нефтей
фактически
пределы
изменения
Прозрачная
Чистая
21-25
98-100
2,9-8,9
1,9-7,6
—
—
—
0,09—0,15
—
0,6-1,1
0,53—0,67
0,94—0,95
3,0-5,0
среднее
—
—
23
99
6,1
5,2
135
146
102
1000
0,09
0,096
0,08
0,60
0,94
4,0
пределы
изменения
—
—
20—21
119—130
1,4-6,2
1,7-5,6
0,15
112-179
113
1110
0,19-0,44
0,045
0,9
0,5
0,94—0,95
6,0-7,0
20

Продолжение
По казах ель
Содержание микроэлементов,
% от массы:
ванадия
кобальта
молибдена
Нормы
по ГОСТ
10227-62
f>
2>
Из кавказских
нефтей
Из сахалинских
неф гей
фактически
пределы
изменения
До —10-5
•
среднее
До —10-5
»
ю
пределы
изменения
До —10-5
•
* По комплексу квалификационных методов испытаний.
нафтеновых и особенно ароматических углеводородов (21—22%),
т. е. свыше нормы, установленной по этому показателю ГОСТ
10227—62. По этой же причине топливо Т-1 из сахалинских нефтей
обладает высокой плотностью, достигающей почти 830 кг/м3, при
сравнительно таком же фракционном составе, как у топлива Т-1,
полученного из кавказских нефтей.
Показатели физико-химических и эксплуатационных свойств
топлива ТС-1 представлены в табл. 1.2 [195], откуда видно, что
среди отечественных реактивных топлив ТС-1, так же как РТ,
является наиболее легким — плотность его не превышает 800 кг/м3.
В топливе ТС-1 отсутствуют фракции нефти с повышенным
содержанием бициклоароматических углеводородов, выкипающие
при температуре выше 250е С. В результате этого их количество в
топливе ТС-1 не превосходит 1%, что почти в два раза меньше их
содержания в топливе Т-1. Это является одной из причин низкой
нагарообразующей способности топлива ТС-1, чему также
способствует большее содержание в топливе ТС-1 легкокипящих фракций
нефти. Последние содержат в своем составе меньше продуктов
окисления, являющихся непосредственным источником образования
осадков в реактивных топливах при повышенных температурах.
В результате термоокислительная стабильность ТС-1 выше, чем
топлива Т-1.
В некоторых образцах топлива ТС-1, полученных, например,
из грозненских нефтей, практически не образуется осадков, что
удовлетворяет самым жестким требованиям по термоокислительной
стабильности, предъявляемым к топливам для сверхзвуковых
самолетов.
Содержание общей серы в образцах топлива ТС-1 ряда
месторождений такое же, как и в топливе Т-1; оно может составлять
всего 0,001—0,007% при практическом отсутствии меркаптановой
серы. Эти практически бессернистые топлива приходится относить
21

Таблица 12
Технические условия и качество реактивного топлива TC-I
Показатель
Плотность при 20° С, кг/м3
Фракционный состав:
температура начала перегонки, °С
10% перегоняется при температуре, °С
50% »
90% »
98% »
Вязкость кинематическая, сСт
при температуре 20° С
» 40° С
Температура вспышки, °С
Температура на.чала .кристаллизации, °С
Давление насыщенных паров, мм рт. ст.
^ ккал/кг
Теплота сгорания низшая,
МДж/кг
Кислотность, мг КОН на 100 мл
Йодное число, г йода на 100 г
Содержание ароматических углеводородов, %
01 массы
Содержание бицикличееких ароматических
углеводородов, % от массы
Содержание фактических смол, мг/100 мл
Общее содержание серы, % от массы
Содержание меркяптановой серы, % от массы
Содержание сероводорода
Содержание водорастворимых кислот и
щелочей
Содержание водорастворимых кислот
Содержание суммы водорастворимых щелочных
соединений
Содержание свободной щелочи и мыл
нафтеновых кислот
Содержание мыл нафтеновых кислот
Норма
по ГОСТ
10227-62
Не менее 77
Не выше 15
165
165
. 230
250
Не менее
1,25
Не более 8
Не ниже 28
Не выше
—60
Не менее
10250
43,05
Не более 0,7
3,5
. 22
1*
Не более 5
Не более
0,25
Не более
0,005
0
0
0
0
0
0
Фактически
пределы изменения
776-7S6
132-148
145—165
152-186
201—222
215—245
1,27-1,48
4,00-5,50
28-38
Ниже —60
20-35
Ю250—10370
43,05—43,50
0,1-0,6
0,1-2,3 .
10—21
0,1 — 1,0
0—5,0
0,001—0,2
0,0005—0,005
0
0
0
0
0
0
22

Продолжение
Показатель
Содержание механических примесей и воды
Зольность, % от массы
Термическая стабильность в статических
условиях при 150° С по ГОСТ 9144—59 на приборе
ЛСА РТ:
в течение 4 ч количество осадка мг на 100 мл
Термическая стабильность в статических
условиях 'при 150° С по ГОСТ 11802—66 на приборе
1СРТ-2 ,в течение 5 ч:
количество осадка, мг на 100 мл
количество растворимых смол, мг на 100 мл
Термическая стабильность в динамических
условиях <по ГОСТ 17751—72:
время забивки фильтра, ч
атм
перепад давлений на фильтре,
отложения на подогревателе, баллы
Испытание на медной пластинке при 100lOC в
течение 3 ч
Люминометрическое число
Взаимодействие с водой:
эмульгируемость
состояние раздела фаз
Высота некоштящего пламени, мм
Нагарное число, ед.
Коррозиоиность в условиях 'насыщения водой по
ГОСТ 18597—63 (убыль массы (пластин), г/м2:
из Ст. 3
из бронзы ВБ-23НЦ
Противоизносные свойства:
а) на приборе УПС-01 (КИИГА-2) диаметр
пятна износа, ми
критерий противоизносных свойств, %
кгс
критическая нагрузка, "
п
б) на стенде СИССТ-1
диаметр пятна износа, мм
износ шаров, мг
Норма
по ГОСТ
10227-62
0
Не более 0,003
Не более 10
Не более 18*
—
Не менее 5*
0,85*
Не более
85
Не более 2*
Выдерживает
Фактически
пределы
изменения
0
0—0,003
1—10
0-18
10—25
От 5 и выше
0,21
° 21
и
без изменения
' цвета пластинки
Не менее 55*
Выдерживает*
То же
Не менее 25
Не более 95*
—
—
—
—
—
—
56—69
Прозрачная
Чистое
25-31
78-95
0,9—6,4
0,8-9,8
1,3—2,0
67-135
24,4-28,1
240—275
0,82—1,26
1,36-10-2—
7,7-10-2
23

Продолжение
Показатель
кгс
критическая нагрузка, Т7~
п
Термическая стабильность в динамических
условиях на установке ДТС-1 при ужесточенном
(7ОТ=300°С) режиме нагрева ККФ:
время забивки фильтра
атм
перепад давлений на фильтре, ~rz—
Kl 13.
Содержание микроэлементов, %:
ванадия -
кобальта
молибдена
Коррозионная активность топлив при 120° С по
ГОСТ 18598—73 (убыль массы пластин), г/м2:
из меди
из бронзы ВБ-23НЦ
Агрессивное воздействие на резину ИРП-1078 по
методу ЦИТО-С **:
количество этапов напрева
Характеристики сгорания на малоразмерной
камере:
коэффициент полноты сгорания при а = 4
количество нагара за 1 ч, г
Термоокислительная стабильность в
динамических условиях методом ЦИТО-М** при
температуре 180° С:
время забивки, мин
Электропроводность топлив с
антиэлектростатическими присадками, пСм/м
Противоизносные свойства на стенде ВНИИНП:
износ плунжеров, мм
износ дорожки наклонной шайбы, мм
Норма
по ГОСТ
10227—62
—
ОтО до 10-5*
Не более 15*
Не более 2,5
—
Не менее 0,94*
Не более 4,5
—
—
—
—
Фактически
пределы
изменения
185-284
1S2Q-2780
4 ч 48 м—5 ч
0,57-0,85
57—85
До 10-5
1.5—10,5
0,4-2,1
5-8
0,95-0,96
2.0—4,2
9—19
до 600
0,13—0,48
[208]
0.02-0,1^2
* По комплексу квалификационных методов.
** По данным В. А. Гладких.
24

к сорту ТС-1 из-за их низкой плотности и облегченного
фракционного состава. Введение в эти топлива более тяжелых фракций
приводит к повышению температуры начала кристаллизации выше
—60° С, что является недопустимым.
Характеристика топлива РТ представлена в табл. 1.3, из
которой видно, что существенным его отличием от топлива ТС-1
является практически полное отсутствие сернистых соединений и
повышенная термоокислительная стабильность [206].
Таблица 1.3
Технические условия и качество реактивного топлива РТ
Пойаза1ель
Норма
по ГОСТ
16564—71
Фактически
пределы
изменения
Плотность при 20эС, кг/м3
Фракционный состав:
температура начала перегонки, °С
10% перегоняется при температуре, °С
50% » »
90% » »
98% » »
Вязкость кинематическая, сСт:
при температуре 20° С
» » 40° С
Температура вспышки, °С
Температура начала кристаллизации, °С
Давление насыщенных паров, мм рт. ст.
ккал/кг
Геплота сгорания низшая, ~тт
М Дж/кг
Кислотность, Mr КОН на 100 ыл
Йодное число, г йода на 10О г
Содержание ароматических углеводородов, %
от массы
Содержание бициклических ароматических
углеводородов, % от массы
Содержание фактических смол, мг/100 мл
Общее содержание серы, %
Содержание меркаптановой серы, %
Содержание ^сероводорода
Содержание водорастворимых кислот и
щелочей
Содержание водорастворимых кислот
Не менее 775
Не ниже 135
Не выше 175
225
270
280
Не менее 1,25
Не более 16,0
Не ниже 28
Не выше —60
Не менее -
10300
43,40
0,4—0,7
Не более 0,5
18,5
1,0
4,0
0,10
. 0,001
774-786
141—147
154-159
173-182
201—221
218—240
1,27—1,47
4,6—6,7
32-36
Ниже —60
20-35
10340—10350
43,5—43,6
0,4—0,7
0—0,5
11,7—17,6
0,2-0,6
0—4,0
0,002—0,01
0—0,0007
0
0
0
25

Продолжение
Показатель
Содержание суммы водорастворимых щелочных
соединений
Содержание свободной щелочи и мыл
нафтеновых кислот
Содержание мыл нафтеновых кислот
Содержание механических примесей и воды
Зольность, % от массы
Термическая стабильность в статических
условиях при 150° С в течение 5 ч:
количество осадка мг на 100 мл
количество растворимых смол, мг 'на 100 мл
количество нерастворимых смол, мг на
100 мл
Термическая стабильность в динамических
условиях цри 150—180° С:
в|ремя забивки фильтра, ч
атм
перепад давлений на фильтре за 5 ч, ——
отложения на подогревателе, баллы
Испытание .на медной 'пластинке ори 100° С в
течение 3 ч
Люминометрическое число
Взаимодействие с водой:
эмульгируемость
состояние раздела фаз
Высота некоптящего пламени, мм
Противоизносные свойства:
а) на приборе УПС-0,1 (КИИГА-2) (по
данным ВНИИНП) диаметр пятна износа, мм
кгс
критическая нагрузка, тт
п
критерий противоизносных свойств, %
б) на стенде СИССТ-1
диаметр пятна износа, мм
износ шаров, мг
кгс
критическая нагрузка, —
п
Норма
по ГОСТ
16564-71
0
—
—
—
Не более 0,003
Не более 6,0
Не нормируется
Определение
обязательно
—
Не выше —
10
Не более 2
Выдерживает
Не ниже 60
Выдерживает
Не менее 25
—
—
Фактически
пределы
изменения
0
0
0
0
0—0,002
1,0—3,0
До 30
Отсутствие
5
o-°-f
0—1
Выдерживает
61—62
Выдерживает
25-30
1,1 — 1,3
22,4—28,0
220—274
104—129
0,71
0,77-10-2
252
2550
26

Продолжение
Показатель
Содержание микроэлементов, %:
ванадий
кобальт
молибден
Коррозионная активность топлив при 120°С по
ГОСТ 18598—73:
убыль массы пластины, г/м2
из меди
из бронзы ВБ-23НЦ
Коррозионная активность при насыщении топ-
ли.в 1ВОДОЙ по ГОСТ 19597—63 (убыль массы
пластины), г/м2:
из Ст. 3
из бронзы ВБ-23НЦ
Характеристики сгорания на малоразмерной
камере:
коэффициент полноты сгорания при а = 4
количество нагара за 1 час работы, г
Нагарное число, ед.
Термоокислителшая стабильность в
динамических условиях по методу ЦИТО-М при 180° С: *
время забивки фильтра
Противоизносные свойства на стенде ВНИИНП,
мм:
износ плунжеров
износ дорожки наклонной шайбы
Норма
по ГОСТ
16564-71
0—10-5
»
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
Фактически
пределы
изменения
До 10-5
•
•
0,4—0,9
0,3—1,0
0,4—2,7
1,04 — 1,55
0,95—0,96
2,5-3,7
86-90
180
0,05
0,01
* По данным В. А. Гладких.
За рубежом для дозвуковой авиации используются топлива
типа керосина и типа широкой фракции, марки которых приведены
в табл. 1.4 [26, 128, 138, 195]:
Характеристика зарубежных реактивных топлив типа керосина
представлена в табл. 1.5, из которой видно, что для дозвуковой
авиации они по основным физико-химическим и эксплуатационным
свойствам мало отличаются от топлива ТС-1. Однако зарубежные
топлива обладают худшими низкотемпературными свойствами.
Так, температура начала кристаллизации у многих образцов
реактивных топлив составляет минус 50° С и у большинства не
превосходит минус 60—59° С. Заметным отличием всех зарубежных топ-
27

Таблица 1.4
Страна
США
Англия
Канада
Франция
ФРГ
Швеция
Бельгия
Я'ПО'НИЯ
ЧССР
Бразилия
Страны НАТО
Марка топлива
типа керосина
J,p-1; Jp-5
Abmyp-50; Abmag-48; ATK
3GP-23h (mun-1);
3-GP-i24
Эр 3405В; Эр 3404А
VTL 9130-005;
VTL 9130-010
MC-75
BA-PF — 3
K-2209
ТРД-25-005-64 или
ESN 656515
(PL-4); CSN 656519
(PL-5)
CNP-08-68 (QAV-1)
F-34, F-35; F-44
тина широкой фракции
Jp-4
DENG PD 2486,
Abmag
3-GP-22f
Эр 3407/А
—
—
—
—
—
—
Эти топлива также имеют разнообразную фирменную маркировку: А-1, ATFy
ATF/650, ETF, А-1 и др.
лив от топлива ТС-1 является полное отсутствие в них меркаптано-
вой серы, что указывает на применение процессов гидроочистки и
демеркаптенизации. По этому показателю зарубежные реактивные
топлива приближаются к топливу РТ.
Таблица 1.5
Качество зарубежных реактивных топлив типа керосин
Показатель
Плотность при 20° С, кг/м3
Фракционный состав:
температура начала перегонки, °С
10% перегоняется при температуре, СС
50% » »
90% » »
98% » »
Вязкость кинематическая, сСт:
при температуре 20° С
Пределы
изменения
773-791
144—168
159-183
173-197
207—234
223-252
1,34-1,87
28

Продолжение
Показатель
при температуре 34,4° С
Температура вспышки, С
Температура начала кристаллизации, °С
Давление насыщенных паров, мм рт. ст.
ккал/кг
Теплота сгорания низшая, .. „ ,
МДж/кг
Кислотность, мг КОН на 100 мл
Йодное число, г йода .на 100 г
Содержание ароматических углеводородов, % от объема
Содержание бициклических ароматических углеводородов, %
от массы
Содержание фактических смол, мг/100 мл
Общее содержание серы, % от массы
Содержание меркаптановой серы, %
Содержание сероводорода
Содержание водорастворимых кислот и щелочей
Содержание водорастворимых кислот
Содержание суммы водорастворимых щелочных соединений
Содержание свободной щелочи и мыл нафтеновых кислот
Содержание мыл 'нафтеновых кислот
Содержание механических примесей и воды
Зольность, %
Термическая стабильность в статических условиях при 150° С
на приборе ТСРТ-2 в течение 4 ч:
количество осадк * мг «а 100 мл
количество растворимых смол, мг на 100 мл
количество нерастворимых смол, мг на 100 мл
Термическая стабильность динамическим методом при 150—
180° С:
атм
перепад давлений на фильтре за 5 ч,
отложения на подогревателе, баллы
Испытание на медной пластинке при 100° С в течение 3 ч
Люминометрическое число
Пределы
изменения
4,3—6,9
43—60
_40--59
10—20
10200—10300
43,36-43,40
0—0,98
0,2-2,2
8-16
0,3-1,5
0-3
0,03—0,20
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0,5-25,0
»
»
0,01 0,01
1 1,5
0-1

Выдерживает без
изменения
цвета
45-65
29

Показатель
Взаимодействие с водой:
эмульгируемость
состояние раздела фаз
Высота некоптящего пламени, мм
Анилиновая точка, |ЭС
Продолжение
Пределы
изменении
0
Чистое
26-31
59-66
И.3.2. Топлива дм сверхзвуковой жмщмы
К этой группе относятся топлива Т-6 и Т-7 утяжеленного
фракционного состава, обладающие меньшей пожароопасностью. Эти
топлива получают гидрированием (Т-6) и гидроочисткой (Т-8) ке-
росино-газойлевых и керосиновых дистиллятов нефти. В процессе
гидрирования из топлив удаляются нестабильные и коррозионно-
агрессивные соединения и снижается содержание ароматических
углеводородов. Это обеспечивает нормальную работу топливных
систем сверхзвуковых самолетов и двигателей при длительном
сверхзвуковом полете в высотных условиях, когда топливо
нагревается до 100—150° С и выше.
Топливо Т-6 отличается высокой термоокислительной
стабильностью, содержит небольшое количество ароматических
углеводородов, имеет более утяжеленный фракционный состав, чем
топливо Т-8.
Характеристика топлива Т-8 представлена в табл. 1.6, из
которой видно, что оно имеет меньшие плотность и вязкость и более
легкий фракционный состав, чем топливо Т-6 [207]. Дистиллат
топлива Т-8 подвергается только гидроочистке, а не гидрированию, как
у топлива Т-6, поэтому в Т-8 содержание ароматических
углеводородов может достигать 20%, а количество общей серы — 0,1%.
Топливо Т-8, так же как и Т-6, обладает высокой термоокислительной
стабильностью.
В США к группе топлив для сверхзвуковых самолетов относятся Jp-6, Jp-7,
Jp-8, Jp-TS (термически стабильные) и Jp-9. Характеристика некоторых из этих
топлив представлена в табл. 1.7, из которой следует, что основной
особенностью топлив является их высокая термоокислительная стабильность [130]. Для
топлива Jp-б, предназначенного для сверхзвуковых полетов при 3 М, высокая
термическая стабильность достигается добавкой специальной присадки. Присадка
JFA-5, повышающая термостабильность топлив, вводится в количестве 0,001%
от массы в топливо Jp-TS. В топливо Jp-7, полученное гидроочисткой, добав
ляется противоизносная присадка PWA-536. В реактивные топлива США могут
добавляться антиокислительные, металлодезактивирующие, антиводокристалли
зующие и антиэлектростатические присадки.
Из изложенного следует, что обеспечение надежности
авиационной техники в современных условиях в значительной степени
определяется развитием химмотологических исследований
авиационных топлив.
30

Таблица 1.6
Технические условия и качество '
Показатель
Плотность при 20° С, кг/м3
Фракционный состав:
температура 'начала перегонки, °С
10% перегоняется при
температуре, °С
50% перегоняется при
температуре, °С
90% перегоняется при
температуре, °с
98% перегоняется при
температуре °С
Вязкость кинематическая, сСт;
при температуре 20° С
» » 40° С
Температура вспышки, °С
Температура начала
кристаллизации, °С
Давление насыщенных паров при
150° С, мм рт. ст.
ккал/кг
Теплота сгорания низшая, ■
МДж/кг
Кислотность, мг КОН на 100 мл
Йодное число, г йода на 100 г
Содержание ароматических
углеводородов, % от массы
Содержащие фактических смол,
кг/100 мл
Общее содержание серы, % от
массы
Содержание меркаптановой серы,
% от массы
Содержание сероводорода
Содержание водорастворимых
кислот и щелочей
Содержание водорастворимых
кислот
Содержание суммы водораствори-
Mbix соединений
Норма
по ТУ 38-1-257-69
Не менее
Не ниже
—
—
—
Не выше
Не менее
Не более
Не ниже
Не выше
„
пе менее
Не более
„
»
. о
0
0
0
0
785
165
280
1,45
16,0
40
-55
300
10300
13,40
0,5
0,5
2Q
4,0
0,1
001
Фактически
пределы
изменения
787—789
164-172
170—177
188-190
213—225
226—240
1,56-1,58
8,1-8,2
47—48
-56-—-58
300—320
Ю343—10356
43,33-43,50
0
0,10—0,16
15,5-19,0
0
0,007-0,011
0
0
0
0
0
среднее
788
168
174
189
220
132
1,57
8,1
47
-55
310
10350
43,47
—
0,13
16,7
0
0,01
0
0
0
0
0
31

Продолжен и е
Показа 1 ель
Содержание свободной щелочи и
мыл нафтеновых кислот
Содержание мыл нафтеновых
кислот
Содержание механических примесей
Зольность, % от массы
Термическая стабильность в
статических условиях лри 150°С в течение
5 ч на приборе ТСРТ-2 по ГОСТ
11802—66:
количество осадка, мг на 100 мл
количество растворимых смол и
нерастворимых смол, мг на
100 мл
Термическая стабильность в
динамических условиях при 150—180° С:"
перепад давлений «а фильтре за
атм
5 ч,—
кПа
отложения на подогревателе,
баллы
Испытание на медной пластинке
при 100° С в течение 3 ч
Люм'инометричеокое число
Взаимодействие с водой:
эмульгируемость
состояние раздела фаз
Высота некоптящего пламени, мм
Норма
по ТУ 3S-1-257-69
0
0
Не
нормируется, определение
обязательно
Не более 0,003
Не более 6,0
Не
нормируется, определение
обязательно
—
Допускается
слабое
изменение цвета до
светлооран-
жевого
—
—
—
Не менее 24
Факшчески
пределы
изменения
0
0
0,00011 —
0,0003
0,001-0,002
1,2—1,8
26-28
0,02—0,10
2—10
0
Выдержива -
ет без
изменения
цвета
50-57
Прозрачная
Чистое
24—26
среднее
0
0
0,00018
0,0015
1,5
27
0,06
6
0
54
—
—
25
Одновременно непрерывный рост расхода ГСМ, исчисляемый
для авиации миллионами тонн в год, выдвигает на первый план
вопросы экономики их производства и потребления.
Таким образом, в требованиях к свойствам и качеству
авиационных ГСМ следует учитывать не только их энергетические
возможности, но и их технологические, эксплуатационные,
экономические свойства, экономику их производства и объем сырьевых
ресурсов.
32

Таблица 17
Технические условия на топлива для сверхзвуковых реактивных самолетов США
Показа!ель
Плотность при 15° С, кг/м3
Фракционный состав:
температура начала пе-
гонки, °С, не ниже
10% перегоняется при
температуре °С, не выше
50% » » »
90% » » »
температура конца
перегонки, °С, не выше
Температура вспышки, СС,
не ниже
Температура начала крис-
галлизаадш, °С, не выше"
Содержание ароматиче-
:ких углеводородов, % от
объема, не более
Общее содержание серы,
% от массы, не более
Теплота сгорания низшая,
ккал/кг
ЛХ тт » Не МеНее
МДж
Содержание механиче-
:ких примесей, мг/л:
на месте производства
на месте назначения
Термическая стабильность
в динамических условиях
при температуре:
в подогревателе
на фильтре
перепад давления на
мм рт. ст.
фильт,ре за 5 ч* >
не выше
отложения на
подогревателе, баллы, не более
Люминометрическое число,
не ниже
Jp-б
МП-Т-25656В
775-836
138
177
218
260
—
—
—54
25
0,4
10220
43,0
—
—
218
2174
254
33,8
3
—
Jp-7
Mil-T-38219
779—806
182
196
—
260
288
60
-43
5
0,1
10550
44,3
0,26
0,52
**
—
76
10
3
75
Jp-8
Mil-T-83133
775-830
—
—
252
—
288
43
-46
25
0,4
10220
43,0
- 0,26
0,52
149
204
76
10
3
45
Jp-TS*
МП-Т-25524В
767-797
157
193
204
232
260
43
—
20
0,3
10220
43,0
0,26
0,52
232
288
76
10
3
—
74
33

Продолжение
Показатель
Содержание присадок
PWA-536 (противоизнос-
ная)
Дюпон IFA-5
(повышающая термостабильность)
Jp-6
МП-Т-25656В
Mil-7
Mil-T-38219
Есть
Jp-8
Mil-T-83133
—
Jp-TS*
МП-Т-25524В
Есть
TS — термически стабильное.
* Термическая стабильность топлива Jip-7 определяется по специальной
методике.
Столь сложный комплекс подлежащих решению проблем
предопределил рождение и развитие новой отрасли науки —
химмотологии и появление новой области надежности — химмотологичес-
кой надежности.

ГЛА В А II
качесп
двигателей и самолетов
2.1 КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ! АГРЕГАТОВ М УЗЛОВ
^АКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И САМОЛЕТОВ,
НА РАБОТОСПОСОБНОСТЬ КОТОРЫХ ВЛИЯЕТ ТОПЛИВО
Топливные системы реактивных самолетов представляют собой
сложный комплекс устройств, агрегатов и механизмов [117]; он
предназначен для размещения на борту определенного количества
топлива и его безотказной подачи в двигатель на земле и при
любых возможных эволюциях и перегрузках самолета в полете
(рис. 2.1).
В связи с развитием реактивной техники изменились условия
работы топливных систем и появились новые требования к их
конструкции и компоновке [117]. Увеличились часовые расходы
топлива до 4—20 т/ч, а на форсажном режиме — до 30 т/ч, все это
потребовало размещения на борту самолета больших запасов топлива
(30—60% массы самолета) [120].
Как правило, основная масса топлива сосредоточена в
фюзеляже по всей его длине, поэтому для сохранения центровки самолета
в полете требуется определенный порядок выработки топлива из
баков. Учитывая особенности балансировки сверхзвуковых
самолетов, на некоторых из них устанавливают специальные системы
управления положением центра массы в полете путем перекачки
топлива в зависимости от скорости полета [80]. Все это обусловило
установку в топливной системе специальных перекачивающих
насосов, регуляторов, клапанов уровня и других автоматических
устройств.
Основная топливная система ГТД (рис. 2.2) обычно состоит из
следующих агрегатов и устройств: подкачивающих топливных
насосов 14, 17, одного-двух топливных насосов высокого давления
6, регулятора постоянства подачи топлива, центробежного
регулятора постоянства подачи топлива, центробежного регулятора
числа оборотов, регулятора подачи топлива на режимах разгона
двигателя, дроссельного крана, топливного коллектора, рабочих
топливных форсунок, фильтров 8, 19, дренажной системы и др. [132,
154].
В двигателях с дожиганием топлива в форсажной камере
(ТРДДф) имеется дополнительно форсажная топливая система,
включающая фильтр 9, насос 10, форсунки 11, регулятор подачи
топлива 12.
Подкачивающий топливный насос устанавливается на двигателе
Для создания напора, потребного для преодоления гидравлических
2* 35

г
1
п W в am МУС Ф ери Т ^27 \
^Жм . ОткеросинозапраВщика. Г
6J 60 59 58 5756 64 63 67
Услодные обозначения
□ □ Наддув и дренаж бак о 6
•Наддув о~акод и подвод доз духа к турбонасосам
(от компрессора дви$атепя), дренаж бакяд
] Топливопроводы системы заправки под давлением
Линии командного давления
системы автоматического
управления заправкой топлива
под давлением
I I Типлидопрододы
uTR^ обратный клапан
Линии командного давления
системы контроля
— линии командного давления
системы автоматической
Выработки то пли 6а
-—и— Дроссель

сопротивлений трубопроводов, кранов и фильтров, расположенных
до основных топливных насосов, и для предотвращения воздушных
пробок при полетах на больших высотах. Обычно подкачивающие
насосы по конструкции бывают центробежного типа (рис. 2.3).
Основные топливные насосы высокого давления служат для
подачи топлива к форсункам основных и форсажных камер сгорания.
Наибольшее распространение получили насосы-регуляторы
высокого давления плунжерного типа [3].
Схема устройства плунжерного насоса-регулятора показана на
рис. 2.4.
Насос состоит из ротора, вращающегося на двух подшипниках;
внутри него равномерно по окружности расположены наклонно к его
оси цилиндрические каналы, в которых перемещаются плунжеры.
Торец ротора прижат к распределительному золотнику, имеющему
два профилированных окна, через одно из которых топливо
всасывается, а через другое под большим давлением выталкивается в
магистраль. Полусферические торцы плунжеров опираются на
сферическую или коническую поверхность упорного подшипника,
запрессованного в наклонную шайбу. Наклонная шайба может
поворачиваться с помощью сервопоршня и может изменять угол
наклона к оси насоса (угол установки). При вращении ротора
плунжеры под воздействием наклонной шайбы и пружин совершают
возвратно-поступательное движение. Ход плунжера зависит от угла
наклона "шайбы: чем больше угол, тем больше ход плунжера и тем
больше количество подаваемого им топлива.
Особенностью конструкции плунжерного насоса является
возможность изменять подачу топлива при постоянной частоте
вращения ротора двигателя и сохранять ее неизменной при изменении
частоты вращения ротора. Эта особенность плунжерных насосов
Рис. 2.1. Схема топливной системы реактивного самолета:
/, II, III, IV—фюзеляжные топливные баки, V—бак пускового топлива; VI—подвесной
фюзеляжный бак; VII, ^—задние крыльевые баки; VIII, /^—передние крыльевые баки; /, 2, 3,
15, 17—дренажные клапаны; 4, 13—поплавковые гидравлические клапаны; 5, 6,
7—гидравлические поплавковые клапаны системы автоматического управления порядком выработки
топлива, 8, 14, 19—предохранительные клапаны наддува баков; 9, 11, 22, 35, 50, 63—заливные
горловины баков; 10, 16, 36, 64—поплавковые сигнализаторы уровня топлива; 12—противова-
куумный клапан бака IV; 18—воздухозаборник; 20—воздухо-воздушный радиатор системы
наддува баков; 27—.воздушный баллон системы наддува бака V; 23—редуктор системы
наддува бака V; 24—-сливной кран; 25—(пусковой насос; 26—/фильтр; 27—подкачивающий насос
топливной системы двигателя; 25—сливной кран топливной системы; 29—перекрышюй кран;
30—датчик расходомера; 31—предохранительный клапан, регулирующий давление воздуха
в топливном аккумуляторе; 32—топливный аккумулятор; 33—фильтр, 34—специальный под-
€оеди,нительный штуцер системы централизованной заправки топливом под давлением;
3', 62, 65, 66—обратные клапаны трубопроводов бака ///; 38, 67—лротивовакуумные
клапаны баков VII, VIII; 39, 40—'микровыключатели; 41, 49, 58, 61, 71, 78, 83, 85^датчики
емкостных тол ливомеров; 42, 43, 45, 46—перекрывные краны заправочных трубопроводов;
44—предохранительный клапан наддува бака VI; 47, 52, 57, 60, 77, 81, 86, 93—краны слива
отстоя из баков; 48, 53, 56, 59—краны аварийного слива топлива; 51—инерционный клапан;
54—противовакуумный клапан бака VI; 55—тройник с обратными клапанами; 68, 70,
/2, 73—сигнализаторы давления в баках; 69—сигнализатор давления подкачивающего
насоса топливной системы; 74—перепускной кран крыльевых баков I, VII, VIII;
75—сигнализатор давления перекачивающего насоса бака //; 76—перекачивающий турбоприводной
насос бака //; 79—перепускной кран бака VI: 80—подкачивающий турбоприводной насос
топливной системы; 82—подкачивающий электроприводной насос; 84—перепускной кран бака
; 87—поплавковый сигнализатор посадочного остатка топлива; 88—обратный клапан
топливного аккумулятора; 89, 90, 91, 92—трубопроводы системы централизованной заправки
топливом под давлением; 94—кран выключения подачи воздуха в турбину подкачивающего на-
L ca; 95~кран выключения подачи воздуха в турбину перекачивающего насоса;
96—обратный клапан
37

/7(/скоЗая топливная система
Основная топлидная система
Форсажная топливная система
Рие. 2.2. Схема топливной системы реактивного двигателя с форсажем }ТРДФ):
7—обратный клапан; 2—пусковая форсунка; 3—воспламенитель; 4—^рабочая форсунка;
5 7 12— агрегаты управления подачей топлива; 5—основной насос высокого
давления- 8, 9, 19—фильтры- 10—форсажный насос; //—форсажная форсунка; 13—топлив-
но-масляный радиатор; 14, 17—подкачивающие насосы низкого давления;
15—пожарный кран; 16—перекрывной кран; 18—топливные баки; 20—пусковой насос; 21—бак
пускового топлива
38

$*№„ 2.3o Схема конструкции внутрибак®в@г®
°в4©нтр@@©жн©г@ подкачивающего нае@еа:
/__топлизный бак; 2—фильтр; 3—насос
используется для обеспечения
устойчивой работы двигателя и
автоматического поддержания
заданного режима работы при
изменении скорости и высоты
полета.
Ввиду того что
характеристики топливных насосов с
изменением высоты и скорости
полета практически остаются
неизменными, а потребный
расход топлива в зависимости от
частоты вращения ротора
двигателя существенно при этом меняется, наряду с регулятором
постоянства расхода топлива в основных насосах устанавливаются
центробежные регуляторы, обеспечивающие поддержание
постоянной частоты вращения двигателя 'независимо от изменения
скорости и высоты полета.
Топливная система форсажа предназначена для подачи топлива
в форсажную камеру при форсировании двигателя (см. рис. 2.2).
Регулирование подачи топлива осуществляется автоматически.
Система состоит из топливного насоса-регулятора плунжерного или
шестеренчатого типа, системы топливных коллекторов с
форсунками и специального блокирующего устройства для открытия и
закрытия створок реактивного сопла в процессе включения или
выключения форсажного режима.
К регуляторам, автоматически поддерживающим заданные
режимы как основного, так и форсажного контуров, предъявляются
весьма высокие требования по точности регулирования и
надежности в работе. Исследованиями установлено, что уменьшение
частоты вращения ротора (ЧВР) двигателя на 1% приводит к потере
3—7% силы тяги, увеличение же ЧВР на 1% снижает запас
прочности лопагок турбины на 14—18%. Поэтому заданная частота
вращения ротора поддерживается регуляторами с высокой
степенью точности: отклонения допускаются не более ±0,2—0,3% по
ЧВР и + 1 % по расходу топлива [85].
Система запуска двигателя (см. рис. 2.4) включает следующие
основные узлы: стартер, устройство для первоначального
воспламенения топлива в камере сгорания, регулятор подачи топлива при
запуске.
Стартер предназначается для раскрутки ротора двигателя в
процессе запуска. Помимо электрических, воздушных, газовых,
гидравлических и других широкое распространение получили
газотурбинные стартеры. Они представляют собой небольшой
газотурбинный двигатель, работающий либо на бензине, либо на топливе, на
39

котором работает основной двигатель. В топливной системе турбо-
стартера применяется система автоматического регулирования,
обеспечивающая только разгон и работу стартера на одном
режиме.
Топливные форсунки предназначены для подачи топлива в
камеру сгорания либо в паровой, либо в жидкой фазе. Наиболее
широкое распространение в двигателях получили форсунки распы-
ливающего типа. Топливо из таких форсунок подается в камеру
сгорания в виде пелены, которая распадается на капли, образуя
факел. Наиболее благоприятным для работы двигателя считается
факел, имеющий разнообразные капли топлива со средним
диаметром 70—100 мкм и угол конусности 60—70° при запуске, ПО—
120° на малом газе и 50—90° на номинальных режимах. Такие
параметры форсунок обеспечиваются при изменении давления
топлива перед форсунками в пределах 5000—8000 кПа. Особое внимание
уделяется степени неравномерности распределения топлива по
форсункам, которая допускается для различных режимов от 2 до 20%
(на малых расходах).
Из распыливающих форсунок на современных двигателях
особенно широко применяются центробежные форсунки как
нерегулируемые, так и регулируемые. В центробежный нерегулируемой
форсунке изменение расхода топлива происходит только в силу
изменения перепада давлений топлива. Максимальный перепад
давлений ограничивается величиной максимального давления,
развиваемого насосом, и не превышает 8000—12000 кПа.
В указанных пределах перепадов давлений в нерегулируемыл
центробежных форсунках отношение максимального расхода к
минимальному может изменяться от 4 до 5. Такое соотношение
вполне достаточно для пусковых и форсажных форсунок, в связи с чем
этот тип форсунок и получил наибольшее распространение в пус-
ковых и форсажных системах топливопитания.
В регулируемых центробежных форсунках расход топлива
изменяется не только вследствие изменения перепада давлений
топлива, но также из-за изменения площади сопла или
коэффициента расхода. Изменение площади сопла достигается применением
двух сопел, отличающихся по площади друг от друга в 2,5—15,5
раз. В зависимости от перепада давлений подается топливо к
соплам поочередно. При меньших перепадах давлений топливо
подается от вспомогательного канала только через одно сопло, а при
увеличении перепадов включаются основной топливный канал и
второе сопло. В форсунках подобного типа отношение максимального
расхода к минимальному порядка 15—20. Такой диапазон
изменения расходов топлива вполне приемлем для основных систем
питания реактивных двигателей.
Недостатком двухсопловых форсунок является большая
неравномерность подачи топлива между форсунками, расположенными
в верхних и нижних участках коллектора. Причиной
неравномерности является влияние статического давления столба топлива на
увеличение расхода топлива (10—20%) через нижние форсунки.
40

ipMc. 2.5. Рабочая топливная форсунка
двухступенчатая с двумя камерами завихрения:
/—сетка фильтра, 2—корпус форсунки; 3—
вспомогательный канал сопла малого газа,
4— сопло основное, 5, 6—тангенциальные
отверстия, 7, 10—камеры завихрения; 8—
диафрагма; 9—сопло малого газа,
//—разделительная трубка; /2—основной канал;
13—фильтры
Однокамерные
двухступенчатые центробежные форсунки
работают по принципу
изменения коэффициента расхода.
Коэффициент расхода
изменяется путем применения за-
вихрителя, уменьшающего при
включении основного канала
закрутку потока топлива.
Основным недостатком этого типа
форсунок является разброс
величин расхода отдельных
форсунок, особенно в момент
открытия распределительного
клапана.
Наиболее современной форсункой является двухкамерная
двухступенчатая (рис. 2.5). В этих форсунках камера завихрения
состоит из камер 7 и 10 вспомогательного и основного контуров,
разделенных специальной диафрагмой 8, которая снижает давление
в камере завихрения 10 основного контура и улучшает тем самым
равномерность подачи топлива отдельными форсунками.
Благодаря такой ^конструкции двухкамерная форсунка при давлении
порядка 5000 кПа позволяет получить весьма высокую
величину отношения максимального расхода к минимальному,
порядка 25—30.
Топливные фильтры, устанавливаемые в топливной системе
авиационного двигателя, бывают высокого (12000—22000 кПа) и
низкого (100—700 кПа) давления. Максимальный расход топлива через
фильтр устанавливается в соответствии с техническими
требованиями и условиями эксплуатации самолета и двигателя и изменяется
от 10 до 600 л/мин.
В качестве фильтрующего материала наибольшее
распространение получили проволочная тканая сетка из цветных металлов или
нержавеющей стали Х18Н9Т (тонкость фильтрации 20—40 мкм),
никелевая сетка саржевого плетения (тонкость фильтрации 12—
16 мкм) и бумага (тонкость фильтрации 8—12 мкм). На
двигателях старых конструкций используются еще фильтры фетровые.
Практически корпусы фильтров на двигателе или самолете
могут работать при изменении температуры окружающей среды в
пределах от —60 до +180° С. Что же касается самих
фильтрующих элементов, то для бумажных с ресурсом 50—100 ч допускается
диапазон изменения температуры топлива в пределах от —50 до
41

К 0OpCLjHKQfi
К форсу нкап
Рмс. 2.6. Способы размещения топлиьн©-
масляного радиатора в топливоподающей
системе двигателя:
а—обычная (наиболее
распространенная), б—система с регулятором; в—>
система с перепускными форсунками:
/—температурный регулятор перепуска
топлива помимо радиатора; 2—выход
масла; 3—радиатор; 4—вход масла; 5—
регулятор перепуска топлива из
перепускных форсунок, 6—рычаг
управления подачей топлива в двигатель; 7—
топливный насос-регулятор;
8—чувствительный элемент
из дак(
+90° С, а для проволочных
с ткаными сетками — от
—50 до +120° С при их
ресурсе работы 25—100 ч.
Топливно-масляные
радиаторы» В двигателях
средней тяги теплоотдача от
горячих деталей в масло
невелика и поэтому
циркуляция масла в них составляет
10—15 л/мин. В более
мощных двигателях
теплоотдача в масло возрастает
настолько (до 75 МДж/ч), что
увеличение циркуляции
масла становится
неэффективным. Для достижения
необходимого охлаждения прибегают к установке в маслосистеме
охлаждающих топливно-масля'ных радиаторов, в которых нагретое
в двигателе масло охлаждается топливчом, поступающим затем в
камеру сгорания. Масло в системе двигателя при дозвуковых
скоростях полета нагревается до 120—140° С, при сверхзвуковых — до
250—400° С. При таких температурах минеральные масла
становятся термически нестабильными.
Характеристики топливно-масляных радиаторов зависят от
конструкции двигателя, емкости и схемы масляной системы и
назначения двигателя. Площади охлаждающей поверхности современных
радиаторов в связи с этим доходят до 1,5—5 м2.
Принципиальные схемы систем охлаждения масла с помощью
топлива представлены на рис. 2.6; наиболее распространена
система, показанная на рис. 2.6, а, но такая система имеет серьезный
недостаток. Он заключается в том, что фактическое охлаждение
масла не всегда соответствует потребному. С подъемом на высоту
потребный расход топлива на установившемся режиме для
двигателя уменьшается, а циркуляция масла практически не меняется,
поэтому охлаждение масла в радиаторе становится менее
эффективным и подогрев топлива увеличивается. Особенно тяжелыми
режимами для теплообменника являются планирование самолета
с большой высоты при работе двигателя на малом газе и при рез-
42

ких переходах с максимальной частоты вращения до малого газа
или в случае резкого останова двигателя на земле без охлаждения
на промежуточных режимах. Среднемассовая температура топлива
на некоторых двигателях успевает при таких условиях подняться
до 100° С и более. Понятно, что местные температуры слоя топлива
у стенок трубок радиатора, отделяющих топливо от нагретого
масла, будут значительно выше 100° С.
Камера сгорания является одним из основных агрегатов
реактивного двигателя. В камеру сгорания топливо и воздух подаются
раздельно и смешиваются в самой камере, причем смешение
происходит при больших скоростях воздушного потока. В камере
сгорания реактивного двигателя осуществляется так называемое
микродиффузионное горение, т. е. процесс, в котором топливо
раздроблено на мелкие капли, распределенные в потоке воздуха [74].
Процесс горения в камерах двигателя происходит непрерывно и при
высоких температурах, что ускоряет химическую реакцию между
топливом и кислородом воздуха после смешения. В соответствии
с этим качеству и скорости смесеобразования в камере двигателя
уделяется большое внимание. Качественное смесеобразование
достигается повышением однородности топливного факела,
оптимальной степенью распыливания и турбулизацией потока в зоне горе-
кия [85].
Жаровые трубы работают в условиях высокой теплонапряжен-
ности, превышающей в современных реактивных двигателях
4,5-103 Дж/(м3-с-Па). При этом рабочий процесс горения смеси
должен обеспечить минимальные потери тепла из-за неполного
сгорания топлива и теплоотдачи в стенки (2—4%), минимальную
неравномерность температурного поля перед турбиной и
максимальную температуру газов не выше 880° С перед сопловым
аппаратом турбины.
Сложность условий горения топлив в камерах авиационных
газотурбинных двигателей заключается еще и в том, что указанные
требования необходимо удовлетворять в весьма широком
диапазоне состава смеси, от а=4 до а= 170 и более.
Стенки жаровых труб испытывают переменные нагрузки
вследствие неравномерности давления газового потока внутри камеры
сгорания, пульсации подачи топлива, вибрационного горения
топлива и сложного турбулентного движения продуктов сгорания
внутри камеры. Стенки жаровых труб при работе нагреваются до
температур 800—900° С с достаточно высокой неравномерностью.
К опасности разрушения от температурных напряжений
добавляется снижение прочности стенок жаровых труб по причине
повышенного окисления материала.
Газовая турбина состоит из вращающегося ротора и
неподвижного соплового аппарата. В лопатках соплового аппарата
потенциальная энергия газа, выходящего из камеры сгорания,
преобразуется в кинетическую энергию. В каналах между лопатками
соплового аппарата движение газа сопровождается падением его
температуры и давления и значительным увеличением абсолютной ско-
43

J i
Рис. 2.7. Коне
ой турбины:
а—одноступенчатой: /—патрубок газосборника; 2—лопатка соплового аппарата; 3—
рабочая лопатка; 4—диск турбины; б—двухступенчатой. /, 3—сопловые лопатки
первой и второй ступеней; 2, 4—рабочие лопатки первой и второй ступеней; 5, б"—диски
турбин первой и второй ступеней
роста с 130—160 до 300—500 м/с. Лопатки соплового аппарата
кроме того направляют газовый поток под заданным углом на
рабочие лопатки турбины. Далее газ при движении по
межлопаточным каналам ротора в зависимости от типа турбины создает
крутящий момент либо от активных, либо от активных и реактивных
сил одновременно. Основные конструктивные элементы газовой
турбины представлены на рис. 2.7.
Газовая турбина относится к весьма нагруженным узлам ГТД
[1, 120, 89]. В современных турбинах при малых габаритах
достигаются большие удельные мощности (200-103—300-103 Вт/кг)
путем повышения окружной скорости на лопаточном венце (350—
^00 м/с), применения больших осевых скоростей газа в проточной
части турбины, повышения температуры газа до 1170—1270° С,
чему способствует применение жаростойких и жаропрочных
материалов. В наиболее тяжелых условиях работают турбины, в
которых центробежные и аэродинамические силы вызывают
напряжения растяжения, изгиба и скручивания. Помимо этого рабочие
условия для лопаток ротора турбины усложняются неравномерной
работой камер сгорания и наличием на пути потока газа лопаток
соплового аппарата. В наиболее напряженной, корневой, части
лопаток ротора суммарное напряжение достигает примерно 250-'
300 МПа (2500—3000 кгс/см2) при температуре в этом сечении
порядка 650° С.
При изменении режима двигателя в процессе проверки
приемистости, при дросселировании или запуске резко изменяется
температура газового потока, а следовательно, изменяется температу-
44

Рис. 2.8. Выхлопная система реактивного двигателя:
а—с нерегулируемым соплом /—выхлопная труба; 2—реактивное сопло;
3—удлинительная труба; 4—внутренний конус; б—с многостворчатым регулируемым соплом-
/—форсажная камера сгорания; 2—кольцо регулирования раскрытия створок сопла;
3—створка; 4—фланец крепление створок
ра обтекаемых газом сопловых и рабочих лопаток. Поскольку
тонкие выходные кромки лопаток прогреваются или охлаждаются
быстрее средней части, на кромках возникают высокие
температурные напряжения, вызывающие часто коробление и
растрескивание лопаток. Очень опасен перегрев лопаток турбины. При
длительном воздействии на лопатки центробежных сил в условиях
высокой температуры в них возникает пластическая деформация—
лопатка удлиняется, что может привести к задеванию торца
лопатки о внутреннюю поверхность корпуса турбины, а в отдельных
случаях — и к обрыву лопатки.
Выхлопное устройство ГТД включает реактивное сопло 2, а в
ряде случаев — удлинительную трубу 3 для отвода газа за
пределы самолета (рис. 2.8,а). Газовый поток после турбины примерно
со скоростью 320—420 м/с и температурой 600—700° С поступает
в выхлопную трубу 1, где несколько притормаживается вследствие
незначительной ее диффузорности.
45

Реактивные сопла бывают нерегулируемые и регулируемые,
дозвуковые и сверхзвуковые. Наибольшее распространение в
современных турбореактивных двигателях получили регулируемые
дозвуковые сопла (рис. 2.8,6). Двигатели с форсажными камерами
всегда имеют регулируемые сопла, позволяющие изменять тягу при
сохранении параметров газа перед турбиной неизменными и
выполняемые в виде подвижных створок 3, раскрытие которых
изменяется с помощью гидравлической системы.
2.2. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ РЕАКТИВНЫХ
ДВИГАТЕЛЕЙ И САМОЛЕТОВ
Из условий применения топлива в эксплуатации можно
выделить наиболее общие и важные для подавляющего большинства
типов самолетов, каковы бы ни были их конструкция и назначение.
Эксплуатация авиационной техники протекает в наземных и
летных условиях. На выруливание самолета на старт,
маневрирование самолета по аэродрому с работающими двигателями после
посадки, предполетную проверку двигатель нарабатывает в
среднем на каждый полет 20—25 мин, а для самолетов с двумя и более
двигателями эти цифры даже несколько больше, так что в целом
двигатель расходует на земле от 5 до 10% ресурсного времени [117].
В полете двигатель работает в широком диапазоне температур,
высот и скоростей. При полетах на дозвуковой или околозвуковой
скорости температура воздуха, поступающего в двигатель,
существенно не отличается от той, какую имеет воздух на
соответствующей высоте полета. При этом, например, за 4—5 ч полета на
больших высотах наблюдается значительное охлаждение элементов
конструкции самолета и двигателя, а топливо в баках может
охладиться до —30-^-40° С. Однако на сверхзвуковых скоростях в силу
аэродинамического торможения во входных каналах и
адиабатического сжатия в скачках уплотнения воздух, поступающий в
компрессор двигателя, значительно нагревается; нагреваются и
элементы конструкции самолета; тепло передается к агрегатам
силовой установки и к топливным бакам, в которых температура
топлива может доходить до 120—150° С [195].
Особенностью летной эксплуатации двигателей является также
различное чередование режимов его работы. В процессе летной
эксплуатации, так же как и на земле, различают следующие
характерные режимы работы двигателя.
Форсажный режим применяется при взлете и для достижения
максимальных значений скорости полета или скороподъемности.
Ввиду того что время непрерывной работы двигателя на
форсажном режиме ограничивается, им в полете пользуются эпизодически.
Максимальный режим используется в тех же случаях летной
эксплуатации двигателя, что и форсажный, но при этом
форсажная камера выключена, а двигатель работает на максимальной
частоте вращения. Время непрерывной работы двигателя на
данном режиме также ограничивается.
46

Номинальный режим в летной эксплуатации двигателя
используется при длительном наборе высоты и при маневрировании.
Частота вращения ротора двигателя на этом режиме на 3—4%'
меньше максимальной; ограничивается только суммарная
наработка на этом режиме.
Крейсерский режим обеспечивает наибольшую экономичность
двигателя и используется главным образом при полетах большой
дальности и продолжительности.
Длительность непрерывной работы на даннохМ режиме также не
ограничивается в течение всего гарантийного ресурса. Режим
характеризуется получением 0,8 максимальной тяги при частоте
вращения порядка 70—90%.
Режим малого газа в полете применяется при планировании и
посадке. Данный режим выбирается из условий устойчивой работы
двигателя на минимально возможной частоте вращения при
наименьшей тяге. Режим малого газа является высокотемпературным
режимом для турбины и других деталей горячей части, в
результате чего время непрерывной работы двигателя на этом режиме
ограничивается.
Переменные режимы — приемистость (встречная приемистость)
и резкое дросселирование применяются при выполнении маневров
в воздухе или при вынужденном уходе на второй круг перед
посадкой самолета.
Как при проверке приемистости, так и при резком
дросселировании рычаг управления двигателем (РУД) перемещается
летчиком за 1—2 с. При этом система регулирования обеспечивает
быстрый переход двигателя с одного режима работы на другой без пом-
пажа и срывов пламени в камере сгорания.
2.3. ТРЕБОВАНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ РЕАКТИВНЫХ
ДВИГАТЕЛЕЙ И САМОЛЕТОВ К КАЧЕСТВУ ТОПЛИВА
Использование самолета по значению и выполнение всех
возложенных на него функций возможны в том случае, если его
агрегаты, узлы и детали обладают требуемой надежностью. Топливные
системы самолета и двигателя как системы жизненно важные для
авиационной техники занимают особое место при разработке
мероприятий, обеспечивающих и сохраняющих ее высокую надежность
при эксплуатации. В самолете и двигателе должно быть все
максимально легким, компактным и удобным для осмотра и контроля в
эксплуатации состояния узлов и даже деталей. В связи с этим узлы
и агрегаты, контактирующие с топливом или продуктами его
сгорания, конструируются с очень высокими параметрами рабочих
режимов по давлению, скорости и температуре, чтобы удовлетворить
специфические требования авиационной техники.
По этим же причинам и к топливам предъявляются жесткие
требования, в частности к параметрам их качества.
Нефтяные дистиллятные топлива практически соответствуют
большинству требований существующей реактивной техники. Одна-
47

Рис. 2.9. Засорение термоокислительными осадками фильтрующих элементов
топливной системы двигателя:
а—отложение осадков на сетке дроссельных пакетов; б—дроссельные пакеты,
чистые; в—фильтрующие элементы центрального фильтра насоса-регулятора,
засоренные осадками; г—фильтрующие элементы центрального фильтра,
чистые; д—агрегатное состояние осадков в термически нестабильном топливе
(X 200); е—агрегатное состояние осадков в термостабильном топливе
48

Рис. 2.10. Дефекты ротора насоса, вызванные топливом:
а—вымывание свинцово-индиевогэ покрытия торца ротора; б—кавитаци-
онный размыв кромки канала гнезда ротора
ко по мере усложнения конструкции и условий эксплуатации
самолетов и двигателей сохранение их высокой химмотологической
надежности становится все более сложной инженерно-технической
задачей.
Наиболее характерными и часто встречающимися в
эксплуатации дефектами, вызванными топливом, являются следующие:
1. Засорение топливных фильтров, узких каналов регуляторов,
форсунок и заедание золотников регуляторов по причине наличия
в топливе механических примесей (рис. 2.9) или вследствие
выделения из топлива мелкодисперсных продуктов термического
происхождения.
2. Вымывание материала стенок жиклеров, каналов, свинцово-
индиевого покрытия торца ротора (рис. 2.10,а), затупление
отсечных кромок золотников регуляторов вследствие абразивного
действия механических примесей или продуктов термоокислительного
происхождения, размыв кромок каналов ротора (рис. 2.10,6).
3. Повышенный износ нагруженных деталей качающего узла
насоса-регулятора из-за недостаточных противоизносных свойств
топлива, особенно при повышенных (более 100° С) температурах
топлива (рис. 2.11).
4. Снижение эффективности теплообменных устройств,
связанное с потерей теплопроводности стенок радиатора из-за отложений
на них со стороны топлива продуктов термоокислительного
происхождения (рис. 2.12).
5. Повышенное нагарообразование на рабочих топливных
форсунках, на лопатках завихрителей камеры сгорания, в камере
сгорания из-за увеличенной нагарности топлива.
Вследствие коррозии деталей агрегатов топливной системы
возникают серьезным неполадки в их работе. Известны случаи поломки
топливного насоса из-за коррозии и заедания плунжеров.
Значительным разрушениям подвергается при этом наклонная шайба,
что в некоторых случаях сопровождается срезом рессоры ротора
топливного насоса (рис. 2.13). Часто корродируют плунжеры и
шток сервопоршня топливного насоса, беговая дорожка внутрен-
49

Рис. 2.11. Изнашивание плунжеров
топливных насосов регуляторов:
а—износ сфер плунжеров
/—участки выкрашивания; 2—скалывание
кромки плунжера; б—характер
выкрашивания на сфере плунжера
(X 50); в—глубокие риски на
контактной поверхности подпятникое
плунжеров насоса
него кольца и пальцы корпуса комбинированного подшипника
топливного насоса и другие его детали, контактирующие с топливом
(рис. 2. 14).
Коррозия некоторых деталей топливных агрегатов повышает
износ трущихся поверхностей. Так, коррозия плунжеров и
подпятников плунжеров вызывает значительную выработку беговой
дорожки наклонной шайбы (рис. 2.15). В результате коррозии в
топливе могут накапливаться нерастворенные продукты,
отлагающиеся в топливных агрегатах, например на фильтрах, в каналах
форсунок и др. Забивка топливных форсунок и ухудшение их распыла
вызывает в условиях эксплуатации местные перегревы и трещины
на входных кромках лопаток соплового аппарата турбины, а
также образование нагара на электродах пусковых свечей (рис. 2.16),
что приводит к отказу воспламенения топлива при повторном
запуске двигателя.
Образование отложений на внутренних поверхностях ротора
топливного насоса приводит к повышенному износу, а в некоторых
случаях к заеданию и задиру плунжеров топливного насоса (рис.
2.17). Следы отложений и коррозии в значительной степени
увеличивают силы трения при движении плунжеров в гнездах ротора
насоса. Это вызывает повышенные напряжения в рессоре привода
ротора, которая при длительной работе перегружается, в ней
появляются усталостные трещины, вызывающие в конечном итоге
излом (рис. 2.18).
Кроме коррозии бронзовых и кадмированных стальных деталей
в условиях эксплуатации наблюдается коррозия свинцово-индиево-
го покрытия на торце ротора топливного насоса. Значительная
коррозия свинцово-индиевого покрытия происходит на топливах ТС-1
50

г"' ":: ill
3>и*. 2.12. Загрязнение сот топливно-маспяного радиатора ГТД
термическими осадками:
а—поверхность сот, загрязненная со стороны масляной полости;
б—поверхность сот, загрязненная со стороны топливной полости; в—соты,
чистые со стороны масляной полости; г—соты, чистые со стороны
топливной полости; д~характер термических осадков со стороны
топливной полости (X 70)
51

Рис. 2.13. Мгновенный излом рессоры
топливного насоса при заклинивании
плунжеров из-за повышенной коррозии
Рис. 2.14. Коррозия некоторых деталей
топливного насоса:
а—беговой дорожки подшипника; б—рабочей
поверхности наклонной шайбы
Рис. 2.15. Глубокая выработка
рабочей поверхности наклонной шайбы
насоса из-за коррозионных поражений
ее материала
Рис. 2.16. Замыкание нагаром электродов свечи
пускового воспламенителя:
/—топливная форсунка; 2—свеча зажигания,
3—нагар
и Т-2, содержащих повышенное количество меркаптанов, и
сопровождается выработкой покрытия на глубину 0,005-^0,007 мм wa
площади, лежащей против топливных каналов золотника (рис.
2.19). Вследствие этого увеличивается перепуск топлива по торцу
ротора из полости нагнетания в полость всасывания, что вызывает
уменьшение подачи топливного насоса.
Продукты износа топливной аппаратуры в сочетании со
следами коррозии, микрозагрязнениями и осадками
высокотемпературного происхождения вызывают засорение топливных форсунок.
Наиболее опасным является засорение каналов основных форсунок
Отложения в каналах рабочих форсунок приводят к нарушению
структуры топливного факела и, как следствие, к снижению
полноты сгорания топлива, к струйности в факеле, в результате чего
возникают коробление жаровых труб и лопаток соплового аппарата и
даже обрывы или обгорание лопаток турбины (рис. 2.20, 2.21)О
52

Рис. 2.17. Коррозионные поражения поверхностей ротора топливного насоса:
а—корродированный ротор: б—чистый ротор; в—коррозия и следы переноса металла
плунжера на стенки гнезда в роторе: г—частицы перенесенного металла при
заедании плунжера (X 40)
53

Рис. 2.18. Усталостный излом рессоры ротора насоса:
Рис. 2.19. Выработка свинцово-
индиевого покрытия торца ротора
насоса вследствие недостаточных
противоизносных свойств топлив
Рис. 2.20. Коробление и прогар стенки жаровой трубы
камеры сгорания ГТД
Рис. 2.21. Обгорание лопаток:
а—турбины; б—соплового аппарата
.54

10~3м2К/Вт
4
Рис. 2.22. Термоокислительные осадки (толщина
слоя 0,05 мм] на деталях топливной системы после
работы двигателя с подогревом нестабильного
топлива J + 15O0 С)
о
А
f
71
1 р
п
?
1
/
/
.? 20 40 60 дО №
Время работы, ч
Рис. 2.23. Изменение теплового
сопротивления термоосадков,
выпавших на стенки при нагреве
топлива «Автур»:
температура топлива на входе
в теплообменник 165° С и на
выходе 190° С; расход топлива:
V—13,1, П—18,2 и 0—91 кг/ч
Повышенный нагрев реактивных
топлив в баках, так же как и
глубокое охлаждение, осложняет их
применение. При температурах выше 100° С
топлива Т-1, ТС-1, Т-2 интенсивно
окисляются с выделением осадков и смол.
Часть твердой фазы
термоокислительного происхождения забивает поры
фильтров и тонкие каналы системы регулирования. Осадки и
смолы, отлагаясь на стенках трубок (рис. 2.22) топливно-масляных
радиаторов, снижают эффективность теплообменников, повышая
теплонапряженность подшипников трансмиссий из-за высоких
температур масла.
Слой осадков обладает низкой теплопроводностью,
приближающейся к теплопроводности окислов металлов, поэтому
термическое сопротивление стенок, покрытых осадками, резко
возрастает (рис. 2.23), что может привести к значительному
повышению их температуры.
Следовательно, эксплуатационные свойства реактивных топлив
могут оказывать влияние почти на все основные показатели
надежности: работоспособность, долговечность, ремонтопригодность,
сохраняемость, ресурс и т. д.
Перечень наиболее серьезных нарушений работоспособности
двигателей или его агрегатов, связанных с топливом, приведен в
табл. 2.1, откуда видно, что эксплуатационные свойства
реактивных топлив оказывают непосредственное влияние на надежность
работы двигателей и самолетов. Вследствие этого на всех этапах
развития реактивной авиации одним из необходимых условий ее
безотказности, долговечности и экономичности было создание
топлив, отличающихся высокими эксплуатационными свойствами.
Развитие реактивной техники выявило несоответствие
некоторых товарных сортов топлив новым требованиям.
55

Таблица 2.1
Возможные неисправности по причине топлива, снижающие надежность реактивного двигатели
№
п/н
Неисправность
Причины неисправности
Свойства и показатели качества
топлива, вызвавшие неисправность
Характер влияния качества топлива
на основные показатели надежности
Падение частоты
вращения двигателя при взлете
Отказ клапана ограничения
максимальной частоты
вращения ротора топливного насоса
«Усадка» максимальной
частоты вращения двигателя
(не устраняется
регулировкой)
Колебания максимальной
частоты вращения
двигателя с амплитудой до
1000 об/мин
Повышенный износ деталей
регулятора и качающего узла
топливного насоса
1. Наличие воздушных
пробок в топливной системе
2. Неисправность топливного
насоса
1. Загрязненность
механическими примесями, (попавшими в
топливо при транспортировке
или через дренажную систему
самолета
2. Недостаточная
смазывающая способность, что приводит
к появлению в топливе
большого количества продуктов износа
1. Недостаточная
смазывающая способность топлива
2. Склонность топлива к
коррозионной агрессивности и
возникновению кавитации
1. Высокое давление
насыщенных паров топлива,
вследствие чрезмерного облегчения
фракционного состава
2. Недостаточная
смазывающая способность топлива
3. Недостаточная
термоокислительная стабильность
топлива, в силу чего увеличивается
количество смолистых и им
подобных отложений на деталях
Нарушается
работоспособность и ухудшается показатель
ремонтопригодности из-за
увеличения стоимости
технического обслуживания; снижаются
коэффициенты готовности и
технического использования
Снижается долговечность и
ресурс топливной annapaTyiDhi.
Ухудшается показатель
ремонтопригодности из-за
увеличения среднего времени
восстановления. Снижаются
коэффициенты готовности и
технического использования
Нарушается
работоспособность, уменьшается ресурс
топливной аппаратуры. Онижа ■
ются коэффициенты готовности
и технического использования

Самовыключение
двигателя в полете
Прогар стенок камер
сгорания и лопаток соплового
аппарата
Выгорание и «выветрива-
вание» материала камер
сгорания и лопаток соплового
аппарата и турбины
Нестабильный «горячий»
запуск двигателя
1. Отказ плунжерного насоса
по причине зависания
клапана постоянного перепада или
смещения втулки золотника
обратной связи относительно
корпуса регулятора
2. Повышенное нагарообразо-
вание на торцах рабочих фор-
умок
Ухудшение смесеобразования
вследствие повышенных нага-
роотложений на форсунках и
обильного смолоотложения в
фильтрах и каналах форсунок
Разрушение камер сгорания и
лопаток соплового аппарата и
турбины
1. Плохое распыливание
топлива форсунками и
неудовлетворительная работа свечи
зажигания
2. Отказ в работе клапана
автомата запуска, зависание
золотника приемистости
1. Загрязненность топлива
вследствие плохой фильтрации,
недостаточная
термоокислительная стабильность топлива
2. Недостаточная
смазывающая способность топлива, что
приводит к значительному
износу трущихся пар регулятора
3. Повышенная коррозионная
агрессивность топлива в
жидкой фазе. Кристаллы льда в
топливе
4. Повышенная склонность
топлива к нагарообразованию
1. Повышенная склонность
топлива к нагарообразованию
2. Недостаточная
термоокислительная стабильность топлива
1. Коррозионная
агрессивность продуктов сгорания топ-
лив
2. Повышенная склонность
топлива к нагарообразованию
на форсунках и недостаточная
его термоокислительная
стабильность
1. Повышенная склонность
топлива к нагарообразованию
2. Недостаточные
термоокислительная стабильность и
смазывающая способность
Нарушается
работоспособность и ухудшается показатель
ремонтопригодности из-зь
увеличения средней стоимости
технического обслуживания
Ухудшается показатель
сохраняемости, снижаются
коэффициенты готовности и
технического использования
Нарушается
работоспособность, снижается долговечность
и ресурс
Снижается долговечность и
ресурс
Нарушается
работоспособность и ухудшается показатель
ремонтопригодности из-за
увеличения средней стоимости
технического обслуживания.
Снижаются коэффициенты
готовности и технического
использования

ОО
Продолжение
№
п/п
Неисправность
Причины неисправности
Свойства и показатели качества
топлива, вызвавшие неисправность
Характер влияния качества топлива
на основные показатели надежности
10
11
Повышенное время
приемистости и «помпаж»
двигателя
Невключение форсажа,
отсутствие давления
форсажного топлива, выключение
форсажа, неотключение
форсажа
Изделие не развивает не-
збходимой тяги при форсаже
Падение давления
топлива перед насосами высокого
давления, мигание лампочки
сигнализации давления
топлива, открытие на фильтре
клапана перепуска и подача
топлива в двигатель помимо
фильтрующего элемента
1. Зависание золотника
клапана постоянного давления
2. Засорение жиклера
замедлителя и дроссельных пакетов
ограничителя нарастания
частоты вращения
1. Заедание
электроконтактора
2. Негерметичность клапанов
соленоида форсажа и баростата
3. Засорение отверстий
карбюратора розжига форсажа
Забивка топливных форсунок
форсажного контура
Засорение фильтрующего
элемента и увеличение перепада
давлений топлива на нем выше
расчетного давления пружины
клапана перепуска топлива
Загрязненность и
недостаточная термоокислителыная
стабильность топлива
Загрязненность и
недостаточность термоокислительной
стабильности и смазывающей
способности топлива
Недостаточная
термоокислительная стабильность топлива
1. Недостаточность
термоокислительной стабильности и
смазывающей способности
топлива
2. Повышенные коррозионная
агрессивность и
гигроскопичность топлива
Нарушается
работоспособность и ухудшается показатель
ремонтопригодности из-за
увеличения средней стоимости
технического обслуживания.
Снижаются коэффициенты
готовности и технического
использования
То же
Нарушается
работоспособность, снижается долговечность
Нарушается
работоспособность, увеличивается средняя
стоимость технического оболу
живания, снижаются сохраня
емость и коэффициенты
готовности технического
использования

12
13
14
15
Длительное (до 20—
30 мин) дымление из
входного диффузора и
реактивного сопла двигателя после
его остановки
Снижение максимальной
яги и увеличение удельного
расхода топлива
Перегрев стенок,
растрескивание и коробление
жаровых труб и лопаток
соплового аппарата
Перегрев масла в топлив-
но-масляном радиаторе
(ТМР)
Самовозгорание и догорание
остатка топлива на нагретом
нагаре
Попадание дыма на вход в
компрессор и нарушение
процесса горения в камере из-за
нагароотложений на ее стенках
Высокая радиационная
энергия факела пламени
Загрязнение
термоокислительными осадками топливных
полостей ТМР
Повышенная склонность топ-
пива к нагарообразованию
Повышенная склонность
топлива к нагарообразованию
Повышенная склонность
топлива к световому излучению
факела пламени при сгорании
Недостаточная
термоокислительная стабильность и
повышенная коррозионная
агрессивность топлива в жидкой фазе
Нарушается
работоспособность, увеличивается средняя
стоимость технического
обслуживания, снижаются
коэффициенты готовности и
технического использования
Снижается ресурс работы
камеры сгорания и опорных
подшипников турбокомпрессора
из-за перегрева
Снижаются долговечность и
ресурс деталей горячей части
двигателя
Снижаются сохраняемость,
долговечность и надежность
трущихся деталей двигателя

Так в нашей стране не рекомендуется применять:
топливо Т-4, содержащее компоненты термического крекинга
и обладающее в связи с этим низкой термоокислительной
стабильностью;
топливо Т-2, имеющее низкие противоизносные свойства и
высокую испаряемость.
топливо Т-7 вследствие его недостаточных противоизносных
свойств.
Это же наблюдается и в зарубежной практике. В США, например, на
протяжении 30 лет неоднократно пересматривались ТУ на топлива и вводились
новые сорта топлив. Так, вначале было топливо Jp-1, затем Jp-2; в 1942 г. оно
было заменено топливом Jp-З, которое, в свою очередь, спустя 10 лет было
также снято с эксплуатации и заменено топливом Jp-4.
Для современной сверхзвуковой реактивной авиации созданы новые
топлива: Jp-6, Jp-7, Jp-8, Jp-9, Jp-TS и др.
Несмотря на некоторые различия в конструкции реактивных двигателей и
самолетов применение топлив в английской практике вызывает весьма близкие
по характеру проблемы, что и в отечественной. Нефтяные топлива, подвергнутые
гидроочистке, также обладают пониженными противоизносными свойствами, а
дистилляты прямой перегонки нуждаются в повышении термоокислительной
стабильности; также ведется борьба за чистоту топлива и проводятся химмотоло-
гические исследования возможности перехода на более дешевые сорта топлив
при некоторых конструктивных изменениях двигателя и самолета.
За рубежом также ощущается потребность в надежных методах оценки
отдельных эксплуатационных свойств топлив. В Англии авиационное реактивное
топливо вырабатывается по спецификациям DERD—2494, 2482, 2453, 2498, 2486,
2454. В гражданской авиации в основном, в том числе и на самолете Конкорд,
применяются топлива, вырабатываемые по спецификации DERD-2494 (тип А-1
по ASTM), пересмотренной в мае 1973 г. Топливо по спецификации DERD—2482
(тип А по ASTM, температура кристаллизации —40° С) в настоящее время как
массовое в Европе не производится. Топливо по спецификации DERD—2486 (тип
Jet В по ASTM — широкая фракция) редко используется на внутренних
воздушных линиях и производится по спецзаказу. Топливо по спецификации
DERD—2498 (тип Jp-5) используется исключительно как военное топливо и
является дефицитным и очень дорогим. Это топливо имеет температуру вспышки
+ 60° С, при эксплуатации на этом топливе отмечается повышенное дымление.
Для военной авиации топлива выпускаются по спецификациям DERD—2453 и
2454, отличающиеся от топлив, применяемых в гражданской авиации, наличием
антиобледенительной присадки.
Согласно спецификации DERD—2494 топливо вырабатывается из
дистиллятов прямой перегонки различных нефтей, подвергаемых либо гидроочистке, либо
демеркаптанизации процессом Мерокс или хлормедной очисткой; кроме того
применяется сернокислотная очистка.
Для дозвуковой авиации применение этих топлив особых проблем не
вызывает. Для сверхзвуковой авиации большое значение приобретает как качество
исходного сырья, так и метод переработки, включая режим гидроочистки.
В гидроочищенное топливо обязательно добавляется антиокислитель, а в
топливо, подвергнутое хлормедной очистке, — дезактиватор металлов. При
использовании гидроочищенного топлива возникали трудности, связанные с низкими
противоизносными свойствами топлива. Для улучшения противоизносных свойств
гидроочищенного топлива в него вводится присадка Хитек Е 515, известная
ранее под названием Сантолен С и рекомендованная первоначально как
антикоррозионная присадка. В топливо, вырабатываемое по спецификациям DERD—2494,
вводится антиэлектростатическая присадка ASA-3. Как правило, при
транспортировке присадки не расходуются и потому добавляются в топливо на
нефтеперерабатывающих заводах.
При совместном введении в топливо присадок «Хитек Е 515» и ASA-3
наблюдается синергетический эффект, в результате чего возрастает проводимость
топлива, что позволяет снизить концентрацию в топливе присадки ASA-3.
60

Присадка «Хитек Е 515» при высоких температурах оказывают
отрицательное влияние на качество топлива, в частности на термическую стабильность.
3 связи с этим ведутся исследования по подбору противоизносной присадки, не
ухудшающей других эксплуатационных свойств топлив и достаточно дешевой.
Несмотря на то, что спецификацией DERD—2494 содержание ароматических
углеводородов в топливе ограничивается 2010/о (от объема), их фактическое
содержание в последнее время достигает до 22—25% от объема (24—28% от
массы). Это в основном связано с расширением сырьевых ресурсов и вынуждено
поэтому необходимостью переработки нефтей, содержащих большое количество
ароматических углеводородов в дистиллятах, соответствующих реактивному топ-
диву по фракционному составу. Содержание ароматических углеводородов в
топливе, предназначенном для самолетов, например «Конкорд», достигает 2210/о
от объема. Особых осложнений в эксплуатации авиационной техники на топливе,
содержащем до 25% ароматических углеводородов, пока не наблюдается, хотя
в стендовых условиях и имеет место увеличение дымления при работе на таком
топливе. Фактическое содержание непредельных углеводородов в топливе,
вырабатываемом по спецификации DERD—2494, составляет 1—2% и очень редко
достигает Э°/о.
Проблема противоизносных свойств реактивных топлив возникает за
рубежом только при использовании плунжерных насосов. Решение этой проблемы
достигается как добавлением в топливо противоизносных присадок, так и
улучшением материалов плунжеров, в частности повышением их твердости, а также
изменением конструкции насосов.
На самолете «Конкорд» должны использоваться те топлива, которые
применяются для остальной авиации, но во избежание возникновения кавитации в
насосах они должны иметь такой фракционный состав, при котором не
наблюдалось бы их испарение при рабочих температурах топливной системы самолета
В Англии, хотя и разработан лабораторный метод определения
противоизносных свойств реактивных топлив, но он не обеспечивает хорошей
воспроизводимости получаемых результатов. Поэтому усилия направлены на разработку
метода, который учитывал бы и химическое взаимодействие компонентов
топлива с материалами, из которых изготовлены трущиеся детали.
Для оценки качества топлив для гражданской авиации применяются в
основном методы ASTM. Для сверхзвуковых самолетов этого недостаточно. Для
оценки качества топлива или присадок к нему для сверхзвуковых самолетов
применяются испытания на полномасштабных или несколько уменьшенных по
масштабу стендах, имитирующих топливную систему самолета и двигателя [113].
Фирма «Роллс-Ройс» на территории фирмы «Шелл» изготовила модельную
установку, имитирующую топливную систему самолета «Конкорд», в масштабе
1 : 2. Результаты испытаний на этой установке показывают, что те же сорта
топлива, вырабатываемые различными заводами, отличаются друг от друга.
Кроме того обнаружено в ряде случаев несоответствие между результатами,
полученными на полномасштабном стенде и по методам ASTM, например по
термической стабильности. Метод Фэрел-Кокер (типа ДТС-1) не дает
достаточной дифференциации топлив по термической стабильности.
Порядок допуска топлив к применению на авиационной технике
предусматривает прежде всего лабораторные исследования с точки зрения соответствия
качества испытуемого топлива требованиям спецификации, затем топливо
проверяется на противоизносные свойства лабораторными методами, а на стенде
определяется его термическая стабильность и, наконец, производятся полеты
самолетов на испытуемом топливе под наблюдением.
Несмотря на то, что введение антиобледенительной присадки в топлива,
предназначенные для гражданской авиации, не предусматривается, возможно
периодическое применение ее с профилактической целью для самолетов
гражданской авиации в качестве антимикробной.
Для устранения появления в топливных баках самолетов микроорганизмов
предусматривается обработка баков специальной жидкостью «Биобор».
Использование конструктивных устройств для снятия заряда статического
электричества, по мнению английских специалистов, менее эффективно, чем
применение присадки ASA-3. Контроль и измерение удельной электропроводности
авиационных топлив в условиях аэропорта не производится.
61

Контроль чистоты авиационных топлив в аэропортах осуществляется
периодически: с помощью прибора фирмы «Шелл» — на свободную воду и
фильтров «Миллипор» — на механические примеси. Применение непрерывного
контроля чистоты топлив в аэропортах прибором «Микроскан» очень ограничено,
так как при низких температурах он работает неустойчиво.
Следовательно, конструктивные особенности топливоподающих
систем и узлов реактивных двигателей и самолетов, а также
специфические условия их эксплуатации выдвигают ряд требований к
качеству нефтяных топлив, без удовлетворения которых
невозможно сохранение необходимого уровня надежности авиационной тех»
ники.
Опыт эксплуатации реактивной техники показывает, что
отказы в ее работе по вине топлива требуют глубокого исследования в
химмотологическом плане, т. е. в сложной взаимосвязи качества
топлива с качеством конструкции и условиями эксплуатации.
Систематизация результатов подобных исследований должна
позволить создать методы математического описания отказов и
аналитического расчета химмотологической надежности.

ГЛА БА III
Влияние топлива
Эксплуатационная надежность авиационной техники определяет,
по существу, эффективность ее использования по назначению [168].
Чем она выше, тем выше производительность летательного
аппарата, экономичнее и рентабельнее его использование.
Высокие показатели эксплуатационной надежности реактивной
техники закладываются при ее создании конструкторами и
технологами в производстве и должны сохраняться в эксплуатации
путем соблюдения оговоренных условий хранения и
транспортирования авиационной техники или применения фактических режимов и
условий использования ее на земле и в полете, не отличающихся
от расчетных, и своевременного проведения регламентных
обслуживании, предупреждающих возникновение начальных очагов
возможных отказов и неисправностей [4]. Однако объем и частота
регламентного обслуживания должны быть минимально
необходимыми, так как они связаны с простоем техники и увеличивают
вероятность появления дефектов монтажного или другого характера,
вносимых исполнителями работ.
С этой целью на каждый тип реактивной техники
разрабатываются единые регламенты планового технического обслуживания
ее в эксплуатации. В регламентах изложены виды и объем работ,
подлежащих выполнению при предварительной, предполетной и
послеполетной подготовке самолета, а также после определенных
сроков эксплуатации и хранения.
В единых регламентах технического обслуживания авиационной
техники особое место занимают работы, связанные с применением
топлив различных сортов и с предупреждением отказов и
неисправностей, обусловленных их качеством.
В каждом виде регламентных работ особо выделяются операции
проверки узлов, агрегатов и систем, контактирующих с топливом
или продуктами его сгорания.
Перечень и объем профилактических мероприятий по
техническому обслуживанию топливных систем самолета и двигателя, их
агрегатов и узлов назначаются в результате проведения
систематических исследований дефектов и отказов, связанных с
физико-химическими и эксплуатационными свойствами топлив,
63

Качество и свойства топлива оказывают существенное влияние
на важнейшие эксплуатационные характеристики реактивного
самолета в целом и отдельных его агрегатов и узлов, в частности на
надежность.
Летио-технические данные» Основными летно-техническими
данными самолета являются: скороподъемность, дальность,
продолжительность, максимальные скорость и высотность полета. Значения
указанных характеристик главным образом определяются
аэродинамическими показателями летательного аппарата и тягово-эконо-
мическими данными двигателя.
В настоящее время достаточно хорошо изучен вопрос о влиянии
энергетических свойств топлива на характеристики самолета.
Установлено, что у реактивных самолетов наилучшие летно-технические
характеристики могут быть получены на топливах, обладающих
одновременно наибольшими значениями плотности и теплоты
сгорания.
Применение топлива с высокой плотностью дает возможность
сокращать пространство, занимаемое топливом на борту самолета.
Калорийность топлива, или его теплота сгорания, определяет
получение высоких тягово-экономических показателей двигателя. Чем
выше массовая теплота сгорания топлива, тем меньше при прочих
равных условиях удельный расход топлива двигателем, тем больше
дальность или продолжительность полета самолета.
Энергетические характеристики современных реактивных топ-
лив, полученных из различных нефтей, приведены в табл. 3.1 [109].
Из приведенных данных следует, что разница в значениях массовой
теплоты сгорания реактивных топлив различных сортов достигает
1.4 МДж/кг, плотности-— 130 кг/м3 и объемной теплоты сгорания—
5.5 МДж/л.
Таблица 3.1
Энергетические характеристики нефтяных реактивных топлив
Топливо
Типа бензина
Типа широкой
фракции
Типа керосина
Типа
керосин-газойля
Jp-3
Т-2,
Т-1,
Jp-1
Т-6,
Сорт топлива
Т-4 Jp-4
ТС-1, Т-8,
, Jp-5, Jp-6
Jp-1
ПЛО1НОСТЬ,
кг/м3
700—730
750—770
775-830
800—805
41
41
41
40
Теплота
МДж/кг
,8—42,0
,2-41,6
,0-41,5
,6—41,0
сгорания
МДж/л
29,3—30
31,0—32
33,6—34
34,4—34
,8
,1
,3
,8
64

Между показателями, характеризующими энергетические
свойства реактивных топлив, существует прямая зависимость: чем выше
плотность топлива, тем больше его объемная и тем ниже массовая
теплота сгорания. Эти характеристики находятся также в тесной
связи с фрикционным составом реактивных топлив. С увеличением
в составе топлива высококипящих фракций увеличиваются его
плотность и объемная теплота сгорания и снижается массовая
теплота сгорания. Значения энергетических параметров зависят в
основном от состава углеводородной части реактивных топлив.
Таблица 3.2
Углеводородный и фракционный составы реактивных топлив
Топливо
Т-2
ТС-1
Т-1
Т-5
Пределы
изменения 1ешю'1ы
сгорания,
МДж/кт
41,1—41,5
41,4-41,6
41,0—41,3
41,0—41,2
Углеводородный состав, %
арома ги-
ческие
15-18
12—22
14—22
16-18

нафтеновые
10—13
20—26
40-45
52-57
парафиновые
69-75
52-68
33-46
25—32
Фракционный состав
темпера! ура
начала
перегонки, °С
65-93
132—141
142-145
185-195
98%
перегоняется при
темпера iype,
228—249
227—240
270—280
300—315
Как видно из табл. 3.2, в топливах различных сортов
присутствуют в больших количествах (15—20%) ароматические
углеводороды, обладающие низкой массовой теплотой сгорания.
Содержащиеся в реактивных топливах парафиновые
углеводороды в количестве 56,2—67,9% обычно относятся к нормальным
и слабо разветвленным структурам, обладающим низкими
значениями плотности и объемной теплоты сгорания. Нафтеновые
углеводороды реактивных топлив, присутствующие иногда в количестве
45,1—57,2%, содержат мало конденсированных колец и небольшое
количество боковых цепей. В связи с этим они имеют невысокие
значения плотности и объемной теплоты сгорания.
Для улучшения энергетических характеристик реактивных
топлив, полученных из нефтей, необходимо подвергнуть их обработке
для удаления из них ароматических углеводородов, что повышает
массовую теплоту сгорания, для изомеризации парафиновых
углеводородов и увеличения конденсированных колец и алкильных
групп в нафтеновых углеводородах, что увеличивает их плотность
и объемную теплоту сгорания.
Исследование и опыт производства топлив показали, что
получить углеводородные топлива нефтяного происхождения для ГТД,
обладающие одновременно высокими значениями плотности и
массовой теплоты сгорания, не удается. Чаще всего встречаются либо
топлива достаточно высококалорийные, но с низкой плотностью и
состоящие из облегченных фракций, либо топлива более плотные,
утяжеленного фракционного состава, отличающиеся заметно пони-
74
65

женной массовой теплотой сгорания. В эксплуатации влияние этих
показателей топлив на дальность и продолжительность полета
самолета учитывается в расчетах соответствующими поправками,
поскольку в лабораторных условиях такие физико-химические
константы топлива, как плотность и теплота сгорания, определяются
с достаточно высокой точностью.
Более сложным является определение влияния на летно-техни-
ческие данные самолета потерь топлива от испарения при
высотных полетах и степени фактической реализации массовой теплоты
сгорания топлива в камерах сгорания двигателя, определяемой
коэффициентом выделения тепла.
Исследования зависимостей основных летно-технических
данных самолета от энергетических свойств топлива показывают, что
преимущество должно быть отдано топливам, обладающим
наибольшей массовой теплотой сгорания и сгорающим в двигателе
при прочих равных условиях с высокой полнотой.
Вместе с тем из расчетов и испытаний следует, что для
самолетов и двигателей различной конструкции эффективность использо
вания одного и того же энергетического потенциала топлива
получается неодинаковой. Так, в некоторых случаях при снижении на
1% теплоты сгорания топлива на одних типах двигателей растет
удельный расход его на 2%, а на других — почти на 7%. В
отдельных двигателях с форсажной камерой такое снижение теплоты
сгорания топлива приводит к увеличению удельного расхода топлива
до 10-13%.
Таким образом, эффективность реализации теплоты сгорания
данного топлива может быть достоверно установлена для каждого
конкретного двигателя только путем натурных испытаний, где
может быть учтено большинство действующих факторов процесса
горения топлива. Все же другие способы проверки действительной
степени использования его энергетических возможностей в данном
двигателе не дают этого.
Рассмотрим влияние одного элемента процесса горения топлива
в двигателе — смесеобразования.
Известно, что полнота сгорания в основном определяется
качеством подготовки горючей смеси. Для двухфазной смеси,
используемой в большинстве современных ГТД, характерна макро- и
микронеоднородность как паровой, так и жидкой фаз топлива. С другой
стороны, отношение массы испарившегося топлива к массе жидкой
фазы, спектр крупности капель, микро- и макронеоднородность
концентраций зависят не только от типа и геометрических
параметров форсунок, давления подачи топлива, давления, скорости и
температуры потока воздуха, но и от таких физических констант
топлива, как вязкость, испаряемость, поверхностное натяжение.
При прочих равных условиях топливо, обладающее
повышенной испаряемостью, малой вязкостью и низким поверхностным
натяжением, может образовать переобогащенную смесь в отдельных
зонах, что, как следствие, способно привести к уменьшению
химической полноты сгорания из-за недостатка кислорода. И наоборот,
66

топливо с противоположными физическими данными может иметь
большую неполноту сгорания вследствие невозможности полного
испарения крупно распыленного топлива на всем протяжении
камеры сгорания. Следовательно, в камере сгорания двигателя
только по причине различия некоторых физических констант,
влияющих на подготовку горючей смеси, невозможно получить от
образцов топлив при той же теплоте сгорания одинаковый
энергетический тепловой эффект.
Фактическая реализация потенциальных энергетических
характеристик топлив также связана с состоянием узлов, агрегатов и
особенно горячей части двигателя. В табл. 3.3 показано, как
влияет на тягово-экономические данные двигателя ухудшение его
технического состояния в процессе эксплуатации. Поэтому, оценивая
влияние топлива на летно-технические данные самолета и тягово-
экономические характеристики двигателя, т. е. на их
эксплуатационную надежность, приходится решать вопросы, непосредственно
связанные как с качеством топлива, так и с возможностями
действительной реализации этого качества.
Таблица 3.3
Зависимость основных тягово-экономических данных ГТД от эффективности
работы важнейших его узлов [103]
Основные данные
двигателя
Удельный расход
топлива
(увеличение)
Сила тяги
(уменьшение)
о
S
Я
О)
очносчь за
ьпаниях
+1
±0,5
1'ОТЫ
и
У
Я о^
Ху-1
1ри уменьш
ращения нг
и еа
3-7
Изменение основных
При
уменьшении
на
омпрессора
0,6-
1,3
0,6—
1,3
кпд
1%
урбины
0,8-
1,8
0,8—
1,8
данных
При увеличении
площади
на
о
о
1
5 ■=;
ли
0,5—1
1,2
1%
ОПЛОВОГО
nnapaia
0,8-
1,3
0,8-
1,3
двигателя, %
При повышенных нага-
роотложениях в камерах
и загрязнении
компрессора
Режимы

[аксиальный
2 2
2,8
0,1
оми-
альный
X X
3,0
3,2
,8* номи-
ального
О X
7,7
1,5
* Компрессор после останова двигателя загрязнялся из-за длительного
дымления при догорании топлива в камерах с повышенными нагароотложениями.
Как указывалось, характеристики двигателей по мере
эксплуатации изменяются обычно в худшую сторону. Это ухудшение
влечет за собой, естественно, ухудшение летных характеристик, хотя
и неодинаковое для различных типов реактивных самолетов.
Как видно из рис. 3.1,а, кривые 1 и 2 потребных тяг
сверхзвукового и дозвукового самолетов пересекаются с кривыми Г и 2Г
располагаемых тяг в точках а и Ь, соответствующих максимальным
3* 67

О 0,5 1,0 - 15 2,0
2800
2700
1600
2500
2Ш
2300
2200
+25'кг/ч
г"^^
-*— 1
ZQpacn
—^F^
-25кг/ч--
У
\
1
-
——
У*
ш- —
— —
-——
^Qnomp
-
/-
-AM
Л
J
нм
1
/
\г ___
0,52
0,56
0,58
0,60
Рис. 3.1. Зависимость летных характеристик самолетов:
а—от тяги и типа двигателя; б—от располагаемого расхода
топлива
значениям скоростей этих самолетов Vmax и У^ах. Углы, под
которыми пересекаются эти кривые, определяют степень
«чувствительности» летных данных соответствующих типов самолетов к
изменению тяговых характеристик двигателя: чем острее этот угол, тем
существенней сказывается изменение действительной тяги АР на
величине достижимой максимальной скорости. Таким образом,
возможное ухудшение тяговых данных двигателя по вине топлива
снижает летно-технические данные сверхзвукового самолета в
большей степени, чем дозвукового самолета.
Влияние реализации энергетических возможностей топлива на
данные самолета иллюстрируется рис. 3.1,6, где на примере
самолета с четырьмя ТВД показано, что отклонение от располагаемого
суммарного часового расхода 2Qpacn на ±1% дает изменение
максимальной скорости на 2—3%.
Поэтому эксплуатационные мероприятия по восстановлению и
поддержанию на заданном уровне соответствующих летных
характеристик самолета должны включать целый ряд профилактических

го
90 wo 120 m 160180p w;na
Рис. З.2. Зависимость наибольшей
силы трения в золотниковой паре от
давления и содержания в топливе
механических примесей (в % п® массе!
лабот, направленных на максимальное
Использование энергетического потен-
циала применяемого топлива.
Параметры технического
использования. Такие эксплуатационные
показатели, как коэффициент технического
использования, коэффициент
готовности, ресурс, срок службы,
сохраняемость, среднее время восстановления,
являются параметрами
производительности, экономичности и рентабельности
авиационной техники.
Как было сказано, поддержание
заданной надежности авиатехники в
эксплуатации при прочих равных условиях
определяется качеством топлива. При высокой склонности топлива
к нагарообразованию засоряются топливные форсунки,
нарушается геометрия проточной части камеры сгорания и уменьшается ее
объем, происходит замыкание электродов пусковых свечей,
появляются трещины, прогары и коробления стенок камеры сгорания.
Из-за коррозионной агрессивности продуктов сгорания топлив
возникают очаги «выветривания» и появляется коррозия
материала форсунок, стенок камер сгорания, лопаток соплового аппарата
и турбины.
Перечисленные дефекты приводят не только к сокращению
срока службы самолета и двигателя, но и к усложнению
обслуживания их и к снижению коэффициента технического использования
самолетов.
Несмотря на тщательную фильтрацию топлива при заправке
топливные фильтры двигателя и самолета забиваются
микрозагрязнениями, что вызывает отказы, неисправности и дефекты.
Топливо в самолетных баках, особенно в крыльевых,
загрязняется накапливающимися в них осадками при многократной
заправке самолетов, а в процессе длительной эксплуатации —
вымываемыми топливом компонентами внутренних покрытий топливных
баков и герметиков. По этим причинам, например, загрязнения при
эксплуатации в средней климатической зоне составляют 1,78—5,5,
а южной— 1,54—21,7 г/т [88].
При заправке топлива в баки самолета и при его эволюциях в
процессе полета загрязненность топлива ранее накопившимися в
баках осадками увеличивается. Попадание микрочастиц в
прецизионные пары топливной аппаратуры вызывает в них увеличение
сил трения, заедание и даже заклинивание.
Установлено, что увеличение содержания механических
примесей с 0,003 до 0,006% по массе (что на порядок выше обычно
встречающихся величин) вызывает повышение силы трения в
золотниковых парах примерно на 23% (рис. 3.2) [88].
Все существующие нормы по содержанию механических
примесей в топливах относятся к условиям заправки самолета. В дейст-
69

вительности в топливную аппаратуру двигателя, особенно когда
самолетные фильтры обмерзают или засоряются осадками, через
перепускные клапаны может поступать топливо с содержанием
механических примесей до 0,003% [70].
Засорение прецизионных пар топливной аппаратуры хотя и
может не вызвать их заклинивания, однако сопровождается
серьезными неполадками в работе двигателя. Так, засорение золотников
регуляторов топливного насоса вызывает раскрутку ротора
двигателя в полете на 5—10% выше максимально допустимой, а
попадание частиц под распределительный клапан приводит к
«холодному зависанию» оборотов двигателя в полете или вызывает его
помпаж. В некоторых случаях засорение прецизионных пар
топливной аппаратуры может вызвать кратковременный останов
двигателя в полете.
Обобщение данных по эксплуатационной надежности систем
топливопитания и автоматического регулирования показало, что
примерно 30% отказов и неисправностей командно-топливных
агрегатов является прямым или косвенным следствием засорения их
внутренних полостей микрозагрязнениями.
Большое влияние оказывают микрозагрязнения также на ресурс
работы топливной аппаратуры современных реактивных
двигателей. В топливную аппаратуру обычно поступает топливо,
содержащее микрочастицы, размер которых достигает 20—30 мкм. При
этом количество частиц размером более 5 мкм, содержащееся в 1 т
топлива, составляет 160—720 [153].
По своему составу микрочастицы, загрязняющие топливо,
поступающее в топливную аппаратуру реактивных двигателей, как
видно из табл. 3.4, на 54—70% являются твердыми неорганически-
ми продуктами соединений Fe, Si, Ca, Mg, A1 и Na. Твердые
частицы размером 20—30 мкм вызывают абразивный износ деталей
топливных агрегатов реактивного двигателя. Наиболее опасны для
этой топливной аппаратуры микрочастицы размером 6—12 мкм.
Большое значение для работы реактивных двигателей имеют
топливные фильтры, устанавливаемые в топливных системах как
самолета, так и двигателя. В самолетной топливной системе
устанавливаются сетчатые фильтры с тонкостью фильтрации 20—
40 мкм, в топливной системе двигателя — с тонкостью фильтрации
до 8—12 мкм.
Состав отложений на сетчатых и бумажных фильтрах,
работающих на топливах Т-1 и ТС-1 при эксплуатации реактивных
самолетов на аэродромах средней и южной климатических зон,
приведен в табл. 3.5, откуда видно, что сетчатые самолетные фильтры
забиваются микрочастицами, зольность которых достигает в ряде
случаев 81—83% [194], и мало задерживают загрязнения, обога-
щенные смолистыми соединениями.
Сравнение составов отложений топлив Т-1 и ТС-1 показывает,
что природа топлива не оказывает существенного влияния на
различия в составе отложений, которые больше зависят от характера
загрязнений топлива, чем от его происхождения.
70

Таблица 34
Состав загрязнений топлива, поступающего в топливную аппаратуру
двигателя [194]
Характеристика загрязнений
Влажность, %
Зольность, %
Элементарный .состав, %:
Fe
Si
Са
Mg
Na
Al
Zn
Cu
С
H
s
N
О
Азербайджан
Средняя
Азия
T-l
10,4
61,1
10,9
13,2
3,97
5,7
4,6
7,2
0,03
1,03
20,89
8,6
0,29
2,45
29,0
9,52
56,9
15,4
3,92
2,19
2,32
1,71
2,8
0,75
3,34
20,45
10,8
0,69
1,91
35,0
Средняя клима шческая
зона
ТС-1 из
куйбышевской нефш
28,5
54,5
19,0
6,8
3,82
2,6
0,51
0,55
0,92
0,44
17,94
6,08
0,07
0,25
30,86
ТС-1 из
башкирских неф i ей
17,8
69,6
2,85
11,3
2,85
3,44
3,8
0,13
0,81
0,24
23,19
5,1
0,22
0,36
43,02
Ва, Pb, Sn, Tl, Ni, Cr, Мп содержатся в небольших количествах; Sb, Cd, Ag,
Р, Со, Mo, V, Bi, Be не обнаружены.
Микрозагрязнения, высоко- и низкотемпературные осадки в
топливе (термоокисл'ительные осадки и кристаллы льда)
усложняют эксплуатацию авиатехники, требуя специального
регламентного обслуживания с целью сохранения необходимой
работоспособности агрегатов и узлов топливной аппаратуры.
ТаК|, например, во многих существующих регламентах
предусматриваются работы, выполняемые в процессе предполетной
подготовки и комплексных осмотров, по сливу отстоя топлива с
топливных баков для его контроля. В процессе комплексного осмотра
и при 50, 100-часовых и т. д. регламентных работах обязательна
промывка топливных фильтров низкого давления и фильтров
командного топлива.
Для отдельных типов самолетов специально создаются
инструкции, определяющие последовательность операций проверки всей
топливной системы в случае обнаружения загрязнения фильтров
при профилактическом обслуживании. Как уже указывалось,
коррозия деталей агрегатов топливной системы вызывает серьезные
71

Таблица 3.5
Характеристика отложений на сетчатых самолетных фильтрах
Характеристика отложений
Влажность, %
Зольность, %
Элементарный состав, %:
С
Н
S
N
О
Fe
Si
Са
Mg
Al
Na
Zn
Cu
TC-l
(умеренная зона)
40
2,0
63,0
17,32
6,45
0,07
0,72
37,24 *
3,6
25,5
1,04
3,1
3,6
Следы
1,2э
0,52
Размеры ячеек
20
2,3
48,6
31,79
6,19
0,12
0,84
24,25
4,5
10,8
0,74
5,01
8,3
1,36
2,92
0,85
Т-1
(жаркая зона)
фильтров, мкм
40
4,7
83,4
—
—
—
—
—
4,3
26,6
0,54
9,0
5,4
0,95
1,63
0,6
20
1,3
81,2
—
—
0,32
0,17
—
6,3
31,0
14,3
12,6
8,04
1,69
0,82
1,43
неполадки в их работе, вплоть до их разрушения, а коррозионное
поражение поверхностей прецизионных пар приводит к
прихватыванию золотника и нарушению нормальной подачи топлива
(рис. 3.3).
В некоторых случаях поверхностные повреждения бывают не
настолько глубоки, чтобы нарушить нормальную работу топливной
аппаратуры, однако при ремонте двигателей после отработки
ресурса отбраковывается значительное количество деталей
топливных агрегатов по дефектам, вызванным загрязнением топлив, их
коррозионной агрессивностью и недостаточными противоизносными
свойствами (табл. 3.6).
В современных реактивных двигателях газовой коррозии
наиболее часто подвергаются жаровые трубы камер сгорания и лопатки
газовой турбины. Газовая коррозия наблюдается во внутренней
части жаровых труб камер сгорания в местах, расположенных
ближе к оси Д(вигателя. Коррозионный процесс вначале
характеризуется появлением отдельных точечных раковин, со временем
раковины увеличиваются по площади и глубине, образуя сплошные
раковины и сквозные прогары.
72

г
Рис. 3.3. Золотники и гильзы клапана постоянного перепада давлений,
поврежденные в результате схватывания из-за коррозионных поражений:
б, в—золотник; а, г—гильза
Таблица 3.6
Относительное количество бракуемых при ремонте основных узлов насосов НР-14
и НР-25
Характер дефекта
Абразивное изнашивание
Износ
Коррозия
То же
Засорение осадками
Деталь
PoTOjp
Плунжер
Плунжер
Подшипник наклонной
шайбы
Фильтр командного
топлива
Количество отбракованных
деталей, %
НР-14
8
78
15
40
50
НР-25
—
28
10
35
42
Так, на одном из ГТД после 70 ч работы коррозия стенок жаровых труб в
отдельных местах доходила до 0,6 мм при толщине стенок 1,2 мм; после 100 ч
работы другого двигателя наблюдались в отдельных камерах сквозная корро-
73

зия материала жаровых труб и образование по впадинам между ребрами
продольных трещин длиной 12—15 мм Коррозия жаровых труб наблюдалась также
при работе двигателей на топливе Т-7, получившая название «выветривание»
материала. Природа этого явления не выявлена, однако на отдельных
материалах жаровых труб ее действие столь велико, что стенки корродируют насквозь.
Коррозии обычно подвергаются лопатки первой ступени
турбины как со стороны корыта, так и по входным и выходным кромкам.
При этом структура, твердость и другие свойства самого сплава не
изменяются, но на поверхности лопаток в местах выгорания
образуется микрослой (толщиной 10—15 мкм) с пониженным
содержанием легирующих элементов.
Коррозия лопаток газовой турбины увеличивает опасность
обрыва лопаток, в связи с чем ограничивается температура газов
перед турбиной, повышение которой имеет важное значение при
форсировании двигателей.
Интенсивность газовой коррозии агрегатов реактивных
двигателей зависит как от характеристик материалов, из которых они
изготовляются, так и от качества применяемых топлив.
Коррозионные процессы в деталях и узлах двигателей и
самолетов протекают более ускоренно в периоды между полетами.
Поэтому сохраняемости техники уделяется особое внимание. Ввиду
недостаточной стойкости металлов к воздействию коррозионной
среды и несовершенных пока средств консервации в эксплуатации
через сравнительно короткие промежутки времени хранения (10—
30 дней) необходимо запускать и опробовать двигатели по
определенной программе. Даже после 3-месячной консервации
необходимо опробование двигателя.
Необходимость такого специального обслуживания двигателей
и их агрегатов из-за развития в них процессов коррозии осложняет
эксплуатацию и снижает эффективность технического
использования авиатехники.
Параметры технического использования авиатехники в
значительной степени ухудшаются из-за нагароотложении, интенсивность
которых при прочих равных условиях определяется качеством
топлива. Нагарообразование в современных двигателях пока
неизбежное и крайне вредное явление, влияющее на их надежность и
долговечность.
Вследствие нарушения расчетных условий теплоотдачи стенки
жаровых труб в местах нагароотложении перегреваются, растет их
теплонапряженность и сокращается срок службы. В большинстве
случаев нагар на стенках откладывается отдельными участками,
слоями различной толщины. Это увеличивает неравномерность
нагрева жаровой трубы, в результате чего появляются
дополнительные термические напряжения в материале стенки жаровой трубы.
Температурный градиент вдоль стенки на границе между участком
без нагара и с нагаром достигает 200—400° С. Поэтому от
циклических нагревов и охлаждений камеры сгорания в процессе
запусков, испытаний приемистости и остановов двигателя наиболее
вероятно появление трещин по границам нагара на стенках камеры
из-за высоких концентраций термических напряжений. В США
74

Таблица 3.7
f ягово-зкономические характеристики двигателя РД-ЗМ
с нагароотложениями в камерах сгорания после 300 ч
эксплуатации на топливе Т-1 из сахалинских нефтей
Режим работы
Частота
вращения
ротора,
об/мин
Параме[ры двига1еля
Схашческая тяга, кН
ТУ
до после
эксплуа!а-
ции
У дельный расход
топлива, кг/(Н-ч)
ТУ
до после
эксплуа1а-
ции
Темпера!ура
газов за
турбиной, °С
ТУ
до |после
эксплуаш-
ции
Максимальный
Номинальный
0,8 номинального
Малый газ
4700 ±50
4425 ±25
4200 ±25
1750+50
95±1,
Не менее
76,50
Не менее
61
Не более
4,20
50 96
097 0
95,10 0,097 0,
0 091
,098
0,091
78,50 75,60 0,091
62,80 60,50 0,089 0,089 0,092
4 4,07
700
605
540
520
673
570
510
460
659
530
469
411
из-за трещин и короблений стенок жаровых труб при ремонте ГТД
бракуется до 67% камер сгорания.
Большие скопления нагара (до 800—1000 г) (рис. 3.4) опасны
в эксплуатации для узлов турбины. Уносимые скоростным потоком
газов крупные осколки нагара не только разрушают сопловой
аппарат и турбину, но в отдельных случаях заклинивают колесо
турбины.
Использование на некоторых двигателях концевых лепестков
на лопатках турбины как средства повышения ее КПД практически
сводится в эксплуатации к нулю из-за повреждения их мелкими
осколками нагара.
Нагары приводят к увеличению гидравлических потерь в камере
сгорания, что влечет за собой потерю полного давления газа,
приводящую, в конечном итоге, к уменьшению удельной тяги и
экономичности двигателя.
Так, например, после 150 ч эксплуатации двигателей РД-ЗМ на топливе Т-1
стали увеличиваться длина разбега самолета при взлете и время набора высоты.
Один из этих двигателей после 300 ч работы был снят с самолета и проверен
на стенде. Результаты проверки приведены в табл. 3.7, откуда видно, что на
режимах номинальном и 0,8 номинального заметно увеличился удельный расход
топлива (1—3%) и снизилась сила тяги (до 3,5%).
Проверка технического состояния двигателя показала, что ухудшение тяго-
во-экономических характеристик стало следствием снижения КПД компрессора
(закопченность проточной части, рис. 3.5), увеличения потерь в камерах сгорания
(повышенные нагароотложения) и ухудшения КПД турбины (разрушение 80°/о
концевых лопаток гурбины I ступени, рис. 3.6).
Отложение копоти в проточной части компрессора является
следствием догорания топлива в камерах и дымления двигателя
после его останова, что наблюдается в процессе летной
эксплуатации, а в зимнее время — на стендах, и вызывается большим скоп-
75

Рис. 3.4. Повышенные нагароотложенния в камере его- Рис. 3.5.
рания двигателя РД-ЗМ после 300 ч работы на топ- проточной
ливе Т-4
Отложение копоти в
части компрессора
РД-ЗМ
лением нагара в камерах (табл. 3.8, 3.9). Продолжительность
дымления с догоранием в отдельных двигателях растет по мере
увеличения длительности эксплуатации двигателей и может возникать
после 25, 100 и 200 ч наработки.
Таблица 38
Характеристики дымления двигателей
РД-ЗМ в процессе их эксплуатации
на топливе Т-1 из сахалинских
нефтей
Номер
двигаиеля
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Нарабо гка
195
137
262
320
320
295
275
171
151
135
На каком
часу
нарабо 1ки
началось
дымление
37
32
90
70
70
45
60
80
80
100

Продолжительное гь
дымления
после
останова, мин
30
20
10
15
15
12
15
8
6
3
Таблица 3.9
Количество нагара в камерах сгорания
двигателя РД-ЗМ после 300 ч
эксплуатации на топливе Т-1 из сахалинских
нефтей
Номер
камеры
1
2
3
4
5
6
7
Масса
нагара, г
20
631
78
8
14
433
422
Номер
камеры
8
9
10
11
12
13
14
Масса
нагара, г
461
238
4
38
29
6
232
Дымление в двигателе после его
останова началось на 90-м часу
наработки
76

Рис. 3.6. Разрушение концевых кромок лопаток турбины частицами
нагара, уносимыми газовым потоком из камеры сгорания
Длительное догорание топлива в камерах, когда не вращается
ротор компрессора, ведет к перегреву стенок жаровых труб, в
результате чего они коробятся, растрескиваются. В отдельных
случаях, при более продолжительном догорании, перегреваются
подшипники трансмиссии. Интенсивное догорание топлива, как
показывает опыт эксплуатации, не устраняется однократной продувкой
двигателя, т. е. прокруткой без подачи топлива. Необходимы
несколько периодически проводимых продувок. Такие явления чаще
всего возникают в эксплуатации тогда, когда двигатель имеет
повышенную склонность к накапливанию нагара, а топливо при этом
обладает низкими нагарными свойствами.
К неменьшим неприятностям приводит нагар,
откладывающийся на форсунках. Нагар закрывает каналы воздуха, охлаждающего
топливную форсунку, перекрывает сечение ее сопла, ухудшая
тонкость и равномерность распыливания топлива. Топливо, протекая
по менее охлажденным каналам форсунки, перегревается и при
недостаточной термоокислительной стабильности выделяет осадки,
засоряющие поры фильтров форсунки и ее каналы. От этого еще
больше ухудшаются гидравлические характеристики форсунки и,
как следствие, качество распыла топлива: появляется струйность
топливного факела и повышается его неравномерность.
Засорение форсунок нагароотложениями чрезвычайно массовое
явление, присущее большинству типов РД. Наблюдения
показывают, что даже при эксплуатации двигателей, отличающихся низкой
склонностью к накапливанию нагаров, на топливах с хорошими
нагарными свойствами количество форсунок, бракуемых по углу и
неравномерности распыла из-за нагара, достигает 60—100%.
После снятия нагара гидравлические характеристики форсунок
восстанавливаются до норм технических условий.
В турбовинтовых двигателях с вращающейся форсункой
коробчатого типа отверстия распылителей засоряются коксовыми отло-
77

Рис. 3.7. Отложения нагара в межэлектродном зазоре свечи
жениями, которые формируются из топлива под воздействием
высоких температур стенок обода, чем ухудшается запуск и
снижаются тягово-экономические характеристики двигателя. Их количество
зависит от термоокислительной стабильности топлива.
Нагары могут стать причиной нарушений надежного запуска
двигателя не только из-за засорения основных топливных форсунок.
В воспламенителях нагары замыкают электроды свечей и
ухудшают распыливание топлива (рис. 3.7) пусковой форсункой. Таким
образом, в процессе эксплуатации авиационной техники ее
агрегаты, узлы и детали, контактирующие с топливом или продуктами
его сгорания, из-за недостаточного качества топлив могут снижато
свою надежность, приводя к ухудшению характеристик
летательного аппарата, а в отдельных случаях—к снижению безопасности
полетов.
В связи с этим в эксплуатации регламентируются специальные
меры профилактического осмотра и ремонта для восстановления
работоспособности авиационной техники. Однако время,
затрачиваемое на выполнение таких работ, снижает коэффициент
технического использования авиатехники, увеличивая ее простои.
Следовательно, эффективность использования авиатехники за-
еисит как от способности двигателя длительно и надежно работать
на данном сорте топлива, так и от величины запаса качества
последнего, т. е. определяется химмотологической надежностью
авиационной техники.
Интенсивность утраты работоспособности авиационной техники
связана с уровнем эксплуатационных свойств топлив и
определяется рядом факторов.
3.2. ИНТЕНСИВНОСТЬ ВЛИЯНИЯ КАЧЕСТВА ТОПЛИВА
НА НАДЕЖНОСТЬ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ
Отказы, неисправности и дефекты в работе узлов и агрегатов
двигателя и самолета по причине топлива возникают через
различные промежутки времени эксплуатации. Их появление зависит не
только от качественных характеристик топлив, но и от
конструкции техники и условий ее эксплуатации.
78

Отказы по своей физической природе бывают связаны или не
связаны с разрушением деталей или их поверхностей. По
характеру возникновения отказы делятся на внезапные и постепенные.
Отказы по причине топлива носят преимущественно постепенный
характер. По времени появления отказы можно разделить на прира-
боточные, на выявляющиеся в процессе нормальной эксплуатации,
и на износовые.
Именно подобная последовательность снижения надежности
техники наблюдается при ее реальной эксплуатации. Однако при
прочих равных условиях частота появления указанных видов
отказов может меняться вместе со сменой применяемого топлива,
поскольку в течение ресурса авиатехника может работать на топли-
вах производства различных нефтеперерабатывающих заводов и
даже на топливах разных марок.
Известно, что такие топлива, несмотря на их соответствие
ГОСТам, различаются по эксплуатационным свойствам. Так,
например, по противоизносным свойствам топлива ТС-1 зачастую
уступают топливам Т-1 производства различных заводов.
Поступление различных топлив и длительность их применения
носит вероятностный характер. Поэтому, если топливо обладает
недостаточно высокими противоизносными свойствами и поступает
в период начала эксплуатации техники, то оно может не только
интенсифицировать приработочные отказы, но и в период
нормальной эксплуатации стать причиной не случайных, а закономерных
отказов.
Задачей химмотологических исследований является
установление взаимозависимостей между качеством топлива и надежностью
работы узлов и агрегатов авиационной техники и прогнозирование
поведения топлива в эксплуатации.
Существующая система многоэтапных испытаний топлив во
многом облегчает решение этой задачи, но она недостаточна точна
и объективна в прогнозировании качественных характеристик
топлива и их влияния на надежность техники. Поэтому в отдельных
случаях недостаточный уровень эксплуатационных свойств
топлива, ранее не выявленный при стендовых и даже контрольно-летных
испытаниях, может обнаружиться лишь в условиях длительной
летной эксплуатации. Особенно это характерно для топлив с
многофункциональными присадками.
Топливо с образовавшимися термоокислительными осадками,
протекая через фильтры, гидравлические каналы, радиаторы и
другие узлы и агрегаты, постепенно загрязняет их. Интенсивность
выпадения осадков зависит от степени нагрева топлива в системе,
частоты повторяемости высокотемпературных режимов и, наконец,
от термоокислительной стабильности топлива.
Опыт показывает, что интенсивность загрязнения современной,
даже околозвуковой авиационной техники, сравнительно
невысокая при эксплуатации на стандартных топливах. Для большинства
видов авиационной техники критическое засорение фильтров не
наступает раньше периода их профилактического осмотра. Вместе
79

с тем в эксплуатации отмечались случаи необходимости прежде-
временной промывки и даже замены фильтров, дроссельных
пакетов и других узло1в топливной системы двигателя и самолета из-за
нарушений в их работе, вызванных смолистыми отложениями
термоокислительного происхождения [7].
Топливные системы двигателя и самолета загрязняются не
только термическими осадками, но и продуктами коррозии, износа
деталей и другими минеральными частицами, находящимися в
топливе.
Процессы загрязнения фильтров и защитных сеток протекают
постепенно, однако под влиянием отдельных факторов вредные
воздействия от засорения осадками, другими продуктами могут
проявиться совершенно неожиданно, в любой период времени
эксплуатации авиационной техники.
Противоизносные свойства топлива оказывают свое действие на
работу авиационной техники более четко.
Так, при работе авиационной техники на зарубежном топливе
Jp-4 и отечественном Т-2, отличающихся низкими противоизносны-
ми свойствами, критические величины износов трущихся пар
насосов-регуляторов в зависимости от конструкции и условий
эксплуатации появляются после выработки половины или трети
гарантийного ресурса. Сокращается ресурс топливных насосов-регуляторов
и при их работе на топливе Т-7, отличающемся недостаточно
высокими противоизносными свойствами по сравнению с топливом Т-1.
Немаловажное значение для оценки качества топлива имеют
условия и методы ее определения. В испытательной практике не
единичны случаи, когда результаты стендовых испытаний топлива
на двигателе не согласуются с данными его проверки в летных
условиях.
Так, в стендовых условиях топливо Т-2 в некоторых двигателях
имеет высокие значения коэффициента полноты сгорания, а в
полете из-за образования в их камерах сгорания переобогащенных зон
не только они снижаются, но и ухудшается устойчивость работы
двигателя. Такое несоответствие вызвано неодинаковым тепловым
состоянием форсунок в стендовых и летных условиях, что
подтверждается термометрированием корпуса форсунки двигателя.
Оказалось, что топливо в каналах форсунок на максимальном режиме
работы двигателя подогревается на 15—30% меньше, чем на
режиме 0,7 номинала, а так как на стенде максимальных режимов
больше (особенно в ускоренных испытаниях по эквивалентным
программам), то топливная форсунка во время стендовых испытаний
нагревается меньше по времени и величине, чем в полете.
Следовательно, для топлива, протекающего по каналам топливной
форсунки, термические условия на стенде оказываются более легкими,
нежели в летной эксплуатации.
Общеизвестно, что склонность к нагарообразованию топлива
ТС-1 выше, чем у топлива Т-2 [107]. Тем не менее в эксплуатации
нагароотложения на форсунках при прочих равных условиях на
топливе Т-2 существенно большие, чем на топливе ТС-1 [71]. Дело
80

з том, что на топливе Т-2 топливный факел в камере по
сравнению с факелом топлива ТС-1 при том же давлении шире и ближе
а торцу форсунки, в результате чего в камеру поступает больше
топлива Т-2 в жидкой фазе. По мере снижения режимов работы
двигателя это различие между топливными факелами
увеличивается. Поэтому в летных условиях, где максимальных режимов
меньше, количество нагароотложений на форсунке всегда больше
на Т-2, чем на ТС-1.
Исследование и учет влияния реальных условий эксплуатации
имеют также большое значение и при определении
противоизносных свойств топлив.
Например, программы стендовых испытаний топлив на насосах-
регуляторах двигателя РД-ЗМ насыщены, как правило,
напряженными режимами (по давлению топлива, производительности,
контактным напряжениям в трущихся парах), которые, казалось бы,
достаточны для правильной оценки смазывающих свойств
топлива. Между тем анализ летных условий работы этих насосов
показывает, что с точки зрения выявления качества топлива программа
повышенных режимов не точна. Объясняется это тем, что для
топливного насоса ПН-28 режимы работы при нулевой или близкой
к ней подаче с точки зрения условий изнашивания пары сфера
плунжера — наклонная шайба являются наиболее тяжелыми [149].
Так как таких режимов работы у насосов ПН-28 в летной
эксплуатации значительно больше, чем на стенде, то, как показывают
исследования, оценка противоизносных свойств топлив на стенде
менее точна.
Следовательно, характер и периоды проявления отказов
техники по причине топлива зависят как от его качества, так и от
достоверности определения этого качества до применения топлива в
эксплуатации. Это очень важно для повышения эксплуатационных
показателей надежности авиационной техники, четкого
прогнозирования отказов и разработки наиболее правильных рекомендаций
по содержанию и срокам регламентного обслуживания
реактивных самолетов и двигателей.
3.3. КАЧЕСТВО ТОПЛИВА И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОТКАЗОВ
М НЕИСПРАВНОСТЕЙ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ
Повышение эффективности использования самолета в целом,
а также увеличение его эксплуатационной надежности зависят от
того, насколько правильно определяется причина отказов
авиационной техники, связанная с качеством топлива, как быстро и
квалифицированно устраняется и предупреждается их появление.
Известно, что даже опытные инженеры и техники тратят на
поиск отказов 70—95% времени, отведенного на восстановление
работоспособности отказавшей системы, и только 5—30% —на их
устранение [135].
Развитие методов раннего обнаружения отказов по вине
топлива является одним из важнейших современных направлений повы-
81

шения надежности и снижения стоимости эксплуатации самолетов
и ©о многом определяется совершенствованием системы испытаний
и оценки качества топлив в химмоюлогическом плане.
Действительно, чтобы своевременно дать правильную оценку
причине отказа и, тем более, предсказать момент его появления,
необходимо знать уровень качества применяемого топлива, его
физико-химические константы и, что самое важное,
эксплуатационные свойства, влияющие на степень утраты работоспособности
отказавшего агрегата, узла или детали.
Многоэтапная и громоздкая система испытаний топлив в
стендовых и летных условиях в течение ресурса не дает оперативной
и точной информации о качестве испытуемого топлива. Подобные
испытания топлив требуют многих лет даже при проведении их в
эксплуатации под наблюдением. Кроме того различие между
режимами и условиями работы двигателя на стенде и на самолете
может служить причиной появления новых дефектов, связанных с
топливом, и, наконец, дефекты узлов и деталей двигателей,
работающих на одном и том же сорте топлива, но на разных типах
самолета, могут быть различными [46].
Поэтому за последние годы разработаны ускоренные методы
опенки эксплуатационных свойств топлив путем испытаний их на
специальных установках, отдельных агрегатах, узлах и деталях.
Такие методы, как отмечалось выше, получили название
квалификационных [104].
Применение квалификационных методов позволяет не только
давать быстро прямую и точную оценку качеству топлива, но и
устанавливать взаимосвязи между качеством топлив и качеством
техники; раскрывать механизм процессов и явлений, связанных с
применением топлив; разрабатывать оптимальные требования к их
качеству; ускорять создание новых и внедрение в эксплуатацию
оптимальных сортов топлив.
Квалификационными методами оценивают в настоящее время
практически все эксплуатационные свойства реактивных топлив,
такие как склонность топлив к нагарообразованию,
осадкообразованию и коррозии, противоизносные свойства и многие др.
Использование результатов квалификационных испытаний
реактивных топлив дает возможность ускорить точное выявление на
земле отказов и неисправностей в стадии их возникновения и
прогнозировать их изменения в период между регламентными и
профилактическими работами, что непосредственно определяет
высокую степень надежности эксплуатации авиационной техники з
полете.
Приведем несколько примеров практической ценности использования
результатов квалификационных испытаний реактивных топлив в целях обеспечения
надежности работы авиационной техники и повышения эффективности ее
эксплуатации.
В связи с мероприятиями, направленными на дальнейшее увеличение
долговечности реактивных двигателей, и расширением сырьевых ресурсов топлиз
путем использования сернистых нефтей восточных месторождений в 70-х г\д.ах
возникла проблема повышения противоизносных свойств этлх топлпз
82

Для( исследования влияния качества топлив на процесс изнашивания дета-
,,ц насосов, особенно сфер плунжеров, изготовленных из стали ХВГ, был при-
,'енен квалификационный метод ВНИИНП [200]. По этому методу на топливных
^сосах были проведены многочисленные испытания образцов реактивных топлив,
сработанных из нефтей различных месторождений. Результаты некоторых испы-
,аний приведены в табл. 3.10, откуда видно, что на величину износа сфер
плунжеров оказывают влияние меркаптановая сера и адсорбционные смолы,
содержащиеся в топливе. Значительные износы плунжеров (выше допускаемых
нормами 0,6 мм) возникают при работе насосов на гидроочищенном топливе, а
введение в топливо поверхностно-активных присадок существенно повышает его
лротивоизносные свойства. Указанные результаты, получившие затем
подтверждение в эксплуатации, в итоге послужили основанием для ужесточения норм на
содержание меркаптановой серы в топливе, расширения исследований по
изысканию эффективных присадок, улучшающих противоизносные свойства топлив, и
подбора более износостойкой стали для плунжеров.
В частности, сталь ХВГ, применявшаяся для плунжеров, была заменена на
более износостойкую Х12М, а противоизносные свойства топлив были улучшены
введением в них эффективной присадки «К». Указанные меры практически
решили проблему надежности топливной аппаратуры, связанную с повышенными
износами.
Однако метод ВНИИНП оказался мало пригоден для оперативного
контроля противоизносных свойств топлив в эксплуатации при определении причин
отказов топливной аппаратуры из-за большого количества топлива,
расходуемого при этом, и длительности испытаний.
Для этих целей необходимы более простые и удобные приборы и методы
исследования.
Так, при исследовании влияния противоизносных свойств на интенсивность
отказов насосов-регуляторов в эксплуатации в нашей стране используется метод
КНИГА и ГосНИИЭРАТГА, [210], а за рубежом — метод Двелла, с помощью
которых можно достаточно быстро определять противоизносные свойства топлив
при их производстве и при заправке в самолеты.
Другой характерный пример положительного влияния квалификационных
методов на совершенствование способов повышения надежности авиационной
техники в эксплуатации можно привести из области исследования нагарообразую-
щих свойств топлив.
В связи с некоторыми конструктивными доработками камер сгорания
двигатель РД-ЗМ оказался в эксплуатации более склонным к накапливанию
нагаров при работе на стандартных топливах.
В отдельных случаях нагароотложения в одной камере доходили до 1 кг
и возникало крайне опасное явление, которое получило наименование
«длительное догорание топлива и дымление в двигателях после их останова».
Поскольку нагарообразование в камерах сгорания зависит от многих
факторов, выделить среди них чисто топливный, т. е. нагарные свойства топлива,
достаточно трудно, а точно оценить влияние нагарных свойств топлив в
стендовых условиях практически невозможно [113].
В определении степени влияния именно нагарных свойств топлив на
возникновение и развитие указанных дефектов в эксплуатации двигателя РД-ЗМ
сыграл большую положительную роль ускоренный метод оценки качества топлив с
помощью такого показателя, как нагарное число.
Этим методом были оценены практически все существующие товарные
(табл. 3.11) и некоторые зарубежные топлива (табл. 3.12). Оказалось, что
применяемые в авиации топлива обладают различными нагарными свойствами.
Причем, если в двигателях РД-ЗМ, например, применять топлива с нагарным
числом более 110, то дефект догорания и дымления в зависимости от условий
эксплуатации может появиться даже по истечении 25 ч режимной работы. Было
также установлено, что последующее применение на двигателях с таким
дефектом реактивных топлив с нагарным числом до 95 устраняет этот дефект через
некоторый период работы, так как нагар в камерах выгорает.
Следовательно, сейчас, когда известна градуировка реактивных топлив по
нагарным свойствам посредством нагарного числа, точное решение вопросов прог-
83

Таблица 310
Результаты оценки противоизносных свойств топлив по квалификационному
методу ВНИИНП [206] *
Марка
юнлива
ТС-1
Т-7
Т-7П
Неф 1 ь, из ко I орой
получено юпливо
Шкаповская, ромашкин-
ская, пономаревская, туйма-
зинская
То же с вовлечением бои-
цюжской нефти (30% на
смесь)
Арланская, шкаповская,
туймазинская
Волгоградская 65%, ман-
гышлакская 35%
Тюменская, ромашкинская
Чечено-ингушская
(меловые отложения)
Тюменские
Шаимская
Белорусская
Ромашкинская
Ставропольская,
чапаевская, кинельская, муханов-
ская
Ромашкинская
Шкаповская,
пономаревская, туймазииская
Ромашкияская
Основные физико-химические
показагели
s
л
§°
Js
1,28
1,27
1,31
1,28
1,26
1,31
1,34
1,25
1,26
1,28
1,31
1,42
1,35
1,46
Общее
содержание серы, %
0,176
0,198
0,100
0,005
0,153
0,01
0,110
0,04
0,048
0,140
1
0,013
0,030
0,01
0,04
=£
О
if
si*
0,0068
0,0034
0,0034
0,0051
0,0034
Нет
0,0009
0,0004
0,0038
0,0052
Следы
Нет
0,0006
0,001
Uo держание
адсорбционных
смол,
м г/100 мл
35,0
25,0
36,0
50,5
50,0
13,5
27,0
41,5
39,5
40,5
16,0
10,5
Величина
износа после иены,
танин, мм
а
0,50
0,58
0,44
0,43
0,25
0,36
0,46
0,29
0,45
0,52
0,76
0,80
0,06
0,05
_£§
2 И X
е ° ^
0,16
0,16
0,10
0,08
0,04
0,09
0,12
0,07
0,10
0,12
0,18
0,23
0,01
0,01
П — присадка — сополимер эфира метакриловой кислоты и высших спиртов
с винилпиридином.
84

Таблица 3.11
Нагарные свойства отечественных реактивных топлив
Топливо
Т-1
ТС-1
Т-2
Т-5
Т-6
Т-7
РТ
Т-8
\к
а -*£
800
783
770
844
844
776
814
785
Физико-химические показа!ели
2 х
143—234
139—226
87—218
159-308
204-306
143—233
165—246
166—236
1,57
1,30
1,10
3,48
4,10
1,30
1,80
1,57
Э s ч ю~
^о х а
15,7
18,2
18,0
20,00
7,30
16,50
16,00
12,60
X!
|lsse
S.S ~§ я
"Sorts
5,0
4,0
4,0
7,0
4,0
отс.
—
4,0
Показатели нагарных сво
Нагарное число
О)
о
о
S
99
80
60
133
104
71
90
95
плоизо-
ционное
102
79
Ь5
138
103
74
89
97
га , с
ш
т
1,03
0,99
1,08
1,04
0,99
1,04
0,9-9
1,02
1С IB
о §
га я £
- Z <v
SIS
24
28
29
23
23
25
22
27
Таблица 3.12
Нагарные свойства зарубежных реактивных топлив
Топливо
Марка, страна
Типа Т-1 ГДР
» ТС-1 ГДР
» Т-7 ЧССР
» ТС-1 Куба
» ТС-1 Сирия
» ТС-1 Китай
» ТС-1 Болгария
» ТС-1 Польша
» А-1 США
» Т-1 Италия
» Т-1 Франция
» Jp-5 США
S
ПЛ01НОСТЬ
20° С, кг/м
806
776
776
772
786
778
778
779
794
783
801
799
Физико-химические i
1КИ-
Пределы вь
пания, °С
150-234
146-221
139-226
145-229
142—237
134—227
144—228
143—228
150—238
158-236
166-232
187-257
S
а,
Вязкость и
20° С, сСт
1,53
1,26
1,31
1,25
1,45
1,42
1,35
1,30
1,35
1,56
1,65
2,93
токазатели
о Ц
Содержани<
матических
водородов,
17,90
16,50
17,30
—
22,70
7,90
17,60
15,50
12,20
15,00
19,70
17,30
1§1
s и '
два
7.Q
4,5
2,5
1,6
5,0
7,5
отс.
—
1,4
10,0
—
отс.
Показатели нагарных
свойств
Нагарное
число
массовое
96
78
68
93
96
79
81
82
92
87
101
88

теплоизоляционное
ПО
83
79
95
100
78
86
84
95
85
99
86
л
н
5 о
§§
Oiноситель
теплопрово
нагара
1,15
1,06
1,15
1,02
1,04
0,99
1,06
1,03
1,03
0,98
0,98
0,98
ш S
*<2
«в
о о
23
26
27
27
25
31
21
27
28
27
27
24
85

нозирования отказов и неисправностей по вине нагаров стало более простой
задачей.
За рубежом для оценки термоокислительной стабильности применяется
квалификационный метод Фьюил Кокер (метод ASTM D—1660—67). Опыт его
использования подтвердил достаточно удовлетворительное совпадение данных
метода с результатами поведения топлив в эксплуатации, поэтому он применяется
для официальной оценки топлив и по настоящее время.
Так, по спецификации MIL-T-25524B на термостабильное топливо Jp-7 в США
регламентируется следующий порядок контроля качества и испытаний [237].
Поставщик топлива отвечает за выполнение всех требований к качеству
топлива, которые указаны в спецификации, пользуясь для этого своими
собственными или какими-либо другими устройствами, если они одобрены
правительством. Правительство сохраняет за собой право осуществлять любую проверку в
соответствии со спецификацией выполнения поставщиками и потребителями
предписанных требований.
Контроль качества и испытания топлива классифицируются таким образом:
а) испытания до запуска в производство;
б) определение соответствия качества топлива требованиям спецификации.
Испытания до запуска в производство имеют целью установить способность
топлива, выпускаемого нефтеперерабатывающей фирмой, оставаться
термостабильным и отвечать показателям спецификации в течение года. Для этого перед
массовым производством топлива данной марки из опытной партии отбирается
проба в две 210-литровые бочки, которые направляются в топливную
лабораторию ВВС США AFAPL (Air Force Aero Propulsion Laboratory) с результатами
испытаний, проведенными фирмой. Представители правительственных органов
проводят нужные испытания для установления соответствия или правильности
результатов испытаний фирмы-поставщика. Если проба не выдержит испытаний
на устойчивость при хранении, то фирма-поставщик теряет право на дальнейшие
поставки топлива, пока AFAPL не получит новых гарантий. В том случае, когда
топливо принимается для потребления, выполняется вторая часть испытаний —
на соответствие качества техническим требованиям. Испытание на пригодность
отдельных партий состоит в проверке их на соответствие всем требованиям
спецификации, за исключением испытаний на стабильность при хранении. Однако
при этом от каждой партии топлива отбирается и отправляется в AFAPL проба
в 210 л, которая является эталонной пробой для всей партии. Все проверочные
испытания пробы топлива по спецификации могут быть осуществлены в любой
момент в течение 12 месяцев после даты приготовления. Неудовлетворительные
результаты в любом испытании лишают поставщика права на дальнейшую
поставку топлива до получения AFAPL соответствующей гарантии от фирмы.
Испытания топлив на соответствие их физико-химических свойств
требованиям спецификации проводятся по стандартным методам ASTM.
Термоокислительная стабильность топлива проверяется на установке Фьюил Кокер при
строго оговоренных условиях (температуры нагрева подогревателя 230° С,
фильтра 260°С, расход топлива 2,72 кг/ч и продолжительность испытания 300 мин).
Испытания стабильности топлива при хранении также строго обусловлены.
Топливо в количестве 202 + 0,4 л помещается в 210-литровую бочку, изготовленную
из специальной стали без покрытия. Заполненная бочка хранится при
температуре 54° С в течение года. В конце года хранения топливо подвергается всем
испытаниям по спецификации на данный сорт. В спецификации особое внимание
обращено на отбор проб топлива. В ней указывается не только сколько и как
надо отбирать пробы топлива, но оговариваются условия времени и места
отбора при производстве топлива на заводе-изготовителе.
Приведенная схема контроля качества топлива отражает только его
проверку в процессе производства и потребления. Считается, что данное топливо
уже прошло серию испытаний и одобрено к массовому производству.
Таким образом, чем совершеннее система оценки уровня
качества топлива, тем достовернее информация, необходимая для
прогнозирования отказов и неисправностей авиационной техники,
возникающих в эксплуатации по причине топлива.

Э(кс
кеплуатационная надежность повышается главным образом
путем хорошо организованной системы обслуживания,
обеспечивающей минимальную вероятность появления отказов и
неисправностей в полете. ПоэтОхМу, недостаточно четкое, а тем более
неправильное определение качества топлива может стать причиной
снижения показателей эксплуатационной надежности авиационной
техники вследствие появления непредвиденных отказов по вине
топлива.

ГЛАВА SV
Топливная система самолета служит для размещения на его борту
необходимого запаса топлива и для бесперебойной подачи его в
топливную аппаратуру двигателя при всех режимах и условиях
полета. Топливные системы современных самолетов, особенно
сверхзвуковых, — это сложный комплекс большого количества
взаимосвязанных подсистем, выполняющих подачу топлива в
двигатель и перекачку его в расходный бак, управление порядком
перекачки топлива, наддув и дренаж топливных баков, заправку и слив
топлива на земле и в полете, охлаждение топлива, масла и др.
Надежность топливных систем самолетов определяется
безотказным выполнением вышеперечисленных операций и сохранением
качества заправленного в самолет топлива. Необходимо, чтобы
в условиях полета не изменялся фазовый состав топлива. В
противном случае возможны серьезные нарушения аварийного
характера в работе топливной системы самолета и особенно двигателя.
Надежные топливные системы самолетов должны удовлетворять
следующим основным требованиям:
предотвращать испарение легкокипящих фракций топлива в
условиях высотных полетов;
не допускать охлаждения топлива до отрицательных
температур ниже —40° С на режиме дозвукового полета;
защищать топливо от нагрева выше 100° С в условиях
сверхзвукового полета;
предотвращать загрязнение топлива механическими примесями
при эксплуатации самолето© на земле и в воздухе;
обладать достаточной коррозионной устойчивостью по
отношению к микробиологической фазе топлив при эксплуатации
самолетов в тропических зонах;
способствовать уменьшению электризуемое™ топлив при
заправке самолетов;
обладать надежной пожаробезопасностью в наземных и летных
условиях, особенно при эксплуатации в южной климатической
зоне.
В настоящее время разработаны достаточно надежные
топливные системы реактивных самолетов всех классов. Однако при
реализации вышеуказанных требований к современным топливным
системам самолетов пришлось столкнуться с рядом серьезных

трудностей, которые сопровождались ухудшением технических и
эксплуатационных характеристик самолетов. Выполнение
некоторых требований было успешно обеспечено в химмотологическом
плане.
Путем повышения качества и разработкой новых сортов
реактивных топлив, а также применением эффективных присадок
удалось положительно решить многие вопросы повышения надежности
топливных систем реактивных самолетов. Однако решение
некоторых вопросов, как, например, предотвращение загрязнения топлив
механическими примесями в топливных баках самолетов, требует
дополнительных совместных усилий конструкторов и химмотологов.
Что же касается электризуемости топлив в условиях заправки
самолетов, то она может быть понижена установкой в топливных
баках эффективных электроотводящих устройств, особенно в
самолетах, имеющих топливные баки с полимерными покрытиями.
Эта же задача может быть решена химмотологическим путем,
путем использования при заправке самолетов топлив, содержащих
высокоэффективные антиэлектростатические присадки типа ASA-3,
Сигбол и др.
Топл'ивные системы многих самолетов рассчитаны на
применение топлив с температурой начала кристаллизации Гн.к = —60° С.
Это является существенным неудобством, так как не позволяет
использовать некоторые зарубежные топлива с Ти.к=—40 и
— 50° С. В условиях развивающихся международных авиационных
сообщений назрела необходимость в разработке самолетных
топливных систем, надежно работающих на топливах с Тя.к=—40° С.
Это особенно важно в том отношении, что при химмотологических
исследо^ваниях пока еще не удалось разработать достаточно
эффективных депрессорных присадок для реактивных топли^-
4.1. ВЛИЯНИЕ ИСПАРЯЕМОСТИ ТОПЛИВ
И РАСТВОРИМОСТИ ГАЗОВ В ВЫСОТНЫХ УСЛОВИЯХ
Испаряемость является одной из важнейших характеристик
реактивных топлив, от которой зависят запуск ГТД, а также
потери топлива в баках от испарения при полетах на больших
высотах. Испаряемость топлив оказывает существенное влияние на
надежную работу подкачивающих и перекачивающих топливных
насосов и на образование паровых пробок в топливной системе
реактивных двигателей в условиях высотных полетов [49]. При работе
двигателя на больших высотах на топливах с повышенной
испаряемостью иногда наблюдается падение давления в топливной
магистрали после подкачивающего насоса, в результате чего
нарушается выработка топлива из соединенных с ним топливных баков.
Испаряемость реактивных топлив оценивается по их
фракционному составу, давлению насыщенных паров и теплоте испарения.
В настоящее время в мировой практике в реактивных двигателях
используются три типа топлив, различные по фракционному
составу, давлению насыщенных паров и по испаряемости — это широ-
89

IUUU
1СПП
Ibuu
WOO
500
uoo
-inn
—
200\-yl
WO
70
rn
30
20
in
V
/
/
f4/,
J I
/
/
J
/
/
/
?•
4
/
/
/
/
/
/J
/
/
/ ,
/
/
~7~
/
/
/
/
/
/
/
/
A
A
/
/
■ л
/
f
/
/
/
/
/
/
/
/
/
2 ^
10 \
30 I
0
2
4
6
8
10
12
/4
16
18
20 ^
22 \
2k ^
28 ^
- 32
'0 20 40 60 80 100120140 160 180200
Температура топлидй, °C
Рис. 4.1. Зависимость температуры кипения топлив в
баках реактивных самолетов от высоты полета и
давления насыщенных паров
I/.
s
i
-j
1
Ш
/-
i
/
/
/
/
-z
\
f
-A
T.
^^ 1
О 10 20 30 40 SO 60
Продолжительность нагревании
Рис. 4.2. Влияние вибрации на потери
от испарения топлив
(Т-1 при 100° С и 40 мм рт ст. и
Т-2 при 80° С и 90 мм рт ст)-
в условиях вибрации:
в статических условиях
кофракционное топливо, лигроино-керосиновое и керосино-газой-
левое.
Наибольшие потери реактивных топлив от испарения в баках
реактивных самолетов наблюдаются в тех случаях, когда в
условиях высотного полета топливо закипает, так как с повышением
высоты полета температура кипения топлива значительно
снижается вследствие уменьшения атмосферного давления. На кипение
реактивных топлив в высотных условиях оказывает влияние также
начальная температура топлива и давление насыщенных паров.
С повышением этих величин кипение реактивных топлив будет
наблюдаться на меньших высотах. Зависимость между температурой
топлива, давлением его насыщенных паров и высотой, на которой
в топливных баках с дренажем закипают реактивные топлива,
представлена на рис. 4.1 [121], откуда следует, например, что при
температуре 40° С топливо Т-2 начнет кипеть на высоте 15 км,
топлива ТС-1 и РТ — на высоте 20 км, топливо Т-1 —28 км, а топлива
Т-5 и Т-6 — на высоте 32 км.
В условиях сверхзвукового полета эти величины вследствие
аэродинамического нагрева конструкции самолета и топлива в
баках могут существенно измениться. При повышении температуры
топлива значительно возрастает давление насыщенных паров и
соответственно увеличиваются потери реактивных топлив от
испарения. При нагреве топлива до 117° на высоте 10 км потери
реактивных топлив будут составлять: для Т-1—1,2%; для ТС-1—
10,9%. На высоте 18 км при том же нагреве потери от испарения
составят: для топлива Т-6 около 1%; для Т-1—51% и для ТС-1 —
77%. Поэтому на современных сверхзвуковых реактивных
самолетах топливные баки находятся под давлением скоростного напора
90

или под давлением воздуха, подаваемого от компрессора
двигателя. Избыточное давление в таких баках составляет 20 кПа.
Для сравнительной оценки испаряемости реактивных топлив при
температурах от 0 до 200° С и различных давлениях, ниже атмосферных, разработан
специальный прибор, с помощью которого получены следующие результаты для
топлив Т-1 и ТС-1 при избыточном давлении 24,6 кПа [89]:
Определение
ТС-1
50
70
Температура,
80
°С
90
Т-1
100 110
Испаряемость, %
4
4
,6
,1
49,
50,
8
8
67
69
,2
,7
50
48
,3
,3
54
54
,2
Л
58,
61,
а
2
1-ое
2-ое
Прибор позволяет определить испаряемость реактивных топлив в
соответствии с их фракционным составом в зависимости от температуры и давления.
Прибор может быть оборудован вибрационным устройством (2—Ш Гц) для
оценки влияния вибрации на испарение топлив. Исследования показали, что при
вибрации испарение реактивных топлив протекает более интенсивно, чем в
статических условиях (рис. 4.2) [89].
Разработана установка, имитирующая топливную систему реактивного
самолета, предназначенная для оценки испарения топлива в реальных самолетных
баках, не прибегая к летным испытаниям. Как показано ниже, получена
удовлетворительная сходимость результатов летных испытаний с данными
установки [124]:
Потери oi испарения, %
в легных условиях
2,4
3,47
1,51
на лабораторной
установке
2,6
2,96
0,81
Сходимость результатов
испьпаний, %
4-0,2
—0,51
—0,70
Это позволило на основании полученных данных составить номограмму
(рис. 4.3) для определения потерь топлива от испарения в баках самолетов в
зависимости от давления насыщенных паров и высоты столба топлива. Ошибка
определения по номограмме составляет примерно ±1%.
В работе [124] приведены данные сравнительных испытаний по определению
потерь от испарения в топливных баках (рис. 4.4) топлив Т-2 и Т-1 на двух
серийных самолетах № 1 и 2 в зависимости от высоты и температуры полета.
На самолете № 1 бак с испытуемым топливом не подвергался значительному
нагреву или охлаждению во время полета, на самолете № 2 топливо находилось
в двух фюзеляжных баках, которые подвергались интенсивному нагреву горячим
воздухом, поступавшим от удлинительных труб реактивных двигателей. В
подвесном баке топливо охлаждалось путем интенсивного обдува баков холодным
наружным воздухом.
Результаты летных испытаний, приведенные в табл. 4.1, показывают, что
потери топлива Т-1 при полетах на высоте до 11,5 км в течение 30 мин при
начальной температуре топлива 20° С незначительны и не превосходят 0,3%.
Большие потери наблюдаются для топлива Т-2. Повышение температуры топли-
91

160 120 80 40 рИ О
10
11
Ш 16 18 ZOH.км
Рис, 4.3. Номограмма для определения потерь топлива от испарения
IS" в %) в баках самолетов в зависимости от давления насыщенных паров
рт и высоты столба топлива h:
PqH— давление в баке на высоте Н км; рн—атмосферное давление на
высоте И км
Рис. 4.4. Схемы оборудования топливных
баков для определения потерь топлива
от испарения:
а—самолет № 1; /—топливный насос;
2—дренаж; 3—топливный бак;
4—заливная горловина; 5—трубка для
измерения давления в баке; 6—самописец
давления; 7—контур фюзеляжа; б,
в—самолет № 2; 1—самописец давления; 2—
топливные баки самолета; 3—дренаж;
4—заливная горловина; 5—реактивные
трубы двигателя; 6—контур фюзеляжа
92

а Т-2 перед полетом с 40 до 52° С приводило к увеличению потерь почти в
ва раза. Снижение температуры наружного воздуха во время полета от —40
■ о —48° С уменьшало потери топлива в два раза.
Если во время полета топливо Т-2 нагревалось с 20 до 44° С при полете на
»ысоте 14 км, то даже при сокращении продолжительности полета с 90 до 33 мин
ютери топлива доходили до 14,7%. Когда же температура топлива во время
лолета на высоте 15,7 км повышалась с 40 до 58° С, то даже при
продолжительности полета 6 мин потери топлива от испарения составляли почти 50%. В этих
условиях у стенок баков вследствие нагрева происходило бурное кипение
топлива и выброс части его через дренаж вместе с образовавшимися парами
топлива.
В подвесных баках за 16—20 мин полета на высоте 13,5 км, когда
температура топлива перед полетом составляла 32—52° С, потери топлива не
превосходили 1,0—2,3% оттого, что баки обдувались наружным воздухом с
температурой —52е С.
Таблица 4.1
Потери топлива от испарения в летных условиях
Условия испытаний
и топливо
Температура
топлива*, °С
до
полета
после
полета
X
ксип
cd
н
си
о
cd -
О cd
cd
К
cd
CYl
дпер
Ten
cd
m о
И
о ^
о S
>-> «3
cd
пЗ ^
££
« о
Продол
ность г
S
-ия
с
дая
8
та,
4)
О
Л
о
и
si
Давление
насыщенных паров
топлива при
38° С, кПа
до
полета
после
полета
cd
ю
fv
о
гери
а
cd
w
•v
1рен
испг
о
летг
о
«
вре
Топливо Т-1,
полный бак
Топливо Т-2,
полный бак
То же
Топливо Т-2, в
фюзеляжных баках
То же
Топливо Т-2, в
подвесном баке
То же
19,5
40
39
52
49
51
—
27
24
30
30
32
Самолет № 1
11560
11600
11300
11600
12000
11400
—42
-42
-40
—40
—41
-48
27
90
90
90
90
90
82
137
150
150
153
160
23,05
17,07
20,39
19,47
18,93
18,66
—
16,27
19,73
16,00
15,20
16,13
Самолет № 2
40
20
52
32
58
44
9
8
15700
14000
13500
13700
—
—
-52
-52
6
33
20
16
45
71
46
42
19,87
18,53
17,73
16,40
14,27
14,93
14,67
16,27
0,30
1,61
1,51
3,47
2,40
1,68
47,4
14,7
2,3
1,0
Исследования [148] показали, что на величину давления
насыщенных паров реактивных топлив оказывает влияние
растворенный в них воздух, после удаления которого давление насыщенных
паров при температурах в диапазоне от 14 до 370° С значительно
снижается.
Кроме влияния на потери от испарения в высотных условиях
испаряемость топлив оказывает также влияние ,на надежность ра-
93

wo
M
7
I
Рис. 4.5. Влияние давления насыщенн
ров ps реактивные топлив при 3J,8° С
дачу топливный насосов pg
/—О, 2—360
мм рт„ ст.:
7Л? 7// 660 610 584
Давление на входе в насос, мм рт.ст.
боты топливных насосов,
способствуя образованию паровых
пробок в топливной системе
двигателей.
. С увеличением давления
насыщенных паров ухудшается
надежность работы топливных насосов реактивных самолетов.
Испытания показали, что на топливе с давлением насыщенных паров
49 кПа (360 мм рт. ст.) подача топливных насосов в условиях
высотного полета резко снижается (рис. 4.5).
Подача топливного насоса при работе на топливе с давлением насыщенных
паров 49 кПа будет на 40—701Э/о меньше, чем на топливе с нулевым давлением
насыщенных паров. Снижение подачи топливного насоса при работе на топливе
типа керосина при подъеме на высоту и уменьшение давления в топливной
магистрали будут незначительными (10—15%), в то же время на топливе с
давлением насыщенных паров 49 кПа подача насоса будет снижаться на 30—40%.
Для сохранения необходимой подачи размеры и мощность
топливных насосов ngH работе на легкоиспаряющихся топливах типа
Jp-З должны быть значительно увеличены. Так, для перекачки
топлива с давлением насыщенных паров 49 кПа требуются
топливные насосы в 2—4 раза больш(ие по размеру, чем для перекачки
топлива типа керосина с незначительным давлением насыщенных
паров. В противном случае, когда давление перед подкачивающими
топливными насосами становятся ниже внешнего давления,
наступают кавитационные режимы работы насосов. При кавитационных
режимах по трубопроводам движется смесь жидкости с
выделившимися из топлива газами и парами топлива. В ней легко
возникают: резкие пульсации давления, которые могут вызывать
повышенный износ насосов, колебания и перебои в расходе топлива, вплоть
до прекращения его подачи.
Нарушение надежной подачи реактивных топлив в топливных
системах самолетов может происходить также из-за образования
паровых пробок в условиях высотных полетов. Склонность
реактивных полетов к образованию паровых пробок можно определить по
величине отношения их объемов паровой и жидкой фаз (Vn/Vm)-
Как показано ниже, отношение объемов зависит от высоты полета:
Давление
насыщенных паров, кПа
49
4,9
0
0
3
,8
,1
4
2
0
V IV
,0
,1
при высоте полета,
5
4,0
0,2
км
9
0,4
16
2
,7
,0
Если принять допустимое значение Уп/Уж=2 для топливной системы реак
тивного самолета, то топливо с давлением насыщенных паров 49 кПа будет
94

образовывать паровые пробки в топливной системе при температуре 38° С на вы-
:оте 4,6 км. Для топлива типа керосина паровые пробки при этой температуре
не образуются во время полетов до высоты 16,7 км.
При изучении термоокислительной стабильности и противоиз-
косных свойств реактивных топлив было установлено, что эти
показатели во многом зависят от растворенного в топливе воздуха;
если топливо насыщено инертным газом, то наблюдается их
заметное улучшение. Исследования также показали, что компоненты
воздуха неравномерно растворяются в топливе. Так, в реактивных
топливах больше растворяется кислорода, чем азота. В результате
этого на больших высотах из топлива выделяется газ, обогащенный
кислородом. Это создает возможность образования взрывоопасных
смесей в топливных баках самолетов. От растворенного в топливе
газа зависят кавитационные явления в центробежных авиационных
насосах. Растворимость азота и кислорода в топливе зависит от
температуры; с понижением температуры увеличивается их
растворимость, а с повышением — уменьшается. Растворимость газов
в реактивных топливах возрастает в следующем порядке:
гелий->азот-^воздух->кислород-^двуокись углерода.
Для оценки надежности топливных систем самолетов важное
значение имеет процесс выделения растворенного газа из топлив в
условиях полета, когда наблюдается интенсивная вибрация
конструкции самолета и топлива в его баках.
Выделение газа из реактивных топлив при вибрации идет
быстрее, чем его растворение. Это объясняется тем, что при выделении
пузырьки газа вызывают дополнительное перемешивание топлива
и образуют на поверхности топлива в топливных баках слой пены,
интенсифицируя тем самым массообмен с газовой средой
топливных баков [90].
При наборе высоты масса растворенного воздуха в топливе
уменьшается пропорционально снижению давления в топливных
баках. Объем выделяемого в виде пузырьков воздуха, как видно
из рис. 4.6, достаточно велик и может достигать нескольких сот
литров на 1000 л топлива (если учитывать расширение воздуха
вследствие уменьшения давления с высотой) [121]. При большой
скороподъемности выделение из топлива избыточного воздуха, как
правило, запаздывает. В результате этого на высотах выше 8 км
отмечается кратковременное вскипание топлива,
сопровождающееся кратковременной кавитацией в трубопроводах и колебаниями
давления топлива. Это явление не представляет опасности, если
оно не сопровождается неправильными действиями экипажа
самолета.
Большую опасность представляет закипание топлива в баках.
Происходит это при наборе высоты, когда внешнее давление
становится равным или ниже давления насыщенных паров топлива.
В результате увеличивается испарение топлива внутрь даже ранее
выделившихся пузырьков воздуха.
В топливных баках самолетов давление может быть ниже
минимально необходимого давления на входе в подкачивающие и пере-
95

Степень понижения давления!?баках
-7i(Pu3d=0)
ПО J. С П 4П JJ
2Ь68Ю12Ш618 ZZ
Высота попета, км
(при риз$=?0кПа)
Рис. 4.6. Относительный ©вьем, вездуна, выделяемый Из
топлива при наборе выееты:
VnpIIB—объем выделенного воздуха, приведенный к
нормальному давлению; Vi—при медленном
выделении растворенного воздуха; V2—при быстром
выделении всего растворенного воздуха
качивающие насосы. В результате
этого кавитация топлива в этих местах
начинается на меньшей высоте, чем
кипение топлива.
В центробежных топливных насосах
кавитация чаще всего наблюдается во
всасывающих патрубках при входе
потока на лопатки рабочего колеса и в
проточной части рабочих колес.
Потребное давление на входе в насос
определяется максимальным
разрежением, создаваемым рабочим колесом. Это
разрежение должно быть выше давления насыщенных паров
топлива, так как при равенстве этих величин в насосе образуются
пузырьки пара, которые увлекаются потоком в область повышенного
давления. В результате этого давление окружающего пузырек
топлива в полости насоса возрастает, а давление внутри пузырька
остается равным давлению насыщенных паров. Происходит
частичная конденсация паров топлива, при которой образующиеся
микрокапли жидкости движутся к центру пузырька. Их столкновение
сопровождается мгновенным местным повышением давления —
гидравлическим ударом. Слияние этих ударов создает характерный
шум, присущий кавитации. Кавитация на входе в лопатки рабочего
колеса не сказывается заметно на подаче, напоре и КПД насоса.
При развитии кавитации по всей полости проточной части насоса
наблюдается полный срыв работы насоса, что может привести к
перебоям подачи топлива и выключению двигателя. Для надежной
бескавитационной работы насоса давление на входе в насос
должно превышать разрежение на входе в лопатку рабочего колеса на
величину необходимого кавитационного запаса давления. Принято
считать, что необходимый кавитационный запас давления
подкачивающих и перекачивающих насосов должен составлять 20—30%
от давления насыщенных паров топлива.
4.2. ВЛИЯНИЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СВОЙСТВ ТООЛИВ
Под низкотемпературными свойствами реактивных топлив
понимается их поведение при отрицательных температурах.
Низкотемпературные свойства топлив оказывают существенное влияние
на надежность работы топливных систем реактивных двигателей и
самолетов, поэтому в современных технических условиях на
реактивные топлива к их низкотемпературным свойствам предъявля-
96

:о
w
о
-w
-20
-30
-if О
-SO
X-70
I °
I
J-"
-30
-40
-SO
-60
-70
\
\
\ N
\
7
2
5
1
a
3
^1 "
4
5
=■ «=;
V-
О 1 2 3 it f
Продолжительность полета ca/io/jemcfj^ у
5
1Рисп 4.7. Температуры топлива в системах
самолетов в© время полета:
я_«к;0Мета IV», б— «Боинг-707» • /—в
трубопроводе; 2—в наружном баке; 3—во
внутреннем баке, 4—температура воздуха около
баков; 5—наружного воздуха
ются жесткие требования. Так,
температура начала
кристаллизации реактивных топлив не
должна быть выше —60р С, вязкость
при температуре —40° С топлив
Т-2, ТС-1, Т-1 и Т-5 не должна
превышать 6; 8; 16 и 60 сСт
соответственно; нерастворенная вода
в топливах должна практически
отсутствовать. Так, согласно
международным нормам количество
нерастворенной воды в топливах
при заправке баков реактивных
самолетов не должно превышать
0,003%.
Специальные испытания самолетов
«Комета IV» и «Боиег-707» на высоте
10—12 км показали, что температура
топлива в оодвеоных баках уже через 2 ч
полета может достигать минус 20—30° С
(рис. 4.7). В крыльевых и фюзеляжных
баках и трубопроводах температура топлива снижается до минус 25—30° С
через 5 ч полета. При этом температура окружающего воздуха уже через
полчаса, составляла минус 55—60° С и при продолжении полета снижалась
до —65° С.
При весьма низких температурах в топливах будет
образовываться твердая фаза при содержании в топливе повышенного
количества воды и высококристаллизующихся углеводородов. Особую
опасность представляет образование кристаллов льда [201].
Присутствие углеводородов, кристаллизующихся при температурах
выше— 60° С, в отечественных топливах, применяемых в реактивной
авиации, не допускается.
Вода в реактивных топливах может присутствовать в условиях
эксплуатации реактивных самолетов в трех видах: в свободном
состоянии, в виде водно-топливной эмульсии и в растворенном
виде. За счет этой воды образуются кристаллы льда при
отрицательных температурах.
В топливах ТС-1, Т-1 и Т-2 при нормальных температурных
условиях, как видно из табл. 4.2, содержится максимально 0,012%
растворенной воды. В топливе Т-5 количество растворенной воды
несколько ниже [172].
Углеводороды, содержащиеся в реактивных топливах,
по-разному растворяют воду. Наименьшее количество воды растворяется в
парафино-нафтеновых углеводородах, наибольшее—в
ароматических. Приведенные ниже данные показывают, что с увеличением
74
97

Таблица 42
Гигроскопичность реактивных топлив и их углеводородных компонентов
Топливо и углеводородные
компоненты
ТС-1
Т-1
Т-2
Т-5
Парафино-нафтено'вые из
ТС-1
То же Т-1
» Т-2
» Т-5
Ароматические из ТС-1
То же Т-1
» Т-2
» Т-5
Содержание углеводородов, %

ароматических
18,7
19,5
19,6
20,6
0
0
0
0
97,8
98,1
95,3
98,0

непредельных
2,2
2,0
1,7
0,7
0
0
0
0
0,1
0,6
2,1
1,0

нафтеновых
19,8
45,0
21,6
57,0
22,0
59,0
28,0
51,4
1,2
0,3
0,8
1,0
парафи-,
новых
29,3
33,5
57,1
21,7
78,0
41,0
72,0
48,6
0,9
1,0
1,8
—
Солержанис
воды, %
0,010
0,008
0,012
0,005
0,002
0,001
0,002
0,001
0,031
0,030
0,036
0,027
содержания ароматических угловодородов в топливах Т-1 и ТС-1
способность их растворять воду возрастает:
Содержание ароматических
углеводородов, %
10
20
30
60
добавлены искусственно в дезарома-
тизированное топливо
Содержание воды,
Т-1
0,006
0,008
0,011
0,019
% при 20° С
ТС-1
0,006
0,010
0,012
0,021
Кроме углеводородного состава реактивных топлив на их
склонность растворять воду большое влияние оказывают
эксплуатационные условия. Содержание воды в реактивных топливах
возрастает (рис. 4.8) [201] при повышении температуры топлива,
относительной влажности окружающего воздуха и атмосферного
давления.
При изменении окружающих условий количество растворенной
воды в реактивных топливах будет зависеть от скорости
насыщения и осушки топлив. Эта величина, в свою очередь, зависит от
следующих величин [201]:
скорости диффузии молекул воды из воздуха в топливо и
обратно;
98

0,019
3,017
^0,013
^ 0,011
1 0,009
% 0,007
5> 0,005
0,003
0,001
Л
^^
А
/А
Ж
Г
Т=2
Т=1
А
111 A
щ
4
/
О /(? 20о 30
Температура, °С
f00 (90 /?0 4^? 20 О
Относительная бпажность воздуха ^f°/o
001Б
0,012
0,008
0,004
760 560 360 160 О
Атмосферное дадление, март. ст.
i
0
1=75?
Т=100°/о
к.
Рнс 4.8. Содержание воды в реактивных гопливах в зависимости
от температуры топлива и от давления и влажности воздуха
скорости диффузии молекул воды в толще топлива;
отношения поверхности контакта топлива с воздухом к объему
интенсивности перемешивания топлива конвекционными
токами, возникающими в баках с топливом.
Если эти процессы происходят при отрицательных температу-
оах то выделившиеся микрокапли воды замерзают и в топливе
накапливаются кристаллы льда. Особенно большое количество
кристаллов льда образуется в реактивных топливах, когда их
температура близка к 0°С [201]. При более низких температурах топлива
кристаллов льда образуется меньше вследствие небольшого
содержания воды в топливе при этих температурах. Вообще, количество
образующихся кристаллов будет зависеть от исходного содержания
воды в топливе перед похолоданием, от скорости охлаждения топ-
лив, а также от степени его охлаждения и атмосферных условии.
В условиях эксплуатации в реактивных топливах наблюдается
образование кристаллов льда следующих форм:
мелкие удлиненные кристаллы льда^;
крупные ломаные кристаллы длиной 1—4 см;
ватоподобные пушистые снежные комочки.
Формирование кристаллов льда в реактивном топливе зависит
от скорости его охлаждения и от уровня загрязненности
посторонними примесями. При быстром охлаждении в топливе образуются
кристаллы размерами менее 3 мкм, при медленном охлаждении —
размером 4-5 мкм. В условиях перекачки эти кристаллы могут
образовать снежные комочки. При наличии в топливе волокнистых
4*
99

материалов образуются длинные ломаные кристаллы,
группирующиеся в виде ватоподобной пушистой снежной массы.
Накопление кристаллов льда происходит также из инея,
образующегося на стенках топливных баков реактивных самолетов в
зимнее время выше уровня топлива. Образование инея происходит
за счет воды, испарившейся из топлива или поступившей из
окружающего воздуха. При дозаправке самолетов иней со стенок баков
переходит в топливо и распространяется по всей его массе [163].
Иней в топливо может попадать и при потеплении, из
окружающего воздуха. В этом случае нагреваются стенки баков, подтаивает
часть инея, непосредственно прилегающая к стенкам баков, и
основная масса его сползает в холодное топливо, накапливаясь б
нем в виде кристаллов льда.
Радикальным способом борьбы с кристаллообразованием льда
в реактивных топливах является добавление в них присадок,
предотвращающих замерзание воды при отрицательных температурах.
Этот способ, разработанный Б. А. Энглиным [201], получил в
настоящее время всеобщее признание как в СССР, так и за рубежом
(см. гл. IX).
Надежная работа топливных систем реактивных самолетов при
отрицательных температурах во многом зависит от вязкости
топлив. Чрезмерное повышение вязкости топлив при их охлаждении
может оказывать отрицательное влияние на надежную работу
топливных систем как дозвуковых, так и сверхзвуковых реактивных
самолетов. Разница лишь в том, что для сверхзвуковых самолетов
это будет сказываться в условиях взлета и набора скорости в
зимнее время, а для дозвуковых самолетов — еще и в условиях полета,
когда топливо будет подвергаться значительному охлаждению.
По мере охлаждения реактивных топлив вязкость их неуклонно
повышается. У топлив Т-1 и ТС-1 при отрицательных температурах
наибольшей вязкостью отличаются ароматические углеводороды,
наименьшей — парафино-нафтеновые. С повышением содержания
ароматических углеводородов вязкость реактивных топлив
увеличивается.
Исследование влияния вязкости реактивных топлив на работу
подкачивающих топливных насосов при охлаждении топлив до
— 40° С показало, что с увеличением вязкости перепад давлений,
создаваемый подкачивающим насосом, уменьшается, а
потребляемая насосом мощность возрастает. Однако изменения этих
параметров незначительны и не превышают допустимых норм.
Скромные успехи в настоящее время достигнуты в области
снижения вязкости реактивных топлив и предотвращения забивки
фильтров кристаллами высокоплавких углеводородов при
отрицательных температурах. Попытки подобрать присадки, снижающие
вязкость топлив и кристаллообразование углеводородов, пока не
дали положительных результатов. Поэтому для получения топлив
с необходимой вязкостью и низкой температурой кристаллизации
обычно пользуются подбором рационального фракционного
состава. В результате этого из многих нефтей реактивные топлива полу-
100

чают с температурой начала перегонки 130—135° С, а конца
кипения — 230—240" С.
За рубежом для снижения температуры кристаллизации реактивных топлив
в настоящее время при их изготовлении начинает использоваться карбамидная
очистка, установлено также, что снижение температуры кристаллизации
реактивных топлив можно достигнуть в процессе изокрекинга [224, 225].
На IV научно-технической конференции, проходившей в г. Киеве в 1977 г.,
обсуждались важнейшие вопросы химмотологии авиационных топлив, в том
числе создание автоматических приборов для контроля содержания воды в топливе
при заправке с самолета [210].
Г. С. Воловик предложил определять концентрацию растворенной воды по
величине диэлектрической проницаемости дисперсной системы вода — топливо,
которая образуется при энергичном перемешивании топлива.
С. И. Максимов сообщил о перспективном методе — турбодиаметрическом,
в котором в качестве влагомеров используют дифференциальные оптические
фотометры; погрешность метода 18*%.
В. И. Константинов предложил вводить корректировку результатов
измерения на содержание в топливе твердых микрозагрязнений.
Л. Г. Клюгаревым и С. И. Шубиным для определения эмульсионной воды в
реактивных топливах предложен прибор, основанный на способе
ультразвукового (пневматического) распыления дозы топлива с последующим
сепарированием в гравитационном поле, отложением капель воды на гидрофобную
поверхность с фиксированием их оптическим методом.
По сообщению Ж. С. Черненко и В. Т. Василенко, применение антиводо-
кристаллизующих присадок не исключает образования конденсата и инея в баках,
что приводит к отказам и неисправностям топливоизмерительной аппаратуры и
элементов дренажной системы, а также к накоплению свободной воды в отстое
и застойных зонах топливных агрегатов. Для предотвращения накопления воды
в топливных баках могут быть использованы два пути:
глубокая осушка заправляемого топлива в наземных условиях до влагосо-
держания менее 0,001%, однако известные методы такой осушки
(вымораживание, молекулярные сита, вакуумирование, продувка сухим газом) требуют
больших затрат и усложняют хранение осушенного топлива на аэродроме;
поддержание содержания воды в топливе ниже предела максимальной
растворимости для данных условий полета с помощью массообменного метода
обезвоживания реактивных топлив в полете, когда через слой топлива с помощью
перфорированного коллектора продувается на 1 т топлива около 15 кг/ч
атмосферного воздуха, имеющего на высоте низкое влагосодержание.
По сообщению В. Т. Василенко [210], при подъеме самолета на высоту
такая продувка оказалась вполне достаточной, чтобы поддерживать равновесное
количество влаги, тогда как избыточная влага по мере снижения давления в
баке и температуры топлива удалялась через дренажную систему. Такой
перфорированный коллектор воздуха в наземных и летных условиях обеспечивал на
высоте 6—7 км снижение концентрации воды как в товарном, так и в
специально обводненном топливе до величины менее 0,00210/о, при которой ни
эмульсионной воды, ни кристаллов льда в топливе не образуется.
4.3. ВЛИЯНИЕ МИКРОЗАГРЯЗНЕНИЙ В ТОПЛИВЕ
Надежная топливная система современных самолетов должна
предотвращать загрязнение топлив механическими
микрочастицами, величина которых не превышает 30 мкм, что в дальнейшем
будет именоваться микрозагрязнением. Проблема чистоты топлив
является наиболее актуальным вопросом современной реактивной
авиации. С содержанием в топливах микрозагрязнений
непосредственно связана безопасность полетов [194].
101

Микрозагрязнения реактивных топлив в условиях эксплуатации
могут [72, 69]:
засорять и заклинивать прецизионные пары топливо-регул'ирую-
щей аппаратуры;
забивать топливные фильтры и форсунки;
способствовать увеличение отложений в агрегатах топливных
систем;
повышать абразивный износ деталей топливных агрегатов;
интенсифицировать коррозию топливного оборудования;
оказывать каталитическое воздействие на окисление топлива в
зонах с повышенными температурами;
способствовать накоплению статического электричества при
перекачке топлива.
Загрязненность топлив Т-1 и ТС-1 в топливных системах реактивных
самолетов определялась при эксплуатации их на аэродромах жаркой и умеренной
климатических зон. Если раньше фильтрация топлив в топливных системах
самолетов осуществлялась по-разному: на одних (самолет № 1) — двойная
фильтрация через последовательно установленные сетчатый 40-микронный фильтр и
бумажный 10-микронный фильтр, на других (самолет № 2) — одинарная
фильтрация через сетчатый 20 микронный фильтр [58, 59], то в настоящее время широкое
распространение получили фильтры из сетки саржевого плетения (10—15 мкм).
Приведенные в табл. 4.3 данные показывают, что топливо в
баках самолетов подвергается сильному загрязнению, особенно на
аэродромах жаркой климатической зоны в летний период, и
доходит до 4,8—29 г/т, а крупность частиц — до 20—30 мкм, тогда как
на аэродромах умеренной климатической зоны оно составляет
1,5—5,8 г/т при тех же размерах частиц. Для этих же самолетов
количество микрозагрязнений в топливе из баков в 2—7 раз
превосходило их количество в топливе при заправке самолетов,
причем размеры микрочастиц доходили до 30 мкм. Как видно из
табл. 4.3, в топливные баки самолетов, особенно в жаркой
климатической зоне, попадают загрязнения минерального происхождения,
обогащенные соединениями кремния, кальция, магния, алюминия
и натрия [174, 175].
Увеличение загрязненности топлив в баках самолетов
происходит вследствие того, что заправка самолетов часто ведется
открытым способом, а топливные баки у некоторых самолетов иногда
даже во время полета поддавливаются запыленным воздухом,
который отбирается от одной из ступеней воздушного компрессора.
В условиях полета топливо в баках взбалтывается, что приводит к
обогащению его загрязнениями, топливо также загрязняется в
условиях взлета и посадки через дренажные устройства. В
результате количество микрозагрязнений в топливе после полетов резко
возрастает, растет число частиц размером 20—30 мкм,
представляющих собой минеральные примеси, содержащие соединения Si, Ca>
Mg и А1.
Возможность загрязнения топлив в баках реактивных самолетов
запыленным воздухом, поступающим в баки из системы поддавливания, была проверена
на двух типах самолетов в аэродромных условиях. Ниже приведена зависимость
количества отложений «а сетчатом фильтре (5—8 мкм), установленном в систе-
I02

Т а б л и ц а 4.3
Количество и состав микрозагрязнений в топливах из баков реактивных самолетов
Характеристика микро-
загрязнений
Количество, г/т
Дисперсионный состав,
млн частиц/т:

размер

частиц,
мкм
1—3
3—5
5—10
10—15
15—20
20—30
V
Влажность, %
Зольность, %
Элементарный состав, %:
С
Н
S
N
О
Fe
Si
Са
Mg
Al
Na
Zn
Cu
Умеренна
Самолет №
1,5
3530
1500
780
4эО
210
107
19,0
57,2
19,33
5,50
0,58
0,71
37,28
19,85
17,6
0,42
1,6
3,24
0,62
0,42
0,1
я климатическая
зона
1
Самолет № 2
5,8
5360
1580
180
50
14
7
37,2
63,4
17,23
5,10
0,48
0,95
40,20
23,8
10,95
0,85
1,27
3,55
0,16
2,59
0,08
Жаркая
Самолет №
4,9
8570
1780
1200
572
318
129
13,9
64,9
29,06
12,66
0,39
1,39
26,00
7,2
12,3
4,27
2,36
4,5
5,21
0,38
0,29
климатическая
зона
1
Самолет № 2
29,0
12000
1700
730
520
340
ПО
20,5
73,5
11,61
5,08
0,11
2,47
42,03
7,6
13,1
5,3
2,64
3,49
2,87
0,42
0,96
ме поддавливания топливиых баков, от уровня запыленности окружающего
воздуха за 30 мин работы на земле [194]:
Запыленность воздуха, мг/м3
Количество отложений на фильтре, мг
50 100 150 200 250 300 350
6,7 9,1 12,2 13,3 16,6 18,1 21,5
Вывод о том, что в топливных баках реактивных самолетов
топливо подвергается значительному загрязнению, подтвержден
работой [153].
Сравнение загрязненности топлива в фюзеляжных баках и
крыльевых топливных отсеках показало, что в последних
количество микрозагрязнений в топливе выше, видимо, потому, что накап-
103

т-б
10fi
70,0
1 5.0
4
9 Г
2,5
1
!
1
100% (1,78-5,5Г/Т)
7 M/
i" 10 15 20 7f 80
Размеры микрочастиц,мкм
Рис. 4.9. Дисперсионный состав
микрозагрязнений в образцах топлива:
1—Из фюзеляжных баков; 2—из крыльевых
топливных отсеков
Рис. 4.10. Распределение микрозагрязнений в
топливах Т-1 и ТС-1 на аэродромных складах в
а—в умеренной; б—в жаркой: /—аэродромный
склад горючего; //—самолет;
1—железнодорожные цистерны; 2—задержано фильтрами
грубой очистки (2 мм и 65 мкм); 3—складские
загрязнения; 4—задержано фильтрами тонкой
очистки (ФТО) первой ступени; 5—задержано
ФТО второй ступени; 6—поступает с
аэродромного склада в самолет; 7—самолетные загряз-
нения; 8—задержано самолетными ФТО; 9—
рующую аппарату-
ливающиеся в них осадки
удаляются с большим трудом, чем
из фюзеляжных баков. Это,
вероятно, И ЯВЛЯеТСЯ ПрИЧИНОЙ поступает в то*пл™орегулирующую
частых случаев задиров на
шнеках перекачивающих
топливных насосов, установленных в крыльевых отсеках. Если в
фюзеляжных баках содержатся загрязнения с размером частиц до 20 мкм,
то в крыльевых отсеках величина микрочастиц достигает 75—
80 мкм (рис. 4.9).
Причиной повышенной загрязненности топлива в самолетах
может также являться дитиокарбаминат цинка, вымываемый
топливом из покрытия топливных баков, изготовленного из бензостойких
нитрильных резин, содержащих в качестве ускорителя
вулканизации тиурам [2]. На некоторых самолетах для герметизации
кессон-баков применяют герметизирующие материалы на основе фтор-
силиконовых и фторорганических каучукав. Изучение влияния этих
герметиков на свойства реактивных топлив показало, что из фтор-
силиконового герметика топливом вымываются низкомолекулярные
фракции диметилсилоксана, при сгорании которых образуется
двуокись кремния. В результате этого при разборке двигателя
после эксплуатации на* одном из самолетов был обнаружен на
сопловом аппарате и лопатках турбины, а также на стенках основной
и форсажной камер равномерный налет светло-серого цвета, состоя-
104

щий в основном из двуокиси кремния. Это было также
подтверждено при испытаниях на маломасштабной лабораторной камере
сгорания [14]. Приведенные данные показывают, что загрязнение
топлив в топливных баках может оказывать существенное влияние
на надежность работы реактивных двигателей.
На основании обобщения данных по загрязненности реактивных
топлив на самолетах различных систем, а также на аэродромных
складах горючего был составлен баланс распределения
микрозагрязнений на всем пути от железнодорожной цистерны до топливо-
регулирующей аппаратуры реактивных двигателей для умеренной
и жаркой климатических зон (рис. 4.10) [194].
Загрязнения ;в реактивных топливах не только накапливаются
в результате попадания извне, но и образуются в самом топливе в
баках самолетов. Так, например, в тщательно профильтрованном
реактивном топливе после некоторого времени хранения в
герметичной таре, исключающей возможность его загрязнения извне,
были обнаружены осадки, являющиеся результатом укрупнения
микрозагрязнений [73]. В топливных баках самолетов
накапливаются осадки, состав которых приведен ниже [22]:
Элемент
С
н
S
N
О
Fe
Са
Si
Mg
Na
№ 1
20,3
5,4
0,4
0,6
38,4
7,4
0,8
12,3
2,3
0,4
Топливо ТС-11
Самолет
№ 2
17,4
5,2
0,4
0,6
39,3
8,3
0,3
14,4
1,8
1,2
Топливо Т-1
Зона
средняя
19,3
5,1
0,1
0,6
32,3
6,9
0,8
16,1
2,4
4,2
жаркая
22,2
5,9
0,2
0,7
33,8
7,0
0,8
15,1
1,9
4,4
Таким образом, стандартные реактивные топлива в настоящее
время следует рассматривать как углеводородные смеси,
содержащие загрязнения с размерами микрочастиц, характерными для
коллоидных и мелкодисперсных систем. Загрязнения включают три
компонента:
твердую неорганическую часть, включающую продукты
коррозии железа и минеральные примеси, содержащие соединения Si, Са,
Mg, Al nNa (62—74%);
' 105

Таблица 44
Состав компонентов микрозагрязнений реактивных тоолив в
Компонеты
микрозагрязнений
Топлива
Вода
Смолы
Растительные остатки
Fe (-продукты
коррозии)
Si + Ca + Mg + Al+Na
(минеральные примеси)
Остальное
Продукты
коррозии
железа
ТС-1
2,7
6,5
8,3
50,5
12,5
19,5
Т-1
4,8
2,7
14,3
49,7
10,8
17,7
Минеральные
примеси
ТС-1
3,2
10,8
П,4
7,4
59,9
8,3
Т-1
1,3
4,5
13,0
6,2
66,6
8,4
Расппельные
остатки
ТС-1
7,4
6,5
69,0
2,4
2,2
12,5
Т-1
7,9
7,5
79,6
0,6
3,3
1,1
Смолистые
частицы
ТС -1
995
61,0
7,5
8,3
5,2
8,5
Т-1
14,4
62,0
10,3
5,1
3,7
4,7
органическую часть, включающую твердые растительные
остатки и смолистые продукты (22—30%);
воду (4—8%).
Из приведенных в табл. 4.4 данных следует, что микрочастицы,
входящие в сложную смесь реактивных топлив, составляют пять
самостоятельных видов [55]:
капельки воды;
смолистые продукты;
растительные остатки;
продукты коррозии железа;
минеральные примеси, содержащие соединения Si, Ca, Mg, A!
и Na.
Повышению чистоты топлив, заправляемых в баки реактивных
самолетов, как фактору повышения надежности эксплуатации
авиационной реактивной техники следует уделять самое серьезное
внимание.
Степень чистоты реактивных топлив обычно оценивают с помощью метода
по ГОСТ 10577—63. Этот метод включен также в ГОСТ 12308—66 на топлива
Т-6 и Т-7, в ТУ 38-1-257—69 на топливо Т-8 и принят в качестве арбитражного
при определении содержания механических примесей в топливе РТ по ГОСТ
16564—71. Аналогичный метод по ASTM D—2276 принят в США и в других
ведущих капиталистических странах для определения содержания механических
примесей в реактивных топливах Jp-7 по спецификации Mil-T-38219, Jp-8 — по
МП-Т-83133 и Jp-TS (термически стабильное) — по MU-T-25542B [175, 233, 255].
Полученные по этим методам данные имеют важное значение как для
оценки заправляемого в самолеты топлива и надежности их эксплуатации, так и для
оценки фильтрующей способности существующих и вновь разрабатываемых
фильтров. По этим методам устанавливаются предельно допустимые нормы
содержания механических примесей в реактивных топливах при заправке
самолетов. По ГОСТ 19820—74 было установлено предельное содержание
механических примесей в реактивных топливах при заправке самолетов 0,000210/о ("1,6—
1,7 мг/л). В этом же ГОСТе была установлена норма на- содержание
механических примесей на местах производства — не более 0,0003% (2,3—2,5 мг/л).
В США спецификациями на топлива Jp-7 и Jp-8 установлена значительно более
106

низкая норма на содержание механических примесей: на местах производства —
0,56 мг/л, при заправке реактивных самолетов — 0,26 мг/л. Международная
норма на содержание механических примесей составляет 1 мг/л. Разные нормы на
степень чистоты реактивных топлив в нашей стране и за рубежом объясняются
не системой их очистки, а разными методами определения содержания
механических примесей. На основании этого было проведено сравнительное
исследование определения содержания механических примесей в топливах Т-1, ТС-1, Т-6 и
РТ методами по ГОСТ 10577—63 и по ASTM D—2276 с использованием
отечественного и американского оборудования и материалов. В результате
установлено, что определение содержания механических примесей в реактивных топливах
по ГОСТ 10577—63 не является достоверным, так как показатель величины
механических примесей завышается в 3—6 раз из-за смолистых продуктов, которые
адсорбируются из топлива на нитроцеллюлозных (мембранных) фильтрах в
процессе определения. Определение содержания механических примесей в
реактивных топливах по ASTM D—2276 с использованием двух фильтров —
испытательного и контрольного — позволяет получить более достоверные данные, однако
не исключает полностью некоторого завышения результатов из-за влияния
смолистых продуктов, адсорбируемых фильтрами из топлив.
На основе оборудования по ГОСТ 10577—63 и американского метода ASTM
D—2276 разработан усовершенствованный метод определения содержания
механических примесей в реактивных топливах, дающий наиболее достоверные
данные об их чистоте. С помощью этого метода произведена оценка чистоты
топлива ТС-1, заправляемого в самолеты на аэродромах в умеренной
климатической зоне. Приведенные в табл. 4.5 результаты показывают, что применение
двойной пятимикронной системы фильтрации с использованием централизованной
заправки ЦЗ-1М и топливозаправщиков ТЗ-5, ТЗА-7,5-500А, ТЗ-8-255Б
обеспечивает чистоту реактивного топлива на уровне современных международных
требований. Аналогичные данные были также получены для топлив Т-1, Т-6 и РТ.
С нефтеперерабатывающих заводов топлива Т-1, ТС-1, РТ и Т-6 отгружаются
с высокой степенью чистоты.
На IV научной конференции по вопросам химмотологии
авиационных топлив рассматривались также пути повышения чистоты
топлив и усовершенствования топливных систем реактивных
самолетов, конструктивные и технологические мероприятия: установка
дополнительных топливных насосов, фильтров-отстойников и
применение азотирования топлива [210].
Ю. В. Сницеров [210] доложил о наблюдавшемся снижении
работоспособности датчиков приборов топливной системы, помещенных в среду топлива из-за
отложений на них микрозагрязнений. Эти отложения, особенно при наличии
влаги в топливе, становятся электропроводящими, в датчиках появляются токи
утечки и сопротивление их изоляции падает. В результате изменяются и
рассогласовываются начальные параметры датчиков, появляются дополнительные
погрешности и отказы в работе системы.
Важнейшее значение приобретают методы оценки чистоты
реактивных топлив. В последние годы для этих целей изучается
возможность использования лазеров, голографии, волоконной оптики
и электронной техники.
За рубежом большое внимание уделяется созданию
промышленных образцов лазерных телевизионных микроскопов, микроскопов-
фотометров, лазерных счетчиков микрочастиц в реактивных
топливах при автоматической заправке самолетав.
В нашей стране разработано несколько моделей
фотометрических счетных анализаторов дисперсного состава микрозагрязнений
в реактивных топливах. Среди них получили развитие поточно-
ультрам1икроскопические приборы и счетно-нефелометрические,
позволяющие классифицировать регистрируемые частицы микроза-
10 7

Таблица 4.5
Содержание механических примесей в топливах ТС-1, РТ, Т-6, Т-8 и T-I
при заправке в баки реактивных самолетов в аэродромных условиях
ш при отгрузке с нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ)
Топливо
ТС-1
Т-8
ТС-1
Т-б
РТ
Т-1
ТС-1
Т-б
РТ
Средства заправки
Аэродром 1
ЦЗ-1М, ЗА-500 № 1
То же № 3
» № 4
» № 7
» № 8
Среднее по ЦЗ-1М
ТЗ-5
ТЗ-7, 5-500А
ТЗ-8-255Б
Среднее по
топливозаправщикам
Среднее по аэродрому
Аэродром 2
ТЗ-22
Аэродром 3
ТЗ-22
ТЗА-7, 5-5ООА
То же
Заводы
НПЗ № 1. То>варный
резервуар
НПЗ № 2. »
НПЗ № 3. »
НПЗ № 2. Товарный
резервуар
НПЗ № 3. »
НПЗ № 4. »
»
Содержание механических лримесей
Метод
i ГОСТ
10577—63
мг/л
0,98
1,06
0,84
1,12
1,02
1,00
1,12
1,10
0,86
1,03
1,01
6,70
1,10
25,40
3,70
3,20
1,54
1,75
2,04
1,68
0,98
1,64
%
0,00012
0,00013
0,00010
0,00014
0,00013
0,00012
0,00014
0,00014
0,00011
0,00013
0,00013
0,00085
0,00014
0,00285
0,00035
0,00040
0,00019
0,00022
0,00027
0,00022
0,00012
0,00021
Усовершенствованный
метод
мг/л
0,29
0,34
0,32
0,50
0,10
0,31
0,36
0,40
0,10
0,29
0,30
0,27
0,40
0,35
0,27
0,56
0,66
0,40
0,56
0,41
0,51
0,19
%
0,00004
0,00004
0,00004
0,00006
0,00001
0,00004
0,00004
0,00005
0,00001
0,00003
0,00004
0,00003
0,00005
0,00004
0,00003
0,00006
0,00007
0,00005
0,00006
0,00005
0,00006
0,00002
грязнений по их интенсивности светорассеяния и охватывающие
диапазон размеров частиц от 3 до 200 мкм. По сравнению с
поточно-ультрамикроскопическими приборами они выгодно отличаются
108

повышенной экспрессностыо, большей статистической
достоверностью результатов дисперсионного анализа, а также простотой
эксплуатации.
Интерес представляют приборы для оценки чистоты топлив,
основанные на методе, резонансных частот и диэлектрической
проницаемости.
Хотя фильтрационными методами в последнее время удалось
достичь высоких степеней очистки реактивных топлив, работы в
этом направлении продолжают развиваться с целью изыскания еще
более совершенных методов очистки топлив от микрозагрязнений,
особенно самолетных топливных систем.
Г. А Никитиным и К. В. Никоновым [210] была теоретически обоснована
и экспериментально подтверждена возможность тонкой очистки реактивных
топлив от механических примесей (до 5 мкм) в электрическом поле.
Как показал И. Г. Третьяков [210], ферромагнитные частицы загрязнений
можно легко удалять магнитной обработкой топлив. При этом магнитные
фильтры улавливают также некоторые органические загрязнения, абразивные частицы,
минеральные примеси, а также способствуют отделению воды и других
загрязнений, уменьшая количество микрочастиц в 5—6 раз.
4.4. ВЛИЯНИЕ ТЕРМОСТАБИЛЬНОСТИ ТОПЛИВА
Термическая стабильность реактивных топлив находится в
тесной связи с условиями эксплуатации современной авиационной
техники. Образование осадков в топливных баках сверхзвуковых
самолетов зависит от концентрации кислорода в паровом
пространстве, от температуры и продолжительности нагрева топлива, а
также от его химического и фракционного состава.
Интенсивность образования осадков в топливных баках в
первую очередь зависит от температуры нагрева топлива.
Многочисленные исследования воздействия температуры на
термостабильность топлива позволили в настоящее время вскрыть
основные закономерности изменения осадкообразования с
повышением температуры нагрева топлива. Для каждого топлива
существует своя температура максимального осадкообразования: для
топлива Т-2— 135° С, для ТС-1 — 150° С, для Т-1 — 160° С и для Т-5 —
180° С [172]. При повышении температуры топлива от 100° С до этой
максимальной величины количество осадков в топливе неуклонно
возрастает, а затем, достигнув максимального значения, начинает
снижаться. В результате этого при температуре 200° С и несколько
выше в реактивных топливах образуется уже чрезвычайно
небольшое количество осадков.
Температура оказывает влияние не только на количество
образовавшегося осадка, но и на его дисперсионный состав. С
повышением нагрева топлив размеры частиц осадка увеличиваются. Так,
при температуре 120° С в топливах ТС-1, Т-1 и Т-5 отсутствуют
частицы размером 50 мкм и более. При повышении температуры до
150° и выше наблюдается образование частиц размером 50—
120 мкм и более [70].
С повышением температуры топлива значительно изменяется
химический состав образующихся в них осадков. Как видно из
109

табл. 4.6, повышение техмпературы топлива вызывает увеличение в
составе осадков органических смолистых соединений. В
соответствии с этим в осадках возрастает количество углерода, серы и
азота, уменьшается количество твердой зольной части осадков и
соответственно снижается доля железа и минеральных примесей,
содержащих соединения кремния, кальция, магния, алюминия и
натрия [70].
Таблица 4.6
Влияние температуры на состав осадков в реактивных топливах
о
е а
оличе
:адка
г/100
сть
о
о
СО
С
Н
S
Элементный состав, %
N
О
Fe
Си
+ + g
+ Al+Na
20
120
150
20
120
150
20
120
150
Топливо ТС-1
0
3
15
,1
,9
,0
67,
25,
14,
2
5
4
19
29
50
,33
,0
,0
5
5
4
,50
,3
,9
0
3
6
,58
,1
,5
0
0
1
,71
,65
,7
37
49
22
,28
,6
,2
8
1
0
,51
,3
,7
0,
5,
11
36
12
,2
Топливо 7-1
0,
12,
23,
2
10
0
73
18
12
,5
,2
,3
12,
34,
49,
61
0
0
5,
5,
4,
08
4
6
0,
5,
5,
11
0
9
1
1
1
,47
,49
,6
42,
46,
32,
03
5
1
8
0
0
,89
,1
,4
0,
4,
5,
93
3
41
0,
8,
33,
3
0
0
70,
зь,
21,
4
2
2
18
36
46
,3
,7
,9
2
2
3
,2
,9
,5
Топливо
1
4
6
,3
,7
,0
0
0
0
Т-4
,4
,6
,9
31
34
29
,1
,5
,5
10
5
2
,9
,4
,7
0
4
4
,9
,0
,5
23,37
7,3
5,3
27,90
4,9
2,6
15,8
5,3
3,5
ВИЯХ.
Продолжительность нагрева при 420 и 150° С по 6 ч в лабораторных усло-
Таким образом, с увеличением нагрева реактивных топлив
количество осадков в них возрастает за счет твердых смолистых
продуктов, минеральных примесей и продуктов коррозии железа,
однако преобладают твердые смолистые вещества.
Увеличение давления в зоне повышенных температур не
оказывает сколь-нибудь существенного влияния на процессы
образования осадков в реактивных топливах.
На процесс осадкообразования в реактивных топливах при
повышенных температурах большое влияние оказывает состав
газовой фазы, с которой соприкасается топливо. Окислительная
полимеризация является основным процессом осадкообразования и
поэтому развитие этого процесса в первую очередь связано с
притоком кислорода из окружающей среды. На рис. 4.11 показано вли-
110

Рис 4.11. Влияние
концентрации кислорода в воздухе на
осадкообразование в
реактивных топлива»:
при 150° С в контакте с
бронзами 7—Т-1 с ВБ-24Н,
9-Lt-I с ВБ-24НЦ; З-Т-5 с
ВБ-24Н; 4—Т-5 с ВБ-24НЦ;
.5-ТС-1 с ВБ-24Н, 5-ТС-1 с
ВБ-24НЦ: топлива при 120° С
в контакте с бронзой ВБ-24;
7—Т-5; 8—Т-1, 9—ТС-1
Высота полета, км
11 15 10
Z00 100 80 60 40 30 10
Концентрация кислорода д Воздухе ,
10
яние концентрации кислорода в воздухе на осаД™°бетвание в
реактивных топливах при температурах 120 и 150 С L7UJ. С пони
жением концентрации кислорода в воздухе осадкообразование в
реактивных топливах снижается и практически полностью
приостанавливается при концентрации 90 г/м8 и ниже. Если газовое
пространство над топливом заполнено инертным газом, например
азотом, то при нагреве до 120—250° С в топливах осадки не ооразу-
Ю Химический состав реактивных топлив оказывает большое
влияние на образование осадков при повышенных температурах \г\,
1721 Углеводороды топлив по увеличивающейся склонности к
образованию осадков при нагреве можно ' расположить в следующий
ряд' парафино-нафтеновые—^моноциклоароматические—>бицикло-
ароматические —»- олефиновые —» алкенилмоноциклоароматичес-
кие—^алкенилбиоциклоароматические.
Среди примесей топлив наибольшее влияние на образованно
высокотемпературных загрязнений оказывают продукты окисления
и смолы [100]. Увеличение содержания продуктов окисления в
очищенном топливе Т-1, как показано в табл 4 7'приводит к росту
количества осадков при температуре 150 С [181J:
Сернистые соединения по мере повышения их
термостабильности могут быть расположены в следующем порядке: ароматические
Ш

Таблица 4.7
Влияние содержания продуктов окисления на образование осадков
Топливо
Исходное топливо
Очищенное топливо
То же с добавкой продуктов окисления
То же
»
»
»
Концентрация
продуктов
окисления,
мг/100 мл
150
0
25
50
75
100
125
Количество
осадка,
мг/100 мл
10,5
1,9
4,5
6,4
8,0
9,6
10,2
меркаптаны—►алифатические меркаптаны—►дисульфиды —►
ароматические сульфиды — алифатические сульфиды —► ароматические
тиофаны—►алифатические тиофаны—^тиофены.
Азотистых соединений содержится в прямогонных реактивных
топливах сравнительно немного — 0,01—0,15%. По своему
химическому строению они относятся главным образом к азотистым
основаниям. Среди этих соединений могут присутствовать
производные пиридина, хинолина, изохинолина, пиррола, индола и карбазо-
ла. В топливах содержатся в основном моно- и диалкилзамещен-
ные пирролы и индолы с двумя или тремя углеродными атомами
в алкильной группе. Производные хинолина и изохинолина
сравнительно термически устойчивы. Меньшей термостабильностью
обладают производные пиррола и индола. Изучение осадкообразования
в топливах в присутствии пиррола, 2,5-диметилпиррола, 2,4-деми-
тилтриэтилпиррола, N-бутилпиррола, индола и 2,3-диметилиндола
показали, что эти соединения вызывают образование черных
осадков в топливах даже при их нагреве до 43—99° С.
Было исследовано также влияние на термическую стабильность
топлив ТС-1 и Т-1 концентратов азотистых соединений, выделенных
из смолистых соединений топлива Т-1. Некоторые из этих
концентратов содержали до 57% окисленных азотистых соединений.
Полученные результаты показали, что исследованные концентраты
азотистых соединений оказывают малое влияние на
термостабильность топлив Т-1 и ТС-1 при температуре 150° С. При добавке в
реактивное топливо в количестве 0,03—0,04% эти концентраты
способствуют некоторому снижению образования осадков. Изучением
влияния индивидуальных азотистых оснований на
термоокислительную стабильность реактивных топлив установлено, что
азотистые основания в топливе Т-1 снижают осадкообразование, но
интенсифицируют окислительные процессы, сопровождающиеся
накоплением смолистых продуктов [203]. Это же наблюдается в
топливе ТС-1, не содержащем меокаптаны, хотя осадкообразование в
112

этоА4 случае мало изменяется. В топливе ТС-1, содержащем
меркаптаны, при повышенных температурах происходит
взаимодействие меркаптанов или их продуктов окисления с азотистыми
основаниями, что сопровождается образованием осадков и смолистых
продуктов.
Присутствие в реактивных топливах в небольших количествах
загрязнений существенно снижает их термостабильность [35].
Влияние микрозагрязнений на термостабильность топлив изучалось на
установке ТСТ-1, имитирующей нагрев топлива в топливных баках самолета до 150
и 200° С. При пропускании топлив через фильтры с различной тонкостью
фильтрации были получены топлива, в одном из которых не содержалось
микрозагрязнений с размером частиц более 30—40 мкм, а в другом — более 8 мкм.
Результаты испытания этих топлив показали, что удаление из топлив крупных частиц
микрозагрязнений способствует повышению термостабильности топлив [35].
4.5. ВЛИЯНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ
В последнее время приходится считаться не только с
загрязненностью топлив твердыми неорганическими и органическими
продуктами, но и с наличием в топливах живых микроорганизмов,
вызывающих коррозию топливных баков самолетов.
С этой проблемой впервые пришлось столкнуться при эксплуатации военных
реактивных самолетов США, базирующихся в тропических районах. Под
действием микроорганизмов наблюдалась сквозная коррозия топливных крыльевых
отсеков реактивных самолетов [248, 261]. Коррозия крыльевых отсеков
наблюдалась на крупных военных и гражданских самолетах также в других
климатических зонах. По мнению Самерсало, развитие микроорганизмов в реактивных
топливах в странах северных широт, например в Финляндии, мало вероятно. В США
было установлено, что значительная коррозия топливных отсеков наблюдается
на 15% всех крупных самолетов военного и гражданского назначения,
находящихся в эксплуатации [70].
Коррозия топливных отсеков реактивных самолетов
сопровождается образованием на их стенках и дне коричневого слизистого
осадка, представляющего собой сгустки твердых загрязнений
топлив, воды и бактерий. Иногда слизистый осадок покрывает сплошь
всю нижнюю поверхность топливных отсеков. После удаления
этого осадка обнаруживается, что полимерное защитное покрытие
топливных отсеков разрушилось и на поверхности алюминия
появились очаги коррозии. В этих случаях коррозия или носит питтинго-
вый характер, или бывает настолько глубокой, что топливо
начинает просачиваться и обнаруживаться на поверхности крыла
реактивного самолета.
На участках коррозионных поражений наряду с бактериями и
продуктами коррозии алюминия обнаруживаются соединения
кремния, окись железа и соли щелочных металлов; вода отличается
высоким содержанием растворенных солей и других минеральных
продуктов.
Содержащаяся в отложениях окись железа способствует
удержанию воды на поверхности, которая подвергается коррозии. Окись
железа и вода ускоряют развитие микроорганизмов в топливах,
однако вода не является обязательным источником роста
бактерий. Так, при испытании обезвоженного топлива выделяемые мик-
113

Рис. 4.12. Бактерии ь реактивном топливе
роорганизмами органические кислоты и другие метаболические
продукты их жизнедеятельности вызвали биохимическую коррозию.,
продукты которой полностью забили топливные фильтры и
форсунки.
В топливных баках микроорганизмы развиваются в воде на дне,
используя в качестве питательного субстракта углеводороды топ-
лив и различные минеральные загрязнения как источники азота,
фосфора и других элементов. Большое количество
микроорганизмов развивается на границе вода — топливо.
В настоящее время в топливных системах реактивных
самолетов и в резервуарах аэродромных складов горючего найдено более
100 видов различных микроорганизмов, наибольшее
распространение среди которых имеет грибок —коричневый гермодендрон
(рис. 4.12).
В работе [ПО] описано изучение в лабораторных условиях развития
микроорганизмов в топливе ТС-1 при температуре 28—30° С в присутствии
водно-минеральной среды, содержащей 0,2—О,4«/о KNOs; 0,4% MgSO4; 0,3% КН2РО4 и
0,7% Na2PO4 при рН среды 7,1—7,3. Опыты проводились в статических условиях
при соотношении водно-минеральной фазы и топлива ТС-1 1 : 1. В статических
условиях развитие микроорганизмов наблюдалось в течение 30 суток, при
перемешивании — в течение. 10 суток. Оценка интенсивности роста
микроорганизмов производилась визуально по пятибалльной шкале. Наиболее пышное
развитие микроорганизмов оценивалось в 5 баллов. В этом случае образовавшаяся
сухая биомасса организмов составляла 2—3 г на 1 л топлива ТС-1.
Изучению были подвергнуты микроорганизмы из почвы, пропитанной
нефтепродуктами, с топливного фильтра самолета, проделавшего рейс из тропических
стран на топливе ТС-1, а также из воды, отобранной из водного слоя наземного
резервуара с реактивным топливом, хранившимся в зоне с тропическим
климатом.
В результате исследования установлено, что в топливе ТС-1 могут легко
развиваться микроорганизмы — микробактерии: Mycrobacterium mucosum, Myc-
robacterium lacticorum, грибок Cladosporium и аэробные бактерии из рода' псев-
114

домоносов: Ps. pyocyaneut, Ps. fluorescens и др. Развитие микроорганизмов в
топливе ТС-1 происходило при соотношении водно-минеральной фазы и топлива
1 : 10, однако при меньшем содержании топлива бактерий образовывалось
значительно больше.
Отрицательная роль микроорганизмов связана не только с
загрязнением топлив и развитием коррозионных процессов.
Некоторые микроорганизмы оказывают существенное влияние на
изменение физико-химических и некоторых эксплуатационных свойств
топлив. К числу таких микроорганизмов относятся Ps. pyoeyaneut-34
и mycr.obacterium lacticorum-105. Они быстро развиваются на
реактивных топливах. Ниже показано количество микроорганизмов,
образовавшихся на реактивных топливах в течение трех недель при
28—30° С:
Топливо
Т-1
ТС-1
Количество сухой биомассы, г/л
Ps. pyocyaneut-34
2,9
4,4
Mcb, lacticorum-105
7,7
10,2
Из приведенных данных видно, что лучше развивается на
реактивном топливе mcb. lacticorum-105.
Жизнедеятельность микроорганизмов в нефтяных топливах
может эффективно подавляться не только антимикробными
присадками, но и нанесением на стенки топливных баков стойких
покрытий, например из фурановых смол.
В присутствии микроорганизмов через 2—2,5 месяца разрушаются
анодированное и полиуретановое покрытия. Изучение покрытий из натурального
каучука, фторуглеродного полимера, кремнеорганического пластика и полиуретана
показало, что микроорганизмы проникают через пленки натурального каучука
толщиной 38 мк через четверо суток, а через такую же пленку полиуретана — через
восемь суток. Эффективно понижается деятельность микроорганизмов в баках,
имеющих покрытия из фурановых смол.
Среди физико-механических способов защиты от
микроорганизмов в топливах могут использоваться уничтожение их
электромагнитным излучением и удаление с помощью бактериальных
фильтров. Для снижения роста микроорганизмов в баках следует более
часто их очищать от осадков и ставить более эффективные
фильтры-сепараторы на линиях заправки топлив.
4.6. ПОЖАРООПАСНОСТЬ ТОПЛИВНЫХ СИСТЕМ САМОЛЕТОВ
При эксплуатации реактивных самолетов важное значение
имеет склонность топлив к воспламенению. С этим показателем
приходится считаться как при применении современных топлив, так и
при выборе новых, особенно для сверхзвуковых самолетов, в
топливных баках которых топливо может нагреваться до высоких
температур.
115

В услозиях применения реактивных топлив в авиации
возможны случаи возникновения пожаров по следующим причинам [ПО]:
взрыв паров топлив в баках самолетов из-за образования ста-
тического электричества;
загорание паров топлив от открытого пламени или
электрической искры;
самовоспламенение топлив при попадании на нагретые
поверхности.
Склонность реактивных топлив воспламеняться от открытого
пламени принято характеризовать температурой вспышки. Эта
величина, как показано ниже, зависит от давления насыщенных
паров топлива [119]:
Jp-5 Jp-1 Т-1 ТС-1 Т-2 Т-2 Jp-4 Jp-4
Давление насыщенных паров
лри 38° С, мм рт. ст 10 15 25 35 75 100 100 160
Температура вспышки, °С ... 50 38 30 28 —4 —14 —14 —23
Чем выше давление насыщенных паров топлив, тем ниже их
температура вспышки. При температуре вспышки над поверхностью
топлива образуется взрывоопасная смесь паров топлива с воздухом.
Ниже приведены концентрационные пределы взрывоопасных
смесей паров топлив с воздухом в % от объема:
Т-1 ....... 1,4—7,5
ТС-1 1,2—7,1
Т-2 1,1—6,8
Образование взрывоопасных смесей в паровом пространстве
топливных баков самолетов зависит от испаряемости гоплив и от
условий полета. При подъеме самолетов с дренажными системами
на высоту вследствие снижения окружающего давления испарение
топлив увеличивается. Этому также способствует повышение
температуры топлива в условиях сверхзвукового полета. На
дозвуковых пассажирских самолетах температура топлива во время
полета будет снижаться и испаряемость топлив уменьшаться. Таким
образом, в условиях полета дозвуковых реактивных самолетов в
топливных баках могут образоваться взрывоопасные смеси, а
также смеси, и переобогащенные или обедненные топливом, которые
не представляют опасности.
На образование взрывоопасных смесей в самолетных
топливных баках оказывают влияние также их размер и форма,
изменение объема газового пространства в них во время полета, а также
интенсивность перемешивания топлива с воздухом. При бурном
перемешивании вследствие частичного распыления топлива техмпе-
ратурный диапазон взрывоопасных смесей расширяется в сторону
более низких температур.
При подъеме самолета на высоту из-за увеличения испарения
топлива образуется переобогащенная смесь воздуха с топливом,
в результате чего зоны взрывоопасных смесей сужаются. Так?
вследствие переобогащения топливо-воздушных смесей опасность
116

воспламенения топлив Т-1 и ТС-1 исчезает на высоте 16—17 км, а
топлива Т-2 — на высоте около 15 км.
Изучение самовоспламенения реактивных топлив при
попадании их на нагретые металлические поверхности показало, что
воспламенение топлив Т-1, ТС-1, Т-2 и Т-8 возможно в тех случаях,,
когда поверхность нагрета выше 325° С. С понижением
атмосферного давления температура самовоспламенения ^Смв реактивных
топлив, как показано ниже, повышается:
Топливо
Jp-l
Jp-2
Jp-3
t °г
при 742 мм рт. ст.
228
238
242
при 370 мм рг. ст.
462
449
444
Статическое электричество является одной из основных причин
воспламенения реактивных топлив. Как показал анализ, пожары,
вызванные образованием статического электричества, наиболее час»
то возникают при перемешивании и перекачке топлив, а также при
неправильном сливе и наливе резервуаров:
Причина пожаров
Перемешивание и перекачка топлива
Неправильный слив и заполнение резервуаров
Впуск сырого водяного /пара в топливо
Слив и перекачка топлива с большой скоростью
Замыкание электричества на корпус цистерны
Распыление топлива в .воздухе
Удар молнии при работе во время грозы
Всего
Число
пожаров
37
10
6
4
4
1
1
63
%
58
16
10
6
6
2
2
100
При перекачке реактивных топлив образование статического
электричества происходит в силу трения перекачиваемого топлива
о стенки трубопроводов и о поверхности фильтров, сепараторов и
резервуаров, а также из-за трения микрочастиц, содержащихся в
топливе, друг о друга. Статическое электричество может возникать
также и в неподвижном топливе при осаждении твердых
микрочастиц и микрокапель воды или же при прохождении через топлива
пузырьков воздуха или паров низкокипящих углеводородов.
117

Исследования показали, что наибольшее количество
статического электричества накапливается в топливных баках реактивных
самолетов в начале и конце их заправки. При этом величина
заряда статического электричества может достигать от 0,2 до
нескольких десятков миллиджоулей. К концу заправки самолетов в сухую
погоду напряжение на поверхности топлива в баках может
составлять тысячи вольт, что будет причиной мощного искрового
разряда, вызывающего воспламенение паров топлива. Для
увлажненного топлива образование статического электричества в несколько
раз меньше. По мере набора высоты количество статического
электричества будет накапливаться в топливных баках из-за
содержащихся в топливе продуктов коррозии, воды, кристаллов льда,
антикоррозионных и антиокислительных присадок. В этих условиях
также возможно образование в топливных баках взрывоопасных
топливных пен с повышенным содержанием кислорода. При
концентрации антикоррозионной присадки в реактивном топливе
порядка 0,002% заряд статического электричества, накапливающийся
в топливной пене, увеличивается по сравнению с чистым топливом
в 7—8 раз.
Интенсивность накопления статического электричества зависит
от удельной электропроводности топлив, т. е. от количества
электричества, которое протекает в 1 с через 1 см2 поперечного сечения
топлива при градиенте электрического поля в 1 В на 1 см пути, и
выражается в Ом^-см"1. Ниже приводится зависимость
образования статического электричества от удельной электропроводности
топлива:
Скорость разряда
статического электричества также зависит
от удельной электропроводности
топлива и, как показано ниже,
уменьшается по мере падения
удельной электропроводности:
Удельная

электропроводность топлива,
Ом—^см""1
1-10-15
5-10-15
1-10-14
5-10-14
1-10-13
5-10-13
1-10-12
5-10-12
ыо-п
Количество разрядов
статического
электричества (7 кВ)
за 10 мин перекачки
1 '
35
ПО
500
600
550
250
2
Нет
Удельная

электропроводность топлива,
Ом"1 .см—1
1-10-15
1-10-14
Ь10-13
Ь 10-12
1.10-п
Скорость разряда
статического
электричества на 50%,
с
130
13
1,3
0,13
0,013
В соответствии с этим при перекачке различных реактивных
топлив накапливается различное количество статического
электричества. Так, при 10-минутной перекачке топлива Jp-4 количество
разрядов статического электричества составляет от 1 до 71, а при
перекачке топлива Jp-5 — от 10 до 140.
118

Jp-4
Jp-5
Jp-5
Jp-4
Топливо
образец 1
1
2
2
Количес1во разрячов
С1агического
электричества (7 кВ)
за 10 мин перекачки
при скорости
500 мл/мин
24
16
8
3
1500 мл/мин:
138
84
28
14
Увеличение скорости перекачки реактивных топлив, как
показано ниже, способствует большему накоплению статического
электричества.
Это же происходит, если в
топливе содержится большое
количество твердых микрозагрязнений.
Так, при добавке в топливо Jp-5
микрозагрязнений из
железнодорожных цистерн при его
перекачке наблюдалось на 12
разрядов статического электричества
больше, чем при перекачке
чистого топлива.
Количество статического
электричества накапливается при
перекачке реактивных топлив,
которые подвергались в лаборатории нагреву до температуры 150° С.
В этих условиях в топливе образуются осадки
высокотемпературного происхождения вследствие недостаточной термической
стабильности топлив и эти осадки при перекачке, как показано ниже,
способствуют повышению электризации реактивных топлив.
Склонность реактивных
топлив накапливать статическое
электричество можно
характеризовать определяемым в
лабораторных условиях значением
диэлектрической проницаемости.
Созданы также лабораторные
методы для оценки электризуемое™
реактивных топлив.
Диэлектрическая проницаемость реактивных
топлив зависит от их состава и
условий применения.
Наименьшей диэлектрической
проницаемостью обладают парафино-нафтеновые углеводороды реактивных
топлив; у ароматических углеводородов этот показатель
значительно выше.
Для современных реактивных топлив разница в диэлектрической
проницаемости, как видно из рис. 4.13, при +20 и —60° С составляет 5%, а при 140° С—
6,4% [134]. Для разных образцов топлива ТС-1 разброс величин
диэлектрической проницаемости при температурах от —60 до 140° С составлял 2,6%.
Диэлектрическая проницаемость реактивных топлив при их охлаждении от 20 до
—60° С увеличивается на 4,8—8,3'%, а при нагреве от 20 до 140° С уменьшается
на 4,9—8,6%.
При увеличении продолжительности нагрева реактивных топлив
их диэлектрическая проницаемость увеличивается. Это происходит
вследствие образования продуктов окисления, обладающих
полярными свойствами. При повышении глубины очистки топлив от
полярных гетероорганических соединений снижается их электропро-
119
Jp-4
Jp-4
Jp-4
Топливо
образец
1
2
3
Количество разрядов
статического
электричества (7 кВ)
за 10 мин перекачки
до
нагрева
О
13
81
после
нагрева до
150° С
13
30
190

Рис. 4!. 13= Изменение диэлектрической
проницаемости реактивных теплив в зависимости
©т температуры:
/, 5—Т-1; 2-7-6; З-ТС-1; 4-Т-7; б-РТ
водность, поэтому повышение
термоокислительной
стабильности современных топлив для
сверхзвуковых самолетов
усугубляет проблему их
электризации.
Накоплению статического
электричества в реактивных
топливах способствует также
растворенная и
диспергированная вода, присутствующая в
топливе во время перекачки.
Как видно из нижеприведенных данных, только вода, находящаяся
в виде отдельного слоя на дне резервуаров, не вызывает
повышения электризации топлива:
О 40 80
Температура, °С
Топливо
Осушенное
С растворенной
водой
С 0,5%
диспергированной воды
С 0,5% воды на дне
цистерны
Количество
разрядов
статического
электричества
(7 кВ)
60
120
150
Нет
Топливо Jp-5
Без воздуха
С крупными
пузырьками
С мелкими
пузырьками
Количество
разрядов
статического
электричества
(7 кВ)
7
12
22
Если в реактивном топливе в процессе его перекачки
присутствуют пузырьки воздуха, то в этом случае также увеличивается
электризация топлива, как это показано выше.
Причем, чем мельче пузырьки воздуха, тем больше
накапливается в топливе статического электричества.
Повышение температуры топлива от 10 до 40° С в процессе его
перекачки обычно приводит к снижению интенсивности
накопления статического электричества, однако, как показано ниже,
наблюдаются отдельные случаи, когда происходит обратное явление.
Так, при перекачке нагретого до 27—40° С реактивного топлива
Jp-4 (образец 4) происходило интенсивное накопление
статического электричества, в то время как в других топливах это явление
не наблюдалось. Максимальное накопление статического
электричества происходило при температуре 20—30° С.
120

Увеличение содержания в реактивных топливах продуктов
окисления смолистого типа также способствует накоплению
статического электричества в условиях перекачки топлив.
Как показано ниже, при перекачке малостабильного
реактивного топлива, в процессе длительного хранения которого увеличилось
содержание смол, наблюдается повышение электризации
топлива.
Jp-4
Jp-4
Jp-4
fp-4
Топливо
образец
•
1
2
3
4
Количество разрядов
статического
электричества
за 10 мин. перекачки
при температуре,
°С
10
3
176
125
153
27
2
135
118
230
40
0
10
23
553

Продолжительность
хранения,
сут
До хранения
9
20

Потенциальные
смолы,
мг/100 мл
0,8
2,4
6,2
Количество
разрядов
статического
электричества
за 10 мин
перекачки
21
54
131
Аналогичная картина наблюдается также в том случае, если
количество смолистых продуктов увеличивается в реактивном
топливе при облучении ультрафиолетовыми или у-лучами.
Наиболее радикальным способом предотвращения
воспламенения реактивных топлив в баках самолетов является заполнение
парового пространства баков инертным газом. Лучшим огнегаситель-
ным эффектом обладают газообразные галоидные производные
углеводороды, бромистый метил и четыреххлористый углерод. Для
предотвращения воспламенения паров реактивных топлив
объемная концентрация этих газов должна составлять 4—8%. При
использовании для этих целей азота его концентрация должна
составлять 31% и углекислого газа — 23%.
Способ снижения воспламеняемости реактивных топлив с
помощью инертных газов используется, в частности, на пассажирском
сверхзвуковом самолете Ту-144 и за рубежом на некоторых
военных самолетах, но он связан с установкой на самолете
дополнительного оборудования, масса которого может составить около
1,2% от массы заправляемого топлива.
Поскольку наиболее опасным источником воспламенения
реактивных топлив является статическое электричество, в последнее
время за рубежом предложено вводить в реактивные топлива
антиэлектростатические присадки типа ASA-3, разработанные
фирмой «Шелл».
Снижение электризации реактивных топлив может быть
достигнуто путем улучшения их очистки от твердых микрозагрязнений и
смолистых продуктов. Как показано ниже, повышение тонкости
фильтрации реактивного топлива снижает степень его
электризации в два раза, а применение для очистки силикагеля и отбелива-
121

ющеп глины полностью предотвращает накопление в топливе
тического электричества в условиях перекачки топлива:
:та-
Сиособ очистки гошива
Число разрядов
статического электри=
чества за 10 мин
перекачки (7 кВ)
Топливо Jp-5 без очистки
Микрофильтр ация
Перколяционная очистка силикагелем
Контактная очистка глиной
40
19
0
0
Для предотвращения возможности воспламенения реактивных
топлив в условиях заправки самолетов должны соблюдаться
следующие правила:
до начала заправки самолета топливом или слива топлива из
его баков все заправочные агрегаты должны быть хорошо
соединены между собой и заземлены;
гибкие шланги и заправочные пистолеты до начала заправки
должны быть надежно соединены с заправляемым самолетом при
помощи специальных проводов и штепсельных разъемов (ШР);
для отвода зарядов статического электричества при заправке
самолетов гибкий шланг должен иметь по всей длине
металлическую спираль, которая должна быть соединена с трубопроводом,
топливозаправщиком, заправочным пистолетом и заземлена;
цистерна топливозаправщика, насос, расходомер и
топливопроводы должны быть надежно присоединены медными проводами к
шасси, через которое производится их заземление;
все соединения и контакты топливозаправщиков,
предназначенные для отвода статического электричества, каждый раз до начала
работы должны тщательно проверяться;
в местах заправки самолетов на аэродромах должны быть
специальные точки для заземления самолетов, топливозаправщиков,
тягачей, шлангов;
заправка самолетов топливом или слив его из топливных баков
не могут производиться во время грозы и должны быть
прекращены при ее приближении к аэродрому;
для предотвращения накопления значительного количества
статического электричества скорость перекачки реактивных топлив не
должна превышать 54,9 л/мин, а расход — не более 600—800 л/мин
при заправке в один бак и 1110—1200 л/мин — всего самолета.
при заправке самолетов реактивные топлива должны
обязательно подвергаться двойной фильтрации с тонкостью 5 мкм, а
диспергированная в топливе вода должна отделяться с помощью
сепараторов.
Образование статического электричества при заправке
самолетов является важным вопросом химмотологии реактивных топлив,
122

которому в 1977 г. в Киеве было уделено значительное внимание
на IV научно-технической конференции [210].
В. В. Малышев доложил об исследовании влияния азотирования топлива на
его электризацию. На полномасштабном стенде, имитирующем условия заправки
самолетного бака топливом, способность разрядов статического электричества
воспламенять топливо-воздушные смеси, находящиеся в надтопливном
пространстве заполненного бака, оценивалась по величине перенесенного заряда,
минимальное воспламеняющее значение которого составило 0,5 мкК при содержании
кислорода в надтопливном пространстве бака 21% от объема.
При заправке бака азотированным топливом содержание кислорода в
надтопливном пространстве в районе установки электрода снизилось до 15—160А>
от объема, а минимальные воспламеняющие значения перенесенного заряда
составили 2—8 мкК. Таким образом, при заправке бака азотированным
топливом с подачей 1600 л/мин воспламеняющие значения заряда оказались
существенно ниже опасных величин. Поэтому для заправки современных пассажирских
самолетов за рубежом широко используются азотированные топлива.
Одним из основных генераторов электростатических зарядов з
реактивных топливах являются топливные фильтры. Полярность
заряда, образующегося в топливе при его фильтрации, может быть
положительной, отрицательной или переменной. Абсолютная
величина тока электризации зависит от конструкции и материала
фильтрационных элементов, а полярность заряда определяется
только фильтрационным материалом.
Ю. М. Кузнецовым на IV научно-технической конференции [210] было
предложено для уменьшения электризации топлива при его фильтрации использовать
фильтры из различных фильтрационных материалов, так подобранных, чтобы
образующиеся в топливе заряды имели противоположную полярность.
О нейтрализаторах статического электричества, применение которых
позволяет увеличить- скорость заправки самолетов до 2000 л/мин и более, сообщил
В. К. Максимов [210]. Заправка на полномасштабном стенде проводилась
реактивным топливом с электропроводностью 5—60 пСм/м при расходе 500—
2000 л/мин. При этом плотность заряда в топливе на входе в нейтрализатор
достигала 1650 мкКл/м3. Испытания показали, что на всех режимах заправки
коэффициент эффективности нейтрализатора составил не менее 85—95%,
величина накапливавшихся в баке зарядов не превышала 1,5 мкКл, а разряды на
провоцирующем электроде отсутствовали и что, таким образом, применение
нейтрализатора позволит обеспечить безопасность заправки баков самолетов
при подаче топлива до 2000 л/мин.

ГЛАВА V
Влияни
топлива на надежность
двигателей
Надежная работа топливных систем современных двигателей и
самолетов во многом зависит от работоспособности фильтров,
установленных в этих системах. За последние годы наибольшее
количество нарушений в работе топливных систем двигателей и самолетов
связано с забивкой топливных фильтров. Это происходит
вследствие образования в топливах твердой фазы как при отрицательных
температурах, так и при нагреве топлив выше 100° С, характерном
для сверхзвуковых самолетов.
Однако на современных самолетах, если топливо недостаточно
очищено, фильтры могут забиваться и при нормальных
температурах. Это относится главным образом к фильтрам I ступени
фильтрации. Элементный состав отложений с фильтром этой группы
представлен в табл. 5. 1 [22].
Таблица 5.1
Состав отложений на самолетных топливных фильтрах I ступени
Самолет
Элемент
С
н
S
N
О
Fe
Са
Si
Mg
Си
Zn
Na
№ l
№ 2
№ 3
№ 4
Содержание, %
19,3
7,8
0,6
0,2
41,1
8,4
1,2
14,3
2,1
0,01
0,03
0,9
18,4
5,20
0,8
0,3
42,3
8,7
3,2
14,2
2,2
0,02
0,02
0,8
22,3
6,7
0,5
0,4
39,4
7,3
2,0
17,4
0,9
0,3
0,03
4,3
20,4
7,2
0,5
0,3
40,1
7,9
1,5
16,9
0,8
0,2
0,02
4,0
Как видно из приведенных данных, отложения на самолетных
фильтрах I ступени фильтрации представлены продуктами коррозии
124

средств хранения, транспортировки, перекачки и заправки, а также
почвенной пылью, попадающей из окружающего воздуха. Железо в
составе отложений представлено в виде окислов Fe2O3, FeO и в
меньшем количестве Fe(OH)2 и Fe(OH)3. Кремний содержится в
основном в виде окисла SiO2, натрий — в виде Na2SO45H2O.
В настоящее время найдены эффективные средства для
обеспечения надежной работы топливных фильтров путем предотвраще-
щения образования в топливах низко- и высокотемпературных
осадков.
Ухудшение работы топливно-масляных радиаторов современных
самолетов в основном вызывается образованием осадков в
реактивных топливах при повышенных температурах. Интенсивность
осадкообразования определяется многими эксплуатационными
факторами, однако преимущественное влияние на него оказывает
качество реактивных топлив.
5.1. ВЛИЯНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ТВЕРДОЙ ФАЗЫ
В РЕАКТИВНЫХ ТОПЛИВАХ ПРИ ПОВЫШЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ
Образование осадков в реактивных топливах при повышенных
температурах (выше 100° С) в значительной степени связано с их
низкой термоокислительной стабильностью. Некоторая часть
осадка, образовавшегося при повышенных температурах, может
представлять собой продукты коррозии деталей топливной аппаратуры,
изготовленных из медесодержащих сплавов; незначительная часть
осадка — продукты износа деталей топливных насосов реактивных
двигателей и, наконец, в состав осадков могут входить также
микрозагрязнения, содержащиеся в реактивных топливах.
Для полного предотвращения образования осадков в топливных
системах реактивных двигателей при повышенных температурах
необходимо исключить все источники появления осадков.
Эта проблема в последние годы решалась в направлениях:
разработки эффективных технологических способов получения
и очистки реактивных топлив на нефтеперерабатывающих заводах с
целью снижения осадкообразующей способности и коррозионной
агрессивности топлив;
разработки эффективных антитермооксидных, антикоррозионных
и противоизносных присадок для реактивных топлив;
применения на сверхзвуковых самолетах реактивных топлив,
насыщенных инертными газами, из которых практическое
применение, например для самолета Ту-144, получил азот.
Развитие этих работ тесно связано с продолжающимися
исследованиями процессов возникновения твердой фазы в реактивных
топливах при повышенных температурах.
Для определения источников образования осадков в реактивных
топливах при повышенных температурах исследовались отложения
с топливно-масляных радиаторов и фильтров сверхзвуковых
самолетов, в топливной системе которых топливо может нагреваться до
температуры 100—150° С.
125

Б топливно-масляных радиаторах реактивных двигателей
образуется большое количество отложений, что вызывает нарушение
условий теплопередачи, перегрев масла и быстрое приведение его в
негодность. Кроме того образующиеся на внутренней поверхности
радиаторных трубок отложения частично смываются потоком
топлива и забивают топливные фильтры. Основное количество
отложений образуется в выходной части радиаторов, где температура
топлива достигает почти 90° С; во входной же части, где температура
не превышает 40—45е С, отложений образуется в четыре раза
меньше [137].
Общее количество отложений, образующихся в
топливно-масляных радиаторах, работающих, например, на топливе ТС-1 (табл.
5.2), растет с увеличением продолжительности их работы.
Таблица 5.2
Влияние наработки на количество и состав отложений в радиаторах
Показатель
Количество отложений, г,
в том числе:
смолы, растворимые в хлороформе, г
то же, %
смолы, растворимые в спирто-бешоле, г
то же, %
твердая неорганическая часть, г
то же, %
250
6,8
3,1
45,5
0,8
12,5
2,9
42,0
Продолжительность работы
радиаторов
425
24,3
8,0
33,0
2,1
8,0
14,2
59,0
1000
59,0
18,0
30,6
0,2
0,3
40,2
69,1
1450
60,3
16,4
27,2
1,4
2,3
42,5
70,5
1850
71,2
13,8
19,5
4,7
6,5
54,1
74,0
При этом растет содержание как смолистых соединений, так и
твердых неорганических продуктов.
Основную часть отложений в топливно-масляных радиаторах
составляют растворимые в хлороформе смолистые соединения и
твердые неорганические продукты. По мере увеличения наработки
радиаторов доля смолистых соединений в образовании отложений
снижается, а количество неорганических продуктов возрастает.
Как видно из табл. 5.3, смолы, растворимые в хлороформе,
являются, в основном, продуктами окисления малостабильных
углеводородов. В формировании более высокомолекулярных смол,
растворимых в спирто-бензоле, большее участие принимают продукты
окисления серо- и азоторганических соединений. Что же касается
твердой неорганической части отложений, то, как видно из табл. 5.4,
ее количество растет главным образом за счет продуктов
коррозии латунных трубок топливно-масляных радиаторов.
В твердой часщ отложений была количественным анализом определена
сульфатная сера через BaSO4, который был получен обработкой ВаСЦ части
осадка, растворенной в соляной кислоте. В результате было установлено, что в
125

Таблица 53
Характеристика смолистых отложений
в топливко-масляных радиаторах
Показатель, %
Смолы,
растворимые
в 'Хлороформе
Зольность
Элементный
состав:
С
Н
S
N
О
Смолы,
растворимые
в спирт о-бензоле
Зольность
Элементный
состав:
С
Н
S
N
О
Продолжительность
работы радиаюров, ч
250
0
79,00
12,40
1,40
0,14
7,06
9,4
53,70
8,25
3,25
1,32
33,48
425
0
82,90
8,40
0,80
0,15
7,75
20,5
47,40
5,60
4,70
2,50
39,80
1000
0
84,10
7,60
0,70
0,13
7,47
25,4
45,21
4,57
5,11
3,23
41,88
Таблица 54
Характеристика твердой
неорганической части отложений в топливно-мас-
ляных радиаторах
Показа 1ель, %
Зольность
Элементный
став:
Си
Fe
Zn
Si
Al
Mg
Ca
Na
Sn
Pb
Mn
Ti
co-
Продолжи тельност ь
работы радиаго-
250
96,1
22,5
1,5
3,8
1,7
0,5
0,7
0,8
6,9
0,5
4,5
0,1
0,2
ров,
425
96,6
32,61
2,91
1,29
1,41
0,04
0,44
0,05
2,24
0,19
0,74
отс.
отс.
ч
1000
96,8
41,5
9,8
6,5
1,2
0,8
0,7
0,5
3,4
0,9
0,8
отс.
отс.
Sb, Ag, Со, Р, Ва, Mo, Bi, Be, V
и К — не обнаружены.
твердой части отложений содержится 4,4—4,9% сульфатной серы. Это указывает
на то, что 1О°/о меди может присутствовать в виде сульфата меди. С
увеличением продолжительности работы радиаторов с 250 до 425 ч количество
сульфатной серы в отложениях увеличивается в 5,6 раза.
Значительное содержание кислорода в твердой части отложений
(40—50%) указывает на то, что основная часть металлов,
вероятно, присутствует в виде окислов; причем, увеличение количества
отложений в топливно-масляных радиаторах дают главным образом
окислы меди, поскольку с увеличением продолжительности работы
радиаторов повышается количество меди и кислорода в отложениях.
Замена латунных трубок топливно-масляных радиаторов на стальные
приводит к уменьшению количества отложений почти в пять раз. За 1000 ч
эксплуатации в радиаторах с трубками из латуни Л-62 отложения накапливаются
со скоростью 59 мг/ч, а в радиаторах с трубками из стали Х18Н9Т — со ско-
127

ростью 17 мг/ч. Как показано ниже, в составе твердых неорганических
отложений в радиаторе со стальными трубками количество меди снижается до 4% [137]:
Элементы . . . . . . Си Fe Zn Pb Na Ca SI Sn Mg AI Ti
Содержание, % ... .4,0 9,67,3 1,2 0,81,27,2 2,02,4 6,8 0
В отложениях со стальных трубок радиатора отсутствует сульфатная сера.
В этом случае основное участие в образовании отложений принимают железо и
минеральные примеси, содержащие соединения кремния, кальция, магния,
алюминия и продукты коррозии цинка.
Отложения были собраны также с топливно-масляных радиаторов с
латунными трубками, которые проработали в течение 10 ч при 135° С на топливе Т-4
из татарских нефтей с содержанием 30°/© компонентов термического крекинга
и при температуре 120° С на топливе ТС-1 из ишимбаевской нефти с
повышенным содержанием меркаптановой серы (0,045%). Результаты анализа этих
отложений в сравнении с составом отложений, образовавшихся на стандартном
топливе TG-1 с содержанием меркаптановой серы 0,003—0,007% при температуре
60—80° С, приведены в табл. 5.5.
Таблица 5.5
Характеристика отложений в топливно-масляных радиаторах
при работе на различных топливах
Показатель
Температура нагрева, °С
Продолжительность работы, ч
Зольность отложений, %
Элементный состав, %:
С
н
S
N
О
Си
Fe
Zn
Si + Ca + Mg + Al+'Na
Т-4
татарских
неф'1 ей
120
10
17,9
56,40
5,20
5,65
1,22
18,68
6,6
2,0
1.S
1,о4
ТС-1 (стандартное)
татарских нефгей
70—80
275
39,4
42,05
6,57
1,01
0,21
30,86
9,67
0,53
1,89
4,24
70—80
425
60,1
24,50
2,62
0,95
0,43
37,50
27,0
1,71
0,73
0,03
ТС-1
ишимба-
евских
нефтей
135
10
68,1
8,98
2,30
10,62
0,65
36,36
31,0
2,7
4,4
2,96
Sn, Cd, Mn, Pb, Cr, Ti, Ni, Ba присутствуют в небольших количествах;
Sb, Ag, Co, P, Mo, Bi, Be, V, К не обнаружены.
Полученные данные показали, что увеличение в составе топлива
крекинг-компонентов, меркаптановой серы и одновременное
повышение температуры до 120—135° С даже в течение
непродолжительного времени (10 ч) вызывает интенсивные отложения на трубках
топливно-масляных радиаторов. При работе отложения смываются
со стенок трубок потоком топлива и за 10 ч полностью забивают
10-микронные фильтры и частично 20- и 40-микронные.
128

Состав отложений, образовавшихся при работе на различных
топливах, существенно различен. При введении в топливо крекинг-
компонентов отложения состоят главным образом из смолистых
соединений, являющихся результатом полимеризации продуктов
окисления малостабильных углеводородов, серо-и азоторганических
соединений, и небольшого количества продуктов коррозии меди. При
работе на топливе с повышенным содержанием меркаптановой серы
отложения при нагреве образуются в основном из продуктов
коррозии меди, а при использовании стандартных образцов топлива ТС-1
отложения при повышенных температурах представляют собой как
смолистые соединения, так и продукты коррозии меди, однако в
значительно меньших количествах.
Содержащиеся в реактивных топливах в виде микрозагрязнений
продукты коррозии железа, цинка и минеральные примеси при
повышенных температурах принимают сравнительно небольшое
участие в образовании отложений.
Исследование эксплуатации реактивных самолетов на топливах
после их длительного хранения показало, что эти топлива
вызывают интенсивную коррозию латунных трубок радиаторов,
продуктами которой, содержащими соединения меди и цинка, быстро
забиваются топливные фильтры [202]. Это в первую очередь относилось
к топливам типа ТС-1, в которых содержалось повышенное
количество меркаптанов. В процессе длительного хранения происходило
окисление меркаптанов до сульфоксидов и сульфонов, а затем они
окислялись в топливно-масляных радиаторах до коррозионно-аг-
рессивных сульфокислот и серной кислоты. Поэтому
рекомендуется перед использованием на самолетах длительно хранившегося
топлива ТС-1 смешивать его со свежевыработанными топливами.
Особенно в тяжелых условиях приходится работать топливным
фильтрам в топливных системах сверхзвуковых самолетов. В
отличие от нагрева в топливно-масляном радиаторе (местный нагрев у
стенок трубок) топливо в системах сверхзвуковых самолетов
прогревается до высоких температур во всей своей массе. Поэтому в
недостаточно стабильных топливах типа Т-1 и ТС-1 образуется как в
статических условиях, так и в потоке большое количество осадков.
Кроме того интенсивному осадкообразованию в топливе
способствует повышенный его нагрев при контакте с нагретыми стенками
частично опорожненных топливных баков при эволюциях самолетов.
Образующиеся при повышенных температурах в реактивных
топливах осадки быстро забивают топливные фильтры, в результате
чего их пропускная способность снижается ниже допустимых норм,
а перепад давлений увеличивается. Полностью или частично
забиваются при повышенных температурах топливные фильтры,
имеющие фильтрационные элементы из 20- и 40-микронной сетки
квадратного плетения, из сетки саржевого плетения и из бумаги АФБ-1,
при работе на топливах Т-1 и ТС-1.
Результаты изучения на прокачивающем лабораторном стенде
состава отложений на сетчатых 20-микронных самолетных фильтрах
при работе на топливах Т-1 и Т-4 при повышенных температурах
5 74 129

Таблица 5.8
Состав высокотемпературных
фильтрах (20 мкм)
Показатель
Зольность, %
Элементный состав, %:
С
Н
S
N
О
Си
Fe
; Si
Са
Mg
Al -
Na
Zn
Pb
: Cd
Ni
Sn
осадков на самолетных сетчатых
Топливо Т-1
при 120° С
37,4
11,21
4,08
9,42
1,01
15,87
41,4
1-4
1
0,3—1
1
3,3
5,5
3,3
1-3
отс.
0,1-0,4
0,3
Топливо
при 120° С
66,4
18,20
2,89
2,58
0,54
17,76
10,0
11-20
3—10
1
1,0
1-3
1-3
3-10
1-3
1-3
1,0
1-3
Т-4
при 135° С
29,3
26,14
4,62
2,9Ь
1,98
17,0
20,0
11,0
3-10
1
1-3
1,0
1-3
3-10
1—4
^ 3—10
0,1—0,4
1,0
Ва, Ti, W, V, Mo, К присутствуют в небольших количествах.
Bi, P, Sb, Co, Ag не обнаружены.
представлены в табл. 5.6, из которой следует, что отложения
характеризуются низкой зольностью, иногда составляющей всего
22—29% [70]. Основная часть отложений на фильтрах приходится
на органические соединения смолистого типа, содержащие в своем
составе значительное количество окисленных серо-и азоторганиче-
ских соединений. С повышением температуры топлива доля
твердой смолистой части в отложениях увеличивается. Так, при работе
на топливе Т-4 количество смол в осадках при повышении
температуры от 120 до 135° С растет, что сопровождается снижением
зольности с 66 до 29% при одновременном увеличении содержания
углерода, водорода, серы и азота.
Часть отложений на фильтрах дают продукты коррозии меди,
доля которых может достигать 40—41%. Продукты коррозии
железа и минеральные примеси, содержащие соединения кремния, каль-
130

Таблица 5.7
Состав отложений на бумажных фильтрах при работе сверхзвуковых самолетов
на топливе ТС-1
Показа1ель
Количество отклонений, г
Зольность, %
Элементный состав, %:
Fe
Si
Са
Mg
Al
Na
Pb
Zn
Sn
Cu
Ni
Cd
5
8,42
7,5
2,31
0,83
0,35
0,81
0,25
0,27
0,52
0,23
0,05
0,12
0,07
0
Наработка
8
9,65
12,8
1,08
1,44
0,35
0,9
0,42
0,65
0,12
0,32
0,63
0,23
0,69
0,03
фильтров, ч
10
7,07
17,6
2,82
0*49
0
0,03
0,31
0,45
0,11
0,16
Следы
0,11
0,12
0
11,5
11,35
15,2
6,85
1,7
0,26
0,9
0,52
0,72
0,22
0,94
0,55
0,13
0,19
0
Mn, Cr, Ti, Ba присутствуют в небольших количествах.
Sb, Ag, Co, P, Mo, Bi, Be, V, К не обнаружены.
ция, магния, алюминия и натрия, принимают сравнительно
небольшое участие в образовании таких отложений.
Как видно из табл. 5.7, отложения на бумажных фильтрах
сверхзвуковых реактивных двигателей состоят главным образом из
твердых осадков смолистого типа (87—92%), тогда как продукты
коррозии меди, железа, а также минеральные примеси, содержащие
соединения кремния, кальция, магния, алюминия и натрия,
присутствуют в небольших количествах [70].
Высокое содержание твердых смолистых осадков в отложениях
на фильтрах показывает, что, хотя самолет находится на
сверхзвуковом режиме недолгое время, этого оказывается достаточно для
образования в топливе ТС-1 термооксидных осадков. Еще в
большей степени это относится к топливу Т-1, обладающему обычно
более низкой термоокислительной стабильностью.
Бумажные фильтры на сверхзвуковых самолетах быстро
забиваются как твердыми, так и жидкими смолистыми продуктами*
которые в больших количествах образуются в топливах при
повышенных температурах. Жидкие смолы интенсивно адсорбируются
бумажными фильтрационными элементами и тем самым способст-
5* 131

w
/>
//
с
V
/
/
1
/
Y
3
. \
)
О 0,1 0,1 0,3 0,4 0,5
Отношение поверхности металла
к одъ ему топлива, см 2/см 3
Рис. $.1. Влияние металл®® на образование ©еадаюк
в топливе TC-U при Ш° С:
/—медь; 2—бронза ВБ-24: 3—латунь Л-62, 4—ду-
ралюмин; 5—'сталь 12ХНЗА
вуют их забивке. Поэтому пришлось
отказаться от бумажных фильтров
и перейти на металлические сетки с
примерно той же тонкостью
фильтрации. Достоинством сетчатых
фильтров является также то
обстоятельство, что О1ни легко очищаются
в ультразвуковых установках на
аэродромах, чего для бумажных
фильтров добиться трудно.
При прокачке по топливной
системе реактивных двигателей
топлива соприкасаются в зоне
повышенных температур с деталями, изготов-
ных рур д,
ленными из различных сталей и цветных сплавов. Определение
влияния металлов на термостабильность реактивного топлива ТС-1
показало (рис. 5.1), что сталь 12ХНЗА и дуралюмин ДТС не
дают осадков при нагреве топлива до 150° С. Осадкообразующая
способность топлива увеличивается, когда топливо контактирует с
латунью Л-62, бронзой ВБ-24 и особенно с медью. Чем больше
поверхность контакта топлива с этими металлами, тем больше
образуется в ;нем осадков [22].
Кроме каталитического влияния на осадкообразование в
реактивных топливах некоторые металлы, корродирующие при
повышенных температурах, принимают активное участие в формировании
осадков. К таким металлам в первую очередь относятся медь и ее
сплавы типа бронзы ВБ-24. В работе [22] приводятся данные об
участии в образовании осадков алюминия и железа, когда топливо
контактирует с дюралюминием и сталью 12ХНЗА, однако в
осадках, образовавшихся в реальных условиях эксплуатации
реактивных топлив, не наблюдалось большого количества этих металлов.
Бронза ВБ-23НЦ отличается меньшей каталитической активностью,
чем ВБ-24, и практически не корродирует в среде обезвоженного
реактивного топлива.
В эксплуатации отмечались случаи забивки топливных
фильтров свободной щелочью, содой, продуктами коррозии алюминия, а
также мылами нафтеновых кислот [166]. В реактивном топливе
органические кислоты, натриевые мыла, свободная щелочь и сода
находятся в динамическом равновесии и подвергаются превращениям
по схеме [164]
RCOOH
.RCOONa
NaOH
Н2О
со2
132

1§ | мо\
%Х 120
40
VA
/
/
3
\
2 1
\ \
О 60 ПО 180 240 300
Продолжительность испытания, мин
Рис. 5.2. Влияние непредельных углеводородов на забивку
топливного фильтра при работе на топливе Т-1:
количество добавленных непредельных углеводородов
в %: /—0; 2—3,3; 3—7,5; 4—крекинг-керосин с
содержанием непредельных углеводородов 30%
Эти соединения не только забивают топливные фильтры, но
способствуют увеличению коррозии деталей топливных систем,
изготовленных из сплавов алюминия, цинка, свинца и олова. Анализ
таких осадков показал, что он состоит из продуктов коррозии
алюминия р-формы в виде гидратированной окиси алюминия
р-АЬОз-ЗН2О. Из-за присутствия щелочных соединений
значительной коррозии подвергается алюминий в среде водного отстоя с
рН-7,5. Все эти случаи привели к тому, что в ГОСТы на
реактивные топлива было введено определение суммы щелочных
соединений, чтобы исключить возможности забивки топливных фильтров
реактивных самолетов.
Указанные случаи забивки фильтров щелочными соединениями и
натриевыми мылами носили эпизодический характер и были связаны с нарушением
технологии очистки реактивных топлив на некоторых нефтеперерабатывающих
заводах. В настоящее время почти на всех заводах щелочная очистка топлива ТС-1
отменена, что способствует повышению надежности работы топливных фильтров
реактивных самолетов.
Исследование влияния на термостабильность реактивных
топлив непредельных (олефиновых) углеводородов [126], что в
лабораторных условиях оценивалось по интенсивности накопления
отложений на топливных фильтрах при 140° С, показало (рис. 5.2), что
при содержании этих углеводородов в топливе Т-1 в количестве до
7,5% это влияние не существенно [126]. Интенсивность забивки
топливного фильтра заметно возрастает только при использовании
крекинг-керосина с содержанием непредельных углеводородов 30%.
Реактивные топлива с повышенным содержанием продуктов
окисления значительно быстрее забивают топливные самолетные
фильтры при повышенных температурах, чем топлива, очищенные
от продуктов окисления.
Как показано в труде [126], при работе на топливах, очищенных от
продуктов окисления, при 180° С в течение 3 ч и более (рис. 5.3) топливные фильтры
не забиваются. При введении в очищенное топливо 19 мг/100 мл продуктов
окисления топливный фильтр полностью забивается через 1,5 ч.
133

320
к
Ъ. 160
SO
I
3W
§ 160
с 750
I
I
/.
1
i
V
7/
/
/I
У
[/
i
О 60 120 180 2^0
Продалж и ш ель ность
испытания, пин
II
А
У
10 20 JO 40
CfiOflUCffibSX
веществ? мгроо мл
топлива
Рис. 5.4. Зависимость скорости
забивки топливного фильтра от содержания
смолистых веществ в топливе TC-fl
при 180° С
Рис. 5.3. Влияние удаления
продуктов окисления на забивку топливных
фильтров при работе на топливах:
а—Т-5 при 160° С; б—Т-1 при 140° С;
в—1С при 140° С; 1—исходное
топливо; 2—после удаления продуктов
окисления
Полученные на лабораторной установке данные [126] также
показывают, что с увеличением содержания в реактивном топливе
смолистых веществ забивка топливных фильтров при
повышенных температурах значительно возрастает (рис. 5.4).
Этим, собственно, и объясняется опасность смешивания свежего
топлива с ранее нагретым как при заправке после полета, так и при
перепуске топлива во время работы двигателя.
Изучение вопросов образования термоокислительных осадков в
топливах для авиационных газотурбинных двигателей было начато
в 1954—55 гг. и продолжается по настоящее время [22, 169]. За
истекший период проведено достаточное количество
экспериментальных работ, позволяющих в настоящее время более обоснованно
подойти к изложению некоторых основных практических и
теоретических аспектов процесса осадкообразования в топливных системах
авиационных газотурбинных двигателей при повышенных
температурах.
Этот процесс носит сложный характер, поскольку на его
протекание влияет не только само топливо, но и тот факт, что в
топливной системе топливо соприкасается с разнообразными металлами,
которые также принимают участие в формировании осадков.
На рис. 5.5 приведена схема и показаны основные источники
образования осадков в авиационных газотурбинных топливах при
повышенных температурах. Ими являются малостабильные и корро-
зионно-агрессивные компоненты топлива, кислород окружающей
134

Нагреб до 140-190
Осадка
Малостадил
оррозионно-
актидные компо
'ты топлива
Металлы ^
топливной
системы
Рис. 5.5. Схема и основные источники образования осадков в топливах при
повышенных температурах
среды, металлы топливной системы и зольные компоненты топлива.
Таким образом, процесс осадкообразования складывается из серии
химических, физических и механических явлений, характерных для
работы топлива в топливной системе.
К химическим явлениям, приводящим к образованию осадков,
следует отнести:
окисление малостабильных компонентов топлива;
коррозию металлов топливной системы под влиянием коррозион-
но-агрессивных компонентов топлива;
окисление металлов топливной системы.
Окисление малостабильных компонентов топлива является жид-
кофазным окислительным процессом с ярко выраженным
направлением глубокого уплотнения продуктов окисления. Процесс
относится к разряду сложного гомогенно-гетерогенного катализа. Роль
гетерогенных катализаторов при этом выполняют металлы топливной
системы, а гомогенных — некоторые компоненты топлива,
относящиеся главным образом к продуктам его окисления, и
каталитически активные металлы зольной части топлив.
Процесс окисления играет решающую роль в образовании
осадков в топливах при повышенных температурах [170] и дает 70—
80% осадков [187]. Главное влияние на количество и скорость
образования осадков оказывает химический состав топлив. В топлдвах
для авиационных газотурбинных двигателей наряду с
углеводородами, составляющими основную массу топлива, присутствуют
кислородные, сернистые и азотистые соединения. Эти соединения, хотя
и содержатся в топливе в небольших количествах (0,5—1,0%), од-
135

Таблица 58
Средний состав углеводородной части топлив
и его влияние на осадкообразование
Состав углеводородов
Общее содержание
углеводородов
Парафино-нафтеновые
Моноциклоароматиче-
ские
Бициклоароматические
Непредельные
в том числе с
ароматическими кольцами
Содержание
прямой
перегонки
99-99,5
84-77
12-19
1-2
До 1
До 1
с
• %
крекинг-
компонентами*
97-98
70—47
14—19
1-2
12—30
8-11
Влияние на осадкообразование
Образуют мало осадков
Осадков не образуют
Образуют мало осадков
То же
»
Легко окисляются;
являются основным источником
образования продуктов
окисления и осадков
* Топливо типа Т-4 с 30% компонентов термического крекинга с 1955 г. не
выпускается из-за низкой термоокислительной стабильности. Однако
высокоэффективные антитармоо'Ксидные присадки открывают возможности использования
такого топлива. Аналогичное топливо J.p-4 за рубежом считается топливом
военного времени, когда потребности авиации не могут быть удовлетворены только
прямюгонными дистиллятами. (Все это относится также и к табл. 5.9).
нако существенно способствуют окисляемости топлив и
образованию в них твердых осадков.
В табл. 5.8 приведены средний химический состав
углеводородной части авиационных газотурбинных топлив, полученных прямой
перегонкой и содержащих компоненты термического крекинга, а
также данные по влиянию компонентов топлива на образование
твердых осадков. Из табл. 5.8 видно, что углеводородная часть
топлив, составляющая 97—99%, дает мало осадков (1—2 мг/100 мл
при 150° С). Основной компонент углеводородной части топлив —
парафино-нафтеновые углеводороды при этих температурах
практически осадков не образуют. Моноциклоароматические
углеводороды, а также непредельные углеводороды олефинового типа
подвергаются небольшому окислению и образуют сравнительно малое
количество осадков — 2—4 мг/100 мл [181].
Наименее стабильными углеводородами являются алкениларо-
матические углеводороды, содержащиеся в топливах в небольших
количествах (в топливах прямой перегонки менее 1%, в топливах
с крекинг-компонентами — 8—11%), однако они являются
основным источником накопления в топливе продуктов окисления [176,
183,185]. В некоторых крекинг-топливах наряду с
алкенилароматическими углеводородами содержится значительное количество
кислородных соединений, образовавшихся при окислении
углеводородов, имеющих две двойные связи.
136

Таблица 5.9
<Состав продуктов окисления и их влияние на осадкообразование
Продукт окисления
Общее количество
Перегоняемые в
вакууме (при 1—2 мм рт. ст.)
Спирты
Карбонильные
-.соединения
Кислоты
Сложные эфиры
Простые эфиры
Фенолы
Оксикислоты
Смолы
Нейтральные
Кислые
Содержание
прямой
перегонки
0,1—0,25
0,08—0,17
0,05-0,10
0,01—0,05
0,001-0,004
0,002—0,02
0,011—0,08
—
—
0,02—0,08
0,015—0,06
0,005-0,02
в топливах, %
с крекинг-
комнонентами
0,43-0,95
0,32—0,80
0,20-0,46
0,04-0,08
0,008—0,04
0,03—0,06
0,03—0,15
0,0,02-0,006
0,006—0,01
0,11—0,15
0,09—0,12
0,02—0,03
Влияние на осадкообразование
Основной источник
образования осадков
Несколько
стабилизируют окисление
То же
Образуют смолистые
соединения
На окисление
оказывают небольшое влияние
То же
»
Слабые стабилизаторы
окисления
Инициируют
окисление, входят в состав
осадков
Образуют много
осадков
Стабилизируют окисле-
ление, образуют осадки
Инициируют окисление,
образуют осадки
Средний состав продуктов окисления и их влияние на
осадкообразование в топливах для авиационных газотурбинных двигателей
представлены в табл. 5.9 [176, 180, 181, 185].
Продукты окисления авиационных реактивных топлив прямой
перегонки являются основным источником образования твердых
осадков [178, 181]. Однако среди продуктов окисления не все
оказывают равное влияние на образование осадков. Как видно из табл.
5.9, главным источником образования осадков при повышенных
температурах являются смолы нейтрального и кислого характера *.
Это полутвердые темно-коричневые соединения со специфическим
запахом. Нейтральные смолы несколько стабилизируют окисление
малостабильных углеводородов топлив, кислые являются сильными
катализаторами окислительного процесса [183]. Хотя смол в прямо-
гонных топливах содержится немного (0,02—0,08%), однако они
образуют основную массу осадков.
:; Под смолами в данном случае понимается высокомолекулярная часть
(продуктов окисления, которая не перегоняется в вакууме при 1—2 мм рт. ст.
137

Среди других продуктов окисления топлив сильными
инициаторами окисления являются оксикислоты [183], составляющие
значительную часть осадков, образующихся в топливах при
температурах 15(F С [145]. Первичные продукты окисления — спирты и
карбонильные соединения, — которые среди кислородных соединений
содержатся в наибольших количествах [176, 180, 183, 185], оказывают
некоторое стабилизирующее влияние на окисление топлива [180].
Слабое стабилизирующее влияние оказывают также фенолы,
которые содержатся в крекинг-топливах в небольших количествах
(0,002—0,006%) [183]. Присутствующие в топливах кислоты
(0,001—0,04%) практического влияния на развитие окисления
топлив не оказывают [183]. То же можно, вероятно, сказать о простых
и сложных эфирах, хотя их содержание в топливах значительно
больше 0,013—0,21%.
Содержащиеся в топливах, особенно в получаемых из восточных
нефтей, сернистые соединения (табл. 5.10) существенно
способствуют развитию другого химического процесса — коррозии
топливной системы. Из табл. 5.10 [19, 187] видно, что среди металлов
топливной системы коррозии под влиянием сернистых соединений
(меркаптанов и элементарной серы) подвергаются главным образом
медь, ее сплавы и кадмий. Среди меркаптанов коррозионно-агрес-
сивными являются меркаптаны алифатического строения,
содержащиеся главным образом в топливах прямой перегонки [184]. Мер-
Таблица 5.10
Содержание в топливах сернистых и азотистых соединений
и их влияние на коррозию
Состав
Сера общая
Сера элементарная
Сера .меркаптановая
Сульфиды
алифатические
ароматические
Дисульфиды
Сера остаточная
Азотистые соединения
и осадкообразование
Содержание в топливах, %
прямой
перегонки
0,07—0,20
Отсутствие
0,001—0,005
0,016—0,032
0,014—0,028
0,002—0,004
0,009-0,051
0,044—0,112
До 0,0015
с крекинг-
компонентами
0,18—0,38
Следы
0,001—0,002
0,081—0,273
0,025-0,121
0>05б—0,152
отс—0,03
0,098—0,075
До 0,05
Влияние на коррозию
и осадкообразование
Вызывает коррозию
Вызывают коррозию,
кроме топлив
крекингового происхождения
Коррозии не вызывают,
некоторые образуют
осадки
То же
»
Кор1розии не вызывают,,
осадков «е образуют
То же
Стабилизируют окисле-
ление, образуют осадки
(зависит от состава и
количества)
138

каптаны ароматического строения, присутствующие в крекинг-топ-
дивах, коррозии металлов топливной системы в присутствии воды
при температурах выше 100° С не вызывают [184, 190]. Коррозия не
наблюдается также под влиянием других сернистых соединений:
сульфидов, дисульфидов, тиофенов и остаточной серы [179]. Однако
некоторые сульфиды и тиофаны вызывают образование в топливах
твердых осадков [192].
Азотистые соединения, содержащиеся в прямогонных
реактивных топливах в количестве до 0,0015%, относятся в основном к
азотистым основаниям и часто стабилизируют окисление топлива.
Однако некоторые из этих соединений, главным образом
ароматического строения, вызывают образование в топливах твердых осадков
[67, 188].
Значительно способствуют осадкообразованию в топливах при
повышенных температурах отдельные каталитически активные
металлы и сплавы, из которых изготовляются детали топливной
системы, а именно: медь, фосфористая медь, а также бронзы
различных марок (табл. 5.11) [18]. Правда, введение в бронзу никеля,
цинка, алюминия, железа и других вызывает снижение ее
каталитической активности при температурах до 100° С [18], однако при
более высоких температурах сплавы меди различного состава прак-
Та блица 5.11
Влияние металлов и сплавов на осадкообразование в топливах
при повышенных температурах
Металл и сплав
Медь
Фосфористая медь
Бронза ВБ-24
Бронза ВБ-24НЦ
Бронза БрАЖН-10-4-4
Сурьма, олово
Алюминий, цинк,
бериллий, никель, кадмий
Марганец, хром
Сталь Х18
ЭИ-69
Сталь 12ХНЗА
Сталь 1X13
Содержание основных
компонентов в сплавах, %
—
Sb=6, Р = 1, Си = ост.
Ni = 4, Zn = 4, Cu = ост.
Al = 10, Fe=4, Ni = 4,
Си = ост.
—
—
Cr= 17—19, Fe = ocT.
Cr=14, Ni=14,Fe = ocT.
Ni = 2,2—2,7, Fe = ocT.
Cr= 12,5—14,5; Fe = ocT.
Влияние на
осадкообразование
Катализирует образование
осадков, подвергается
коррозии
То же
»
»
Катализирует образование
осадков
Не снижают
каталитического влияния меди
Снижают каталитическое
влияние меди
Увеличивают
каталитическое влияние меди
Не влияют на
осадкообразование, коррозии не
подвергаются
То же
»
»
139

Таблица 5.12
Состав зольной части топлив и ее влияние на осадкообразование
Основные зольные
элементы
Fe
Си
Si
Pb
Na
Al
Mg
Zn
Содержание
малосернистых
топлив, %
5-17
2-9
2-31
1-26
4-11
0,4—2
0,6-3
до 1,5
в золе
сернистых
1ОШ1ИВ, %
1-10
15-20
2-15
1—38
1-3
0,3-4
1 — 11
1-3
Влияние на осадкообразование
Входит ,в состав осадков
Входит в состав осадков, катализи°
рует окисление
Входит в состав осадков
Входит в состав осадков, катализи°
рует окисление
Входит в состав осадков
То же
»
»
тически одинаково активизируют осадкообразование. Резко
повышает каталитическое влияние меди добавка марганца и хрома.
Стали различных марок на осадкообразование в топливах при
температурах выше 100° С заметного влияния не оказывают и сами
коррозии не подвергаются.
Каталитическое влияние на развитие окислительных процессов
в топливе оказывают также металлы, которые переходят в топливо
из нефти в процессе его получения, накапливаются при
транспортировке и составляют так называемую зольную часть топлива.
Содержание золы в топливах невелико (6,38-10~5—1,48-1О~4О/о),
однако в ее состав (табл. 5.12) входят такие металлы, как медь, свинец,
натрий и магний, каталитическая активность которых хорошо
известна. Эти же металлы не только катализируют окисление, но и
наряду с другими (железо, магний, цинк) сами принимают участие
в образовании осадков. В состав осадков входят также элементы
минерального происхождения, такие как кремний, алюминий,
кальций и др. Играя роль гетерогенных катализаторов в процессах
окисления топлив, некоторые металлы и сплавы сами, видимо,
частично подвергаются окислению под влиянием кислорода окружающей
среды. Это может происходить вследствие того, что некоторые
детали топливных агрегатов движутся с высокими скоростями и при
больших давлениях, так что на их трущихся поверхностях
развиваются высокие местные температуры, способствующие прямому
окислению металлов. Образующиеся при этом продукты
окислительной коррозии входят затем в состав твердых осадков в топливе*
Таким образом, поскольку основным химическим процессом
образования осадков в топливе является окисление его
малостабильных компонентов и частично металлов топливной системы, то,
естественно, важная роль при этом выпадает на долю кислорода
140

Температура, С
Рис. 5.6. Влияние температуры на осадкообразующую способность
топлив:
/—топливо типа керосин; 2—топливо широкого фракционного
состава
окружающего воздуха. Снижение концентрации кислорода в
окружающей среде, а также заполнение пространства над топливом
азотом приводит к практически полному прекращению
осадкообразования при температурах 150—200° С [66].
Выше были рассмотрены основные химические процессы,
приводящие к образованию в топливе осадков. Однако на
осадкообразование большое влияние оказывают также физические параметры.
Среди последних наибольшее значение имеют степень и
продолжительность нагрева топлива, а также диффузия и растворение в
нем кислорода из окружающего воздуха.
Влияние температуры на осадкообразующую способность
топлив прямой перегонки представлено на рис. 5.6. С повышением
температуры нагрева топлива до 140—190° С (участки А—В)
количество осадков в них увеличивается и достигает максимальной
величины. В этом интервале температур кислород из окружающего
воздуха свободно диффундирует в жидкую фазу и способствует
бурному развитию окислительных процессов. При дальнейшем
повышении температуры (участки В—С) рост количества осадков
приостанавливается. Это происходит вследствие снижения
диффузии кислорода в толщу топлива и возрастания давления паров
топлива при этих температурах. Над топливом образуется так
называемая «паровая подушка», а концентрация кислорода снижается.
Однако давление паров топлива в этом температурном интервале
еще не достаточно высоко, чтобы полностью прекратить доступ
кислорода в жидкую фазу. Дальнейшее повышение температуры
(участки С—D) приводит к значительному повышению давления паров
141

12
I
I
«§
5
w
m
л
ТС-Л
A \
1 у!
——
150°С
120° С
Рм€* S.7. Влияние добавки легкокмпящего
компонента на образование ©садков е
топливе типа керосина
2 4 6 8
Количество изопентана, %
/<7
топлива, в результате чего
массовая концентрация
кислорода в паровом
пространстве над топливом резко
снижается и диффузия
кислорода из воздуха
приостанавливается. Уменьшается
также растворимость в
топливе кислорода, который из
топлива переходит в
газовую фазу. При прокачке
топлива через нагретые
агрегаты (топливно-масляный
радиатор, подогреватель
установки ДТС и др.) у
горячих стенок образуются
газовые пузырьки, в которые
переходит практически весь
кислород из жидкой фазы
топлива. Вследствие
перехода кислорода из жидкой
фазы в газовые пузырьки окисление топлива прекращается и осадки
в нем не образуются.
Настоящее теоретическое положение, объясняющее причины снижения
осадков при нагреве топлив выше 140—190° С, нашло экспериментальное
подтверждение Так, при искусственном повышении давления паров топлива путем
добавки небольших количеств (2—Зв/о) изопентана (рис. 5 7) удалось полностью
прекратить образование осадков за 6 ч при температуре 150° С [66]. Испытания на
прокачивающей установке также показали, что давление паров топлива
оказывает большое влияние на процесс осадкообразования [36]. Наконец, известно,
что топлива широкого фракционного состава, например Т-2, имеющие более
высокое давление паров, обладают меньшей осадкообразующей способностью, чем
топлива типа керосина (Т-1) при одинаковом содержании смол.
На причины снижения осадкообразования при повышении температуры
выше 140—190° С существуют и другие теоретические воззрения. Высказываются
мнения, что снижение осадкообразования происходит вследствие
деполимеризации, диспергирования и даже растворения осадков при более высоких
температурах. Однако наблюдения не подтверждают этих предположений. При высоких
температурах топлива, когда общее количество осадков снижается, крупность
их не уменьшается, а увеличивается. Работами Е. Р. Терещенко показано, что
осадки, образовавшиеся в топливе при 150° С, будучи добавлены в топливо,
нагретое до 200° С, не растворяются в нем и деполимеризации не подвергаются.
Таким образом, в настоящее время наиболее экспериментально
обоснованной является теория снижения осадков при высоких
температурах, которая основывается на явлении снижения
растворимости кислорода в топливе и повышении упругости его паров,
вызывающем снижение диффузии кислорода в окисляемую среду из
окружающего воздуха. Более того, при температурах выше 140—190° С
растворенный в топливе кислород переходит в газовую среду над
142

топливом и не принимает участия в окислительных процессах
жидкой фазы. Это подтверждается работой [200], в которой показано,
что причиной торможения скорости образования в топливе Т-5
продуктов окисления при температурах выше 150° С является
уменьшение скорости образования свободных радикалов. Первопричиной
этого явления является недостаток кислорода в жидкой фазе
топлива. Связывать этот процесс с уменьшением адсорбционной
активности зародышей твердой фазы не следует, так как само
количество твердой фазы и ее зародышей практически сводится к нулю.
В образовании в топливе твердых осадков также участвуют и
механические процессы, связанные с трением деталей топливной
аппаратуры. Действительно, в результате трения деталей,
работающих при высоких скоростях и давлениях, образуются продукты
износа, несколько увеличивающие общее количество осадков на
топливных фильтрах [13]. При рассмотрении под микроскопом
осадков, взятых с топливных фильтров, всегда видны частички металла,
являющиеся результатом износа. С повышением температуры
вследствие снижения смазывающей способности топлив износ
возрастает.
Для повышения достоверности оценки надежности работы топливно-масля-
ных радиаторов и топливных фильтров в реальных условиях эксплуатации
широко используется их моделирование на маломасштабных лабораторных
установках, оборудованных вместо радиаторов единичными подогревательными
трубками или змеевиками, а вместо самолетных и двигательных фильтров —
элементами фильтрующих материалов небольшой площади.
Первые такие установки для оценки термоокислительной стабильности
реактивных топлив в динамических условиях появились в 1954—55 гг. [81, 146].
Вначале они служили для исследовательских целей, затем на их основе в 1959—
61 гг. были созданы стандартные методы по ASTM D—1660 [255].
В нашей стране для тех же целей было создано несколько установок
[32, 146].
В отечественной практике широко применяется установка ДТС-1, а за
рубежом — Фьюил Кокер, которая стандартизована в США, Канаде, Франции и
Швеции в методе определения термоокислительной стабильности реактивных
топлив в динамических условиях по ASTM D—1660.
В новом зарубежном методе «Минекс» термоокислительная стабильность
топлива довольно точно проверяется по комплексу испытаний, включающему
измерения [214] теплопроводности отложений; усилий перемещения штока клапана
в условиях образования отложений на сопрягаемых поверхностях; перепада
давлений на фильтре.
Однако длительное применение стандартного метода ASTM D—1660 для
оценки термоокислительной стабильности реактивных топлив выявило ряд его
методических недостатков (сложная аппаратура, большое количество топлива,
субъективность при оценке отложений, недостаточная точность).
Поэтому для оценки термоокислительной стабильности реактивных топлив
в динамических условиях фирмой «Алькор» (США) разработан и
стандартизован в 1974 г. новый, более точный и простой метод JFTOT (Jet Fuel Thermal
Oxidation Test) ASTM D—2234 [255]. Установка JFTOT представляет собой
замкнутую топливную систему с двухсекционным топливным баком,
подогревателем, контрольным фильтром и регулирующими температуру и давление
устройствами. Общий вид установки и схема ее топливной системы представлены
на рис. 5.8, 5.9. Испытуемое топливо из двухсекционного топливного бака 17
емкостью 960 мл со скоростью 3 мл/мин проходит через 45-микронный фильтр.
Контрольная секция (рис. 5.10) состоит из трубки подогревателя /
диаметром 3,17 мм и длиной 60 мм, внешнего корпуса из нержавеющей стали 7 и
контрольного фильтра 6. При температурах ниже 370° С трубка подогревателя
143

Рис. 5.8. Общий вид установки
JFTOT для оценки
термоокислительной стабильности
реактивных топлив в динамический
условиях
Рис. 5.9. Схема установки JFTOT для оценки термоокислительной
стабильности реактивных топлив в динамических условиях:
/—азот под давлением 2,8 МПа; 2—регулятор давления азота; <?—
выпускной клапан азота; 4—азотный клапан; 5—указатель подачи
топлива; ^-топливный насос; 7-холодильник; S-выпускнои клапан*
9-плавающий клапан; /0-перепускной вентиль;
//—дифференциальный манометр; /2-фильтр; /^подогреватель; /4-охлаждаемыи
водой тубус- /5—контрольная секция установки; /6—фильтр; и—
двухсекционный топливный бак; 18—манометр для измерения
давления азота
144

А-А
Рис. 5.11. Схема работы прибора «Алькор-8А TDR»
для определения количества отложений на
подогревательной трубке:
1—оцениваемые участки отложений;
2—сканирующая головка; 3—фотоэлемент; 4—трубка
подогревателя; 5—источники света; 6—секция трубки
подогревателя; 7—отражаемые участки
поверхности трубки размером 1,6X0,076 мм в любом ее
положении по длине
Рис. 5.10. Схема
подогревателя и контрольного фильтра:
/—трубка подогревателя; 2—
гайка; 3—уплотнительное
кольцо; 4—керамические
изоляторы; 5—выход
топлива; 6—контрольный фильтр;
7—корпус трубки
подогревателя
изготовляется из алюминия, выше 370° С — из
нержавеющей стали. Количество отложений на
поверхности подогревательной трубки оценивается
коэффициентом отраженного света в приборе «Аль-
кор — 8А TDR» (рис. 5.11) по 50-балльной
шкале, в который после проведения испытаний
помещается подогревательная трубка.
Оценка термоокислительной стабильности
реактивных топлив на этой установке может
производиться при температуре 277° С в течение 150 мин. При температурах от 204
до 371° С максимальное количество осадков откладывается на расстоянии 20 мм
от выхода топлива из подогревательной трубки. Оценка количества отложений
методом JFTOT почти в четыре раза точнее, чем стандартным методом ASTM
D—1660 [53, 54]. При этом:
для проведения испытаний по методу JFTOT требуется почти в 48 раз
меньше топлива (0,6 вместо 23 л);
вдвое сокращается продолжительность испытаний (150 вместо 300 мин);
установка JFTOT более проста в эксплуатации, лучше регулируется и
позволяет более точно измерять давление и температуру в нагревателе, допускает
испытания при более высоких максимальных температурах (370 вместо 315° С) и
давлениях (2,8 вместо 1,0 МПа);
при более высоких температурах в нагревателе (243° С) точность оценки
осадкообразования обоих методов одинакова.
В связи с развитием сверхзвуковой авиации термоокислительной
стабильности реактивных топлив придается особое значение и
поэтому, прежде чем допустить топливо к применению на ТРД,
требуется заключение о качестве топлива по этому показателю. Оценка
термоокислительной способности топлива дается по отложениям,
полученным на топливных фильтрах специальных стендов при
повышенных температурах (выше 120° С). Эти стенды разделяются
на две группы. К первой группе относятся стенды с
циркуляционной прокачкой топлива, ко второй — стенды с его одноразовой
прокачкой.
145

кпа
200 400 600 мин
Продолжительность испытании
Рис. 5.12. Забивка топливного бумажного фильтра в зависимости от
продолжительности работы на реактивных топливах при
температурах 120—150° С:
1, 2, 3—1-4, 4, 5, б—Т-1
п 100 200 300 400 500
Продолжительность испытания, мин
Рис. 5.13. Забивка серийных фильтров при температурах 110—226° С
в зависимости от продолжительности работы на топливах Т-1, ТС-?, Т-5
146

s.U. Сопротивление еерийн@г® фильтра
испытаниях на стенде ВНИИНП! топлива
Т-1 при температуре 2@@>° С:
/—без присадки:
2-е
ТП
0,05% присадки
О 2 Ч 6 8 10 12
Продолжительность прокачки, ч
Один из первых стендов с
циркуляционной прокачкой топлива
сконструирован А. И. Туровым [150] для
испытания реактивных топлив на
шестеренчатых и плунжерных насосах и
топливных фильтрах при нагреве
топлива до 120—150° С.
Результаты испытаний топлив Т-1
и Т-4 на бумажных фильтрах типа
Ф-24Б при температуре 120—150° С
представлены на рис. 5.12, откуда
видно, что с повышением
температуры топлива Т-4 возрастает скорость
засорения фильтров.
Испытания топлив Т-1, ТС-1 и
Т-5 на фильтрационном стенде с
сетчатыми фильтрами показали, что
существует экстремальная температура,
при которой происходит наиболее
интенсивная забивка фильтров: для
топлива Т-1 при 140° С, ТС-1 —
160° С и Т-5—160—190° С (рис. 5.13).
При дальнейшем повышении
температуры интенсивность забивки фильт- 1ОлоГ тг i inn.
ров снижается, так что уже при температуре для топлива i-i iyu <^, i^-i i»u
200° С и Т-5 220° С фильтры практически не забиваются. Причиной этого, как
уже отмечалось выше, является снижение количества растворенного в топливе
кислорода при температурах выше экстремального значения.
Для испытаний реактивных топлив на топливных фильтрах при повышенных
температурах служит также стенд ВНИИНП [82].
Результаты испытаний топлив Т-1, Т-5 и ТС-1 на этом стенде при
температурах 150 175 и 200° С показали, что топливо Т-1 не является термически
стабильным При испытаниях применялся следующий критерий для оценки термо-
окислительной стабильности реактивных топлив: топливо считалось
неудовлетворительным, если фильтр оказывался забитым полностью, проработав менее 25 ч
при температуре 150° С. Сходимость испытаний на стенде ВНИИНП достаточно
BbIC°Ha' фильтрационном стенде ВНИИНП можно проводить испытания
реактивных топлив с присадками, повышающими их термоокислительную
стабильность В качестве примера на рис. 5.14 приведены результаты испытания топлива
Т-1 при температуре 200° С с антитермоосадкообразующей присадкой 111 [iz\.
Проведенные испытания показали, что присадка ТП весьма способствует резкому
повышению термоокислительной стабильности реактивного топлива Это в
дальнейшем подтвердилось в условиях стендовых и летных испытании 1121J.
Таким образом, испытания на фильтрационных стендах при
повышенных температурах дают возможность по интенсивности
забивки фильтров оценить:
1) влияние температуры на термоокислительную стабильность
реактивных топлив;
2) влияние качества топлива на работоспособность топливных
фильтров;
3) влияние присадок на термоокислительную стабильность
реактивных топлив.
147

Охлаждение топлив иногда может вызвать нарушение
надежной работы топливоподающей системы реактивных двигателей.
Наиболее часто это выражается в обледенении топливных
фильтров, что сопровождается авариями и катастрофами.
По данным американской печати на 1958 г. около 11% всех аварий в
военной реактивной авиации США происходит вследствие обмерзания топливных
фильтров из-за воды, содержащейся в топливах. В кессонных баках самолета
Ил-18 температура топлива за 5 ч полета может понизиться до —30-=—40° С,
Обледенение самолетных фильтров тонкой очистки может
происходить при охлаждении топлива и содержании воды в нем более
0,002% за 10—12 мин от начала работы. С уменьшением
содержания воды в топливе время полного обледенения фильтров (до
открытия предохранительного клапана) увеличивается до 40—45 мин.
Уменьшение размеров капель воды от 98 до 14 мкм сопровождается
снижением температуры ее кристаллизации от —26 до —38° С.
Механические примеси, содержащиеся в топливе до 0,005%, могут
повышать температуру кристаллизации капель воды от —18 до —6° С
[lei].
Наблюдается два вида обледенения топливных фильтров. Если
фильтроэлементы выполнены из никелевой нормальной или
сплющенной сетки с ячейками 100 и 20—30 мкм, то в первую очередь
замерзают капли осевшей на них воды. В дальнейшем фильтры
забиваются кристаллами льда с образованием сплошной ледяной массы
[162]. Если фильтроэлементы выполнены из никелевой сетки
саржевого плетения с тонкостью фильтрации 12—16 мкм, то ячейки сетки
закупориваются постепенно кристаллами льда диаметром 2—3 мкм
и длиной 50 мкм с последующим скоплением кристаллов на
поверхности сетки. Исследования показали, что чем меньше ячейки
фильтров, тем быстрее они забиваются кристаллами льда [76].
По мере охлаждения топлива также снижается эффективность
распыла топливных форсунок и ухудшается работа подкачиваю-
ющих топливных насосов.
Нарушения в работе топливоподающих агрегатов силовой
установки самолета при отрицательных внешних температурах
наблюдаются чаще всего на участке от бака до двигателя, несмотря на
наличие в двигателе фильтров более тонкой фильтрации, чем в
остальной части системы. Это связано с тем, что до появления каких-
либо осложнений в работе топливной системы двигателя по причи=
не подачи холодного топлива большинство агрегатов, в том числе
и фильтры, подогреваются теплом от работающего двигателя и топ-
ливно-масляных радиаторов, устанавливаемых на некоторых
двигателях вместе с топливными фильтрами. Подогретое в двигателе
масло постоянно обеспечивает положительную температуру не только
фильтра, но и протекающего по нему топлива. Во время запуска
двигателя его форсунки быстро прогреваются воздухом из
компрессора и теплом, излучаемым работающей камерой. Применение
пусковых топлив и специальных систем делает запуск двигателя прак-
148

20 W
о -w -го -зо -w -so
Температура, °С
Рис. 5.15. Влияние температуры на
низкотемпературную фильтруемость реактивный
топлив при циркуляции:
/—Б 95/130; 2-1-2; З-ТС-1; 4-1-1; 5-Б
95/130 с 0,3% жидкости' «И»; 6—1-2 с 0,3%
жидкости «И»; 7—ТС-1 с 0,3% жидкости
«И»; 8—1-1 с 0,3% жидкости «И»
тически независящим от
влияния низких температур
окружающего воздуха.
Иначе обстоит дело с
участками топливоподающей
системы, расположенными в
самолете вдали от двигателя.
Баки, топливные агрегаты,
фильтры, трубопроводы и т. д.
не получают дополнительного
тепла и их температура
близка или рав,на температуре окружающего воздуха как на земле, так
и в полете. Исключением являются сверхзвуковые самолеты, где
тепло передается силовой установке извне в силу
аэродинамического нагрева. Поэтому основные и главные трудности при работе
двигателей в условиях низких температур возникают, как правило,
при прокачке топлив через самолетные фильтры, подкачивающие
насосы, обратные клапаны и другие агрегаты, расположенные за
пределами силовой установки самолета.
Низкотемпературные характеристики реактивных топлив имеют
важное значение для эксплуатации как самолетов всех типов на
аэродромах в зимнее время, так и дозвуковых пассажирских и
транспортных самолетов в условиях продолжительного полета.
Низкотемпературные свойства реактивных топлив ухудшаются
главным образом при кристаллизации растворенной в топливе
воды. Меньшие трудности в условиях охлаждения возникают при
увеличении вязкости топлив при отрицательных температурах.
Для предотвращения обледенения топливных фильтров при
отрицательных температурах предложены антиводокристаллизующие
присадки, которые нашли широкое применение в авиации [25, 75,
138].
В лабораторной установке для сравнительной оценки склонности реактивных
топлив с антиводокристаллизующими присадками и без них забивать топливные
фильтры при отрицательных температурах [201] испытуемое топливо
прокачивается через фетровый фильтр диаметром 20 мм по замкнутому контуру и
постепенно охлаждается в топливном баке с помощью охлаждающей смеси. При этом
непрерывно замеряются температура топлива и перепад давлений на фильтре.
О температуре, при которой забивается фильтр на установке, судят по моменту
резкого увеличения перепада давлений на фильтре, как это показано на
рис. 5.15 [201].
Для оценки низкотемпературных свойств реактивных топлив в условиях
одноразовой прокачки также создана лабораторная установка, которая состоит
из следующих основных узлов: топливного бака, плунжерного насоса ПН-2ТК»
фильтра грубой очистки, охладителя топлива, нагревателя топлива, контрольных
фильтров и сливного бака. В бачок-охладитель топлива погружен змеевик, по
которому прокачивается топливо. Контрольным фильтрующим элементом слу-
149

I
1 °/
/
h
V
r
led
/
b
/
ll
A
/
—Q-
/
3
_jL d
3
=8=
TC-1
г
"""' с.
=8=
/ f
20
30 40 SO 60 0 10 20 30
Продолжительность испытания, мин
SO 60
Рис. 5.16. Влияние низких температур на фильтруемость реактивных топлив:
температура, °С: /—0; 2—10; 5—20: 4—30; 5—40; 6—50; 7—58
жит бронзовая никелированная сетка с размером ячеек 30—32 мкм.
Дифференциальными манометрами ДТ-50 замеряются перепад давлений на фильтре и
гидравлические потери в змеевике охладителя; кроме того измеряют уменьшение
расхода топлива через фильтр. Испытания проводят при постоянных темпера^-
туре и давлении топлива на входе в фильтр до достижения перепада давлений
93 кПа или до момента уменьшения расхода топлива на 50%, что
свидетельствует о полном обледенении фильтра.
Результаты испытаний показывают (рис. 5.16), что нарушение
нормальной фильтрующей способности топливных фильтров
происходит для топлива Т-2 при температуре —58° С, для Т-1 —при
—40° С, для ТС-1—при —30° С и для Т-5 — при —20° С.
Если взять топлива Т-2, Т-1 и Т-5, то полученные данные
показывают также уменьшение фильтрующей способности фильтров по
мере утяжеления фракционного состава топлив [21]. Исключение
составляет топливо ТС-1, фракционный состав которого более
легкий, чем у топлива Т-1, а фильтруемость заметно хуже.
По-видимому, фильтруемость топлив зависит не только от их фракционного
состава, но и от других свойств, в первую очередь от химического
состава и содержания в них воды.
Влияние углеводородного состава реактивных топлив Т-1 и ТС-1
на фильтрующую способность топливных фильтров приведено на
рис. 5.17, откуда следует, что обезвоженные парафино-нафтеновые
углеводороды топлив Т-1 и ТС-1 обладают одинаковой фильтруемо-
150

so
30
70
30
of 0 f
Щ-г
Ш-6
/
/
С
у,
L
J
/
)
д.,
/
h
ТС-1
0 10 ZQ 30 40 SO 60 0 10 20 30 40 SO 60
Продолжительность испытаний, мин
a 5
Рис. 5.17. Фильтруемость углеводородных фракций и их искусственных смесей для топлив
Т-1 и ТС-1:
а_ПрИ _58° С; б—при —30° С; /—парафино-нафтеновые углеводороды (ПНУ); 2—
ароматические углеводороды (АУ); 3—смесь ПНУ с 10% АУ; 4—смесь ПНУ с 20% АУ;
5—смесь ПНУ с 30% АУ; 6-смесь ПНУ с 60% АУ
стью при температуре —30° С и топливных фильтров при этом не
забивают. Обезвоженные ароматические углеводороды топлива ТС-1
при этой же температуре обладают худшей фильтруемостью, чем
подобные углеводороды топлива Т-1. Действительно, при прокачке
обезвоженных ароматических углеводородов топлива ТС-1 фильтр
заметно забивается при —.25°, а топлива Т-1 — только при —45° С
[21], но при температуре —58° фильтруемость обезвоженных
ароматических углеводородов топлива Т-1 хуже, чем топлива ТС-1,
тогда как парафино-нафтеновые углеводороды топлива Т-1 меньше
забивают топливные фильтры, чем подобные же углеводороды
топлива ТС-1.
Судя по данным испытаний в целом обезвоженные парафино-
нафтеновые и ароматические углеводороды топлива Т-1
характеризуются лучшей фильтруемостью, чем подобные углеводороды
топлива ТС-1. В этом заключается причина того, что топливо Т-1,
хотя и имеет более тяжелый фракционный состав, чем ТС-1, однако
менее склонно забивать топливные фильтры.
Причиной худшей фильтруемости обезвоженных парафино-наф-
теновых углеводородов топлива ТС-1 является то, что они больше
содержат парафиновых углеводородов (табл. 5.13), среди которых
присутствуют углеводороды нормального строения, обладающие
151

высокими температурами кристаллизации, тогда как среди парафи-
но-нафтеновых углеводородов топлива Т-1 больше содержится
нафтеновых углеводородов, отличающихся низкими температурами
кристаллизации.
Таблица 5.13
Углеводородный состав и низкотемпературные свойства
реактивных топлив и их компонентов [21]
Топливо и углеводородные
компоненты
Т-2
Парафино-нафтеновые
Ароматические
Т-1
Парафино-нафтеновые
Ароматические
ТС-1
Парафино-нафтеновые
Ароматические
Т-5
Парафино-нафтеновые
Ароматические
Содержание углеводородов, %

ароматических
19,6
Нет
95,3
19,5
Нет
97,8
18,7
Нет
98,1
20,6
Нет
98,0

парафиновых
57,1
72,0
1,8
33,5
41,0
0,9
59,3
78,0
1,0
21,7
48,6
Нет

нафтеновых
21,6
28,0
0,8
45,0
59,0
1,2
19,8
22,0
0,3
57,0
51,4
1,0

непредельных
1,7
Нет
2,1
2,0
Нет
0,1
2,2
Нет
0,6
0,7
Нет
1,0
Температура

помутнения
Нет
Нет
-28
-53
Нет
-17
-41
Нет
-12
-55
Нет
-25
начала

кристаллизации
-65
—60
-78
-64
-62
-76
-62
-55
-84
-61
-57
—64
» °с

замерзания
-68
-60
-91
-66
-62
-89
—63
-55
-95
-64
-57
—67
Помутнение — потеря прозрачности из-за кристаллизации небольшого
количества высокоплавких примесей углеводородов, не приводящей к полному
замерзанию продукта.
Начало .кристаллизации — образование первых 'Кристаллов в основной массе
углеводородов ,с последующим их полным замерзанием.
Замерзание — полная кристаллизация всей массы продукта.
Ароматические углеводороды топлива ТС-1 представлены в
основном однокольчатыми структурами, обладающими низкими
температурами кристаллизации. В составе ароматических
углеводородов топлива Т-1 присутствуют в количестве до 2% двухкольчатые
структуры, температура кристаллизации которых достигает —35°.
Казалось бы, по этой причине обезвоженные ароматические
углеводороды топлива Т-1 должны быстрее забивать топливные
фильтры, однако на практике дело обстоит иначе. В ароматических
углеводородах топлива ТС-1, выделенных хроматографически,
содержится около 15% сернистых соединений, которые и ухудшают низ-
152

Ч-J
35
30
го
15
10
5
Т-
\
Т-5
I
}
II
-60 -30 0 30 60
Температура, °
90
150
Рый. S.18. Зависимость вязкости реактивный
топлив от температуры
котемпературные свойства
топлива. Удаление из топлив
сернистых соединений
способствует снижению их температуры
кристаллизации.
Следовательно, плохая фильтруемость
обезвоженных ароматических
углеводородов топлива ТС-1
связана с присутствием в их составе
большого количества
сернистых соединений, обладающих
высокими температурами
кристаллизации; причем,
сернистые соединения более резко
ухудшают фильтруемость
ароматических углеводородов
топлива ТС-1, чем бициклические
структуры — фильтруемость
ароматических углеводородов
топлива Т-1.
Кроме углеводородного
состава реактивных топлив на
изменение их фильтруемости большое влияние оказывает вязкость
топлив при низких температурах. Действительно, по
углеводородному составу топлива Т-1 и Т-5 мало отличаются друг от друга,
однако при работе на топливе Т-5 уже при температуре —30° С
пропускная способность топливных фильтров снижается на 50%,
в то время как на топливе Т-1 фильтр при этой температуре
работает нормально. Причиной снижения пропускной способности
топливных фильтров при работе на топливе Т-5 является
значительное увеличение его вязкости при низких температурах (рис. 5.18).
Большое влияние на фильтруемость реактивных топлив
оказывает содержащаяся в них в растворенном состоянии вода. Как
видно из табл. 5.14 [21], обезвоженные топлива Т-1 и Т-2 практически
не забивают топливных фильтров до температуры —58°,
обезвоженные топлива ТС-1 и Т-5 также лучше прокачиваются через
топливные фильтры, чем те же топлива, содержащие 0,006—0,01%
растворенной воды. С увеличением содержания в реактивных топливах
растворенной воды фильтруемость их пропорционально
уменьшается в области низких температур.
Если исключить влияние вязкости и содержания воды в
реактивных топливах на их фильтруемость, то можно заметить, что она
ухудшается по мере повышения температуры помутнения и начала
кристаллизации.
Таким образом, фильтруемость реактивных топлив при
отрицательных температурах зависит от их углеводородного состава,
вязкости, температуры кристаллизации и от гигроскопичности. При-
153

Т а б л и ц а 5.14
Фильтруемость обезвоженных и обводненных реактивных топлив
и их компонентов
Точливо и углеводородные
компонешы
T-I
Обезвоженное
Обводненное
Ароматические углеводороды:
обезвоженные
обводненные
Парафино-нафтеновые
углеводороды:
обезвоженные
обводненные
ТС-1
Обезвоженное
Обводненное
Ароматические углеводоро'ды:
обезвоженные
обводненные
Парафино-нафтеновые
углеводороды:
обезвоженные
обводненные
Т-2
Обезвоженное
Обводненное
Т-5
Обезвоженное
Обводненное
Содержание
воды, %
Нет
0,008
Нет
0,028
Нет
0,003
Нет
0,010
Нет
0,031
Нет
0,002
Нет
0,006
Нет
0,006
Темпера 1 ура, при которой расход топлива
через фильтр снижается на 50%, °С
До —58 не уменьшается
—40
До —58 не уменьшается
—30
—
—60
При —58 уменьшается на 18%
—30
До —58 не уменьшается
—30
—57
—50
До —58 не уменьшается
—59
—52
—29
чем, среди этих показателей в условиях эксплуатации реактивных
самолетов наиболее часто приходится встречаться с забивкой
топливных фильтров при отрицательных температурах по причине
гигроскопичности реактивных топлив.
Изучение влияния вязкости реактивных топлив на работу
фильтров с тонкостью фильтрации 15—25 мкм [114] показало, что
нормальная фильтрация топлив обеспечивается при значениях вязко-
154

сти до 150—250 сСт, так что нарушение работы топливных фильтров
при отрицательных температурах происходит не из-за высоких
значений вязкости, а вследствие их забивки кристаллами льда или
высокоплавких углеводородов. Кроме того при низких температурах
наблюдается выделение из топлив утяжеленного фракционного
состава высокоплавких углеводородов еще до того, как температура
топлива достигла значения, при котором начинается
кристаллизация [114]. Такое явление в высокомолекулярных реактивных топли-
вах свидетельствует о структурообразовании, вызывающем
появление аномальной вязкости, что достаточно характерно для масел и
дизельных топлив.

ГЛАВА VI
В современных реактивных двигателях развиваемая ими тяга
получается путем сжигания топлива в основных камерах сгорания
или в основных и форсажных камерах одновременно. Поэтому топ-
ливоподающая аппаратура включает агрегаты, автоматически
регулирующие расход топлива в основных камерах или раздельно в
основных и форсажных камерах на всех режимах работы
двигателя. По конструкции и схеме работы агрегаты основного и
форсажного топливных контуров не отличаются друг от друга, за
исключением способов регулирования некоторых элементов рабочего
процесса.
В отечественной и зарубежной практике создания топливопода-
ющих агрегатов реактивных двигателей получили широкое
распространение плунжерные насосы переменной производительности с
системой автоматического регулирования (САР) гидравлического
типа. Поскольку топливо является рабочей жидкостью для насосов
и САР, то надежность и долговечность их при прочих равных
условиях во многом будет зависеть от качества топлива. Рассмотрим
важнейшие условия работы автоматической топливоподающей
аппаратуры реактивного двигателя.
6.1. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ
АВТОМАТИЧЕСКОЙ ТОПЛИВОПОДАЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ
В плунжерном топливном насосе при вращении ротора
плунжеры совершают возвратно-поступательное движение, всасывая и
нагнетая топливо через соответствующие окна распределительного
золотника. При этом плунжеры обкатываются своими
сферическими торцами по кольцевой рабочей поверхности наклонной шайбы.
В зависимости от установочного угла наклона шайбы изменяются
ход плунжеров и соответственно производительность насоса при
неизменной частоте вращения ротора (ЧВР).
Как правило, ЧВР бывает несколько больше или меньше
частоты вращения шайбы в силу ее инерционного отставания, особенно
большого (до 60%) на переменных режимах работы двигателя,
В этом случае между сферической торцовой поверхностью
плунжера и шайбой возникает трение скольжения. Угол установки наклон-
156

sin у
f= 0° 0' 15" 15° Ж 30
Рис. 6.1. Схемы перемещения точки контакта сферы плунжера и шайбы при работе
насоса:
а—при изменении угла наклона шайбы; б—при фиксированном угле наклона
шайбы
ной шайбы обычно не превышает 14—15°, ход плунжера составляет
15—30 мм, а максимальная скорость плунжеров — до 5 м/с.
Особое значение для надежной работы плунжерного насоса
имеют условия контакта сферы плунжера и рабочей поверхности
наклонной шайбы. Исследования кинематики совместного движения
шайбы и плунжера показывают, что точка контакта сферы
плунжера и поверхности шайбы, как правило, смещена относительно оси
плунжера (рис. 6.1).
Величина и направление этого смещения А зависят не только от
геометрии плунжера и шайбы, но также от углов наклона шайбы y
и поворота ротора а.
Величина смещения А изменяет плечо силы реакции шайбы Р
от точки К! до оси ее качания и, следовательно, момент,
нагружающий упорный подшипник шайбы.
Сферы плунжеров в месте соприкосновения с поверхностью
наклонной шайбы испытывают высокие контактные напряжения
(250—300 Па) и нагреваются до 300—400° С, поэтому, несмотря
на применение износостойких материалов для плунжеров и шайбы,
они быстро изнашиваются. Особенно опасным является износ
сферы по кромке ее сопряжения с цилиндрической поверхностью
плунжера, приводящий к смятию материала, сколам и заклиниванию
плунжеров.
157

Рис. 6.2. Схема сил и моментов, действующих на детали качающего узла при работе
плунжерного насоса-регулятора
В процессе работы насоса элементы качающего узла
совершают сложные движения с большими скоростями и ускорениями в
условиях нагружения различными динамическими силами (рис.
6.2).
На плунжер действуют сила пружины Рпр, сила давления
топлива Ят, центробежная сила инерции плунжера Рц, сила инерции в
поступательном движении Р?- и кориолисова сила инерции Як- Сила
Pnv направлена вдоль оси плунжера-; ее назначение—обеспечить
постоянный контакт плунжера и шайбы в период всасывания и на
неработающем насосе. Минимальное значение силы пружины равно
силе предварительной ее затяжки (100—150 Н), когда всасывание
закончено (а=180°).
Сила давления жидкости так же постоянно направлена вдоль
оси плунжера и в период всасывания равна сумме сил давления
топлива на входе в насос и центробежных сил вращающейся
жидкости в полости наклонной шайбы, а в период нагнетания равна
силе рабочего давления топлива в системе. В существующих
конструкциях при прохождении плунжера через полость всасывания
суммарная сила РТ составляет 10—30 Н и направлена в сторону
распределительного золотника, стремясь оторвать плунжер от шайбы.
Центробежная сила плунжера Рц имеет две составляющие —
вдоль оси плунжера Р\ и нормальную к ней /V Сила Р% создает
силы трения плунжера в гнезде ротора, сила Р\ складывается с PUVv
дополнительно прижимая плунжер к шайбе и преодолевая силы
трения его в гнезде. Величина этой составляющей всегда больше
сил трения и определяется углом наклона плунжера к оси ротора
1|э. В существующих конструкциях центробежная сила инерции при
максимальной скорости вращения ротора составляет 1800—2000 Н,
Сила инерции плунжера в поступательном движении Pj
всегда действует вдоль оси плунжера. Величина ее опреде-
158

ляется массой плунжера, а также величиной ускорения; она
составляет 50—70 Н. у F
Кориолисова сила инерции Рк действует в плоскости
касательной к поверхности конуса, образованного осью плунжера при
вращении ротора; ее величина не превышает 60 Н. Работа этой силы за
один оборот ротора равна нулю, так как она знакопеременна при
вращении ротора. Нагрузки, действующие на плунжер, приводятся
к силе и моменту. Под действием сил плунжер подвергается
изгибу, а сферическая головка и цилиндрическая поверхность—смятию.
Максимальное удельное давление на цилиндрическую поверхность
плунжера достигает 1,0—1,5 МПа, а на сферическую головку в
месте контакта, как уже упоминалось, 250—350 МПа.
Со стороны плунжеров ротор насоса нагружается силами,
составляющие которых Fa, Fr, FT в различной степени оказывают
воздействие на основные детали ротора. Так, составляющая Fr
вызывает смятие опорных поверхностей плунжера в роторе, а
равнодействующая от всех отдельных плунжеров нагружает упорные
подшипники ротора. В процессе длительной эксплуатации по этой
причине наблюдается овализация и конусность гнезд ротора,
выработка меднографитовых опорных подшипников, односторонняя
выработка поверхности распределительного золотника.
Равнодействующая осевых составляющих сил Fa
воспринимается упорным подшипником ротора, которым является торец
распределительного золотника, и вызывает выработку индиевого
покрытия торца ротора, риски и выработку распределителя. На торец
распределительного золотника, выполняющего роль упорного
подшипника ротора, действуют равнодействующая сил давления
топлива в полости корпуса, равномерно распределенных по
поверхности ротора, а также силы давления топлива в зазоре между
торцом ротора и распределительным золотником.
Силы FT всех плунжеров относительно оси ротора создают
реактивный момент, который противоположен направлению момента
от привода насоса.
На шайбу плунжер также передает силу R, направленную по
радиусу сферы плунжера. Эту силу можно разложить на три
составляющие Ra, Rn Rtv- Сила Ra нагружает упорный 'подшипник
ротора и цапфы корпуса подшипника наклонной шайбы.
Составляющие Rr создают равнодействующую, благодаря которой
вызывается смещение шайбы вдоль оси ее поворота в сторону окна
нагнетания распределительного золотника. Составляющая RTV вследствие
сил трения вызывает вращение внешней обоймы подшипника
наклонной шайбы относительно корпуса. Для всех плунжеров
величина и направление составляющей /?Тр различные, поэтому вращение
обоймы будет неравномерным. Относительно оси поворота шайбы
от действия рассмотренных сил возникает момент, стремящийся
повернуть шайбу на нулевой угол. Его величина для выполненных
конструкций насосов составляет 50—80 Н-м. От поворота шайбу
удерживает шток сервомотора, фиксируя ее угол установки в
соответствии с требуемой подачей.
159

Таким образом, в процессе работы качающего узла насоса на
его подвижные детали действуют большие динамические силы,
которые создают чрезвычайно тяжелые условия для применения
топлива как смазывающей среды, особенно в плунжерных парах. Эти
условия еще больше ужесточаются возможным нагревом топлива
до 12СР С и более.
Обеспечение высокой производительности и долговечности работы
достигается в плунжерных насосах применением специальных материалов, чистотой
обработки деталей, точностью их изготовления и строгим соблюдением размеров
в сочленениях. Так например, плунжер в роторе насоса может надежно работать
при обеспечении зазора в пределах 0,015—0,022 мм и соответствующем
сочетании материалов: ротора из бронзового сплава, а плунжера из стали. Для
плунжера и наклонной шайбы подшипника также подбираются определенные
материалы и чистота обработки. Торец ротора насоса не может надежно работать
по стальному золотнику без антифрикционных покрытий типа свинцово-индпево-
го либо другого на оловянистой основе.
Система автоматического регулирования топливопитания (см,
2.4) конструктивно сложнее качающего узла, и работа ее
протекает в более тяжелых условиях.
На систему автоматического регулирования возлагается:
поддержание заданной летчиком частоты вращения ротора
двигателя на различных высотах и скоростях полета;
плавное, без забросов и провалов, изменение частоты вращения
ротора при перемещении рычага управления двигателем (РУД);
разгон двигателя без перегревов и помпажа при любой
скорости перемещения РУД;
распределение топлива по контурам топливных форсунок в
соответствии с характеристикой двигателя.
Выполнение столь сложных операций с высокой точностью в
автоматике регулирования обеспечивается центробежным всере-
жимным регулятором в совокупности с системой гидравлических
клапанов и регуляторов специального назначения. Гидравлические
клапаны различного назначения применяются в основном
золотникового типа. Они работают под небольшим давлением топлива
(100—150 кПа). Так как с помощью клапанов регулируется в
каждый момент времени количество подаваемой жидкости в другие
регулирующие элементы, то их изготовление ведут с высокой
точностью (табл. 6.1) и чистотой обработки трущихся поверхностей до
12-го класса. Время и путь движения золотников в системе
регулирования очень малы.
Так, например, время срабатывания сервопоршня гидрозамедлителя с
малого газа до полного составляет 10—13 с, а время нарастания давления с 150
до 270 кПа после клапана ограничения нарастания давления топлива должно
находиться в пределах 4—5 с. Отдельные золотниковые пары срабатывают в
течение десятых долей секунды.
Так как со временем точность первоначальных характеристик
насоса снижается, то в эксплуатации периодически заменяют
дроссельные пакеты на пакеты с соответственно большей пропускной
способностью, восстанавливая таким образом требуемый диапазон
скоростей истечения топлива, а следовательно и пределы
регулировочных параметров.
160

Таблица 6.1
Монтажные зазоры в золотниковых парах отдельных элементов
системы регулирования топливных насосов ГТД
Элемент системы регулирования
Клапан постоянного перепада
Дроссельный кран
Предохранительный клапан
Механизм обратной связи
Клапан постоянного давления
Клапан минимального давления
Клапан ограничения нарастания давления
Распределительный клапан
Клапан малого газа
Клапан сброса топлива
Пределы зазора
между втулкой
и золотником,
мм
0,008—0,010
0,010—0,015
0,015-0,020
0,01—0,015
0,01—0,014
0,008—0,010
0,010-0,014
0,015—0,020
0,010—0,014
0,005-0,008
Класс чистоты
сопряженных
поверхностей
11
10
11
11
11
11
11
10
10
10
Дроссельные пакеты (рис. 6.3) состоят из стального корпуса, внутри
которого монтируется набор разделенных точными шайбами плоских жиклеров (d=
=0,3—0,8 мм). Чтобы увеличить сопротивление протеканию топлива, отверстия
в отдельных жиклерах смещены относительно друг друга.
Для защиты жиклеров 5 от засорения к корпусу 9 пакета припаивают две
сетки — каркасную 8 с размером стороны ячейки 0,4 мм и сетку тонкой очистки
7 с размером стороны ячейки 0,02—0,035 мм. Кроме того внутри корпуса пакета
устанавливают сетчатые фильтры 3 с размером ячейки 0,16x0,16 мм.
Дроссельные пакеты различаются по пропускной способности. Так, для
регулирования максимальной частоты вращения ротора применяют дроссельные
пакеты с пропускной способностью до 300 см3/мин, а при регулировании
приемистости — от 40 до 250 см3/мин и т. д.
Следует особо упомянуть о тщательности фильтрации топлива.
Так, до дроссельных пакетов топливо проходит входной (160 мкм)
Рис. 6.3. Дроссельный пакет:
/—пробка; 2—проставка; 3—сетчатый фильтр; 4—уплотнительное
кольцо; 5—плоский жиклер; 6—промежуточная шайба; 7—сетка тонкой
очистки; 8—каркасная сетка: 9—корпус дроссельного пакета; 10—заглушка
161

и центральный (20—35 мкм) фильтры. В агрегаты топливоподаю-
щей системы топливо поступает после наземных фильтров
(тонкость фильтрации 15—20 мкм) и самолетного (5—16 мкм).
<*.2. ОТКАЗЫ М НЕИСПРАВНОСТИ
АВТОМАТИЧЕСКОЙ ТОПЛИВОПОДАЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ
Автоматическая топливоподающая аппаратура ГТД отличается
большой сложностью конструкции. Поэтому малейшие
технологические отклонения при ее изготовлении или нарушения оговоренных
инструкциями правил эксплуатации могут привести к отказам и
неисправностям. Подсчитано, что из всех отказов в ВВС США,
вызывающих летные происшествия, 30—40% составляют неисправности
топливорегулирующей аппаратуры.
Поэтому в процессе эксплуатации авиационной техники важное
место в обеспечении безопасности полетов занимает
работоспособность топливной аппаратуры двигателей [135]. К особенностям ее
агрегатов следует отнести: различное влияние дефектов
автоматики на работу двигателя в летных и земных условиях; неустойчивость
возникающих отказов и неисправностей, даже малых, но
вызывающих серьезные нарушения в работе двигателя; сложная зависимость
работы отдельных узлов топливных агрегатов от систем двигателя,
от качества топлив и др. Незначительные изменения условий
работы деталей качающего узла или системы автоматического
регулирования часто приводят к отказам двигателя и требуют замены
аппаратуры насоса-регулятора либо проведения специальных
профилактических работ (табл. 6.2).
Все это сказывается на снижении эффективности использования
авиатехники и ее надежности.
Как следует из табл. 6.2, отказы топливоподающей аппаратуры
реактивного двигателя серьезно осложняют его эксплуатацию.
Среди многих причин отказов в работе агрегатов топливоподающих
систем есть и непосредственно связанные с эксплуатационными
свойствами топлив или нарушениями правил и условий применения
топлив при их транспортировке, перекачке, хранении и заправке
самолетов.
Надежность и долговечность автоматической топливоподающей
аппаратуры реактивных двигателей зависят от таких
эксплуатационных свойств топлив, как поведение их при низких и высоких
температурах, противоизносная способность, коррозионная
агрессивность в жидкой фазе, чистота и агрессивность воздействия на рези-
но-технические изделия.
Характерные примеры возможных нарушений нормальной
работы реактивного двигателя, связанных с отказами топливной
аппаратуры, приведены в табл. 6.3 соответственно классификации,
приведенной в работе [135].
Согласно этой классификации большинство типовых отказов
топливных систем ГТД в той или иной степени связано с
качеством топлив. Поскольку подобные отказы возникают одновременно
162

Таблица 6.2
Характерные нарушения в работе ГТД из-за неисправностей
автоматической топливоподающей аппаратуры
Характеристика нарушения
в pa6oie ГТД
Характер неисправностей
элементов автоматической
топливоподающей аппаратуры,
вызвавших нарушение
в работе ГТД
Причина неисправностей
автоматической
топливоподающей аппаратуры
Нестабильные
запуски двигателя
Невозможность
перевода двигателя на
режим более 67%
Велико время
приемистости
Помпаж двигателя
при проверке его
приемистости
Ограничение
разгона до промежуточной
частоты вращения ро-
гора двигателя при
проверке его
приемистости
Самовыключение
двигателя в воздухе и
на земле
Нестабильность
частоты вращения
ротора и давления
топлива
Частота вращения
ротора двигателя не
подымается выше 94%
33
Зависание клапана
постоянного перепада или
клапана сброса, или
штока автомата запуска
Негерметичность
манжеты поршня
гидрозамедлителя
Зависание золотника
клапана постоянного
давления или засорение
жиклера
гидрозамедлителя
Зависание золотника
клапана ограничения
нарастания давления
топлива
Зависание рейки на
штоке гидрозамедлителя,
засорение дроссельного
пакета или зависание
поршня и золотника
клапана ограничения
нарастания давления топлива
Заедание поршня
клапана ограничения
нарастания давления топлива
Зависание плунжеров
в роторе насоса
Износ беговых дорожек
подшипника, сферических
поверхностей игл,
грузиков центробежного
регулятора оборотов (см.
рис. 6.7)
Повышенная
загрязненность топлива,
недостаточная его
термоокислительная стабильность,
попадание свободной
воды в топливо
Износ и старение
резины манжет или
попадание посторонних частиц
(продуктов износа и
коррозии)
Повышенная
загрязненность топлива,
недостаточная его
термоокислительная стабильность
Повышенная
загрязненность топлива,
коррозия втулки или
золотника
Повышенная
загрязненность топлива,
недостаточность его
термоокислительных и проти-
воизносных свойств
Коррозия деталей,
повышенное содержание
вободяой воды в
топливе
Недостаточная термо-
окислителыная
стабильность топлива
Недостаточные проти-
воизносные свойства
топлива
163

Продолжение
Характеристика нарушения
в работе ГТД
XapaKiep неисправностей
элементов автоматической
топливоподающей аппаратуры
вызвавших нарушение
в работе ГТД
Причина неисправностей
ав'юматическяй топливо -
подающей аппаратуры
Самопроизвольная
раскрутка ротора
двигателя в полете
Двигатель не
развивает требуемой час-
готы вращения ротора
Ступенчатое с раз
личной скоростью
нарастание давления
топлива
Невключение
сажа
фор-
Попадание стружки
между манжетами и
втулкой сервопоршня;
нарушение герметичности
между втулкой и
манжетой из-за разрушения
резины
Зависание штока
сервопоршня или зависания
золотника
распределительного клапана или
штока гидрозамедлителя
Выработка и глубокие
надиры на торце ротора
и рабочей поверхности
распределительного
золотника насоса.
Зависание плунжеров в роторе
насоса
Засорение жиклеров
карбюратора розжига
форсажа
Недостаточные проти-
воизносные свойства
топлива, склонность топлива
к вымыванию
наполнителя нитрильных резин
Повышенное
количество микрозагрязнений,
коррозия деталей
Недостаточные проти-
воизносные свойства
топлива и коррозия деталей
Недостаточная
термоокислительная
стабильность топлива и
повышенное содержание в нем
микрозагрязнен-ий
по многим причинам, среди которых может быть и качество топлив,
то правильное и быстрое установление действительного источника
нарушения нормальной работы узла или агрегата топливной
системы является сложной задачей.
В настоящее время благодаря большому опыту эксплуатации
реактивной техники сложилась вполне определенная
научно-обоснованная (последовательность обнаружения и диагностики
неисправностей.
Практика показывает, что для установления причин
неисправностей, связанных с качеством топлива, и получения объективного
заключения необходимы химмотологические знания важнейших
эксплуатационных свойств топлив и существующих
взаимозависимостей между этими свойствами и работоспособностью главных
деталей и узлов автоматической топливоподающей аппаратуры ГТД
[108].
164

Т а б л и ц а 6.3
Классификация отказов топливоподающеи системы ГТД
Признак типовых
отказов
Характер
изменения
Связь с другими
отказами
Возможность
дальнейшего
использования на
двигателе
Частота
проявления
Разновидность
О1казов
Внезапные
Постоянные
Независимые
Зависимые
Полные
Частичные
Частые
Редкие
Характер нарушения
работоспособности топли-
воиодающей системы
Срез рессоры
привода насоса-регулято-
ра из-за заклинивания
плунжеров
Обледенение
фильтра тонкой очистки
топлива
Снижение нодачи
насоса-регулятора
Автоколебания
давления подачи топлива
к рабочим форсункам
Снижение
максимальной частоты
вращения ротора
двигателя, устраняемое
регулировкой
насоса-регулятора
Колебание давления
топлива, устраняемое
заменой
центрального фильтра
насоса-регул я тор а
Изменение
максимальной частоты
вращения ротора
двигателя, устраняемое
регулировкой
насоса-регулятора
Зависание
плунжеров и снижение
подачи топлива
Свойство топлив как
возможный источник
отказов
Недостаточные
противоиз-нооные
свойства и
коррозионная
агрессивность
Высокая
обводненность топлива
Недостаточные
против оизносные
свойства
Загрязнение де-
галей САР
осадками
термоокислительного
происхождения при
окислении топлива
в ТМР
Недостаточные
пр отивоиз носны е
свойства
Недостаточная

термоокислительная стабильность
и чистота
Недостаточная
чистота и
термоокислительная
/стабильность
Низкие противо-
износные свойства
и недостаточная
чистота
165

Продолжение
Признак типовых
отказов
Причина
возникновения
Наличие
внешнего проявления
Характер
устранения
Разновидность
отказов

но-технологическая

Эксплуатационная
Очевидное
Скрытое
Устойчивый
Неустойчивый
Характер нарушения
работоспособности топли-
воиодающей системы
Колебание давления
топлива лосле насоса-
регулятора,
устраняемое заменой фильтров
Заклинивание
плунжеров и снижение по-
цачи
насоса-регулятора
Изменение
максимальной частоты
вращения ротора
двигателя
Потеря
эластичности резиновых
манжет еервопоршня
Снижение подачи
из-за обледенения
фильтров
Колебание давления
подачи топлива из-за
засорения фильтров
Cbo№Cibo топлив как
ВОЗМОЖНЫЙ ИС (ОЧНИК
отказов
Недостаточная
очистка от мыл
нафтеновых
кислот
Недостаточная
чистота и высокая
обводненность
Недостаточные
противоизносные
свойства
Удаление
естественных
стабилизаторов окисления
при гидроочистке
Применение про-
гивообледенитель-
ных присадок
Недостаточная
эильтрация при
перекачках и нару-
ление норм
времени отстоя в резер-
зуарах
6.3. ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА ТОПЛИВА
Противоизносные свойства. В авиационных ГТД широко
используются топливные насосы плунжерного типа, смазывающей средой
для которых служит топливо. Продукты износа, попадая в зазоры
плунжерных или золотниковых пар, приводят к их заклиниванию и
нарушению работы двигателей.
В исследованиях [10, 122] было показано, что в числе факторов,
влияющих на износ сфер плунжеров топливных насосов, одними из
важнейших являются смазывающие (противоизносные) свойства
реактивных топлив.
Для изучения этого фактора были проведены анализ и
обобщение результатов наблюдения за массовой эксплуатацией серийных
166

Таблица 64
Физико-химические свойства некоторых топлив [114]
о 5
ЬО 5
a» r- ~ -
Содержание серы, %
общей
меркаитановой
803—809
801—817
821—828
132—275
135—267
145—255
1,54-1,78
1,11 — 1,84
1,56—1,66 0,47—0,70 2
0,35—0,69 2
0,16—0,66 2
—о;
2,5-5,
2,0-5,
2,0-3,
50
20
00
,030-0,073
,030—0,054
,031—0,49
779—796
784—789
777—780
780-785
776-780
777-790
135-241
136—239
135—220
135—230
137-223
135-224
1,30-6,53
1,28-1,32
1,26—1,3
1,27—1,30 0,23
1,26—1,32 0
5-1,38 0
0,25—0,56
0,30-0/
0,09-0,28
0,27
,12-0,59
,11—0,29 0
53 0
2,5—3,20,031—0,
0,44 0,00—2,8 0,007—0,011
,130—0,
,110-0,
,001—0,
,130—0,
1,8-3,
1,0-2,
1,2—1,
,5-2,
00,
00,
60,
18 0
20 0
15 0
50,
20 0
1,0008—0,001
0,000—0,0006
,0013-0,0057
,0024—0,0034
,0015—0,0035
,0017—0,0038
отечественных ГТД на топливах Т-1 и ТС-1 производства
различных НПЗ (табл. 6.4, 6.5 и рис. 6.4 и 6.5) [114].
Из табл. 6.4 следует, что все топлива отвечали требованиям
ГОСТа. На каждом выделенном сорте топлива эксплуатировали
однотипную технику. Насосы НР-14 имели плунжеры из сталей
ХВГ и Х12М, остальные типы насосов имели плунжеры только из
стали Х12М (см. рис. 6.4).
0.9
h
II
0,5
12 3 4 5 6
Номера толлид
6 t'80
60
100 §
8 9
Рие. ЬА. Изменение противоизноеных свойств
топлнв типа Т-1 и ТС-1:
по данным лабораторных исследований:
О—метод ВПИИНП насос НР-21 (ХВГ);
П—метод КИИГА; тто данным
эксплуатации- Л—насос НР-22 (Х12М); Л—насос
НР-21 (Х12М); +—насос НР-14 (Х12М)
(номера топлив по табл 6.4)
Рие. 6.5. Средний износ сфер
плунжеров насосов, приведенный к 250 ч
непрерывной работы:
насосы. /—НР-14 (ХВГ); 2— НР-14
(Х12М); топлива а—ТС-1 (образец
№ 4); б—ТС-1 (образец № 5); в—
ТС-1 (образец № 6); г—ТС-1
(образец № 9)
167

Таблица 6.5
Результаты исследований противоизносных свойств тошгав Т-1 и ТС-1 [114]
топлива
Марка
Т 1
1-1
ТС-1
№ образца |
топлива
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Тип насоса
(материал
плунжеров)
НР-14 (Х12М)
НР-22 (Х12М)
НР-21 (Х12М)
|НР-14 (Х12М)
НР-22 (Х12М)
НР-21 (Х12М)
НР-14 (ХВГ)
НР-14 (Х12М)
НР-14 (ХВГ)
НР-14 (Х12М)
НР-22 (Х12М)
НР-54 (Х12Л1)
НР-14 (ХВГ)
НР-14 (Х12М)
НР-22 (Х12М)
НР-21 (Х12М)
НР-14 (ХВГ)
НР-14 (ХВГ)
НР-14 (Х12М)
!§
О X
и з
О) Й
S *
^ §
1
4
4
2
2
2
1
1
12
3
3
3
2
2
4
4
7
9
1
Наработка
насосов,
ч
149
115-245
115—245
194-239
143-246
143-246
120
246
109—200
244—248
182-194
182—194
142-149
249
140—250
140—250
197-245
153-248
248
Износ сфер
плунжеров,
мм
0,00
0,05—0,11
0,02—0,11
0,01-0,03
0,05-0,62
0,05—0,07
0,05
0,05
0,28-0,60
0,04—0,05
0,07—0,08
0,04-0,05
0,02—0,27
0,00—0,01
0,13—0,23
0,00-0,05
0,14—0,50
0,27-0,50
0,05
Средний

приведенный (к
250 ч)
износ сфер
плунжеров,
мм
0,000
0,092
0,068
0,023
0,062
0,030
0,107
0,050
0,600
0,047
0,088
0,055
0,244
0,006
0,194
0,040
0,400
0,379
0,050
Оценки
квалификационными методами
ВНИИНП
(в мм)
0,09
—
—
0,19
—
—
—
0,39
—
—
0,49
—
—
0,46
—
0,6
0,68
—
КНИГА
(в %)
180
167,5
—
150
—
—
135
—
96
—
—
90,5
—
—
79,8
—
79,1
78,5
—
Данные по методу ВНИИНП приведены для топлив, (Подвергнутых щелочной
очистке.
В табл. 6.5 представлены фактические и средние приведенные
величины износов сфер плунжеров насосов при эксплуатации, а
также результаты испытаний топлив, проведенных по методам
ВНИИНП и КИИГА. Так как исследованные насосы имели при
эксплуатации наработку от 109 до 250 ч, то для получения
сопоставимых данных фактические износы были приведены к 250 ч. При
этом было сделано допущение, что величина износа сфер плунжера
также пропорциональна наработке, что справедливо для средних
величин износа сфер плунжеров данного типа насосов, работавших
на смесях топлив ТС-1 и Т-1. Как видно из табл. 6.5, исследованные
топлива различаются по их противоизносным свойствам. Лучшими
168

■■Рис $.&. Характер изнашивание
деталей центребежнег©
регулятора наеоеа, влияющий на у меньше-
ии® макеимальн@й частоты!
вращения р@т@ра двигателя в
эксплуатации;
а—выработка сферических гне^д
под иглы в центробежных
грузиках; б—изнашивание сфер игл
передачи усилий от грузиков к
золотнику центробежного дат
чика
являются топлива типа
Т-1. Но и топлива типа
ТС-1 имеют различные
противоизносные
свойства, что особенно
проявляется при работе
насосов с плунжерами из
стали ХВГ.
Так, топлива ТС-1 № 5, 8 и 9 в насосах-регуляторах НР-14
дают средний приведенный износ плунжеров из стали ХВГ 0,38—
0,6 мм, в то время как при работе на топливах ТС-1 № 4 и 6 этот
износ равен 0,107—0,24 мм. На топливе ТС-1 № 5 отмечались
случаи частых подрегулировок максимальной частоты вращения
ротора двигателя из-за ее уменьшения вследствие повышенных износов
деталей центробежного регулятора-насоса НР-4 (рис. 6.6).
Данные топлива ТС-1 № 5 могут отклоняться от общей закономерности, так
как оно проверялось в летном учебном подразделении, где в процессе
эксплуатации преимущественно используются взлетные режимы и полеты на низких
высотах, дающие максимальную нагрузку на качающий узел насоса-регулятора.
На плунжерах из стали Х12М, более износостойкой, чем стали
ХВГ, такого различия в насосах НР-14 не наблюдается; не
отмечались и случаи частых подрегулировок максимальной частоты
вращения ротора. Средний приведенный износ сфер плунжеров
насосов НР-14 для исследованных топлив Т-1 и ТС-1 изменяется в
пределах от 0,00 до 0,05 мм. Такая закономерность характерна также
и для насосов НР-21, НР-54, НР-22, имеющих плунжеры из стали
Х12М.
Определение противоизносных свойств исследованных топлив
проводили параллельно по квалификационным лабораторным
методам ВНИИНП и КНИГА. Проверка топлив ТС-1 и Т-1 по обоим
методам также показывает качественное различие их
противоизносных свойств.
Наиболее достоверные результаты и хорошо сопоставимые с
данными эксплуатации показывает метод ВНИИНП, где используются
реальные насосы-регуляторы. Метод КНИГА очень удобный и
простой, но дает более четкие результаты лишь при проверке топлив с
хорошими противоизносными свойствами.
Это объясняется тем, что оценка свойств топлива дается по
величине пятна износа на поверхности сферы, вначале растущего
быстро, а затем существенно медленнее. В связи с этим шкала оцен-
169

ки противоизносных свойств топлива сужается и отсчет по ней
затрудняется.
Подобные исследования роли топлива как смазывающей среды в
обеспечении работоспособности авиационных насосов-регуляторов проводились
английскими специалистами [210]. После того как в эксплуатацию английской
авиационной техники стало поступать реактивное топливо без добавки 1 % смазочного
масла, участились случаи повреждения деталей насосов-регуляторов. Сначала
при стендовых испытаниях, а затем в летной эксплуатации наблюдались отказы
в работе автоматической топливоподающей системы из-за повреждений
подшипников в насосах, повышенных износов гнезд под плунжеры, заедания и
растрескивания подпятников и плунжеров. В связи с тем что число отказов топливной
аппаратуры превысило допустимую норму (в США оно составляет 0,6 на 1000 ч
налета), ресурс насосов между капитальным ремонтом снизился для отдельных
типов двигателей с 4500 до 50 ч [210].
Нарушение нормальной работы топливной аппаратуры по причине
повышенных износов некоторых ее деталей наблюдалось как на топливе «Азтаг»
широкого фракционного состава, так и топливе «Автур», имеющем значительно
лучшие смазочные свойства.
Работы по изучению проблемы противоизносных свойств реактивных топлив
в Англии повторяют ранее выполненные исследования в нашей стране, но
рекомендации по повышению надежности автоматической топливной аппаратуры в
Англии даются комплексные, включающие как пути улучшения противоизносных
свойств топлив, так и направления изменения конструкции нагруженных узлов
топливных насосов и применение более износостойких материалов и
антифрикционных покрытий.
Низкотемпературные свойства топлив. При охлаждении
реактивных топлив часто нарушается работа топливоподающей
системы самолетов и двигателей. Это связано в первую очередь с
обледенением фильтров, ухудшающим запуск двигателя и снижающим
качество распыла топлива форсунками из-за повышенной
вязкости. Поэтому в существующих стандартах регламентируется ряд
показателей, определяющих низкотемпературные свойства топлив:
(кинематическая вязкость при температуре —40° С в пределах 6—-
60 сСт, температура начала кристаллизации не ниже —60° С (для
зарубежных топлив —40-1 60° С), ограничивается содержание
ароматических углеводородов с высокой температурой плавления,
указываются предельные значения температур начала перегонки.
Особенно ухудшает низкотемпературные свойства реактивных
топлив присутствие в них воды в свободном состоянии в виде
Эхмульсии и в растворенном состоянии. Поэтому для
предотвращения обводнения топлива применяют комплекс следующих мер:
предельно ограничивают контакт топлива с воздухом
(герметичное хранение, слив и залив закрытой струей, хранение под
гидравлическим затвором, максимально допустимое заполнение емкости
только через топливный слой);
исключают скопление в емкостях и самолетных баках подтоп-
ливного слоя воды;
топливо заливают по закрытой системе через фильтр-сепаратор
или после продувки топлива азотом.
Кроме указанных мер широко применяются специальные
присадки. В нашей стране используются присадки этилцеллозольв
(жидкость «И»), тетрагидрофурфуриловый спирт (ТГФ) и смесь
тетрагидрофурфурилового спирта с компонентом М.
170

Обычно в топливо указанные присадки вводят от 0,1 до 0,3%
от массы. В таких концентрациях эти присадки связывают
примерно до 0,5% нерастворенной воды в топливе, удерживая ее в
растворенном состоянии до 0,008% и более.
К эксплуатационному недостатку этих присадок следует
отнести их высокую гигроскопичность [200].
В качестве мер, предотвращающих обмерзание фильтров,
используют также специальные системы их подогрева. Особенно
это распространено за рубежом. Для местного подогрева фильтров
и топлива применяют небольшие топливно-масляные или топливно-
воздушные (горячий воздух берется за компрессором двигателя)
радиаторы.
Термоокислительная стабильность. Развитие авиационной
техники последних лет характеризуется значительным увеличением
мощности реактивных двигателей и переходом к сверхзвуковым
скоростям полета 1[(2ч-3) М и выше]. При сверхзвуковом полете
вследствие аэродинамического нагрева конструкция самолета
приобретает очень высокую температуру. В условиях интенсивного
нагрева конструкций самолета топливо, находящееся в топливных
баках, будет также нагреваться. Кроме того в современных
мощных реактивных двигателях топливо может нагреваться на всем
протяжении топливоподающего тракта (в топливно-масляных
радиаторах, топливных насосах) и в механизмах, где оно является
рабочей средой.
Таким образом, в условиях эксплуатации реактивных
самолетов температура топлива, например перед топливо-регулирующей
аппаратурой, достигает 120—130° С, в механизмах управления
лентами перепуска воздуха —150° С, в механизмах управления
створками реактивного сопла —180° С. Большому нагреву подвергается
топливо в топливных коллекторах и форсунках, которые
обдуваются горячими газами с температурой, достигающей 600—800? С в
форсажных камерах.
Опыт последних лет показывает, что при нагреве топлив в
топливных системах реактивных самолетов выше 100° С термически
неустойчивыми становятся прямогонные топлива Т-2, ТС-1 и Т-1, в
которых образуются нерастворимые осадки, вызывающие
образование отложений на деталях топливных агрегатов и приводящие к
засорению топливных фильтров и форсунок.
Большое количество отложений образуется в
топливно-масляных радиаторах. Они вызывают нарушение условий теплопередачи,
что приводит к перегреву масла и быстрой его порче. Кроме того
образующиеся на внутренней поверхности охлаждающих трубок
отложения частично смываются быстродвижущимся потоком
топлива и способствуют засорению топливных фильтров.
Количество и состав термических осадков по лабораторным
данным при нагреве топлив Т-1 и ТС-1 приведен в табл. 6.6.
Термоокислительная стабильность топлив определяется их
химическим составом и зависит от эксплуатационных условий, в
которых они применяются. К эксплуатационным условиям, изменяю-
171

Таблица 6.6
Количество и состав осадков, образующихся
в реактивных топливах при нагреве до 150° С [52]
Характеристика осадков
Количество, г/т
Зольность, %
Элементный состав, %:
С
Н
S
N
О (по разности)
Fe
Si
Си
Са
Na
А1
ТС-1
84,7
24,4
50,0
4,9
6,0
1,7
22,2
0,7
0,97
11,2
0,37
0,04
0,7
Топлива
Т-1
144,9
12,3
49,0
4,6
5,0
1,6
32,1
0,4
1,2
3,41
0,5
0,4
0,5
щим термоокислительную стабильность топлив, следует отнести
температуру и продолжительность нагрева, концентрацию
кислорода в окружающей среде, каталитическую активность
контактирующих с топливом металлов.
С повышением температуры скорость образования осадков
увеличивается и время их формирования уменьшается. Легкоки-пя-
щие топлива более термостабильны, чем высококипящие, так как у
первых в процессе окисления, по-видимому, снижается диффузия
кислорода из газового пространства топливного бака в жидкую
фазу [34]. Медь и медные сплавы увеличивают осадкообразующую
способность топлива при нагреве, причем, чем больше поверхность
контакта топлива с металлом, тем больше образуется осадков.
Термоокислительная стабильность топлив как
эксплуатационное свойство улучшается технологическими способами
производства топлив и введением в них присадок.
Коррозионные свойства топлив в жидкой фазе» Различают два
основных вида коррозии деталей топливоподающей аппаратуры:
химической и электрохимической [70].
Процесс химической коррозии протекает при непосредственном
химическом взаимодействии коррозионно-активных веществ,
содержащихся в топливе, с цветными металлами или сплавами, из
которых изготовлены детали агрегатов топливной системы. Наиболее
172

часто в условиях эксплуатации химической коррозии подвергаются
детали топливных агрегатов, изготовленные из сплавов меди, или
детали, имеющие кадмиевые покрытия.
Большое влияние на процессы химической коррозии оказывает
нагрев топлива. С повышением температуры топлива химическая
коррозия некоторых цветных металлов и сплавов увеличивается в
большинстве реактивных топлив. Интенсивность химической
коррозии деталей топливной аппаратуры во многом зависит также от
продолжительности их контакта с реактивным топливом.
Среди реактивных топлив наибольшей коррозионной
агрессивностью обладают топлива ТС-1 и Т-2, полученные из сернистых неф-
тей. Их высокая коррозионная агрессивность обусловлена
присутствующими в них сернистыми соединениями. Среди сернистых
соединений наибольшей коррозионной агрессивностью обладают
сероводород, элементарная сера и меркаптаны. Присутствие
сероводорода в реактивных то-пливах не допускается, и из топлив он
полностью удаляется в процессе нефтепереработки. Удаление же
элементарной серы и меркаптанов представляет значительные
трудности и поэтому они в небольших количествах остаются в
реактивных топливах.
Элементарная сера вызывает интенсивную коррозию роторов
топливных насосов, изготовленных из бронзы, и не оказывает
влияния на детали топливной аппаратуры, имеющие кадмиевые или
цинковые покрытия. Коррозионный процесс сопровождается
вначале разъеданием поверхности бронзы, затем на ней образуются
значительные коррозионные отложения черного цвета, которые в
последующем откалываются от поверхности и скапливаются в топливе
в виде черных нерастворимых осадков. Результаты изучения
состава продуктов коррозии бронз в присутствии элементарной серы
показывают, что они представляют собой сульфид меди.
Следовательно, коррозия бронзы в топливах под влиянием элементарной
серы носит химический характер.
Серьезные затруднения в эксплуатации реактивных двигателей
возникают при использовании топлив, обладающих повышенной
коррозионной агрессивностью вследствие присутствия в них меркап-
тановой серы. С увеличением содержания меркаптанов коррозия
бронзы и меди увеличивается, причем бронза типа ВБ-24
корродирует более интенсивно, чем медь. Обращает на себя внимание тот
факт, что коррозия бронзы и меди с увеличением
продолжительности их контакта с топливом в определенный момент прекращается.
Исследование показало, что к моменту прекращения коррозии в
топливе полностью расходуются содержащиеся в нем меркаптаны.
Содержащиеся в реактивных топливах меркаптаны обладают
различной коррозионной агрессивностью: низкокипящие
меркаптаны более агрессивны, чем высококипящие.
Коррозионная агрессивность меркаптанов реактивных топлив
зависит не только от их температуры кипения, но и от их
химического строения. Наибольшей коррозионной агрессивностью
обладают меркаптаны алифатического строения, наименьшей — аромати-
173

ческие меркаптаны. В топливах типа ТС-1 прямой перегонки,
полученных из сернистых нефтей, присутствуют коррозионно-активные
меркаптаны алифатического строения.
Коррозия деталей топливной аппаратуры, изготовленных из
сплавов меди, под влиянием меркаптанов сопровождается вначале
разъеданием поверхности, затем образованием на ней темных
отложений, часть которых смывается топливом и способствует
накоплению в нем осадков коррозионного происхождения, засоряющих
топливные фильтры. Определение состава отложений с
внутренних поверхностей топливно-масляного радиатора и с топливных
фильтров показал, что в составе отложений содержится до 13—
45% меди и до 6—10% серы, что указывает на активное участие
продуктов коррозии меди в формировании отложений.
Это явление особенно заметно выражено при работе на топливе
ТС-1, отличающемся с повышенным содержанием меркаптановой
серы алифатического строения.
Низколегированные стали, такие как С-15, С-20 и С-40, в
обводненном топливе Т-1 подвергаются электрохимической коррозии
значительно быстрее, чем легированные стали. В обезвоженном
топливе Т-1 эти стали устойчивы в течение нескольких сотен суток.
Электрохимической коррозии в этом топливе подвергается также
бронза ВБ-23НЦ.
Коррозия стальных деталей топливных агрегатов наблюдается
в виде отдельных пятен ржавчины, местных потемнений и
незначительных по глубине очагов. Устойчивость стальных деталей
топливных агрегатов к коррозии в присутствии воды в первую очередь
определяется прочностью и устойчивостью защитной окисной
пленки. Если защитная пленка по каким-либо причинам в процессе
работы детали нарушается, то даже наиболее инертные стали в
присутствии воды в большей пли меньшей степени подвергаются
коррозии. Появление мелких точечных коррозионных поражений
служит признаком нарушения защитной пленки. В дальнейшем
коррозия может распространяться. Процесс коррозии сталей
сопровождается образованием взвешенных в топливе мелкодисперсных
коричневых хлопьев, состоящих из гидроокиси железа. Эти хлопья,
оседая, могут забить фильтры или другие топливные агрегаты, а
также заклинить плунжерные пары топливных насосов, попав в
зазор между плунжером и гильзой.
Значительной коррозии в реактивных топливах, содержащих
эмульгированную воду, подвергаются слои кадмиевого покрытия
деталей топливных агрегатов двигателей. Эта коррозия,
сопровождающаяся разрушением кадмиевых покрытий, часто наблюдается
в условиях эксплуатации в приморских районах с высокой
влажностью окружающего воздуха, но только на топливах с
повышенным содержанием меркаптановой серы. Разрушение слоя
кадмиевого покрытия пружин, например, сопровождается вначале
образованием студенистых отложений, а после разрушения слоя
кадмия — образованием глубоких коррозионных очагов на оголенной
поверхности стали.
174

Студенистые отложения могут забить проходные отверстия
топливной аппаратуры, фильтры и, следовательно, нарушить
нормальную работу всей топливной системы.
Коррозию кадмия в присутствии воды с образованием
студенистых отложений вызывают только алифатические меркаптаны,
содержащиеся в топливах ТС-1 и Т-2, полученных прямой перегонкой.
Ммкрозагрязнения. Наличие микрочастиц в топливе нельзя
отнести к чисто эксплуатационным свойствахМ топлива. Можно лишь
упоминать о способности топлива в той или иной мере удерживать
микрочастицы во взвешенном состоянии. Установлено, что при
прочих равных условиях твердые частицы загрязнений размером
5 мкм в бензине оседают в течение 40 мин, в реактивном топливе
типа Jp-4 — за 3 ч, а в топливе типа Jp-1—-за 6 ч [195]. Эта
способность характеризуется в основном вязкостными свойствами топ-
лив. Тем не менее общепринято считать чистоту топлива
свойством, как бы присущим ему. Современные требования к чистоте
топлива весьма жесткие. Они вызваны тем, что микрозагрязнения
не только сами по себе снижают надежность и долговечность топ-
ливоподающей аппаратуры, но и способствуют ускорению других
процессов, протекающих в реактивном топливе, отрицательно
влияющих на его качество (термоокислительная стабильность,
обводнение и др.).
Загрязнение микрочастицами происходит при транспортировке,
на аэродромных складах горючего. Для получения высокой
чистоты топлива перед заправкой его в самолетные баки разработана и
применяется весьма совершенная система фильтрации. Вместе с
тем исследованиями установлено, что в баках самолета
обнаруживается значительное количество микрочастиц размером до 40 мкм
и более.
Это свидетельствует о том, что в процессе эксплуатации
топливо в баках самолетов дополнительно и довольно существенно
загрязняется через дренажную систему. С воздухом в дренажную
систему поступает большое количество микрочастиц почвенной пыли,
содержание которой в воздухе может быть довольно значительным.
Так, если в сельских районах оно составляет 0,025 г/м3, то в промышленных
районах — 0,25 г/м3, а в районе пустынь доходит до 70 г/м3.
Повышенному загрязнению топлива через дренаж
способствуют увеличенные размеры площадей его трубопроводов, что
вызывается необходимостью предотвратить смятие топливных баков
при резком снижении самолета. Естественно, в условиях взлета,
посадки и полетов на малых высотах дренажные трубопроводы
увеличенного сечения способствуют большему загрязнению
топлива микрочастицами.
Содержание механических примесей в топливе для обеспечения
надежной эксплуатации самолетов должно регламентироваться и
не превышать 1,2 г/т при размере частиц 1—2 мкм [153].
175

Соприкосновение резиновых деталей с топливом резко
сокращает их работоспособность: они набухают, ускоряется их износ и
старение. Набухание разных марок резины — 3825, 4004, ИРП-
1078, 9831 — возрастает по мере увеличения содержания в
топливе ароматических углеводородов. Износ резиновых деталей,
работающих по стали 45, также зависит от физико-химических свойств
реактивных топлив и является минимальным в топливе Т-1,
максимальным — в топливе Т-7.
Старение резин всех марок ускоряется с ростом интенсивности
развития окислительных процессов в топливе. Считается, что
основной причиной разрушительного влияния окислительных
процессов в топливе на резины являются гидроперекиси, первичные
продукты окисления. В качестве стабилизирующих веществ
против ускоренного старения резин могут служить некоторые
естественные вещества в топливе или специальные присадки [195].
ЬЛ. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПОВЫШЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ
АВТОМАТИЧЕСКОЙ ТОПЛИВОПОДАЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ
Увеличение надежности и долговечности топливоподающей
аппаратуры реактивных двигателей возможно путем:
повышения качества топлив и совершенствования способов
сохранения этого качества при транспортировке топлива, его
хранении и перекачках;
улучшения конструкции и технологии изготовления деталей и
узлов топливных агрегатов, повышающего их работоспособность
на массовых сортах топлив;
совершенствования методов технического обслуживания
авиационной техники в эксплуатации.
Многочисленные исследования показали, что наиболее
эффективным способом повышения качества дистиллятных топлив из
нефтей (повышение термоокислительной стабильности и противоиз-
носных свойств, снижение коррозионной агрессивности в жидкой
фазе) является введение в них моно- или полифункциональных
присадок.
Повышение химмотологической надежности топлив
конструктивными и технологическими мерами имеет в виду снижение
нагрева топлива в баках, магистралях и агрегатах топливоподающей
системы, использование защитных покрытий, применение коррози-
онно- и износостойких материалов, снижение давлений и скоростей
топлива, повышение эффективности защиты топлив от
микрозагрязнений, расширение диапазона допустимых значений показателей
качества топлива, что позволило бы существенно унифицировать
номенклатуру товарных сортов реактивных топлив, увеличить их
ресурсы и расширить сырьевую базу.
176

Совершенствование методов технического обслуживания
авиационной техники в эксплуатации предполагает сокращение объема
и длительности регламентных работ, удлинение периодов между
ними при сохранении эксплуатационной надежности, обеспечение
высокой чистоты топлива и улучшение защиты его от
микрозагрязнений и обводнения на всех этапах его применения.

ГЛАВА VII
двигателей
Топливная форсунка является одним из тех узлов топливопода-
ющей системы двигателей, на надежность работы которых особен»
но влияют нагароо'бразующие и термоокислительные свойства
топлива, его чистота, испаряемость, вязкость, с одной стороны, и
способность конструкции накапливать нагароотложения — с другой.
Так, на некоторых двигателях приходится через определенный
период эксплуатации снимать форсунки, очищать от нагара и
проверять их гидравлические характеристики.
Конструктивными факторами, способствующими нагарообразо-
ванию в форсунках, являются их негерметичность, что нарушает
процессы смешения и горения топлива и приводит к неполному
сгоранию. При хорошем распыливании увеличивается поверхность
соприкосновения топлива с воздухом, что облегчает воспламенение
топливо-воздушной смеси и ее полное сгорание. При чрезвычайно
тонком распыливании увеличивается полнота сгорания, однако
снижается устойчивость горения. Это значит, что диаметр капель
не должен превышать 70—100 мкм, минимальный перепад
давлений в форсунках должен составлять 0,4—0,6 МПа, а
максимальный — не превышать 8—9 МПа. Неравномерность
распределения топлива по форсункам коллекторами ГТД на
максимальных режимах не должна превышать 2—3%, а на режимах
малых расходов — 10—20%.
7.1. ВЛИЯНИЕ ИСПАРЯЕМОСТИ И ВЯЗКОСТИ ТОПЛИВА
Запуск современных реактивных двигателей зависит от
характеристик воздушного потока, поступающего в камеры сгорания, от
температуры и испаряемости реактивных топлив [22]. С повышением
температуры и скорости входящего в камеру воздуха, как
показано ниже, испарение топлива увеличивается, что способствует
облегчению запуска двигателя, особенно в условиях низких
температур окружающей среды:
Температура воздуха, °С . . . . 20 60 100 140 180 200
Давление насыщенных паров топлива, гПа 13 87 187 321 750 936
Испарение топлива, % 5 30 68 79 89 100
Скорость воздуха, м/с . . . . . 30 45 60 80
Испарение топлива, % ..... 52 56 64 70
178

Влияние температуры воздуха на испаряемость топлива определялось при
скорости воздуха 60 м/с и коэффициенте избытка воздуха «а=1; влияние
скорости воздуха — при температуре 100° С и а*=1.
Исследования пусковых свойств современных реактивных топ-
лив показали, что чем легче фракционный состав топлива и выше
давление его насыщенных паров, тем лучше пусковые свойства
реактивных топлив [151]:
Топливо
Т-2
ТС-1
Т-1
Топливо типа газойля
Пределы
выкипания,
°С
78—237
140—232
148-278
185—355
Вязкость
при Z(J L.,
10—6 м2/с
1,09
1,25
1,84
4,47
Давление
насыщенных
паров, гПа
133
66
40
—
Оптимальное
значение ос, при
котором происходит
воспламенение
топлива
4,7
4,0
2,8
Топлива с хорошими пусковыми свойствами обеспечивают
запуск реактивных двигателей на более бедных смесях, чем топлива
с низкой испаряемостью. Так, топливо Т-2 обеспечивает запуск
двигателя при оптимальном значении а = 5,8, в то время как
топливо типа газойля — при а = 2,8.
Часто пусковые свойства топлив оценивают по температуре
выкипания 10%. Из приведенных на рис. 7.1 данных видно, что
снижение температуры выкипания 10% топлива приводит к
уменьшению необходимого давления топлива и воздуха, что способствует
облегчению запуска двигателя.
Действительно, на топливе типа бензина с температурой выкипания 10%,
равной 70° С, двигатель легко запускается при температуре окружающего
воздуха —55°. На топливе с температурой выкипания 10% 150—190°С запуск
двигателя осложняется уже при температуре —40° С. Если температура выкипания
10% топлива не превышает 205° С, запуск двигателя возможен при комнатной
температуре. В этих же условиях на топливе с температурой выкипания 10%
240° С и выше запустить двигатель не удалось.
Большое значение при эксплуатации реактивных двигателей
имеет возможность повторного запуска двигателя в условиях
полета, если он по каким-либо причинам заглох. Данные по запуску
полноразмерного реактивного двигателя на топливах Т-2 и Т-1 на
различных высотах приведены на рис. 7.2 [151], откуда видно, что
при температуре воздуха на входе в камеру сгорания 35° С запуск
Двигателя на топливе Т-2 возможен при больших скоростях
воздуха на данной высоте и возможен на больших высотах при заданной
скорости воздуха на входе в камеру сгорания, чем на топливе Т-1.
Важное значение приобретает испаряемость топлив при
запуске двигателей в зимний период, определяя приемистость
двигателей и выход их на режим малого газа, так как отбор тепла на
испарение снижает температуру рабочей смеси, в результате чего
179

ио
со 220
^200
^ но
| до
| ш
1 80
О 0,1 1,4 2,1 2,8 3,5 4,2 4,9
Давление подачи топлива,10~2кПа
Рис. 7.1. Влияние температуры выкипания
10% топлива на запуск двигателя
(расход воздуха 0,2 кг/с, температура
воздуха минус 30° С):
воспламенение: 1—слабым током; 2—
сильным током
/
/
/
с
i
/у
У
г
о/
7
/
/
А
—
—
60
50
40
'30
20
6 7 8 9Ш
Высота полета, км
Рис. 7.2. Пусковые характеристики
топлив Т-1 и Т-2, снятые на полноразмерной
камере сгорания при температуре воздуха
на входе в нее 35° С
ухудшается испарение топлива в камере сгорания. Между темпе-
ратурой рабочей смеси и скрытой теплотой испарения реактивного
топлива существует следующая зависимость: чем выше скрытая
теплота испарения, тем ниже падает температура рабочей смеси и
тем в меньшем количестве испаряется топливо.
Оценка испаряемости реактивных топлив обычно производится
;по величине давления насыщенных паров, фракционному составу и
скрытой теплоте испарения. Определение давления насыщенных
паров реактивных топлив производится по методу ГОСТ 6668—53
или арбитражным методом по ГОСТ 1756—52. Фракционный
состав реактивных топлив определяется разгонкой по ГОСТ 2177—66,
Давление насыщенных паров широкофракционных реактивных
топлив по ГОСТ 6668—53 определяется при температуре 38,8° С.
Между тем для топлив реактивных сверхзвуковых самолетов
необходимо определять давление насыщенных паров при более высоких
температурах. Для этих целей разработан лабораторный прибор
[146], основным узлом которого является устройство типа
пьезометра.
Результаты определения с помощью этого прибора давления насыщенных
паров топлив Т-1, ТС-1 и Т-5 при температурах от 20 до 180 и 370° С показаны
в табл. 7.1, из которой видно, что при температурах выше 100° С давление
насыщенных паров топлив Т-1 и ТС-1 превышает 177 гПа.
Прибор позволяет определять давление насыщенных паров
топлив максимально до 0,2 МПа. Для определения давления
насыщенных паров реактивных топлив при повышенных температурах,
когда давление превышает 0,2 МПа, разработан мембранный прибор
[147], в котором испытуемое топливо заливается в стеклянную
ампулу в среде, насыщенной парами того же топлива. Это предотв-
180

Таблица 7.1
Изменение давления насыщенных
паров топлив ТС-1, Т-1 и Т-5 при
повышенных температурах
|°"
20
38
60
80
100
120
140
160
180
200
250
280
309
341
370
Давление i
Т-5
2,7
8,0
21,3
46,7
86,7
161,2
284,0
473,0
—
—
—
—
—
1асыщенных
Т-1
9,2
12,7
48,2
94,8
177,0
319,0
—
865,0
1344,0
1970,0
4020,0
6140,0
8650,0
12300,0
16880,0
паров, гПа
ТС-1
18,7
50,0
106,4
209,2
383,0
654,0
1064,0
1645,0
—
—
—
—
—
—
Таблица 7.2
Влияние дегазации реактивного
топлива Т-2 на давление его насыщенных
паров
Исходный образец

Температура, °С
16,8
39,5
70
100,5
130
160
190
220
250
280
310
350
370.
Давление

насыщенных паров
гПа
63
144
364
797
1465
2560
4150
7100
10280
13770
18750
26220
29400
Дегазированный
образец
Темпера-
хура, °С
14
38
69,5
99,5
130
160
190
220
250
280,5
310
350
370
Давление

насыщенных паров,
гПа
17
85
280
642
1260
2290
3740
5900
8800
12350
17050
24500
28700
ращает возможность испарения легкокипящих фракций топлива и
повышает точность результатов.
При определении давления насыщенных паров реактивных
топлив важное значение имеет степень их насыщения воздухом. Как
видно из табл. 7.2, у топлива Т-2, содержащего растворенный
воздух, давление насыщенных паров выше, чем у того же топлива,
подвергнутого дегазации. Эта разница особенно заметна при
температурах до 100—130° С. Мембранный прибор позволяет определять
давление насыщенных паров обычных и дегазированных образцов
реактивных топлив в интервале температур от 20 до 400° С [147].
Для характеристики испаряемости топлив Н. А. Рагозин
предложил пользоваться коэффициентом выкипания топлив, который
представляет собой сотую долю суммы температур выкипания 10,
50 и 90% топлива [110]. Коэффициент выкипания топлив может
колебаться в зависимости от фракционного состава от 2,8 до 8,2.
Между испаряемостью реактивных топлив и их коэффициентом
выкипания существует зависимость, представленная ниже:
Коэффициент выкипания . . . . . 2,8 4,0 4,7 6,0 8,0
Испаряемость, о/о . . . . . . 100 74 60 27 4,0
181

700
§ 600
i
I wo
I 300
Co
** 100
0,10 0,1k 0,18 0,11 0,16 0,30
Диаметр капепь,мм
Рис. 7.3. Влияние вязкости на ве-
\
\2
Л
vjj
[\
V
—1
\
1500
!^ шо
| 1100
^ 1000
1 800
* 600
I kOO
| 200
1У
3/
/
г
1
ч
I
/ .
/
1 1
Вязкость, сСт
личину капель при распыливании
топлив:
вязкость в сСт: /—11; 2—57,6;
5—80; 4—109
Рис. 7.4. Влияние вязкости на
увеличение давления, обеспечивающего
нормальный распыл реактивных
топлив (за 100% принято давление,
необходимое для распыла топлива типа
бензина):
/—типа бензина;
2—широкофракционных; 3—типа керосина; 4—типа
газойля
Из приведенных данных видно, что по мере уменьшения
коэффициента выкипания улучшается испаряемость реактивных топлив.
Увеличение вязкости реактивных топлив при отрицательных
температурах заметно ухудшает работу топливных форсунок.
Снижается степень распыливания топлива, увеличивается размер капель
(рис. 7.3), что осложняет условия испарения топлива и снижает его
полноту сгорания. Для обеспечения нормального распыла
высоковязких топлив приходится увеличивать давление топлива перед
форсункой, как это показано на рис. 7.4.
После запуска двигателя топливные форсунки быстро
прогреваются потоками воздуха из компрессора и тепла от работающей
камеры сгорания. Поэтому топливо, ранее охлажденное в баке
самолета, при движении по каналам форсунок будет также
нагреваться, снижая свою первоначальную вязкость.
Поскольку кривая зависимости вязкости реактивных топлив от
их температуры в области низких температур протекает весьма
круто, то даже незначительное повышение температуры вызывает
существенное уменьшение вязкости топлива. Это является очень
важным фактором, который позволяет в некоторой степени
снижать требование двигателя к топливу по данному показателю.
При испытаниях форсунок обычно оценивается их
производительность, величина конуса распыливания и неравномерность
распыливания по секторам. Однако при испытании различных топлив
этого недостаточно. Необходимо знать тонкость распыливания
топлива, поскольку этот показатель оказывает решающее влияние на
процесс воспламенения и горения реактивных топлив в камерах
сгорания двигателей. Для оценки тонкости распыливания реактивных
182

1
12 60 8h 132
диаметр каппи, мкм
п
12 60 108 15S
Диаметр каппи, мкм
д
Рис. 7.5. Тонкость распыла топлива на форсуночном стенде:
«—типа Т-5; б—типа Т-1; давление в камере сгорания в кПа- /—25; 2—50; 3—
75; 4—103; 5—150; 6—200, 7—300
топлив создан ряд форсуночных стендов и разработаны методы
оценки. Наиболее достоверные результаты получаются при
испытании топлив на натурных форсунках микрофотографированием
факела распыленного топлива.
На рис. 7.5 приведены результаты определения тонкости распы-
ливания топлив типа Т-1 и Т-5 двухступенчатой форсункой
реактивного двигателя, откуда видно, что при одинаковых давлениях в
камере распыл топлива типа Т-1 значительно тоньше, чем топлива
типа Т-5, что связано с большей вязкостью последнего.
На большинстве форсуночных стендов испытания проводят при
окружающей температуре. Однако, как указывалось, для
современной реактивной авиации необходимо проводить испытания при
повышенных температурах.
При высокотемпературных испытаниях реактивных топлив на
форсунках было обнаружено образование на деталях,
соприкасающихся с топливом, темного смолистого налета. Этот налет при
больших расходах топлива не оказывал влияние на гидравлические
характеристики форсунок, однако при малых расходах топлива
отмечалось их некоторое изменение. При длительной работе форсунки
на горячем топливе смолистые отложения растут и оказывают все
более заметное влияние на ее гидравлические характеристики.
Для оценки пусковых характеристик реактивных топлив важно
определение не только качества их распыла, но и их склонности к
воспламенению в условиях запуска. Пусковые свойства реактивных
топлив изучались на специальном форсуночном микростенде [149] и
оценивались по минимальному давлению топлива перед форсункой,
183

при котором происходит его воспламенение от электрической искры.
Чем ниже это давление, тем лучше пусковые свойства топлива.
Определение воспламеняемости топлив различного
фракционного и химического состава показало, что углеводородный состав не
оказывает заметного влияния на воспламеняемость распыленного
реактивного топлива при его зажигании от искры. Таким образом,
пусковые свойства реактивных топлив в основном зависят от
величины их испаряемости, которая определяется фракционным
составом.
Для облегчения запуска реактивных двигателей при
отрицательных температурах и топливах с низкой испаряемостью часто
применяются специальные пусковые топлива. Для этих целей обычно
используются неэтилированные авиационные бензины или их
смеси с основным топливом.
На самолете ТУ-104 в качестве пускового топлива используется бензин Б-70
с добавкой 1 % масла МК-8 или трансформаторного. Как показано ниже, в США
и Англии для запуска реактивных двигателей применяются такие же бензины с
добавкой 1% авиационного масла [57]:
Характеристика пускового топлива
Температура начала кипения, °С
10% выкипает при температуре, °С
50% »
90% »
98% »
Давление насыщенных паров, мм !рт. ст.
Б-70
(СССР)
47
69
100
141
163
360
DERA-2485
(Англия)
—
75
105
135
180
300—380
Mil-F-5572
(США)
—
75
108
135
180
300—380
7.2. ВЛИЯНИЕ НАГАРНОСТИ И ТЕРМОСТАБИЛЬНОСТИ
В последние годы при оценке топлив для ГТД особое внимание
уделяется нагарообразованию на топливных форсунках и
образованию отложений термооксидного характера в топливных
коллекторах. Топливные форсунки наиболее чувствительны к изменению
нагарообразующей способности реактивных топлив. Образование
нагаров на форсунках реактивных двигателей (табл. 7.3)
сопровождается увеличением неравномерности и повышением конуса
распыла топлива. Это наблюдается при работе форсунок как на рабочем,
так и на пусковых режимах. После удаления нагаров
гидравлические характеристики обычно восстанавливаются, если каналы
форсунок не засорены термооксидными осадками, продуктами износа
или микрозагрязнениями. Нагары отлагаются в первичных секциях
жаровых труб, на завихрителях и колпачках топливных форсунок и
на стабилизаторах форсажных камер сгорания. Оценка
способности реактивных топлив образовывать нагары на топливных
форсунках дается на основании опыта эксплуатации.
184

Таблица 7.3
Гидравлические характеристики рабочих форсунок с нагаром после
эксплуатации двигателей в летных условиях на топливах Т-1 и ТС-1
№ форсунки
Норма по ТУ
При давлении топлива в пусковом канале 1,0+0,01 МПа
(основной канал заглушён)
Расход,
л/ч
23—25

Неравномерность,
%
±15
Угол
распыла, °
70-80
Качество распыла по
сравнению с эталоном
Удовлетворительное
При давлении топлива в обоих каналах
3,0+0,03 МПа
Расход,
л/ч
597—613

Неравномерность,
%
±15
Угол
распыла, °
90—100
Качество распыла по
сравнению с эталоном
Удовлетвори гельное
5Н-817
5Н-811
5Н-692
5Н-702
5Н-737
5Н-150
Л-408
И-209
М-669
И-745
И-705
25
24,7
25
24,4
25
25
23,5
24,2
23,4
29,7
23,5
37
34
49
27
22
24
17
27
32
16
13
78
87
84
92
90
78
83
82
81
83
80
Топливо Т-1
Удовлетворительное
Струйяасть
Удовлетворительное
Струйносгь
Удовлетворительное
То же
Топливо ТС-1
Удовлетворительное
То же
601
606
598
603
598
611
615
618
615
610
612
14
12
12
14
16
10
13
15
10
11
14
92
100
96
91
96
96
94
94
96
96
107
Струйность
То же
Удовлетворительное
Струйность
То же
Струйность
Удовлетворительное

Образование нагаров в реактивных двигателях во многом
зависит от сорта применяемого топлива. По склонности образовывать
нагары на стенках жаровых труб реактивные топлива могут быть
расположены в такой последовательности: T-2-VTC-1-VT-1. Это
хорошо согласуется с оценкой нагарообразующей способности
реактивных топлив при испытании на малоразмерных камерах сгорания
и специальных приборах [151].
Несколько иная картина наблюдается при образовании нагаров
на топливных форсунках. В летных условиях часто замечалось, что
топливо Т-2 на форсунках вызывает большее нагароотложение, чем
топлива ТС-1 и Т-1. Как видно из табл. 7.4, среднее количество
нагара на одну форсунку за 50 ч работы на топливе Т-2 примерно в
два раза больше, чем на топливе ТС-1. Объясняется это тем, что
при одинаковых условиях впрыска распыл топлива Т-2 по
сравнению с топливом ТС-1 лучше. При работе двигателя на топливе Т-2
на торец форсунки воздушными завихрениями из топливного
факела заносится значительное количество жидкой фазы, в результате
чего увеличивается количество нагара.
Таблица 7.4
Количество нагара на топливных форсунках реактивных двигателей
Двигатель
№ 1
№ 1
№ 2
Самолет
Транспортный
То же
Скоростной
Транспортный
Скоростной
Транспортный
Среднее количество нагара (в мг)
на одну форсунку
Т-2 (25 ч)
102
106
119
91
100
97
Т-2 (50 ч)
189
193
100
92
107
ТС-1 (50 ч)
96
101
57
48
В связи с этим может возникнуть вопрос о влиянии температуры конца
кипения топлив на их нагарообразующую способность. Топливо Т-2 имеет
температуру конца кипения на 30° С выше, чем топливо ТС-1. Известно, что с ростом
температуры конца кипения реактивных топлив увеличивается их нагарообразую-
щая способность [172]. Однако это справедливо только в том случае, если
топлива имеют одинаковую испаряемость. Исследования показали, что для топлив,
имеющих разную испаряемость и разную температуру конца кипения, нагаро-
образование на жаровых трубах камер сгорания определяется главным образом
величиной их испаряемости.
Не менее важен также тот факт, что для транспортных
самолетов на топливных форсунках в течение 50 ч работы двигателя
количество нагара увеличивается приблизительно в два раза, в то
время как для скоростных самолетов с теми же двигателями нагар
на форсунках накапливается в течение первых 25 ч и затем его
количество практически мало изменяется. Это указывает на то, что
186

нагарообразование в реактивных двигателях на форсунках зависит
не только от конструктивных особенностей и сорта применяемого
топлива, но и от условий эксплуатации, причем, следует отметить,
что последний фактор в некоторых случаях является
определяющим. Так, в реактивных двигателях, установленных на скоростных
самолетах, образуется примерно одинаковое количество нагара
через 50 ч работы, но меньшее, чем при эксплуатации на
транспортных самолетах.
Характеристика нагаров, образующихся на форсунках
реактивных двигателей при работе на топливе Т-2 в летных условиях,
приведена в табл. 7.5, откуда видно, что основными компонентами
нагаров являются углерод (75—85%) и кислород (8—21%),
количество водорода невелико—1,8—5,8%, зольность нагаров низкая —
0,7—1,8%. Зола нагаров в основном состоит из окислов железа,
кремния, кальция, магния, алюминия, натрия и свинца [71].
В процессе работы двигателей состав нагаров на форсунках
практически не изменяется. Наблюдаются только заметные
изменения в составе нагара на двигателях, установленных на различных
типах самолетов. Так, на транспортных самолетах в нагаре
содержится на 6—10% меньше углерода и примерно в два раза больше
кислорода, чем на скоростных самолетах.
Это объясняется тем, что температурные условия работы
форсунок при эксплуатации двигателей на транспортных самолетах
могут быть более жесткими, чем на скоростных самолетах. Казалось
бы, такой вывод не согласуется с действительными условиями
работы двигателей на этих самолетах. Известно, что при
эксплуатации двигателей, установленных на скоростных самолетах,
применяются более повышенные режимы, чем на транспортных самолетах;
именно в этом и следует искать объяснения.
В случае прямоточной вихревой камеры сгорания максимальный
нагрев завихрителя и других деталей передней части жаровой
трубы имеет место не на самом повышенном режиме работы
двигателя, а близко к крейсерскому. Этим объясняется также разница в
составе нагаров с форсунок, эксплуатируемых на самолетах
разного типа, как при работе на топливе Т-2, так и на топливе ТС-1.
Характеристика нагаров, образовавшихся на форсунках
реактивных двигателей при их работе в течение 50 ч на топливе ТС-1,
приведена в табл. 7.6. При горении топлива ТС-1 на форсунках
образуется нагар, количество углерода в котором достигает 86—92%, а
кислорода — 4—10%. Сопоставляя данные по составу нагаров,
образовавшихся при работе на топливе Т-2 и ТС-1 для самолетов
одинакового типа (см. табл. 7.5 и 7.6), видно, что при работе на
топливе Т-2 в составе нагара содержится на 6—10% меньше углерода и
примерно в два раза больше кислорода, чем в нагарах,
образовавшихся при работе на топливе ТС-1.
Из полученных данных также видно, что состав нагаров на
форсунках двигателей существенно различен, что объясняется большей
испаряемостью Т-2, меньшей плотностью и меньшей вязкостью по
сравнению с топливом ТС-1. При работе на топливе Т-2 факел рас-
187

Таблица 7.5
Характеристика нагаров на топливных форсунках реактивных двигателей при их
работе на топливе Т-2
Показатель
Зольность нага-
оа %
Уа» /U
Элементный состав
нагаров, %:
С
Н
S
N
О
Элементный состав
золы нагаров, %:
Fe
Si
Са
Mg
Al
Na
Zn
Cu
Pb
Sn
Ni
Co
Ti
. Cr
Mn
Транспортные
№
25 ч
0,9
75,6
2,12
0,43
0,35
21,13
20,7
2,87
1,72
1,6
3,16
0,9
2,2
0,88
0,3
0,03
1,05
0,52
0,27
0,61
0,18
самолеты
с двигателями
1
50 ч
0,7
76,0
2,28
0,48
0,43
20,09
24,48
3,55
1,32
1,2
3,06
0,63
1,2
0,85
1,5
0,03
1,5
0,27
0,36
1,16
0,39
К
25 ч
1,1
78,60
2,00
0,22
0,43
17,75
40,60
19,44
4,9
1,4
8,73
2,32
3,16
1,3
0,08
1,4
0,23
0,3
1,2
0,51
0,51
> 2
50 ч
0,9
78,30
1,80
0,33
0,66
18,15
43,2
14,4
3,2
1,51
10,08
2,12
3,3
1,61
2,4
0,26
2,4
0,27
0,27
2,0
0,96
Скоростные самолеты
№
25 ч
0,5
83,55
2,87
0,22
0,77
10,28
30,51
13,56
1,09
0,7
2,26
2,66
2,88
0,6
0,16
0,07
0,4
0
0,03
0,6
0
1
50 ч
1,0
84,98
4,97
0,22
0,58
8,62
37,8
12,96
1,18
0,8
2,6
2,25
2,99
0,6
0,84
0,18
0,6
0
0,2
0,94
0,3
телями
№
25 ч
0,5
84,85
2,97
0,22
0,78
10,87
38,05
11,7
1,83
0,9
2,9
2,2
2,88
0,55
1,3
0,47
0,51
0
0,08
0,7
0,03
1
50 ч
0,7
85,12
5,85
0,21
0,60
8,30
37,4
12,0
1,12
0,64
2,94
2,7
2,7
0,6
1,35
0,06
0,54
0
0,07
0,94
0,03
с двига-
№
25 ч
J
1,0
84,75
3,07
0,32
0,68
10,77
30,0
23,2
2,35
1,7
10,08
1,4
0,02
1,41
1,03
0,06
0,8
0
0,04
1,6
0,04
2
50 ч
1,8
83,0
2,54
0,23
0,85
11,86
32,4
20,8
2,11
2,33
9,42
1,32
0,3
1,25
1,6
0,11
1,93
0
0,14
1,51
0,51
пыла топлива обладает меньшей дальнобойностью, вследствие
чего зона горения расширяется и приближается к фронтовой части
жаровой трубы, детали ее передней части (в том числе и форсунка)
нагреваются больше, чем при работе на топливе ТС-1.
На основании среднего элементного состава нагаров может быть рассчитано
соотношение атомов углерода, водорода и кислорода, содержащихся в
нагарах:
188

а — нагар на форсунках двигателей транспортного самолета при работе
на топливе Т-2 имеет соотношение С : 0=5;
б — нагар на форсунках двигателей скоростных самолетов при работе на
топливе Т-2 и на форсунках двигателей транспортного самолета при работе на
топливе ТС-1 имеет соотношение С : 0=11;
в — нагар на форсунках двигателей скоростных самолетов при работе на
топливе ТС-1 имеет соотношение С : 0=27.
Приведенные данные позволяют представить структуру гипотетической
молекулы нагаров, образующихся на форсунках реактивных двигателей, работающих
на топливах Т-2 и ТС-1 на различных самолетах. Среди углеродистых соединений
нагары на форсунках по своему характеру наиболее близки к графиту. С
помощью рентгеноскопических исследований установлено, что атомы углерода в
графите расположены по углам правильных шестиугольников. Между тем при
изучении нагарообразующей способности топлив показана, что количество нагара,
Таблица 7.6
Характеристика нагаров на топливных форсунках реактивных двигателей
за 50 ч работы на топливе ТС-1 [71]
Показатель
Зольность нагара, %
Элементный состав нагара, %:
С
Н
S
N
0
Элементный состав золы нагара, %:
Fe
Si
Са
Mg
Al
Na
Zn
Cu
Pb
Sn
Ni
Co
Ti
Cr
Mn
Транспортный
самолет с
двигателем
№ 1
1,2
86,60
1,65
0,17
0,85
10,25
16,4
6,13
2,34
1,1
5,72
1,57
3,51
0,23
0
0
0,83
0
0,9
0,9
0
Скоростные самолеты
с двигателями
№ 1
0,4
91,20
1,54
0,81
1,52
4,85
24,2
4,34
4,85
0,6
1,6
0,25
1,51
0,5
0,4
0
1,4
0
0,3
0,02
0
№ 2
0,8
92,45
1,84
0,72
0,88
4,35
18,4
5,31
3,28
0,87
5,27
0,94
2,48
0,37
0,3
0
1,27
0,3
0,6
0,45
0,3
189

г
И Н "
WV
и ii ii
vVVV
II II i II
II II II II II
нн о нн ov
н нн нн н
II II II
II II II
ii II
Vc
II
>ч >ч /s Лч
0 HH 0 HH 04
н о н
hs X X •"
с с с
II II II
VcvcvV
Рис. 7.6. Структура части молекулы нагара на топливных форсунках реактивных
двигателей:
а—с форсунок двигателя транспортного самолета (топливо Т-2); б—с форсунок
двигателей скоростных са.молетов (топливо Т-2) и транспортного самолета (топливо ТС-1);
в—с форсунок двигателей скоростных самолетов (топлива ТС-1); Мк—молекулярная
масса нагара
образующегося в реактивных двигателях, зависит от содержания в топливе
ароматических углеводородов, особенно с конденсированными кольцами [177]. Это
позволяет предположить, что молекула нагаров с топливных форсунок
реактивных двигателей представляет собой структуру из конденсированных
ароматических колец, имеющую на периферийных участках водородные и кислородные
атомы. Гипотетические схемы части такой структуры с количеством углеродных
атомов 27—33 для исследованных нагаров приведены на рис. 7.6, откуда видно,
что нагары различаются между собой по относительному содержанию кислорода.
Наибольшим относительным содержанием кислорода (С : 0=5) характеризуется
нагар, образовавшийся на топливных форсунках двигателя на транспортном
самолете при работе на топливе Т-2. Повышенное содержание кислорода в этом
нагаре придает его молекулам большую поверхностную активность и повышает
их адсорбируемость на металлических поверхностях. Поэтому при работе на Т-2
на форсунках накапливается больше нагара и количество его возрастает в прэ-
цессе эксплуатации.
Обратная картина наблюдается при использовании топлива ТС-1 на
скоростных самолетах. В этом случае нагар характеризуется относительно
небольшим содержанием кислорода (С:О>=27), обладает худшей адсорбируемостью на
металлических поверхностях и отлагается на форсунках в небольших
количествах.
Таким образом, интенсивность отложения нагаров на
топливных форсунках зависит от отношения С : О. Чем меньше отношение
С : О, тем больше нагара отлагается на форсунках реактивных
двигателей в условиях полета.
Состав нагара показывает, что его образование происходит
главным образом в жидкой фазе, когда капли топлива еще не
испарились полностью. Когда капли топлива переходят в паровую фазу,
происходит сгорание паров топлива с образованием в основном
продуктов окисного и радикального типа. При повышении нагрева
капель топлива интенсифицируются процессы окислительной
конденсации ароматических углеводородов и количество нагара
увеличивается. При понижении температуры газовой среды
конденсационные процессы в жидкой фазе снижаются, топливо испаряется и
сгорает без образований нагаров.
190

Таким образом, при изучении образования нагаров на
топливных форсунках реактивных двигателей при эксплуатации
самолетов в летных условиях установлено, что при использовании
топлива Т-2 образуется больше нагара, чем при использовании ТС-1,
причем на форсунках двигателей транспортных самолетов в
большей степени, чем на форсунках двигателей скоростных дозвуковых
самолетов.
Для исследования процесса нагарообразования на форсунках в
земных условиях были взяты нагары с них после 100-часовых
стендовых испытаний топлив ТС-1 и Т-1 (табл. 7.7).
Таблица 77
Количество нагара на форсунках реактивных двигателей
после 100-часовых стендовых испытаний
Показа!ель
Количество нагара с
форсунок, .г:
№ форсунки
» " 1
» 2
» 3
» 4
» 5
» 6
» 7
» 8
» 9
Общее количество
нагара, г
Среднее количество
нагара «а одну форсунку, г
Т-1
0,14
0,06
0,03
0,03
0,07
0,03
0,04
0,08
0,06
0,54
0,06
Двигатели
J№ 1
ТС-1
1 образец
0,49
0,40
0,70
0,50
0,30
0,37
0,38
0,31
0,29
3,74
0,43
и топливо
ТС-1
2 образец
0,46
0,62
0,66
0,58
0,63
0,44
0,69
0,54
0,55
6,17
0,64
№ 2
ТС-1
0
0,14
0,08
0
0,08
0,09
0
0,09
0,14
0,62
0,07
Обращает на себя внимание тот факт, что топливо ТС-1 дало
нагара на форсунках двигателя № 1 в 7—10 раз больше, чем
топливо Т-1. Это также отмечалось при проведении 100-часовых
испытаний топлива ТС-1 производства другого
нефтеперерабатывающего завода, что хорошо согласуется с результатами летных
испытаний топлив Т-2 и ТС-1 [71]. Таким образом, можно сделать
заключение, что при работе двигателей большее нагарообразование на
форсунках наблюдается при работе на более легких топливах как
в стендовых, так и летных условиях.
Надежная работа топливных форсунок может нарушаться не
только из-за чрезмерного нагарообразования, но и из-за термоок-
191

сидных отложений в их внутренних полостях. Состав отложений во
внутренних полостях топливных форсунок приведен в табл. 7.8 [221],
Таблица 7.8
Состав отложений на внутренних полостях форсунок
Элемент
С
н
S
N
О
Си
Истребитель
50,3
5,3
8,9
0,4
31,1
0,9
Пассажирский
самолет
48,4
5,0
7,2
0,3
26,3
1,2
Элемент
Fe
Si
Са
Mg
Na
Al
Истребитель
0,7
0,02
0,2
0,8
0,6
0,2
Пассажирский
самолет
0,9
0,04
0,3
0,9
0,5
0,3
Из приведенных данных видно, что основными элементами
отложений во внутренних полостях форсунок являются углерод 48—
50%, кислород 26—31%, сера 7—9% и водород 5%. В отложениях
практически отсутствуют продукты коррозии железа и меди, а
также минеральные соединения, содержащие Si, Al, Са, Mg и Na. Это
указывает на то, что отложения во внутренних полостях топливных
форсунок носят термооксидный характер и образуются вследствие
термического уплотнения продуктов окисления малостабильных
углеводородов и их сернистых производных. Основанием для этого
служит то обстоятельство, что температура топливных форсунок
достигает ПО—140° С [22].
Термооксидные отложения во внутренних полостях форсунок
иногда приводят к закоксовыванию отверстий, что является
причиной неравномерности распыла, перегрева форсунок и даже
разрушения.
Кроме повышения термоокислительной стабильности топлив
надежная работа топливных форсунок может быть достигнута
конструктивными мероприятиями, в первую очередь уменьшением
размеров форсунок, так как форсунки малых размеров лучше
охлаждаются топливом. Замеры показали, что для них температура
внутренних поверхностей снижается до 65—75° С на максимальном
режиме и до 100—130° С на режиме малого газа [112].
Меньшее количество отложений образуется при радиальном
подводе топлива в камеру завихрения при условии расположения
тангенциальных отверстий в лабиринтной втулке и во вращающемся
сопле с отклонением от общей плоскости не более ± 1 мм.
У некоторых двигателей наблюдается в процессе эксплуатации
засорение форсунок форсажного контура.
При обследовании около 40 реактивных двигателей, вернувшихся с эксплуа
тации после выработки 100—150 ч ресурса на топливе ТС-1, было обнаружено
засорение от 2 до 25 форсунок форсажного коллектора на каждом двигателе.
192

Такой недостаток в работе двигателя учитывается приведенными
ниже нормами изменения расхода топлива в форсажном
коллекторе для двигателя, длительно работающего в эксплуатации или на
стенде:
Параме1р
По чертежу
После
сдаточных
испытаний
После
длительных
испытаний
на ресурс
Расход большого форсажного
коллектора, %
Расход малого форсажного
коллектора, %
100±2
100 + 2
100+1
100
+ 2
у
100
,+2
Указанный дефект является конструктивным, но интенсивность
его проявления зависит также и от термоокислительной
стабильности и противоизносных свойств топлива. Тонкие каналы форсунок
могут быстрее засориться, если в топливе содержится большое
количество термооксидных осадков и продуктов износа.
Чем чаще в эксплуатации будут использованы форсированные
режимы, тем больше возможностей для засорения форсунок, так
как увеличивается время контакта топлива с горячими полостями
коллектора и фррсунок.
В свою очередь, при сокращении продолжительности режимов
с форсированием тяги в объеме топлива, находящегося в
плунжерном насосе форсажного контура, будут накапливаться продукты
износа. В момент включения форсажа и на режиме эти продукты
унесутся потоком топлива и могут засорить форсунки.
Таблица 7.9
Гидравлические характеристики форсажных коллекторов реактивных двигателей
до и после летных испытаний на топливе Т-7ТП
ч
1
Номер
1
2
Наименование
коллектора
Большой
Малый
Большой
Малый
Расход
коллектора
по ТУ, %
lootf
До испытаний
Наработка
коллектора
перед
испытанием,
ч
136
136
165
165
Изменение
расхода
коллектора,
в % к
нормам
ТУ
—3,0
0
-3,5
—3,5
После испытаний
Наработка
коллектора
за
испытание, ч
101
101
114
114
Изменение расхода
коллектора, %
к нормам
ТУ
-4,0
-2,0
-5,0
-3,5
к расходу-
до
испытаний
-0,5
-2,0
-1,5
-1,0
74
193

Следовательно, при использовании термостабильного и
обладающего высокими противоизносными свойствами топлива в таких
условиях степень надежности работы топливных форсажных
коллекторов будет повышаться.
Прямым доказательством сказанного могут являться
результаты длительных летных испытаний реактивных двигателей на
топливе Т-7 с присадкой ТП, повышающей его противоизносные
свойства (табл. 7.9). При эксплуатации двигателей на топливе Т-7ТП,
обладающем высокой термоокислительной стабильностью и
хорошими противоизносными свойствами, форсажные коллекторы не
имели засорений форсунок, а их расход оставался в пределах
технических условий.

ГЛАВА VIII
Основными узлами и агрегатами газового тракта реактивного
двигателя являются: основные камеры сгорания, сопловой аппарат,
турбина, форсажная камера, воспламенители основных и
форсажных камер. Эти узлы и агрегаты работают в очень тяжелых
условиях механического и теплового нагружения. Неравномерность
нагрева по толщине материала деталей и по их поверхности приводит
к появлению значительных температурных напряжений, весьма
опасных для неподвижных и особенно вращающихся узлов. При
работе в двигателе могут возникнуть вибрации вследствие его
общей тряски или воздействия газового потока. Вследствие наличия
в газовом потоке избыточного кислорода опасность окисления
материала деталей тракта существенно возрастает.
Обеспечение высокой надежности и долговечности работы узлов
и агрегатов газового тракта при столь сложных и тяжелых
условиях является весьма трудной инженерной задачей. Поэтому,
несмотря на значительные успехи в области реактивного двигате-
лестроения, уровень надежности узлов и деталей «горячей части»
двигателя по-прежнему оказывается тем фактором, который в
основном лимитирует как гарантийный, так и технический его
ресурсы.
8.1. ХАРАКТЕРНЫЕ ДЕФЕКТЫ И НЕИСПРАВНОСТИ УЗЛОВ
И АГРЕГАТОВ ГАЗОВОГО ТРАКТА
Основные камеры сгорания. К типичным неисправностям камер
сгорания реактивных двигателей следует отнести:
трещины на стенках жаровых труб;
газовую коррозию стенок жаровых труб;
коробление и прогар стенок жаровых труб;
осповидное выветривание материала стенок жаровых труб;
повышенную склонность к накапливанию нагара на стенках
камеры сгорания и лопатках завихрителей первичного воздуха;
снижение надежности запуска двигателя на земле и особенно
на больших высотах полета;
ухудшение рабочего процесса горения с интенсификацией дьь
мообразования и свечения факела пламени.
7* 195

Рис. 8.1. Сквозное выветривание материала стенки жаровой трубы
цилиндрической секции двигателя после 250 ч работы на топливе Т-7:
«—вид с внутренней стороны; б—вид с наружной стороны
Трещины возникают преимущественно на стенках гильз и
входных конусов жаровых труб. Начинаются они обычно от краев
отверстий, через которые поступает вторичный воздух. Кроме того
трещины возникают по сварным швам и у окончания ребер
охлаждения гильзы. Особую опасность представляют групповые
трещины, приводящие к выпадению отдельных участков стенок, которые
уносятся скоростным газовым потоком, вызывая разрушения
лопаток соплового аппарата и турбины.
Газовая коррозия приводит к обезуглероживанию
поверхностных слоев металла и снижает тем самым его механические
характеристики, существенно уменьшая предел усталости и
поверхностную твердость.
Коробление и прогар материала жаровых труб происходят в
результате местного нагрева выше 800—900° С. Одной из
основных причин перегрева является нарушение процесса горения. Это
происходит либо по вине ненормальной работы топливных
форсунок, дающей струйчатый распыл топлива, либо из-за отложений
нагара в жаровой трубе, нарушающего процесс горения и
охлаждение стенок камер сгорания.
Осповидное выветривание материала стенок жаровых труб как
дефект наблюдается на внутренних поверхностях входных
конусов, на соединительных пламеперебрасывающих втулках жаровых
труб и на кожухах основных и пусковых топливных форсунок и
форсунок форсажной камеры. Этот процесс развивается при
сравнительно низких температурах и чаще всего обнаруживается
после работы двигателей на топливах, подвергнутых гидроочистке.
Вместе с тем, этот дефект наблюдается и на топливах прямой
перегонки, не очищенных. В отдельных случаях выветривание
бывает столь глубоким, что проникает на всю толщину стенки
жаровой трубы, а кожухи топливных форсунок при этом настолько
утоньшаются, что теряют жесткость (рис. 8. 1, 8. 2).
196

Рис. 8.2. Поверхностное выветривание
колпачка топливной форсунки после 500 ч
работы на топливе 1-1
Нагарообразование зависит
от многих факторов, и в
частности от конструкции, условий
эксплуатации и свойств топлив.
При прочих равных условиях
отдельные типы двигателей в
силу конструктивных
недостатков способны в процессе эксплуатации накапливать в одной
камере сгорания индивидуального типа до 1,5 кг нагара. Условия
эксплуатации во многом способствуют формированию нагаров.
Особенно оказывают влияние на развитие этого процесса малые
режимы работы двигателя, повышенные высоты полета и зимние
условия эксплуатации. Топлива имеют различную склонность к нага-
рообразованию и также способствуют нагароотложению в
двигателе.
Вредное влияние нагарообразования на работу авиационных
реактивных двигателей сводится к следующему:
1. Снижается надежность и долговечность деталей и узлов
горячей части двигателей вследствие преждевременного коробления
и растрескивания стенок жаровых труб из-за ухудшения условий
теплоотдачи; прогара и коробления стенок жаровых труб, лопаток
соплового аппарата и турбины из-за засорения топливных
форсунок и физического разрушения лопаток соплового аппарата и
турбины кусками нагара, вылетающими из жаровых труб.
2. Ухудшаются тягово-экономические характеристики двигателя
по причине увеличения гидравлических потерь в проточной части
газовоздушного тракта и снижения полноты сгорания вследствие
ухудшения качества распыливания топлива засоренными
форсунками.
3. Понижается эксплуатационная надежность двигателя
вследствие отказов пусковых систем двигателей из-за нагара на
форсунках и электродах свечей воспламенителей; загорания топлива и
дымления в двигателе после его останова вследствие
воспламенения остатков топлива от раскаленного нагара; самовыключения
двигателей на земле и в полете из-за нарушения нормальной
работы топливных форсунок.
Последнее время в связи с проблемой охраны чистоты
окружающей среды вопросам борьбы с дымным сгоранием в
реактивных двигателях стали уделять повышенное внимание. Считается,
что дымность выпускных газов в основном определяется
конструкцией камер сгорания, нарушением рабочего процесса сгорания
,из-за загрязнения газовоздушного тракта двигателя и топливных
форсунок, а также физико-химическими свойствами топлив.
Исследованиями также установлена взаимосвязь между дымообра-
зованием в двигателе и интенсивностью выделения лучистой
энергии факелом пламени, приводящей к перегреву узлов и агрегатов.
197

Дело в том, что возникновение таких явлений, как дымность
выхлопных газов и световое излучение пламени, связано с
генерированием в пламени сажистых частиц [28, 141]. Поскольку их
образование зависит от многочисленных факторов, изучение таких
явлений как дымообразование и свечение пламени в реактивном
двигателе является очень сложным процессом, требующим широких
теоретических и экспериментальных исследований.
В связи с форсированием двигателей, особенно для
сверхзвуковой авиации, лучистый теплообмен становится соизмеримым с
величиной передачи тепла конвекцией и проводимостью.
Конструкция современных камер сгорания не имеет защиты от действия
этого вида тепловой энергии, поэтому надежность и долговечность
их может существенно снижаться. Необходимы строгие нормы на
степень задымленности и содержания вредных веществ в
выхлопных газах, в связи с чем следует предъявить специальные
требования к камерам сгорания, неудовлетворение которых должно
оцениваться как неисправность или отказ.
Так, для сверхзвуковых пассажирских самолетов вводятся
ограничения по следующим компонентам выпускных газов: по
углекислому газу, водяным парам, окислам серы и азота, угарному
газу, несгоревшим углеводородам, частицам углерода и
альдегидам. В частности, испытаниями двигателя «Олимп-593»,
предназначенного для сверхзвукового самолета «Конкорд» (табл. 8.1),
установлено, что в зависимости от режимов работы соотношение
указанных компонентов существенно меняется.
Таблица 8.1
Содержание выпускных газов двигателя «Олимп-593»
в зависимости от режимов его работы, кг/1000 кг топлива [20]
Компонент
Угарный газ
Окиси азота
Углеводороды
Альдегиды
Режим работы дни га геля
Малый газ
при рулении
1,8
1,3
22
7
Взлет и набор
высоты
с форсажом
9,5
12,5
0,2
0,1
Набор высоты
для снижения
шума
20
8
2,5
0,5
Заход на
посадку
36
3
10
1,6
Крейсерский
полет
(сверхзвуковой)
1,4—4,6
17,8—19,3
0.8
0,05
В табл. 8.2 приведены данные, полученные на двигателе «Олимп-593» в
барокамере Национального газотурбинного института в Пайстоке (Англия). Во
время испытаний воспроизводились условия крейсерского полета на высотах 15—
18 км со скоростью М=2. На них, по-видимому, следует ориентироваться до
установления международьых норм загрязнения атмосферы продуктами сгорания
от реактивных двигателей при полетах на больших высотах.
Многие компоненты продуктов сгорания и соответственно
нормы на них зависят как от качества топлива, так и от конструкции,
режимов работы двигателей и их технического состояния.
198

Таблица 8.2
Состав, количество и интенсивность выброса в атмосферу продуктов сгорания
при работе четырех двигателей «Олимп-593» на больших высотах [20]
Показатель
Масса продуктов сгорания
1 кг топлива, кг:
при .работе двигателя на
полной тяге без форсажа
при работе двигателя на
полной тяге с фо,рсажом
при сверхзвуковом
крейсерском полете (расчетная)
Общая масса продуктов
сгорания, образующихся за один
разгон до сверхзвуковой
скорости и набор высоты (эшелон
7600—13000 м), кг
Масса (расчетная)
продуктов сгорания на 1 милю
(1,6 км) крейсерского
сверхзвукового по-лета, кг
Общая масса .продуктов
сгорания, выброшенных на
высоте 7600 м в типичном
трансатлантическом перелете, кг
екис-
газ
51
*ч
3 000
3 000
3 000
20 850
52,3
162 060
Пар
ВОД!
1300
1300
1300
9 035
22,7
10 325
О сз
11,0
8э0
12,5
56,6
0,22
649
та
О >,
3,0
9,5
8,7
66
0,06
228
горев-
■ угле- |
ороды
к a S
0,2
0,2
0,1
1,39
0,0017
5,98
гицы
я
Час
угл:
0,2
0,1
0,09
0,69
0,0016
5,01
дегиды
Аль
0,2
ОД
—
0,69
—
0,69
В зависимости от сорта топлива и содержания в нем серы количество
образовавшихся за полет окислов серы может изменяться, но не превышать 10 кг.
Сопловой аппарат турбины. В результате неравномерного и
циклического нагрева и высокочастотных переменных
аэродинамических нагрузок от газового потока лопатки, внутренние и
наружные кольца, кожухи, фланцы и другие элементы соплового
аппарата испытывают напряжения растяжения и сжатия. Часто
встречающимися дефектами этого узла являются: трещины в гнездах под
лопатки (до 20 мм) и на кромках лопаток, забоины и вмятины
глубиной до 1 мм, точечное выгорание лопаток, коробление (до
0,5 мм), коррозионные поражения лопаток. На тягово-экономиче-
ские характеристики оказывает большое влияние состояние
лопаток соплового аппарата. При больших короблениях лопаток
изменяются проходные сечения каналов между ними, перепады
давлений и скоростей потока.
Турбина» Газовая турбина является одним из наиболее
нагруженных агрегатов газового тракта. Особенно в тяжелых условиях
работают лопатки ротора турбины. На них действуют большие
центробежные силы и аэродинамические силы давления газового
потока. Они вызывают в материале лопаток напряжения растяже-
199

ния, изгиба и кручения. Кроме того на рабочие лопатки действуют
динамические нагрузки, вызываемые вращением лопаток в поле
переменного давления и температуры газов. В дополнение к этому
газовый поток может быть коррозионно-агрессивным из-за
некоторых продуктов сгорания топлива, а также содержать достаточно
твердые частицы нагара. В результате таких условий работы на
лопатках турбины наблюдаются местная пластическая деформация,
обрывы, оплавление и обгорание верхней части пера лопаток,
микротрещины на кромках, коррозия поверхностных слоев лопаток.
Пластические деформации лопаток, вытяжка, опасны тем, что
возможно задевание лопаток за корпус турбины. Остаточная
вытяжка лопаток более 2,5 мм недопустима. Обгорание и обрыв
лопаток являются наиболее опасными видами дефектов. По этой
причине возникает разбалансирование ротора турбины,
приводящее в конечном итоге к его разрушению и заклиниванию. Кроме
того оборвавшиеся лопатки обычно пробивают корпус турбины и
наносят другие серьезные повреждения, вызывая, как правило,
пожары на самолете.
Выходные и форсажные устройства» Неравномерность нагрева,
особенно при запусках и остановах двигателя, и колебания
давления внутри выходной системы вызывают в ее деталях высокие
термические и динамические напряжения, которые приводят к
выпучиванию стенок и образованию на них трещин. Трещины на
трубах чаще всего возникают по сварочным швам или вблизи от них.
Они достигают длины 100 мм и более и представляют большую
опасность, так как могут привести к прогару труб и
проникновению открытого пламени в двигательный отсек самолета.
Трещины усталостного характера на различных деталях
камеры возникают в процессе эксплуатации из-за высоких термических
напряжений, вызываемых неравномерностью их нагрева и резким
изменением температуры при запуске, форсировании и охлаждении
двигателя. Трещины часто появляются по этой причине на ребрах
и кольцах стабилизаторов пламени. Очень часто коробятся и
обгорают стабилизаторы, воспламенители и рассекатели форсажных
Весьма опасным дефектом является отказ в работе
регулируемого реактивного сопла, так как такой отказ может привести к
выходу из строя всего двигателя. В случае нераскрытия створок при
включении форсажа резко увеличивается температура газов перед
турбиной, что может привести к возникновению помпажа и
разрушению лопаток турбины. Если створки не закрылись после
выключения форсажа, то произойдет резкое падение силы тяги
двигателя вплоть до его самовыключения. В полете такой случай может
стать причиной (особенно на больших высотах полета)
увеличения частоты вращения ротора двигателя выше максимальной,
вызывая вытяжку и разрушение лопаток турбины.
Воспламенители пусковых систем. Основными отказами в
работе воспламенителей являются замыкание электродов свечей и
засорение форсунок нагарами. В отдельных случаях наблюдается
200

коробление и обгорание экранов корпуса воспламенителя.
Соединительные патрубки, через которые факел поджигающего пламени
проникает во все камеры сгорания, часто подвергаются
выветриванию материала по внутренним поверхностям.
Таким образом, в большинстве указанных неисправностей и
отказов узлов и агрегатов газового тракта в той или иной степени
может быть повинно и топливо, если оно не отвечает требованиям
по характеристикам горения, а продукты его сгорания обладают
повышенной коррозионной агрессивностью.
8.2. ОСНОВНЫЕ ®N3^©-XNMN4!EC!KNE И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ
СВОЙСТВА ТОПШИВ, ВЛИЯЮЩИЕ НА НАДЕЖНОСТЬ
УЗЛОВ М АГРЕГАТОВ ГАЗОВОГО ТРАКТА
Полнота сгорания и скорость горения топлив в двигателе.
Полнота сгорания и скорость горения являются одними из
основных показателей процесса горения топлив в реактивных
двигателях. Эти показатели зависят от конструктивных особенностей
двигателя, эксплуатационных условий и качества топлива.
Большое влияние на полноту сгорания реактивных топлив
оказывает их фракционный состав. С увеличением содержания в
топливе количества высококипящих фракций заметно снижается его
полнота сгорания. При этом изменение режима работы двигателя
в большей степени отражается на полноте сгорания высококипящих
топлив, чем легкокипящих. Так, при увеличении коэффициента
избытка воздуха от 3 до 7 полнота сгорания топлив типа керосина
снижается на 22—45%, а топлива широкого фракционного
состава, содержащего легкокипящие бензиновые фракции, — на 13%.
Проверка полноты сгорания в высотных условиях в
зависимости от химического состава реактивных топлив показала, что
наинизшей полнотой сгорания обладают ароматические топлива;
топлива парафино-нафтенового основания сгорают несколько лучше.
Многочисленными исследованиями установлено, что по
нарастанию полноты сгорания углеводороды реактивных топлив могут
быть расположены в такой последовательности: бициклоаромати-
ческие—^моноциклоароматические —>■ алкилмоноциклоароматиче-
ские—^бициклановые—нщклоолефиновые
моноциклановые—^парафиновые.
Изучение влияния химического строения углеводородов на
скорость горения (скорость распространения пламени) показало, что
у парафиновых углеводородов она составляет 0,33—0,39, у олефи-
новых ■—0,37—0,43, у диолефиновых — 0,41—0,51, а у
ацетиленовых 0,45—0,58 м/с. Таким образом, у этих углеводородов по мере
уменьшения их насыщенности растет скорость горения. У
ненасыщенных углеводородов она обычно снижается при увеличении их
молекулярной массы.
Газовая коррозия. Современные реактивные топлива не
вызывают газовой коррозии узлов и агрегатов авиационных
двигателей. Однако в комплекс квалификационных методов испытаний
включено спектральное определение содержания в них ванадия, мо-
201

либдена и кобальта, которое не должно превышать
установленные жесткие предельно допустимые нормы. Это сделано для того,
чтобы не допустить присутствия в реактивных топливах,
полученных из нефтей новых месторождений, коррозионно-агрессивных
соединений этих элементов в опасных концентрациях.
В топливах ванадий большей частью находится в виде
сложных высокомолекулярных азотосодержащих соединений, так
называемых порфиринов. Повышение содержания ванадия в топливах,
как видно из табл. 8. 3, приводит к увеличению газовой коррозии
хромоникелевых сталей. Возникновение коррозии при сгорании ва-
надийсодержащих топлив происходит по той причине, что в
условиях значительного избытка воздуха низкие окислы ванадия
переводят в пятиокись ванадия V2O5. Обладая переменной
валентностью, ванадий также может катализировать окисление сталей.
Таблица 8.3
Влияние ванадия на коррозию лопаток газовой турбины
из хромоникелевых сталей
Материал лопаток
Легированная сталь: 17,6% Сг—8,7% Ni
Легированная сталь: 15,6% Сг— 14,7% Ni — 11% Со
Сплав: 73,4% Ni — 20,4% Сг
Содержание ванадия
в топливе, %
5,3-10-3
4,0-10—5
Потеря массы мг/см2
890
705
200
200
410
10
Высокое коррозионное действие пятиокиси ванадия
заключается в том, что будучи легкоплавким соединением она при попадании
на поверхность сталей образует с компонентами окисной пленки
также легкоплавкие соединения, вызывающие коррозионное
разрушение сталей.
При сгорании соединений молибдена образуется его высший
окисел МоОз, который, так же как и пятиокись ванадия,
относится к легкоплавким соединениям. Коррозионный процесс в этом
случае развивается по тому же направлению, что и в присутствии
соединений ванадия.
В золе нефтяных топлив в некоторых случаях в больших
количествах может присутствовать натрий. Соединения натрия
усиливают коррозионный эффект содержащегося в топливе ванадия.
Например, при контакте окиси натрия Na2O с пятиокисью ванадия
V2O5 при температурах 650—800° С могут образовываться
низкоплавкие ванадаты NaVO3, Na^Oy, Na3VO4, а также комплексы
ванадил-ванадаты Na2O-V2Os -бУгОз, плавящиеся при 625° С.
Низкоплавкие ванадаты могут оказывать флюсующее действие на
окисную пленку и способствовать этим ускорению коррозионного
процесса. Соединения натрия могут попадать в реактивные топли-
202

ва с пылью из окружающего воздуха или вследствие недостаточной
промывки топлива водой после его щелочной очистки.
Усиливает газовую коррозию агрегатов газового тракта
двигателя сера, содержащаяся в реактивных топливах. При сгорании
сернистых соединений реактивных топлив могут образовываться
окислы серы SO2 и SO3. Испытаниями, проведенными при
температуре газов 550° С, показано, что чем больше содержится серы в
топливе, тем больше образуется SO2 в продуктах сгорания:
Сера в топливе, %
SO2 в продуктах сгорания,
0,07 0,19 0,29 0,38
0,004 0,009 0,014 0,019
В продуктах сгорания, содержащих SO2, уже при 800° С
обнаруживается падение коррозионной стойкости хромоникелевых
сталей. При более высоких температурах под действием SO2 никель,
входящий в состав стали, образует сернистый никель,
отлагающийся по границам зерен, в результате чего снижается прочность
сцепления между зернами, и в металле развивается межкристаллитная
коррозия.
На поверхности хромоникелевых сталей при сгорании сернистых
реактивных топлив может образовываться и сульфид никеля
Ni3S2, который с никелем дает легкоплавкую эвтектику с
температурой плавления 625° С. В месте образования эвтектики металл
плавится и выгорает, в результате чего образуются очаги коррозии.
По данным табл. 8.4 [153], чем больше содержится в
реактивных топливах серы, тем выше скорость газовой коррозии и тем
ниже температура, при которой она начинается. При повышении
содержания серы в реактивных топливах от 0,01 до 0,15% скорость
газовой коррозии увеличивается примерно в 7 раз, а температура
начала коррозии снижается на 80° С.
Таблица 8.4
Влияние содержания серы в реактивных топливах на газовую коррозию
Содержание серы
в топливе, %
0,01
0,015
0,07
0,13
0,15
Скорость коррозии,
г/(м».ч)
0,75
1,25
2,10
4,90
4,90
Температура начала
коррозии, °С
1040
1030
1015
965
960
Явление осповидного выветривания внутренних поверхностей
жаровых труб также относится к газовой коррозии [62]. Подобная
газовая коррозия отмечается при эксплуатации двигателей как на
топливе Т-7, так и на топливах Т-1 и ТС-1. Интенсивность ее
проявления возрастает с увеличением продолжительности работы
двигателей. Основной причиной развития этого процесса является ло-
203

кальное нарушение охлаждения стенок камер сгорания
пограничными токами воздуха, вызванное образованием нагаров в
первичной и во вторичной зонах горения [62].
Явление осповидного выветривания остается пока мало
изученным и проявляется не часто. Наиболее отчетливо оно стало
наблюдаться при работе двигателей на гидроочищенном топливе и
главным образом на камерах из стали ЭИ435, причем даже покрытие
жаростойкой эмалью не предохраняет деталей газового тракта от
такого поражения. Наблюдение за этим явлением показало, что
поражению подвергаются детали, узлы и их участки с невысокой
температурой нагрева, но контактирующие с невоспламененной
жидкопаровой рабочей смесью.
Так, в двигателе ВК-1 осповидное, или эрозионное, выветривание
наблюдалось на перфорированной передней стенке жаровой трубы и на внутренних
стенках ее цилиндрической части. На двигателях НК-12МА это явление наблюдалось
на внешних поверхностях кожухов топливных форсунок, внутренних стенках
переднего диффузора головок камер сгорания, на стенках соединительных пламепере-
брасывающих патрубков трубчатых камер сгорания некоторых других типов
двигателей. Как видно, все перечисленные детали и узлы расположены в районе
первичной зоны камеры, где в указанных местах температура стенки колеблется
в пределах 300—450° С на самых напряженных режимах работы двигателя.
Более того, поражению подвергаются стенки жаровых труб у отверстий подвода
вторичного воздуха, только расположенных в первичной зоне горения камеры.
Зона изъязвления у отверстий в большинстве случаев располагается в передней
части, со стороны набегающего потока рабочей смеси и газов. Поскольку
полагают, что вторичный воздух у отверстий входа в камеру сгорания представляет
собой вначале как бы стержень и возможна около него как плохообтекаемого
тела стабилизация пламени, то у отверстия перед ним должна тормозиться
свежая смесь и температуры стенки тоже должны быть в этом участке
невысокими.
В зоне смешения камеры сгорания на ее внутренних поверхностях, на
лопатках соплового аппарата и турбины таких явлений не наблюдается.
Следовательно, процесс осповидного выветривания нельзя отнести пока к
высокотемпературной газовой коррозии.
Как правило, поражение сыпью не бывает сплошным, а
располагается участками площадью от 1 до 5 см2. Глубина поражений
составляет от 0,2 до 0,3 мм в виде точек и небольших сферических
кратеров до сквозного изъязвления стенок жаровых труб.
Это явление весьма опасно для работы камеры сгорания и,
безусловно, должно постоянно находиться в поле зрения не только хим-
мотологов, но и металлургов, и специалистов в области горения»
Нагароотложения, дымность продуктов сгорания и свечение
пламени в авиационных ГТД не только лимитируют дальнейшее
увеличение надежности, долговечности и экономичности ГТД, но и
существенно сужают возможные сырьевые ресурсы топлив,
Поскольку нефтяное дистиллятное топливо для современных ГТД
представляет собой смесь жидкостей с различной температурой
кипения и, если оно содержит компоненты со столь высокой
температурой кипения, что частичное коксование предшествует их
испарению, то после выхода летучих образуется продолжающая
гореть углеродная твердая микропористая среда. Известно, что
склонности нефтяных топлив к нагарообразованию и к дымному
сгоранию меняются более заметно, чем другие характеристики их
204

горения. В частности, у различных партий топлив одного сорта
или даже у топлив различных сортов наблюдаются очень
небольшие расхождения в нормальной скорости горения,
минимальной энергии зажигания, пределах воспламенения, температуре
пламени и теплоте сгорания, тогда как полнота сгорания таких
топлив и их склонности к нагаро- и дымообразованию в ГТД
оказываются существенно различными.
Все попытки создать опытным путем камеры сгорания, обеспечивающие
сгорание топлив без образования нагаров и дыма и пригодные для двигателя по
другим требованиям, оказались безуспешными.
Дело в том, что можно создать камеру ГТД такой конструкции, в которой
будут сгорать все нефтяные дистиллятные топлива, в том числе и топлива с
повышенной склонностью к нагаро- и дымообразованию. Однако такие камеры
практически не могут быть использованы для авиационного двигателя вследствие
весьма узкого диапазона устойчивого горения, которым они располагают.
Исследования показали, что расширить этот диапазон возможно единственным
способом, а именно локальным или общим обогащением горючей смеси. Но любое
обогащение смеси в ГТД приводит к интенсификации процессов образования
нагаров, дыма и светового излучения пламени в камерах.
По мере форсирования и увеличения ресурса двигателей
явления дымообразования и свечения пламени все более отрицательно
влияют на их экономичность и долговечность и на чистоту
окружающей среды.
Наиболее серьезным препятствием на пути решения этих
проблем является отсутствие надежных методов исследований
характеристик горения топлив главным образом из-за трудности
моделирования рабочих условий двигателя, в которых жидкое
топливо, как это имеет место в реальном двигателе, попадало бы на
горячую металлическую поверхность при наличии пламени и
движущихся газов.
В отечественной и зарубежной научно-экспериментальной практике
исследований нагарных свойств топлив широко используются установки с небольшими
модельными камерами сгорания. Однако результаты исследований на них не
дают достаточно полного материала для объяснения целого ряда дефектов,
вызываемых нагарами в реактивных двигателях.
Поэтому специалисты в области изучения свойств топлив в своих
исследованиях стремились применять проверку топлив испытаниями на реальных
двигателях, несмотря на сложность и высокую стоимость эксперимента. Однако
ввиду влияния бесчисленного множества факторов на нагаро- и дымообразова-
ние и свечение пламени выявление роли и значения самого топлива в этих
процессах остается задачей весьма сложной.
Дело в том, что под нагарообразующей способностью следует понимать
склонность топлива не только к образованию всех элементов, из которых
образуется нагар, но и придавать нагару те или иные физико-химические свойства,
специфически влияющие на работоспособность контактирующих с ним узлов или
деталей двигателя. Без такого понимания нагарных свойств топлива невозможно
найти действительную связь между качеством топлива и надежностью работы
двигателя.
По характеру и структуре нагар на стенках камер сгорания
реактивных двигателей разных типов отличается незначительно.
На внутренних стенках жаровой трубы и фронтовой ее части, как
правило, наблюдается нагар аморфного типа. В месте перехода от
конусной к цилиндрической части камеры встречаются отложения
кристаллического нагара различной толщины, от 3 до 50 мм. Кол-
205

бензол
\^
Циклигексан су^^
Циклопентан ^^
с^' Гептан
Гексан а-——Сг<
Кцмол
-
1олуол
Октан
/
Мат и л нафталин Я
Тегпролин
Амилйензол
Изодекан
a—
° /
y/hnnuh
vmuna T- 5 с^
^^
Декшн
,
50 100 150 200
Температура кипения, °С
250
500
Рис. 8.3. Зависимость нагарообразующей способности углеводородов от
их строения и температуры кипения топлива:
/—типа бензина; 2—типа керосина; 3—типа газойля
пачки форсунок и лопатки завихрителей воздуха, как правило,
покрываются небольшим слоем кристаллического нагара. На
стенках жаровых труб в зоне догорания, на лопатках соплового
аппарата и турбины нагар практически не встречается.
Кристаллический нагар отмечается также на стабилизирующих устройствах
форсажных камер.
Как было сказано, основное влияние на нагарообразование в
реактивных двигателях оказывают физические свойства и
углеводородный состав топлив. Наибольшей нагарообразующей
способностью обладают бициклоароматические углеводороды; моноцик-
лоароматические углеводороды обладают меньшей
нагарообразующей способностью, а парафино-нафтеновые углеводороды
практически не образуют нагара.
С увеличением содержания в реактивных топливах
ароматических углеводородов, особенно бициклического строения, серы,
фактических и потенциальных смол, а также с повышением
плотности топлива и снижением отношения водорода к углероду
возрастает нагарообразование в реактивных двигателях.
Большое влияние на нагарообразующую способность
оказывает температура кипения углеводородов, характеризующая их
испаряемость. Углеводороды и топлива, различающиеся по темпера»
туре кипения и химическому строению, в соответствии с их
нагарообразующей способностью можно расположить так, как показано
на рис. 8. 3, где линии У, 2, 3 разграничивают образцы
парафинового, нафтенового и ароматического рядов; их наклон показывает,
что внутри этих рядов нагарообразующая способность растет с
206

уменьшением испаряемости горючего. Ароматические
углеводороды с боковыми парафиновыми цепями характеризуются меньшей
нагарообразующей способностью, чем углеводороды без боковых
цепей. Так, толуол, кумол и алкилбензол располагаются внутри
диаграммы в таком положении, которое количественно отражает
их структуру и испаряемость.
Таким образом, углеводороды реактивных топлив по мере
увеличения их нагарообразующей способности могут быть
расположены в следующем порядке: парафиновые—юлефиновые—>-моно-
цикленовые—^дицикленовые —>■ моноциклоароматические —>■ би-
циклоароматические.
За последние годы многие товарные образцы топлив Т-1 и ТС-1
проверялись по методу ППЮ на малоразмерном ГТД с помощью
показателя нагарного числа (НЧ). Склонность к нагарообразова-
нию наиболее массовых топлив Т-1 и ТС-1 приведена в табл. 8.5.
Из данных видно, что топлива Т-1 имеют нагарные числа в
пределах 97—133; у топлив ТС-1 этот показатель 76—98.
Опыт эксплуатации авиатехники на топливах Т-1 с нагарным
числом не более ПО и ТС-1 не более 95 показывает, что такие
топлива с точки зрения надежности являются вполне
приемлемыми.
Применение топлив Т-1 с нагарным числом более 110 на
некоторых двигателях из-за повышенных нагароотложений в камерах
сгорания вызывало осложнения в эксплуатации (табл. 8.6). Так,
в процессе работы двигателей РД-ЗМ на топливе Т-1
Комсомольского НПЗ с нагарным числом 120 возникли столь повышенные
нагароотложения в камерах сгорания, что дальнейшая их
эксплуатация на этом топливе оказалась практически невозможной.
Помимо длительного догорания топлива и дымления после останова
двигателя, снижающих его эксплуатационную надежность, на
отдельных двигателях отмечалось снижение силы тяги на взлете
и посадке.
Углеводородное диффузионное пламя всегда светящееся и
часто коптит.
Установлено, что дым образуется при горении углеводородов
только в богатых смесях (по всему объему или локально).
Камеры сгорания ГТД работают на бедных смесях. Однако большая
часть реакции горения протекает в областях, локально
обогащенных топливом. Пламя богатой части смеси в головной части
камеры оказывается сильно светящимся при обычных режимах
работы двигателя, так что условия в этой области способствуют
образованию больших количеств дыма.
При намеренном обогащении горючей смеси в камерах
сгорания, обеспечивающем необходимую стабильность факела пламени
и полноту сгорания топлива в ГТД при работе в широком диапа-
пазоне сс=2-М70, устранить задымленность выпускных газов
практически не представляется возможным.
Процесс дымообразования зависит от многих конструктивных и
эксплуатационных факторов, а также от топлива. Задымленности
207

Г а б л и ц а 8.5
Магарообразующая способность товарных топлив Т-! и ТС-1 по методу
Марка юплива (образец)
ТС-1
ТС-1 (образец № 1)
ТС-1 (образец № 2)
ТС-1 (образец № 1)
ТС-1 (образец № 2)
ТС-1 (образец № 1)
ТС-1 (образец № 2)
ТС-1 (образец № 3)
ТС-1
То же
»
»
»
»
»
Т-1 (образец № 1)
Т-1 (образец № 2)
Т-1 (образец № 1)
Т-1 (образец № 2)
Т-1
То же
Сырье
Смесь ромашкинской, туймазин-
ской, девонской, шкаповской и поно-
маревской нефтей
Тюменская нефть
Шаимская нефть
Смесь волгоградских нефтей (жир-
новской и коробовской в
соотношении 1:1) с вовлечением до 35% ман-
тышлакокой нефти
Смесь жирновской и коробовской
нефтей в соотношении 1 : 1
Смесь шкаповской и казахстанских
нефтей в соотношении 68 : 32 с
вовлечением ттрорвинской нефти
Смесь шкаповской, жирновской и
казахстанских нефтей с вовлечением
10% мангышлакской нефти
Смесь шкаповской, казахстанских,
жирновской и мангышлакской нефтей
в соотношении 60 : 28 : 7 : 5
Белорусская нефть (^10%) и
урало-волжские нефти
Ромашкинская нефть
Нефти меловых отложений Чечено-
Ингушской АССР
Смесь ромашкинской и тюменской
нефтей в соотношении 70 : 30
Смесь ромашкинской и тюменской
нефтей
Смесь туркменских и ферганских
нефтей
Смесь туркменских мефтей
Смесь краснодарских и грозненских
нефтей
Смесь краснодарских .и грозненских
нефтей
Смесь азербайджанских нефтей
—
Товарная эхабинская нефть
Смесь азербайджанских,
грозненских и анастасьевокой нефтей в
соотношении 40 : 30 : 30
Нагарное
число
76
82
83
86
82
89
86
85
94
89
98
84
84
89
85
99
106
103
102
133
97
208

00 Таблица 8.6
Влияние нагарных свойств топлив Т-1 и ТС-1 на надежность
8
СО
эксплуатации двигателей
Топливо
ТС-1 ангарское
ТС-1 омское
ТС-1 хабаровское
Т-1 комсомольское (oi6-
оазец № 1)
Т-1 комсомольское (о>б-
оазец № 2)
Т-1 комсомольское
(образец № 3)
Т-1 комсомольское
(образец № 4)
РД-ЗМ
Физико-химические показатели топлив
А
О
° д.
с*
778
777
778
823
825
825
825
Пределы
выкипания,
°С
135
225
148—236
138-237
148—248
150-248
150-248
147—249
Йодное
число, мг
йода на
100 мл
топлива
0,8
0,12
0,55
0,70
0,73
0,73
0,72
Содержание

ароматических
углеводородов,
%
17,00
14,4
16,4
21,81
21,80
21,80
21,81

Фактические смолы,
мг на
100 мл
топлива
2,0
2,5
2,5
3,0
3,0
3,0
2,0
Нагарные
свойства
о 1
си S
К cd
Л к
о о
3 <» S
PQ 3 S
26
27
28
20
20
20
20
исло
V
О)
о
а,
2
СЗ
X
84
82
84
120
119
120
127
Дефекты по причине нагаров
Харак1ерис1ика дефекта
Дефектов нет в
течение полного ресурса
двигателя
То же
»
На 7 двигателях с
(наработкой 21—53 ч
дефектов нет
На 29 двигателях с
наработкой 74—320 ч
наблюдается дымление и до-
щрание топлива после
останова двигателя. В
полете и при разбеге
снижается сила тяги
в эксплуатации
На каком часу
наработки ресурса
проявился дефект
«дымление и
догорание топлива
после останова
двигателя"
—
—
1 40—100

выпускных газов при прочих равных условиях способствуют
повышенное содержание в топливе ароматических углеводородов, а
также тяжелые фракции топлива и повышение его плотности.
В связи с тем, что основной причиной дыма и свечения
являются сажистые частицы, генерируемые в зоне горения, то явления
дымообразования и светового излучения пламени в известной
степени являются взаимосвязанными процессами. Поэтому основные
свойства топлив и составляющих их компонентов, определяющие
дымообразование в ГТД, будут характерными и для светового
излучения пламени.
В работе [253] было изучено влияние состава и свойств топлив,
а также давления в камере сгорания ГТД на интенсивность
выделения лучистой энергии факела пламени и измерено изменение
температуры стенок под воздействием непосредственно этого вида
тепловой энергии (табл. 8.7, 8.8). Было установлено следующее:
Таблица 8.7
Влияние топлив на световое излучение пламени в камерах сгорания ГТД
(давление в камере 0,5 МПа)
Люминометри-
ческое число
топлива
218
135
99
64
44
0
Двигатель J-79
Плотность
лучистой энергии
пламени, 103 Вт/м2
222
247
269
351
407
705
Температура стенки
жаровой трубы,
°С
571
—
635
660
754
Двигатель J-57
Плотность
лучистой энергии
пламени, 103 Вт/м2
31
254
315
401
429
795
Температура стенки
жаровой трубы,
°С
353
363
382
418
428
533
при горении топлива одного и того же состава в камерах
двигателей различной конструкции с одинаковым давлением газов
образуется факел пламени с неодинаковой плотностью лучистой
энергии;
Таблица 8.8
Влияние давления в камере сгорания ГТД J-79 на плотность лучистой энергии
пламени (только с люминометрическим числом 44)
Давление в камере
сгорания, МПа
0,2
0,3
0,5
Плотность лучистой энергии
пламени, 103 Вт/м2
228
388
407
Температура стенки жаровой
трубы, °С
507
629
660
210

Таблица 89
Результаты определения дымного числа топлив
с присадкой Любризол-565 и без нее на установке УНТ-1
Топливо
Нормальный гекеадекаи
(эталонное)
Т-1
Т-1 с присадкой
Любризол-565 в концентрации
0,5% от массы
ТС-1
Т-7
Б-70
Дизельное (Дл)
Дл с присадкой Любри-
зол-565 в концентрации
0,5% по массе
Основные физико-хршически
'юплив
Пределы
выкипания,
ос
143-234
143-234
139-226
130—233
47-162
168-339
168-339
Высота не-
кошящего
пламени,
мм
30
24
24
28
25
30
19
19
г показа!ели
Содержание
ароматических

углеводородов, %
_
15,72
15,72
18,23
16,50
17,37
—
—
Дымное
число
100
133
99
124
112
105
184
139
топлива, имеющие более низкое значение люминометрического
числа, создают более высокую плотность лучистой энергии факела;
увеличение давления в камере сгорания при прочих равных
условиях повышает плотность лучистой энергии пламени;
увеличение плотности лучистой энергии факела пламени в
камере сгорания ГТД вызывает дополнительный нагрев ее стенок.
Следовательно, исследование свойств топлив, влияющих на
изменение светового излучения факела пламени в ГТД, имеет
практическое значение.
Некоторые данные исследований склонности топлив к дымооб-
разованию и свечению пламени и влияния на эти свойства
присадок приведены в табл. 8. 9, 8. 10. Оценка этих свойств проводилась
путем сжигания топлив в камере малоразмерного ГТД,
применяемого для определения нагарных чисел [113]. Определение
дымообразующей способности топлив проводилось по показателю
дымное число, а склонность изменять яркость факела пламени — по
показателю световое число.
Дымное число представляет собой выраженное в процентах
отношение величины загрязненности фильтрь-дымомера на испытуемом топливе к
величине загрязненности фильтра на эталонном топливе, дымное число которого
условно принято равным 100 единицам.
Световое число представляет собой выраженное в процентах
отношение плотности лучистой энергии факела, замеренной терморадиометром при
горении испытуемого топлива, к плотности лучистой энергии факела при горении
эталонного топлива, световое число которого условно принято равным 100
единицам.
8* 21!

Таблица 8.10
Результаты определения лучистой энергии факела пламени
при горении топлив на установке УНТ-1
Показатель
Плотность лучистой
энергии, 103 Вт/м2
Световое число (СЧ),
ед.
Топлива
Т-1
23,4
134
Т-1 + 0,5%
о г массы
присадки
Любризол-
565
23,3
134
ТС-1
21,4
122
Т-7
19,6
112
Никло-
гексан
17,5
100
Спирт
Э1ИЛОВЫЙ
14,6
77
Из табл. 8. 9 видно, что по нарастанию склонности к дымообра-
зованию в реактивном двигателе топлива располагаются в
следующем порядке: Б-70—>-Т-7—>-ТС-1—^Т-1—^Дл и что присадка
Любризол-565 существенно снижает дымообразующие свойства
топлив (примерно на 25%).
Характерно, что дымное число как показатель дымообразующих свойств
топлиз точнее определяет их качество, чем высота некоптящего пламени. Tax,
например, если разница в дымных числах между топливом Б-70 и Т-1
составляет 28 ед., то по величине высоты некоптящего пламени эти свойства топлив
различаются в пределах только 6 мм.
Кроме того лабораторный метод определения высоты некоптящего пламени
не улавливает влияния присадки Любризол-565 на снижение дымообразующих
свойств топлив.
Из данных табл. 8. 10 видно, что разные топлива при сгорании
в двигателе при прочих равных условиях образуют факел
пламени с различной плотностью светового излучения. Проверка
плотности лучистой энергии факела пламени топлива Т-1 с противодым-
ной присадкой Любризол-565 и без нее показывает, что присадка
практически не оказывает влияния на свечение факела.
Эти результаты позволяют предположить, что основное
действие присадки Любризол-565 проявляется за пределами зоны
горения.
Проверка плотности излучения факела пламени на установке
УНТ-1 позволяет изучать не только эффективность предлагаемых
присадок, но и исследовать механизм их действия.
В табл. 8. 11 приведены сравнительные данные по свойствам
нагаро- и дымообразования и свечения пламени таких нефтяных
топлив. Приняв условно значение этих свойств за 100%, у
наиболее плохого по этим показателям — дизельного топлива (Дл) —
видим, что все они по степени улучшения этих свойств
располагаются в следующем порядке: Дл-—^Т-1—*ТС-1, РТ—НБ-70.
Характерным является то, что у топлив этого ряда нагаро- и ды-
мообразование снижаются заметней, чем их склонность к
световому излучению. Видимо, в процессах нагаро- и дымообразования
наибольшее значение имеет фракционный состав, который
становится все легче по мере перехода от топлива Дл к Б-70.
212

Таблица 811
Сравнительные эксплуатационные характеристики горения товарных топлив,
полученные на установке УНТ-1
Топливо
Дл
Т-1
ТС-1
РТ
Б-70
Нагарные свойства,
%
100
60
50
45
30
Дымообразующие
свойства, %
100
70
65
60
55
Склонность к свечению
факела пламени, %
100
90
80
75
65
При этом нагарообразующая способность топлив этого ряда
снижается существенно, а дымообразующая их склонность и
особенно склонность к свечению факела пламени уменьшаются
слабее. Полученные данные указывают на то, что образование частиц
сажи при горении топлива в камере в наибольшей степени
определяется углеводородным составом топлив.
То же наблюдается и при сжигании в ГТД топлив с
присадками (табл. 8.12).
Таблица 8.12
Сравнительные эксплуатационные характеристики горения
товарных топлив с ферроценосодержащей присадкой и без нее,
полученные на установке УНТ-1
Топливо
Дл
Дл с ферроценсюодфжащей присадкой
в концентрации 0,025% по массе
Т-1
Т-1 с ферроценосодержащей присадкой
в концентрации 0,025% по массе
Нагарные
свойства, %
100
50
100
50

Дымообразующие свойства,
%
100
70
100
80
Склонность
к свечению
факела
пламени, %
100
95
100
85
Ферроцены, эффективно снижающие нагарные свойства топлив,
практически мало влияют на изменение дымности и свечение
факела пламени. Вероятно, их действие в основном ограничивается
областью предпламенной части процесса горения, что согласуется
с известными представлениями о механизме действия ферроценов
как антидетонаторов.
Таким образом, предварительные комплексные исследования
нагарных, дымообразующих свойств нефтяных топлив и степени
светового излучения факела пламени при их сгорании показывают,
что эти процессы в двигателе взаимосвязаны и протекают доста-
213

точно последовательно. Степень проявления этих свойств в
двигателе во многом зависит также от конструкции двигателя и
условий его эксплуатации. В современных ГТД при работе на
нефтяных топливах пока отмечаются главным образом интенсивные на-
гароотложения, ощутимо снижающие надежность их эксплуатации.
Однако детальные исследования показывают, что по мере
форсирования двигателей наряду с нагарами становится все более
заметным отрицательное влияние свечения пламени на надежность
узлов газового тракта [253].
8.3. ОСНОВНЫЕ ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ
М ДОЛГОВЕЧНОСТИ УЗЛОВ И АГРЕГАТОВ ГАЗОВОГО ТР>А1КТА
С УЧЕТОМ СВОЙСТВ ТОПЛИВ
Ранее были изложены по возможности все аспекты влияния
свойств топлив на работоспособность и надежность узлов и
агрегатов топливных систем реактивных двигателей и самолетов.
Хотя проблема надежности реактивной техники является весьма
широкой и комплексной, ниже будут рассмотрены ее возможные
частные решения с химмотологических позиций.
8.3. И. Способы улучшения качества топлив
Как было сказано, характеристики горения реактивных топлив
в большой мере зависят от особенностей рабочего процесса в
камерах сгорания, обусловленных конструктивной схемой и
эксплуатационными условиями. Их улучшение, и в частности повышение
полноты сгорания реактивных топлив, может быть достигнуто
дезароматизацией топлив или добавкой присадок, повышающих
полноту сгорания.
Удаление ароматических углеводородов из реактивных топлив
может быть осуществлено известными в нефтепереработке
методами: гидрированием, экстракцией сернистым ангидридом или ди-
этиленгликолем, а также адсорбционной хроматографией на сили-
кагеле или других адсорбентах.
Для получения «холодных» топлив, т. е. с малой склонностью
к световому излучению при горении, возможно использовать
процессы алкилирования изопарафинов олефинами и удаления
ароматических углеводородов экстракцией их из топливных фракций,
содержащих значительное количество изопарафинов.
В США проводятся исследования по созданию новых топлив на основе
синтеза индивидуальных углеводородов компактной структуры. Так фирма «Шелл»
разработала подобное топливо «Шеллдайн» со следующими физико-химическими
свойствами:
плотность, кг/м3 1109
пределы кипения, °С 250—259
отношение С : Н 10,43
температура вспышки в закрытом тигле, ° С . 64
низшая теплота сгорания, кДж/л . 44 800
214

Особый интерес представляет повышение полноты сгорания
реактивных топлив с помощью присадок или компонентов.
Исследования показали, что полнота сгорания реактивных топлив
значительно повышается при добавке в них порошкообразного магния.
Введение, например, в реактивное топливо Jp-З
пятидесятипроцентного 24-микронного порошка магния повышает полноту сгорания
при коэффициенте избытка воздуха, равном 1,5, с 25 до 99%.
Летные испытания самолета с ПВРД на топливе Jp-4 с добавкой 50%-ного
магниевого порошка, измельченного до 0,6 и 1,5 мкм, также дали
положительные результаты.
По данным работы [111], скорость горения топлива ароматического
основания может быть повышена в два раза при добавке в него 1 % триэтилалюминия.
В США и ряде запасных стран ведутся работы по созданию
суспензионных топлив.
Для снижения склонности топлив к нагарообразованию
применяется их дезароматизация; в первую очередь удаляются бицикло-
ароматические углеводороды.
В некоторых реактивных двигателях, менее склонных к нагаро-
отложениям, нагары, образуемые бициклоароматическими
углеводородами, не отлагаются на жаровых трубах, форсунках и
воспламенителях, а выносятся из камеры сгорания газовым потоком;
между тем случаи растрескивания, коробления и прогорания
жаровых труб в них продолжают иметь место. Это происходит
вследствие того, что яркость пламени из-за наличия в нем частичек нагара
резко усиливается, вызывая дополнительный приток тепла
излучения к стенкам жаровых труб, что и повышает их температуру.
Для предотвращения этого явления в реактивных топливах
ограничивают содержание бициклоароматических углеводородов.
Для оценки характеристик горения реактивных топлив в
настоящее время официально применяются три квалификационных
метода: метод ППЮ для определения нагарных свойств по
показателю нагарное число (НЧ); метод оценки склонности топлив к
дымообразованию путем замера высоты некоптящего пламени
(ВНП) и метод люминометра, измеряющий склонность топлива
влиять на лучистую теплоотдачу факела пламени по люминомет-
рическому числу (ЛЧ) [113]. Методы ВНП и ЛЧ отличаются
недостаточной достоверностью [116].
Этими методами исследовались товарные топлива Т-1, ТС-1,
Т-6, Т-7 и РТ; их физико-химические свойства и эксплуатационные
характеристики горения приведены в табл. 8. 13, 8. 14 и рис. 8.4,
8. 5, где топлива расположены в порядке повышения их склонности
к нагарообразованию, т. е. по мере возрастания нагарного числа.
Приведенные данные свидетельствуют о том, что топлива ТС-1,
Т-7 и РТ (образцы 1 —12) по нагарным свойствам различаются
незначительно (НЧ-82-ь90); топлива Т-1 более склонны к
нагарообразованию, чем топлива ТС-1, Т-7 и РТ; гидрированные топлива
Т-6 по нагарным свойствам фактически находятся на уровне
топлив Т-1 с умеренным содержанием ароматических углеводородов.
На рис. 8. 4 приведены данные по ЛЧ и ВНП, откуда видно,
что величины ЛЧ и ВНП меняются больше под влиянием фракци-
215

Таблица 8 13
Физико-химические свойства и характеристики горения
реактивных топлив по данным квалификационных испытаний
Физцко-химические свойства и харак!ерис1ики горения
^о
о S
5о
но
3g§
о s
И
2 s
. С
ь о
S н
а й -
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
2Q
21
22
23
24
25
26
ТС-1
РТ
Т-7
РТ
ТС-1
РТ
РТ
ТС-1
РТ
Т-6
ТС-1
Т-б
ТС-1
Т-6
Т-б
Т-1
Т-6
Т-6
Т-1
778
777
776
776
777
788
781
782
781
782
788
787
841
843
784
842
783
852
843
841
804
803
851
841
818
821
135—219
146—225
142-224
142—224
142—229
141—287
138—229
137-224
140—219
135—221
144-238
141-241
196—308
19S—27
138-230
201-273
145-227
183—279
197—308
201-309
147-251
132-255
205—279
202-308
172-246
145—191
176
181
179
179
181
184
182
178
179
178
187
187
249
231
181
230
182
231
250
251
194
189
240
251
188
191
1,25
1,28
1,28
1,28
1,31
1,36
1,31
1,31
1,32
1,29
1,44
1,47
3,86
2,70
128
2,60
1,29
3,16
3,87
3,93
1,56
1,54
3,20
3,84
1,45
1,51
1,00
0,20
0,13
0,16
0,41
1,30
0,14
1,27
0,45
0,34
0,11
0,20
0,06
0,20
0,75
0,24
0,16
0,15
0,34
0,22
0,10
0,16
0,60
0,66
1,0
2,0
1,0
1,0
1,0
1,2
2,1
2,2
2,0
1,0
3,2
3,0
2,8
6,0
2,6
отс.
2,0
2,5
2,8
1,2
3,4
2,5
3,0
1,6
3,0
2,0
15,0
17,3
15,7
15,7
16,2
16,0
19,4
18,0
17,9
17,3
8,4
11,4
6,3
5,0
13,0
7,2
20,8
3,4
9,0
5,4
14,21
16,0
4,0
5,4
21,5
22
82
83
85
85
85
88
88
88
89
89
90
90
90
91
92
92
93
94
100
100
100
100
102
104
107
115
26
27
28
28
26
28
25
25
28
27
29
27
20
20
26
21
25
20
20
20
22
21
20
20
20
20
63
61
61
61
63
59
60
60
63
61
62
62
50
49
62
50
56
49
46
47
54
54
48
52
50
43
онного состава топлива, чем углеводородного. Так, в топливах ТС-1,
Т-7 и РТ (образцы 1 —12) при изменении в них содержания
ароматических углеводородов от 8,4 до 19,4% значение ЛЧ колеблется
лишь в диапазоне 4 ед.
216

Таблица 8.14
Физико-химические свойства и характеристики горения
топлив T-I и ТС-1 до и после дезароматизации
Номер образца топлива
1
2
3
4
5
Марка топлива
ТС-1
9
Т-1
а
я
■
До или после дезаро-
мачизации У
До
После
До
После
До
После
До
После
До
После
Физико-химические свойства и харакгерисхики горения
Плотность, кг/м3
777
760
784
767
783
766
809
794
832
814
Пределы кипения,
ос
135-228
135—228
138-239
138-239
137-227
137—227
139—267
139-267
142—243
142—243
Средняя темпера!ура
фракционного
состава, °С
181
181
188
188
182
182
203
203
192
192
Содержание
ароматических

углеводородов, %
о
о
15,9
2,0
19,2
2,0
20,4
1,00
15,9
2,00
23,5
1,00
би
циклических
0,42
0,03
1,10
0,04
0,50
0,04
2,30
0,38
2,30
0,40
Нагарное
число
массовое
78
46
83
48
96
40
102
70
138
72

теплоизоляционное
76
60
84
52
97
60
103
72
132
98
Высота некопгящего
пламени, мм
28
40
26
34
23
42
21
34
18
28
Люминометрическое
число
62
91
57
76
55
89
51
63
45
63
По люминометрическому числу (ЛЧ = 46-^-50) образцы топлив
Т-6 уступают топливам ТС-1, Т-7 и РТ, несмотря на то, что
топлива Т-6 фактически являются дезароматизированными. Что же
касается ВНП как показателя дымообразующих свойств топлив,
то с его помощью различить топлива Т-1, Т-6 невозможно, так как
величина ВНП у них одинакова и составляет 20 мм.
Интересны результаты определения физико-химических свойств
топлив Т-1 и ТС-1 и их эксплуатационных характеристик горения,
полученные при проверке топлив до и после их дезароматизации,
специально приготовленных Б. А. Энглиным и М. П. Алексеевой
(табл. 8. 14, рис.-8. 5).
Как и следовало ожидать, топлива с повышенным содержанием
ароматических углеводородов отличаются большей склонностью к
нагаро,- дымообразованию и свечению пламени. Глубокая дезаро-
матизация значительно улучшает качество топлив Т-1 и ТС-1 по
этим показателям. При этом НЧ топлив существенно
уменьшаются, но порядок их расположения по нагарным свойствам после
дезароматизации не меняется.
Значения ЛЧ и ВНП топлив Т-1 и ТС-1 после дезароматизации
улучшаются, особенно образцов, облегченных по фракционному
составу. При этом порядок расположения топлив по снижению их
качества меняется по сравнению с их расположением до
дезароматизации. Это, как и по предыдущим данным, еще раз подтвержда-
217

it
1
I I
ll
II II
\
Ач «
oo
ooo?9oooo
1!
i
1 ! !
; з 5 7
9 11 13 15 17 19 21 23 25
Топливо
Рис. 8.4. Эксплуатационные характеристики горения товарных реактивных
топлив по данным квалификационных испытаний (номера топлив по
табл. 8.13)
ет, что решающее влияние на величины ЛЧ и ВНП оказывает
фракционный, а не углеводородный состав топлива. Значения НЧ более
стабильны и полнее отражают уровень нагарных свойств
образцов, так как при определении нагарного числа учитывается их
углеводородный и фракционный составы.
Недостаточная четкость оценок топлив с помощью ЛЧ и ВНП по сравне-
нию с показателем НЧ объясняется различием в организации процесса сжигания
топлив по этим методам
При определении ЛЧ и ВНП используется фитильная горелка, в
диффузионном пламени которой топливо сгорает по мере соприкосновения с воздухом.
Такой процесс в чистом виде практически не осуществляется в двигателях.
При измерении НЧ на установке УНТ-1 распыленное и предварительно
перемешанное с воздухом топливо сжигается в турбулентном диффузионном
пламени. Такой процесс горения существует в реальных двигателях.
В пламени на фитиле интенсивность процесса горения зависит главным
образом от условий испарения топлива, его испаряемости и скорости диффузии. Для
турбулентного диффузионного пламени процесс горения и его интенсивность опре-
218

I r;
*
.!
," LI
110
zoo
190
WO
II
о
НЧ
130
120
110
'00
0П
70
60
SO
/ I J 4 S
TonnuBo
Рис. 8.5. Эксплуатационные характеристики горения товарных топлив до и
после дезароматизации по данным квалификационных испытаний (номера
топлив по табл. 8.14):
n
с
r
-
A
1
j|
ij
\
ll
f
j
I
Л
\\
\
\\
II
!
II
||
p
t
?|
[1
I
1
||
||
•до дезароматизации; после дезароматизации
деляются скоростью смешивания, где важным фактором является аэродинамика
системы.
Процесс горения на фитиле отличается не только этим от горения на
свободной поверхности капли жидкости в турбулентных условиях. Несмотря на то,
что вдоль фитиля происходит некоторое разделение компонентов топлива, когда
более летучий компонент испаряется у холодного основания фитиля, а менее
летучий —в верхней, более нагретой части, последующая диффузия и
конвекция препятствуют раздельному горению таких компонентов.
У свободной поверхности капель при смешивании горючей и менее горючей
жидкости в газообразной фазе преобладает более летучий ее компонент.
Поэтому интенсивность горения или даже горение, или угасание пламени^ будут
зависеть от того, какой компонент является более летучим — горючий или менее
горючий. Так как сравнительно тяжелые реактивные топлива являются сложной
смесью компонентов, обладающих самыми различными свойствами, то
избирательное испарение и сжигание таких топлив следует считать определяющим
фактором в оценке эксплуатационных характеристик их горения.
219

Именно в этом и заключается основная причина того, что
квалификационные методы определения ЛЧ и ВНП обладают недостаточной чувствительностью
при оценке характеристик горения реально применяемых реактивных дистиллят-
ных топлив по сравнению с методом измерения нагарных свойств на установке
УНТ-1.
О влиянии типа пламени и горелки на результаты оценки характеристик
горения топлив упоминалось исследователями в более ранних работах [102].
Результаты, полученные в этих работах на бунзеновской горелке, показывают,
что порядок расположения парафинов, изопарафинов} олефинов по склонности к
дымообразованию обратный тому, который наблюдается в случае диффузионных
пламен фитильной горелки.
Недостатки метода оценки склонности топлив изменять лучистую
теплоотдачу факела пламени по люминометрическому числу отмечаются также в ра»
боте ,[121].
Основным направлением дальнейшего совершенствования
квалификационных методов оценки дымообразующих свойств и
свечения пламени при горении реактивных топлив следует считать
создание такого метода, по которому наиболее полно и правильно
моделировался бы реальный рабочий процесс горения топлив.
В этом отношении следует признать, что установка УНТ-1,
с помощью которой определяются нагарные свойства топлив,
выражаемые в единицах нагарного числа (НЧ), является более
совершенной, дающей наиболее достоверные результаты.
Дополнение ее дымомером и радиометром позволит не только более
точно оценивать дымные свойства и влияние топлив на свечение, но
и детальнее исследовать такие сложные процессы, протекающие
под влиянием топлив в камерах сгорания двигателей, какими
являются дымообразование и свечение пламени.
8.3.2. (Качество топлива и конструкция
узлов и агрегатов газового тракта
Как уже упоминалось, химмотологическая надежность
авиационной техники должна прежде всего обеспечиваться применением
топлив с рациональным запасом качества. Но это означает также,
что конструкция элементов газового тракта ГТД должна быть
создана с учетом всех основных физико-химических процессов,
протекающих в применяемом топливе, а требования к топливу
должны быть обоснованы результатами химмотологического анализа
работоспособности элементов газового тракта, контактирующих с
топливом или с продуктами его сгорания. Ниже приведены
примеры, когда недостаточная химмотологическая проработка
некоторых изменений конструкции приводила к повышению нагарообра-
зования и отсюда — к повышению требований к качеству
применяемого топлива.
Так, для повышения долговечности жаровых труб и лопаток
соплового аппарата и турбины был изменен подвод вторичного
воздуха в камерах двигателей АМ-3 [70]. Однако в новых
камерах из-за недостаточного учета других явлений, связанных с
влиянием топлив, резко увеличились нагароотложения. Возникновению
этого опасного дефекта, как показали детальные исследования,
дополнительно способствовало состояние топливных форсунок.
220

Рис. 8.6. Размыв тангенциальных каналов сопла форсунки после
эксплуатации на топливах Т-1 и ТС-1:
а—новое сопло, б—работавшее сопло
Оказалось, что каналы сопел топливной форсунки подвергаются:
в процессе эксплуатации абразивному изнашиванию (рис. 8.6),
причем это изнашивание тем больше, чем меньше чистота топлива
и износостойкость материала сопла. В результате такого
изнашивания снижается качество распиливания и ускоряется процесс
нагарообразования в камере.
Анализ состояния камер сгорания и топливных форсунок (рис.
8. 7) показал, что там, где наиболее размыты каналы сопел
форсунок, соответственно и больше отложившегося в камере нагара
(табл.8. 15).
Таким образом химмотологический анализ повышенного
нагарообразования в камерах сгорания двигателя РД-ЗМ позволил
установить, что устранять этот
дефект следует не
ужесточением требований к нагарным
свойствам топлива, а
повышением износостойкости каналов
форсунок и рациональным
подводом вторичного воздуха в
камеру сгорания.
Из-за отложения нагаров
на лопатках завихрителя
первичного воздуха (рис. 8.8) был
предложен более совершенный
по конструкции периферийный
завихритель (рис. 8.9). Эксплу» Vs-^tt—1)\£>*1/~НагаР
атация показала, что из-за
увеличения площади застойных
зон у топливной форсунки рез-
Рис. 8.7. Схема нагароотложенмй топлив Т-1
и ТС-1 в жаровых трубах двигателя:
а—участки формирования нагара;
б—характер размыва каналов сопел форсунок
7.8,9,14
22!

Таблица 8.15
Влияние абразивного изнашивания каналов форсунок на нагарообразование
в двигателе РД-ЗМ после 950 ч работы на топливах Т-1 и ТС-!
Номер
камеры
сгорания
1
2
3
4
5
6
7
Количество

отложившегося нагара, г
20
630
80
10
14
440
430
Глубина
размыва каналов
сопла
форсунки, мм
0,20
0,80
0,35
0,10
0,12
0,90
0,85
Номер
камеры
сгорания
8
9
10
11
12
13
14
Количество

отложившегося нагара, г
460
238
5
40
30
6
230
Глубина
размыва каналов
сопла
форсунки, мм
0,75
0,70
0,12
0,10
0,20
0,12
0,70
В камерах с большим количеством нагара сопла форсунок имеют по 3—5
отдельных размывов стенок сопла <при ширине желоба до 0,6—0,8 мм; в камерах 2,
7, 8 сопла форсунок имеют кольцевой размыв, соединяющий тангенциальные
отверстия.
ко возросли нагароотложения на торцовой части форсунки и на
задней стенке нового завихрителя (рис. 8.11). Иными словами,
устранив нагароотложения на лопатках завихрителя воздуха, новая
конструкция вызвала повышенные нагароотложения в других его
участках, что повлекло за собой повышение требований к нагарным
свойствам топлива.
222
Рис. 8.8. Нагароотложения топлива ТС-1 на деталях заверителей
первичного воздуха камер сгорания после 300 ч работы:
а -завихритель радиальный лопаточный (старой конструкции);
б—завихритель шериферийный (новой конструкции)

Рис. 8.9. Конструкции заверителей первичного воздуха камер сгорания:
а—радиальный лопаточный завихритель (старой конструкции): 1—головка
жаровой трубы; 2—8 радиальных лопаток, 3—нагар; б—периферийный лопаточный
завихритель (новой конструкции), /—головка жаровой трубы; 2—20
закрученных лопатою заверителя; 3—дефлектор завихрителя (задняя стенка); 4—нагар
Опыт эксплуатации современных реактивных двигателей
показывает, что на торцах колпачков топливных форсунок всегда
образуется нагар. Проверка гидравлических характеристик
большого числа форсунок различных типов двигателей с нагароотложения-
ми и без них свидетельствует о том, что нагар ухудшает эти
характеристики, хотя они восстанавливаются до требуемых норм
после снятия с форсунок нагара (табл. 8. 16).
Из-за нагароотложений на форсунках на стенках жаровых труб
наблюдаются растрескивание, коробление и прогары, а в
отдельных случаях — самовыключение двигателя.
Введение в конструкцию форсунок противонагарных
перфорированных экранов без надлежащей химмотологической
проработки оказалось, как видно из рис. 8. 10, малоэффективным.
Таким образом, химмотологический анализ становится
обязательным этапом создания как новой или усовершенствованной
конструкции газового тракта ГТД, так и нового топлива. Химмотоло-
гическое обоснование требований к качеству реактивных топлив
позволяет избежать неоправданного ужесточения этих требований
и раскрывает широкие возможности как увеличения использования
нефтяного сырья, так и вовлечения новых нефтяных ресурсов в
производство реактивных топлив.
Работоспособность узлов и агрегатов газового тракта во
многом зависит от правильного обслуживания двигателя, в частности
от точного выполнения необходимых профилактических работ и
руководств по контролю качества топлив и от соблюдения правил
их применения.
Для предотвращения повышенного нагарообразования на
стенках камер сгорания и на торцах форсунок следует среди прочих
223

Таблица 8.16
Влияние нагароотложений на ухудшение основных гидравлических
характеристик топливных форсунок камер сгорания реактивных двигателей
после эксплуатации
Тип двигателя
1
1
2
3
2
2
1
1
2
2
4
2
о
1
Количество иа
ванных двигате
4
2
8
1
5
8
5
5
1
4
4
4
Марка топлива
Т-1
ТС-1
ТС-1
№ образца
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
b
7
Количества форсунок, забракованных по
характеристикам после экснлуап
До снятия нагара с
по расходу
Нет
10
20
30
Нет
100
80
Нет
Нет
Нет
Нет
20
по
неравномерности
распыла
67
80
70
80
70
40
100
100
50
30
100
70
форсунок
по углу
распыла
17
20
20
20
Нет
10
30
10
Нет
Нет
40
40
гидравлическим
щии, %
После снятия нагара с
по расходу
Нет
Нет
Нет
8
Нет
Нет
10
Нет
Нет
Нет
Нет
Нет
по неравно-
мерности
распыла
6
15
70
40
Нет
Нет
20
50
15
Нет
40
20
форсунок
но углу
распыла
(5
6
20
10
Нет
Нет
Нет
10
Нет
Нет
Нет
Нет
мер не допускать работы двигателя на неустойчивых режимах,
строго соблюдать правила прогрева и охлаждения двигателя,
следить за чистотой применяемого топлива и за чистотой и
исправностью топливных фильтров.
При выполнении регламентных работ необходимо тщательно
проверять стабильность регулировочных данных автоматической
Рис. 8.10. Форсунки основных камер сгорания:
а—без противонагарного экрана; б—с противонагарным перфорированным
экраном; /—нагар на форсунках после 300 ч работы; 2--форсунки первой
категории
224

топливоподающей аппаратуры, а топливные форсунки — на расход,
распыл и герметичность.
Важным этапом комплексных работ по обеспечению
надежности и долговечности узлов и агрегатов газового тракта в
эксплуатации является выполнение основных правил контроля качества и
применения топлив [10, 195].
В лабораториях при аэродромах контролируются показатели,
которые могут изменяться при транспортировании, перекачке и
хранении (содержание воды, механических примесей, смол и др.),
путем выполнения анализов следующих видов: приемо-сдаточно-
го, контрольного, полного.
Приемосдаточный анализ (определение плотности,
содержания свободной воды и механических примесей) выполняется при
приеме топлива из железнодорожных цистерн или других средств
транспортирования.
Контрольный анализ (определение плотности, фракционного
состава, содержания водорастворимых кислот и щелочей,
механических примесей и свободной воды) проводится периодически при
длительном хранении топлив на аэродромных складах или после
внутрискладских перекачек топлива.
Полный анализ проводится для установления соответствия
показателей топлив требованиям ГОСТов.
Для сохранения необходимого качества топлива наземные
технические средства (емкости, перекачивающие насосы, сепараторы,
фильтры, топливозаправщики, системы централизованной
заправки самолетов и др.) [123, 194] должны находиться в исправном
состоянии.
Таким образом, обеспечение высокого уровня надежности
узлов и агрегатов газового тракта ТРД является комплексной
задачей, которую следует решать одновременно повышением качества
топлива, путем химмотологических проработок конструкции и
мерами целенаправленного обслуживания авиационной техники в
процессе ее наземной и летной эксплуатации.

ГЛАВА IX
Важное значение для повышения надежности двигателей и
самолетов имеет улучшение качества реактивных топлив.
В этой области наметились два направления. Одно связано с
улучшением качества реактивных топлив технологическим путем,
другое базируется на улучшении основных эксплуатационных
свойств реактивных топлив путем введения в них
высокоэффективных присадок.
9.1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ТОПЛИВ
Первые работы в промышленности по повышению качества
топлив для сверхзвуковых самолетов были связаны с применением
сернокислотной очистки топлив с целью повышения их
термоокислительной стабильности. Первым товарным реактивным топливом
сернокислотной очистки было топливо Т-5. Однако его
стабильность в условиях длительного хранения была недостаточна. В
результате при хранении в нем образовывалось большое количество
продуктов окисления, содержащих органические кислоты, которые
реагировали со щелочью и образовывали натриевые соли,
скапливающиеся на дне резервуаров в виде пастообразного осадка.
Следы щелочи в этом топливе присутствовали вследствие того, что оно
после щелочной очистки недостаточно промывалось водой.
В заводских условиях топливо получалось очисткой серной
кислотой по периодическому циклу.
Известен метод непрерывной очистки топлив из бакинского
сырья с использованием 3% серной кислоты концентрации 98,5%
[99]; разрабатывается метод адсорбционной очистки реактивных
топлив от сернистых соединений для повышения их
термоокислительной стабильности, использующий смешанный адсорбент из
активированного угля и отбеливающей земли в соотношении 1:1,
обработанный 10%-ным диметилформамидом. Этот метод снижает
содержание серы в топливе от 1,63 до 0,04% [3]. Возможно
адсорбционную очистку реактивных топлив проводить также силика-
гелем АСК и активированной окисью алюминия [80], эффективно
удаляющими из топлив продукты окисления.
Наиболее распространена гидроочистка, позволяющая
повысить термоокислительную стабильность топлив и снизить их кор~
226

розионную агрессивность по отношению к медесодержащим
деталям топливной аппаратуры [39, 142, 158, 232, 244]. Гидроочистку
топлив производят на А1—Со—Мо или А1—Ni—Mo катализаторе.
В результате гидроочистки из топлив удаляются меркаптаны,
большинство S-соединений и неполностью продукты окисления.
Более глубокая гидроочистка топлив из некоторых нефтей ухудшает
низкотемпературные свойства топлив вследствие образования
высокомолекулярных продуктов уплотнения и повышения его
температуры помутнения [43]. Однако наиболее серьезным
недостатком гидроочищенных топлив явились их низкие противоизносные
свойства, что, например, выражалось в высоком износе плунжеров
топливных насосов вплоть до сколов их кромок.
Сопоставление эффективности вышеуказанных методов очистки
топлив описано в работе [204]. Результаты исследований
представлены в табл. 9. 1, из которой видно, что топлива после
гидроочистки, сернокислотной и адсорбционной очисток обладают лучшими
химическими свойствами и более высокой термоокислительной
стабильностью. Однако все виды очистки снижают
противоизносные свойства топлив вследствие удаления из топлив поверхностно-
активных продуктов окисления. Наиболее устойчивыми против
окисления оказались топлива, очищенные серной кислотой,
поскольку серная кислота избирательно удаляет из топлива продукты
окисления. После сернокислотной очистки в топливе частично
остаются продукты окисления, обладающие антиокислительным
эффектом, однако этот вывод должен быть подвергнут серьезной
проверке в процессе всесторонних испытаний топлив.
Очищенные топлива могут использоваться на реактивных
двигателях только с добавкой противоизносных присадок. Примером
такого топлива является топливо РТ, которое, как отмечалось
ранее, в настоящее время изготовляется на базе гидроочищенного
топлива Т-7 путем добавки в него противоизносной присадки «К».
Топливо РТ обладает высокой термоокислительной стабильностью
и хорошими противоизносными свойствами. Оно обеспечивает
надежную работу топливных фильтров, топливно-масляных
радиаторов и топливных насосов сверхзвуковых самолетов при
повышенных температурах с ограниченной продолжительностью полета.
Топливо РТ с успехом используется на всех типах дозвуковых
реактивных самолетов.
За рубежом для очистки реактивных топлив от активных сернистых
соединений, главным образом меркаптанов, используют обработку хлоридом меди,
сульфидом свинца (процесс «Бендер»), воздухом в щелочной среде (процесс
«Мерокс»), воздухом в присутствии едкого натра и уксусного ангидрида
(процесс «Солютайзер»), водным раствором едкого натра в присутствии метанола
(процесс «Юнисол»). Эти процессы позволяют снизить содержание меркаптано-
вой серы в реактивных топливах, полученных из сернистых нефтей, ниже
0,001%. При этом меркаптаны переводятся в дисульфиды. Известны процессы
удаления меркаптанов из реактивных топлив с помощью сернистых красителей
и кислородом в смеси с окислами азота [131].
Топлива для сверхзвуковых самолетов утяжеленного фракционного состава
с пониженным содержанием ароматических углеводородов получают в
промышленных условиях методом гидрирования. Гидрированные реактивные топлива
227

Таблица 91
Влияние различных методов очистки реактивных топлив
на их химические и эксплуатационные свойства
Показатель
Кислотность, мг КОН .на
100 мл:
до окисления
после окисления
Фактические смолы, мг иа
100 мл:
до окисления
после окисления
Продукты окисления, мг
на 100 мл:
десорбироваиные метаио-
лом
до окисления
после »
десорбированные уксусной
кислотой
до окисления
после окисления
Содержание серы, %:
общей
мерка'птановой
Термическая стабильность
по ГОСТ 10802—66, мг на
100 мл:
количество осадка
растворимые смолы
Цротивоизносные
свойства:
пятно износа, мм
критическая «нагрузка, Н
показатель противоиз-
.НОС1НЫХ СВОЙСТВ, %
Топливо Т-1
чистки
о
о
>=:
0,58
2,85
5
13
53
—
188
—
0,04
0
29
31
0,93
425
244,2
к о
<и ь< о о
О D* О) S
= о о ы
0,34
0,51
1
3
34
50
11
13
0
0
3
11
1,37
322
125,2
ш
о о о -
С о К о
0,30
—
0
—
0
—
—
—
0,01
0
0
26
1,52
155
54,6
Топливо ТС-1
чистки
о
о
0,34
1,33
2
—
39
—
6
—
0,11
0,002
14
13
1,34
308
100,0
К
— и о w-
0,07
3,50
1
10
16
101
5
40
0,02
0
3
0
1,49
227
84,5
о о 2 н
Я U X О
0,06
6,40
0
7
0
0
—
—
0
14
12
1,65
179
58,0
могут получаться на базе малосернистых прямогонных дистиллятов ,[42, 44]>
гидроочищенных дистиллятов сернистых нефтей [157], газойлей каталитического
крекинга, богатых ароматическими углеводородами [37], а также на основе
дистиллятов гидрокрекинга остатков высокосернистых нефтей [143]. Исследования
[98] показали, что гидрированные реактивные топлива с содержанием
ароматических углеводородов 2—8% при полном отсутствии бициклоароматических
228

углеводородов могут получаться из нефтей парафинового, нафтенового и
смешанного основания. Такие топлива отличаются высокой термоокислительной
стабильностью и низкой нагарообразующей способностью Гидрирование нефтяных
дистиллятов с целью получения реактивных топлив может проводиться с
использованием различных эффективных катализаторов [125]. Большое внимание
получению реактивных топлив гидрированием уделяется за рубежом [222, 2275
234, 243].
Процесс каталитической гидроизомеризации, при котором
высокоплавкие алканы превращаются в углеводороды изостроения
[224, 225], дает в результате реактивные топлива с улучшенными
низкотемпературными свойствами. Эти топлива обеспечивают
надежную работу топливных фильтров реактивных двигателей при
отрицательных температурах.
Реактивные топлива с высокой термоокислительной
стабильностью и низкой нагарообразующей способностью получают с
помощью процесса каталитического гидрокрекинга. Этому процессу
уделяется большое внимание в нашей стране [5, 77] и за
рубежом [252].
Во ВНИИНП на лабораторной и опытно-промышленной установках,
работающих при разных технологических режимах, путем гидрокрекинга из
вакуумного газойля западно-сибирских нефтей были получены образцы реактивных
топлив, выкипающие в пределах 165—250° С [205]. Изучение этих топлив
показало, что они склонны к окислению и обладают недостаточно хорошими противо-
износными свойствами. Присутствие в этих топливах азотистых оснований в
количестве до 0,0001 (в % на азот) ухудшает их термическую стабильность и
способствует образованию сильно окрашенных продуктов окисления, нерастворимых
в топливах. Поэтому рекомендовано процесс гидрокрекинга проводить в условиях,
исключающих попадание в топливо заметного количества азотистых оснований^
а для предотвращения окисления топлива вводить в него антиокислительную
присадку, которая должна одновременно способствовать улучшению противоиз-
носных свойств топлив.
Получение реактивных топлив гидрокрекингом тяжелых сернистых нефтяных
остатков сопровождается последующим гидрированием и депарафинизацией
карбамидом. Характеристика такого топлива приведена ниже [77]:
Плотность при 20° С, кг/м3 830
Пределы кипения, °С 180—280
Теплота сгорания, кДж/кг . . . 43,3
Температура начала кристаллизации, ° С —60
Содержание фактических смол, мг на 100 мл 3
Термоокислительная стабильность по методу ЛСАРТ, мг на
100 мл 1,6
Содержание серы, % • 0,1
Углеводородный состав:
алканы 16,9
моноцикланы 46,6
бицикланы 30,6
моноциклоароматические . , . 2,8
бициклоароматические . . 0в9
нафтеноароматические . 2,2
алкенилароматические . . 0
Из приведенных данных видно, что гидрокрекинговое топливо
содержит главным образом циклановые углеводороды при
небольшом содержании ароматических углеводородов и отсутствии мало-
229

Рис. 9.1. Каталитические процессы производства реактивных топлив:
'—газойль прямой перегонки; 2—газойль после гидрокрекинга; 3—газойль
крекинга; 4—тяжелая фракция газойля; 5—реформат; 6—рафинат; 7—экстрак
1ая ароматика; 9—гидрогенизат; 10—дезароматизированный продукт; 11—а.
^J'lVlili. Ill j А\А\ 1Y СХ X Ы. (/1 XX X XI TLV-^-IYJtXiX ^р^ V^IYJXXXX у Л. V-' X 11 /J
вание; ТК—термокрекинг; ПМ—полимеризация
РТ
стабильных алкенилароматических углеводородов. В результате
оно обладает не только высокой термоокислительной
стабильностью, но и хорошими низкотемпературными свойствами. Оно может
с успехом использоваться на дозвуковых и сверхзвуковых
самолетах при отрицательных температурах и в условиях
продолжительного сверхзвукового полета. Такой процесс получения
высококачественных реактивных топлив относится к типу комбинированных
процессов, сочетающих прямую перегонку, гидрокрекинг,
гидрирование и депарафинизацию. Однако этот процесс очень сложен и
дорог.
За рубежом запатентован ряд процессов получения
высококачественных реактивных топлив с помощью деструктивной
переработки нефтяного сырья. Схемы этих процессов представлены на рис.
9. 1. Широкое распространение за рубежом получил гидрокрекинг,
позволяющий увеличить выход реактивных топлив, снизить
содержание в них сернистых и смолистых соединений и повысить
термическую стабильность топлив (рис. 9. 1,а).
230

Гидрокрекингу подвергают высокосерннстую газойлевую фракцию нефти при
давлении водорода 7,0 МПа, температуре 380° С над платиновым или палладие-
вым катализатором Крекинг-компонент часто смешивают с прямогонным
керосином, что позволяет увеличить выход реактивного топлива на 40% [221].
Для повышения энергетических характеристик топлив предусматривается
сочетать гидрокрекинг с реформингом прямогонного керосина с последующей
экстракцией ароматических углеводородов диэтиленгликолем (рис. 9.1, б).
Смешение компонентов позволяет получить реактивное топливо с содержанием арома-
■тики 4,3%, серы — 0,002'Vo и высотой некоптящего пламени 39 мм [221]
Большие возможности получения высокоэнергетических,
термически стабильных реактивных топлив для сверхзвуковой авиации
раскрывают процессы каталитического крекинга с последующим
выделением ароматических углеводородов и их гидрированием.
Каталитическому крекингу могут подвергаться фракции
высокосернистых нефтей с пределами кипения 300—600° С. Для выделения
ароматических углеводородов из газойля каталитического крекинга
производится экстракция фурфуролом или серным ангидридом
(рис. 9. 1,в), а также адсорбционная хроматография на силикаге-
ле (рис.9. 1,<5) [213].
Экстракт рекомендуется очищать с помощью диметилсульфоксида для
удаления парафино-нафтеновых' углеводородов (рис. 9.1, г). Выделенные
ароматические углеводороды обычно содержат 0,25—2,5% серы, 0,03—0,3е/» азота и
0,25—2,5% кислорода. Поэтому для удаления серо-, азото- и
кислородосодержащих соединений предусматривается гидроочистка над окисью молибдена,
сульфидом молибдена, сульфидом вольфрама или кобальто-молибденсульфидным
катализатором под давлением водорода 3,5—8,5 МПа при температуре 410—
430° С. В некоторых случаях гидроочистка проводится трижды. В результате
гидроочистки в ароматической фракции содержание серы снижается до 0,05—
0,71Э/о и кислорода — до 0,1%. Гидрирование ароматических углеводородов
рекомендуется проводить над никелевым катализатором при давлении водорода
10,5 МПа и температуре 260° С или же при 14,0 МПа и температуре 360—380° С.
Поскольку в гидрогенизате остается небольшое количество ароматических
углеводородов, в некоторых случаях их рекомендуется удалять адсорбционной
очисткой на силикагеле. Фракционировкой из гидрогенизата выделяют
высокоэнергетическое реактивное топливо. Полученные реактивные топлива типа Jp-X
имеют пределы перегонки 218—315° С или 260—315° С, теплоту сгорания 42,9—•
43,0 МДж/кг (10200—10265 ккал/кг), плотность 890—900 кг/м3 и температуру
кристаллизации ниже —50° С. Если получаемое реактивное топливо имеет
высокую температуру начала кристаллизации (около —20° С), предусматривается
введение в него до 30% 3-изопропил- или 4-изопропилдициклогексилов
(рис. 9.1, е).
Высокоэнергетические термостабильные реактивные топлива на основе изо-
парафиновых углеводородов можно получать с использованием процесса
реформинга [211]. В качестве исходного сырья берется керосиновая фракция прямой
перегонки, содержащая 30—50% нормальных парафиновых углеводородов.
Предварительно удаляются сернистые соединения гидроочисткой фракции на кобальт-
молибденосульфидном катализаторе под давлением водорода 1,0—2,1 МПа до
содержания серы 0,01%. Обессеренный продукт подвергается реформингу над
окисью алюминия или платиновым катализатором при температуре 440—482° С
и давлении 1,0—3,1 МПа, в результате чего происходит изомеризация
нормальных парафинов и частичная ароматизация нафтенов (рис. 9.1, ж). Из
реформата экстрагируют ароматические углеводороды серным ангидридом при
температуре 10—37° С. Рафинат после фракционировки гидрируется на кобальт-мо-
либденосульфидном катализаторе при 300—340° С и давлении водорода 1,7—
2,4 МПа до полного удаления олефиновых и ароматических углеводородов.
Гидрогенизат фракционируется и подвергается адсорбционной очистке на
активированном угле. В результате получается реактивное топливо, содержащее 60%
изопарафинов с пределами кипения 200—250° С, теплотой сгорания выше
231

44,1 МДж/кг (10500 ккал/кг), плотностью 770 кг/м3 и люминометрическим
числом выше 115.
При сочетании процесса реформинга с крекингом керосино-газойлевых
фракций с последующим выделением олефиновых углеводородов Сз—С^
подвергаемых затем полимеризации (рис. 9.1, з), жидкий полимеризат смешивается
с продуктом реформинга и направляется на гидрирование. Из гидрогенизата
фракционировкой выделяется реактивное топливо, которое характеризуется
низким содержанием ароматики, высокой термической стабильностью и
улучшенными характеристиками горения.
Таким образом, исследования показали, что из нефтяного
высокосернистого сырья может быть получен широкий ассортимент
высокоэнергетических, термически стабильных реактивных топлив.
Это чрезвычайно важно еще и потому, что значительно расширяет
сырьевые ресурсы реактивных топлив.
9.2. ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ТОПЛИВ ПРИСАДКАМИ
В последние годы повышение качества реактивных топлив все
больше осуществляется введением в них небольших количеств
эффективных присадок. С помощью присадок удается улучшить
низкотемпературные свойства топлив, повысить термоокислительную
стабильность, улучшить противоизносные свойства, снизить
коррозионную агрессивность, уменьшить образование статического
электричества и пожароопасность топлив, повысить их чистоту и др.
Применение топлив с присадками предотвращает образование
термооксидных осадков в топливных баках сверхзвуковых самолетов,
ликвидирует обледенение топливных фильтров, уменьшает износ в
топливных насосах-регуляторах, снижает нагарообразование в
камерах сгорания, улучшает процесс горения топлив, уменьшает
коррозию топливной аппаратуры и др.
9.2.1. Клае^фикация присадок
В основу классификации присадок следует положить те
эксплуатационные свойства реактивных топлив, которые улучшаются
с помощью присадок. Исходя из этого присадки для реактивных
топлив можно разделить на три основных типа:
тип I — присадки, повышающие надежность работы топливных
систем реактивных двигателей и самолетов;
тип II — присадки, повышающие надежность работы камер
сгорания и агрегатов газового тракта двигателей;
тип III — полифункциональные присадки.
В свою очередь, присадки, повышающие надежность работы
топливных систем реактивных двигателей и самолетов, можно
разделить на три группы:
группа А — низкотемпературные присадки, которые повышают
надежность эксплуатации топливных систем при отрицательных
температурах;
группа Б — присадки, повышающие надежность эксплуатации
топливных систем при нормальных температурах;
232

группа В — высокотемпературные присадки, которые
повышают надежность топливных систем при повышенных температурах в
условиях сверхзвукового полета.
Всего в настоящее время насчитывается 21 подгруппа присадок
для реактивных топлив, которые распределяются следующим
образом.
Тип I. Присадки, повышающие надежность работы топливных
систем реактивных двигателей и самолетов»
Группа А. Низкотемпературные присадки.
Подгруппа 1. Антиводокристаллизующие
Подгруппа 2. Депреосорные.
Группа Б. Присадки, повышающие надежность
эксплуатации топливных систем при нормальных
температурах.
Подгруппа 3. Антиокислительные.
Подгруппа 4. Антикоррозионные.
Подгруппа 5. Металлодезактивирующие.
Подгруппа 6. Микробиоцидные.
: Подгруппа 7. Антиэлектростатические.
Подгруппа 8. Противопожарные.
Подгруппа 9. Коагулирующие.
Подгруппа 10. Дезэмульгирующие.
Подгруппа 11. Антипенные.
Подгруппа 12. Газовыделяющие.
Подгруппа 13. Загущающие.
Группа В. Высокотемпературные присадки.
Подгруппа 14. Антитермооксидные.
Подгруппа 15. Противоизносные.
Подгруппа 16. Моющие.
Подгруппа 17. Антипарообразующие.
Тип П. Присадки, повышающие надежность работы камер
сгорания и агрегатов газового тракта ГТД.
Подгруппа 18. Высококалорийные.
Подгруппа 19. Воспламенительные.
Подгруппа 20. Повышающие полноту сгорания.
Подгруппа 21. Антинагарные.
Тип III. Полифункциональные.
9.2.2. Т м ш I. Присадки, повышающие надежность
б тотиивныж систем
Группа А. Низкотемпературные присадки
Подгруппа 1. Антиводокристаллизующие присадки
добавляются в реактивные топлива для предотвращения забивки
топливных фильтров кристаллами льда, образующимися в топливных
баках самолетов при отрицательных температурах. Это первые
присадки *, которые были внедрены в СССР для реактивных топлив.
Они позволили существенно повысить надежность эксплуатации ре-
* Разработаны под руководством Б. А. Энглина.
233

активных двигателей при отрицательных температурах. В
настоящее время в нашей стране широко используются две антиводо-
кристаллизующие присадки (см. гл. 6), а также аналогичные
присадки, полученные на их основе.
Моноэтиловый эфир этиленгликоля при добавке в реактивные
топлива, содержащие до 0,014% растворенной воды, не только
позволяет предотвратить обледенение топливных фильтров при
охлаждении до —-50° С, но и способствует быстрому (за 3—30 мин)
растворению инея, который может попадать в топливо со стенок
топливных баков и резервуаров [201]. Этот метод получил широкое
признание не только у нас в стране, но и за рубежом. В США для
этих целей используют монометиловый эфир этиленгликоля с
добавкой 0,4% глицерина (PFA55MB), который вводится в топливо
в количестве 0,1—0,15%.
Механизм действия присадок, предотвращающих образование
кристаллов льда, типа жидкости «И» заключается, во-первых,
в образовании с водой водородной связи, обеспечивающей
повышение растворимости воды в реактивном топливе, и, во-вторых, в том,
что в случаях, когда содержание воды в топливе превышает то
количество, которое в состоянии удержать присадка, она частично,
в соответствии с коэффициентом распределения ее между топливом
и водой, переходит в водную фазу, значительно снижая ее
температуру кристаллизации [201].
В последние годы в зарубежных патентах для предотвращения
кристаллообразования льда предложено добавлять в реактивные топлива 0,1—0,8% этил-
карбоната или его гомологов (пропилен-1,2-карбонат), 0,05—0,3'% кетоспиртов
С4—С9 (З-окаибутан-1-ол или 2-,метил-3-оксибутан-<1-ол), 0,Д—il % гексалаурилово-
го эфира полиоксиэтиленсорбита, полиоксипропиленсорбита или полиоксибутилен-
сорбита и 0,01—1% неустойчивого в воде одного из эфиров борной, бензолборной,
алкилборной, диалкилборной или дифенилборной кислот и спиртов Ci—С12, а
также борные ангидриды или диэфиры борной кислоты и 1,2- и 1-3-гликолей, в
частности 3-(гексиленгликоль)-диборат, диизопропиловый эфир бензолборной
кислоты, борный ангидрид дигексиленгликоля или три-2-этилгексил- и триэтил-
бораты.
Для предотвращения образования кристаллов льда в топливных баках и
паровых пробок в топливной системе реактивного двигателя запатентовано
введение в топливо 0,01—0,35% по массе полиэтоксилированного пропилендиамина.
Однако применение этих присадок мало вероятно.
Реактивное топливо Jp-4, имеющее плотность 770 кг/м3 и температуру
застывания ниже —60° С, содержащее насыщенных углеводородов 89% по массе,
ароматических 10% по массе, алкенов 10/а по массе с пределами кипения 57—
226° С с добавкой 0,1% по массе полиэтоксилированного пропилендиамина с
двумя этоксидными группами в молекуле с алкильным радикалом из кислот
кокосового масла, пропилендиамина с двумя этоксидными группами в молекуле с
алкильным радикалом из кислот говяжьего жира и пропилендиамина с
алкильным радикалом из кислот говяжьего жира, прокачивается в несколько раз
лучше, чем топливо без антиводокристаллизующей присадки. Однако
применение этой присадки очень проблематично.
За рубежом в качестве антиводокристаллизующей присадки к реактивным
топливам предложен также изопропилолеат под маркой «Парадин F».
При эксплуатации пассажирских реактивных самолетов имели
место случаи забивки топливных фильтров кристаллами льда даже
при применении топлив с антиводокристаллизующими присадками
[210]. Исследования Ю. В. Уткина и других [210] показали, что
234

предусмотренное дифференцирование количества вводимых в
топливо антиводокристаллизующих присадок в зависимости от
температуры наружного воздуха в аэропорту вылета и времени полета
самолета недостаточно обосновано, так как в результате суточного
колебания температур воздуха и заправляемого топлива разность
температур между ними может достигать 30° С. Летные испытания
показали, что температура топлива, при которой начинается
забивка топливного фильтра тонкой очистки на пассажирских
самолетах, составляет от —5 до —10° С при содержании воды в
топливе до 0,01%» Исходя из этого уточнена добавка антиводокри-
сталлизующей присадки в зависимости от продолжительности
полета и начальной температуры топлива для существующих типов
самолетов.
Подгруппа 2. Депрессорные присадки широко используются
для снижения температуры застывания смазочных масел. Для топ-
лив они пока еще не разработаны, однако целесообразность
изыскания таких присадок чрезвычайно перспективна. Присадки для
снижения температуры начала кристаллизации реактивных топ-
лив позволили бы решить важнейшую проблему по расширению
ресурсов их производства из высококипящих фракций широкого
ассортимента нефтей, особенно парафинового основания, которые
в настоящее время без депарафинизации или изокрекинга
использовать не представляется возможным.
Группа Б. Присадки для нормальных температур
Подгруппа 3. Антиокислительные присадки вводятся в
реактивные топлива для повышения их стабильности в условиях
длительного хранения. Для этих целей за рубежом в реактивные
топлива может добавляться в количестве 0,001—0,004%
антиокислитель 2,6-дитретбутил-4-метилфенол (ионол, топанол 0) или же
смесь третбутилфенолов, содержащая (в %) 2,6-дитретбутилфе-
нола — 65—80; 2,4,6-тритретбутилфенола — 3—15; 2-третбутилфе-
нола — 5—30.
Антиокислительные присадки должны обязательно добавляться
в глубокоочищенные реактивные топлива. Это необходимо с двух
точек зрения. Во-первых, для предотвращения ухудшения
термоокислительной стабильности глубокоочищенных реактивных топлив
в условиях длительного хранения. Во-вторых, для снижения
разрушающего влияния глубокоочищенных реактивных топлив на
некоторые марки нитрильных резин, используемых в качестве прокла-
дочно-уплотнительных материалов в топливной аппаратуре
современных двигателей. Исследования показали, что в момент
выработки глубокоочищенные с помощью гидроочистки или
гидрирования реактивные топлива типа РТ и Т-6 обладают высокой
термоокислительной стабильностью, однако через 2—3 года хранения
этот важнейший эксплуатационный показатель топлив снижается
до минимума. Для предотвращения этого явления рекомендуется
добавлять в топлива ионол. Как показано ниже, добавка ионола
(ГОСТ 10844—64) в количестве 0,001—0,005% повышает индук-
235

цнонный период окисления топлива Т-7 (период, в течение
которого топливо остается стабильным) в 7 раз и выше [133]:

Индукционный период,
мин
Т-7 без присадки ..... 350
T-7 + O,OOl'Vo ионола .... 1060
Т-7+ 0,003% » .... 1370
Т-7+ 0,005% » .... 2400
Опытное хранение показало, что введение 0,00510/о ионола в глубокогидриро-
ванные топлива позволило сохранить его качество в течение 10 лет и более.
Эффективность ионола была проверена на промышленных гидроочищенных
топливах РТ и Т-8, на топливе Т-8, полученном гидрокрекингом вакуумного
газойля, при температурах нагрева 50—160° С [207J. Исследования показали, что
ионол в количестве 0,01% в течение года предотвращает окисление топлива Т-6
при температуре 50° С. В том же количестве ионол стабилизирует окисление
гидрокрекингового топлива Т-8 при 150° С в течение 5 ч. Введение в гидроочи-
щенное топливо Т-8 0,005% ионола практически полностью предотвращает его
окисление при температуре 120° С в течение 24 ч.
Наиболее целесообразной концентрацией ионола для стабилизации топлива
РТ является О,ООЗ(О/о. В этой же концентрации ионол, как показано ниже,
стабилизирует первоначальную величину термоокислительной стабильности топлив
РТ, Т-8 и Т-6 в процессе их хранения, в результате чего в течение 5 ч
испытаний на установке ДТС по ГОСТ 17751—72 топливные фильтры не забивались:
Время
забивки
фильтров, ч
РТ без присадки 4 ч 30 мин
РТ+0,003% ионола .... более 5 ч
Т-8 без присадки 3 ч 25 мин
Т-8+ 0,003% ионола .... более 5 ч
Т-6 без присадки 4 ч 17 мин
Т-6+ 0,003% ионола .... более 5 ч
Работы по подбору высокоэффективных присадок для
стабилизации реактивных топлив проводятся в нашей стране и за
рубежом [127, 140]. Установлен антиокислительный эффект нефтяных
сульфидов [193], хотя практическое их использование вызывает
сомнения и этот вопрос требует дополнительных исследований.
За рубежом предложено стабильное реактивное топливо с 0,01—0,1% по массе
присадки, представляющей собой продукт реакции алкенилянтарной кислоты или
ангидрида алкенилянтарной кислоты (например, ангидрида тетрапропенилянтар-
ной кислоты), полиамина (например, полиэтилендиамина или полипропилендиа-
мина), альдегида салициловой кислоты и гидрата окиси или алкоголята одного
из металлов Са, Ва, Mg, Na, Zn, Со или Мп. Однако применение зольных
присадок на практике мало вероятно.
В качестве стабилизирующих добавок к реактивным топливам за рубежом
предлагается использовать нейтральные первичные алкиламиновые соли кислых
эфиров алкил (Ci—С12) -фосфорных кислот, содержащих 2—8 атомов Р и
имеющих кислотное число 200—750. Предпочтение отдается Cg—Cis-алкиламинам с
разветвленной цепью, в которых первичная аминная группа присоединена
непосредственно к третичному атому углерода.
Для ингибитирования окисления реактивных топлив к ним предложено
добавлять совместно 4,4-тиобис(2,6-дитретбутилфенол), 4,4-тиобис(6-третбутилмета-
крезол) и 4,4-тиобис(2-метил-6-третбутилфенол).
236

Для повышения стабильности, а также улучшения стабильности цвета
реактивных топлив в условиях хранения и при повышенной температуре
предлагается использовать следующие четвертичные йодиды аммония: N, N-бис (2-гидрокси-
этил) третоктиламинйодид; N-этил-М- (2-гидроксиэтил) третоктиламинйодид, N-ме-
тил-N- (2-гидроксиэтил) третоктиламинйодид; N, N-бис (2-гидроксиэтил) третдоде-
циламикйодид, Ы-этил-N-(2-гидроксиэтил)третдодецила-минйодид; Ы-метил-Ы-(2-
гидроксиэтил) третдодециламинйодид; N- (у-дилауриламинопропил) морфолинйодид
и Ы-(метилкокоаминопропил) морфолинйодид [250]. Однако практическое
использование таких присадок весьма проблематично.
Для улучшения стабильности в условиях хранения реактивных
топлив, а также повышения их термической стабильности
предложено множество химических соединений, однако в настоящее
время предпочтение отдано алкилфенолам. Хотя они обладают
высоким антиокислительным эффектом в условиях хранения топлив,
при температурах более 100° С эти присадки недостаточно
активны. Причиной этого является то обстоятельство, что в структуре
этих присадок содержится ароматическое кольцо, являющееся
потенциальным источником термооксидных осадков.
Подгруппа 4. Антикоррозионные присадки добавляют в
реактивные топлива для предотвращения коррозии деталей
агрегатов топливных систем реактивных двигателей, а также складского
и транспортного оборудования, особенно при использовании топлив
из сернистых нефтей с повышенным содержанием меркаптановой
серы.
За рубежом в качестве антикоррозионных выпускаются присадки Дюпон
RP2, Дюпон AFA-1, Толид-244, Монсанто Санголейн С и ЮОР Юникор М,
которые добавляются в реактивные топлива Jp-4 и Jp-5 в количестве 0,016—0,06%.
Присадка Сантолейн С содержит около 40% дилинолевой кислоты и 0,35%
фосфорных эфиров. Ее рекомендуют добавлять в реактивные топлива для
предотвращения электрохимической коррозии железнодорожных цистерн, складских
резервуаров, трубопроводов и другого стального оборудования. Характеристика
зарубежных антикоррозионных присадок по спецификации Mil—I—25017 приведе-
Присадка
Гальф, Эдкент
Найсал
Дюпон RP2
Дюпон AFA-1
Толид-244
Любризол-531
Сантолейн С
Юникор М
Активный компонент
Аклиламинофосфат
Этилендииминдинонилнафталин-
сульфонат
25% октиловых эфиров
фосфорной кислоты, 55% октиламинов и
октиловых спиртов, 20%
углеводородного растворителя
—
—
Диме,ры линолевой кислоты
Полимер органических кислот

Концентрация, мг/л
16-56
48-56
20-56
11-45
16-56
14-56
11—45
23-56
В США в качестве антикоррозионной присадки выпускаются также
присадка ASG по спецификации Mil—I—25017. Для 'снижения коррозионной алрес-
сивности реактивных топлив рекомендованы аммонийные соли алкилзамещенных
237

фосфорных кислот, нефтяных кислот, нефтяных сульфокислот, алкиларилсульфо-
кислот и другие фосфоросодержащие соединения типа монометилового эфиоз
октадецилфосфиновой кислоты, монометилового эфира додецилфосфиновой
кислоты и другие эфиры, вводимые в реактивные топлива в количестве 0,002—0,004%,
а также амины, диамины, имидазолины, жирные кислоты и их производные.
Антикоррозионными присадками могут служить различные
химические соединения, способные образовывать защитные пленки на
поверхности металлов, предотвращать образование агрессивных
продуктов, а также нейтрализовать образующиеся агрессивные
продукты типа органических кислот, продуктов окисления
сернистых соединений и др.
Исследования показали [199], что высокоэффективными
антикоррозионными присадками к сернистым реактивным топливам
могут служить фенолы из подсмольных вод полукоксования черем-
ховских углей и соли нефтяных сульфокислот.
В результате исследования влияния на коррозионную агрессивность
сернистых топлив представителей многочисленных классов химических соединений,
относящихся к алифатическим и ароматическим аминам, оксиаминам, алкилфено-
лам, тиазолам, пирозолинам и другим, разработано [53] новое направление
снижения коррозионной агрессивности сернистых топлив с повышенным содержанием
меркаптанов путем применения антикоррозионных присадок, являющихся меркап-
то-2-бензотиазолом (присадка МБТЗ и сульфенамидными производными 2-бензо-
тиазола, среди которых наиболее эффективной является г4,Г\[-диэтил-2-бензотиа-
золсульфенамид [53].
Лабораторные исследования и испытания на прокачивающей установке
показали, что присадки МБТЗ и ^Ы-диэтил-2-бензотиазолсульфенамид, добавляемые
в топливо в количестве 0,005% по массе, позволяют предотвратить коррозионное
влияние на сплавы меди меркаптанов, содержащихся в топливах до 0,05% [54].
Антикоррозионным эффектом по отношению к бронзам типа ВБ-24 в
топливах ТС-1 и Т-2 при температуре 150° С обладают следующие присадки в
концентрации 0,05%: 2-фенил-2-меркаптабутиламин, 3-фенил- и 2-фенил-п-оксифе-
нилтиазолидины, 2-(М-диметил)-|3-аминоэтилазолин, 1,2,3,4-тетрагидрохинолин,
Ы-(у-аминопропил)-, 1^-(|3-цианэтил)- и К-(р-оксиэтил)-1,2,3,4-тетрагидрохиноли-
ны. Эффективно снижают коррозионную агрессивность сернистых топлив ТС-1 и
Т-2 гексаметилендиамин, бинзидин, 2-алкил-(Сэ—С12)-имидазолин, 1-тиокарбамид-
3,5,5-триметилпиразолин и полусоль триэтаноламина и жирных кислот Сю—Cis
[67]. Добавкой 0,005% 1-фенил-5-меркаптотетразола и некоторых
гетероциклических меркаптанов позволяет снизить коррозионную агрессивность топлива ТС-1,
содержащего 0,04510/о меркаптановой серы [68].
Коррозионная агрессивность реактивных топлив, содержащих 0,03%
меркаптановой серы и 0,0099% воды, по отношению к кадмированным пружинам
топливной аппаратуры реактивных двигателей может быть снижена добавкой 0,03'%*
аминных кубовых остатков, кипящих выше 100° С, с молекулярной массой 150,
которые образуются при производстве некоторых низкомолекулярных
алифатических аминов. В качестве ингибитора коррозии и добавок, предотвращающих
выпадение кристаллов льда из топлив, за рубежом предложено использовать
соединение типа 2,6-К,К/-9-оксабйциклононанов, где R—NO2—О или NH2, R'--
!—ONO2 или ОН, в частности 2-перфторгептилимидазолин в количестве 0,011%
и цетилдиметиламинсульфонат в количестве 200—100 ч/млн. Однако
эффективность этих присадок требует дополнительных исследований.
Подгруппа 5. Металлодезактивирующие присадки
добавляются в реактивные топлива для подавления каталитического
действия ионов металлов, особенно меди, количество которой может
быть велико в топливах, прошедших очистку от меркаптанов с
помощью хлоридов меди. Дезактиваторы связывают ионы меди в
прочный пассивный комплекс. Эффективными металлодезактивиру-
238

ющими присадками являются некоторые шифровые основания
типа салицилиденов, например Г^М'-дисалицилиденпропилендиамин,
М^-дисалицилиденэтилендиамин и др.
За рубежом металлодезактивирующие присадки вводят в реактивные
топлива в количестве менее 0,0007*% совместно с антиокислительными присадками.
В последнее время в США для подавления каталитического действия меди,
железа, кобальта и хрома предложено использовать в качестве дезактиваторов
соединения типа RC(CH2N=CHC6H4OH)3, где R—Н или алкил С4—С4, в
частности, 1,1,1 — три (салицилиденаминометил) пропан, который добавляется в
топливо в концентрации 0,01—0,1% совместно с антиокислительными присадками
типа фенолов и ариламннов, например, октил-р-нафтпламина [229]. Однако эти
соединения пока еще достаточно не испытаны.
Подгруппа 6. Микробицидные присадки служат для
подавления жизнедеятельности микроорганизмов в реактивных топли-
вах с целью предотвращения коррозии и загрязнения топливных
баков реактивных самолетов, эксплуатирующихся в южных
районах, особенно с тропическим климатом.
Большое внимание разработке антимикробных присадок уделяется в
настоящее время в США. Кроме боросодержащих соединений в качестве
антимикробных присадок в США предложены соединения из группы диацилированных ал-
килинденов, в которых алкилинденовый и ацилатный радикалы содержат от 1
до 4 атомов углерода. Для этих же целей за рубежом предложены присадки,
содержащие серебро: олеат, бутират, капроат, диметилбензолсульфонат и толуол-
сульфонат серебра. С целью подавления жизнедеятельности всех
микроорганизмов в водных слоях реактивных топлив и других углеводородных дистиллятных
горючих предложено использовать в качестве антимикробных присадок соли
аминов и боратов гликолей типа NH2—СН2—СН—СН2—СН2—СН—СН2—NH—ОН—
_В—О—R—О или О—R'—О—В—ОН— NH2—СН2—СН—СН2—СН2—СН—СН2—
—NH2—ОН—В—О—R'—О, где R и R'—а- и р-алкиленовые радикалы С2—С2о.
Эти присадки получают при взаимодействии циклобутан-1,2-бис-(метиламина) с
боратами алкиленгликолей. Испытания предложенных присадок в водных
растворах с различным рН среды показали их высокое микробицидное действие,
однако осталось неясным их действие на другие свойства топлив.
Для предотвращения развития микроорганизмов в нефтяных дистиллятных
топливах за рубежом предложено добавлять в них в количестве 0,0005—0,0025%
присадки типа N-тиотрихлорметиламидов: N-тиохлорметилтетрагидрофталамид и
Ы-тиотрихлорметил-Ы-бутилбензосульфонамид. Эти присадки могут добавляться
в реактивные топлива совместно с другими присадками. Содержащиеся в воде
микроорганизмы могут быть обезврежены добавкой в воду в количестве 0,01—
О,О75|()/о низкомолекулярных нитроспиртов типа RC(R/) (NO2)CH2OH, где R и
R' — водород, арил, алкил или оксиметил. Наиболее эффективными среди
подобных нитроспиртов являются 2-нитропропандиол-1,3 и 2-нитро-2-оксиметил-
пропандиол-1,3. Однако использование этих присадок проблематично.
В нашей стране антимикробным присадкам уделяется значительное
внимание [96]. Изучалось микробицидное действие диметилдиалкиламмонийхлорида
[R2(CH3)2N]C1 и диметилалкилбензиламмонийхлорида [R(CH3)2NC6H4CH2]C1
[ПО], где R содержит от 17 до 20 углеродных атомов. Эти присадки ранее
хорошо зарекомендовали себя в качестве антисептиков в различных отраслях
промышленности.
Результаты изучения антимикробных присадок показали, что
они в концентрации от 0,05% и выше подавляют рост
микроорганизмов в реактивном топливе ТС-1, однако их практическое
применение в такой концентрации мало вероятно.
Наиболее эффективной присадкой оказался диметилдиалкилам-
монийхлорид, который в концентрации 0,05% полностью
предотвращает развитие микроорганизмов в топливах.
239

Одновременно с этим была произведена оценка бактерицидно-
го действия антимикробной присадки диметилдиалкиламмонийхло-
рида в смеси с ранее разработанными присадками,
предотвращающими накопление в реактивных топливах статического
электричества. Результаты этих исследований показали, что диметилдиалкил-
аммонийхлорид сохраняет свои бактерицидные свойства в
присутствии исследованных антиэлектростатических присадок при
содержании их в топливах в количестве 0,003% •
В последнее время также установлено, что высоким
бактерицидным эффектом обладает монометиловый эфир этиленгликоля,
который ранее получил широкую известность в качестве антиводо-
кристаллизующей присадки PFA-55MB для реактивных топлив.
Оценка микробицидного действия присадки проводилась в лабораторных
условиях в отношении микроорганизмов, которые были взяты из топливных
баков реактивных самолетов, эксплуатирующихся в различных климатических зонах.
Результаты этих исследований показали, что присадка PFA-55MB при
содержании в водном растворе, контактирующем с топливом, в количестве 10—12,5%
полностью прекращает развитие микроорганизмов.
Проведенные испытания показали, что введение в реактивные топлива 0,05—
0,15% присадки PFA-55MB практически полностью предотвращает развитие
микроорганизмов и коррозионное разрушение топливных баков реактивных
самолетов. По-видимому, таким же свойством обладает жидкость «И», представляющая
собой моноэтиловый эфир этиленгликоля, которая широко используется для
предотвращения образования кристаллов воды в отечественных реактивных
топливах в концентрации 0,1—0,3%.
Подгруппа 7. Антиэлектростатические присадки добавляют
в реактивные топлива для увеличения электропроводности топлив и
предотвращения накопления в топливных баках самолетов
опасного заряда статического электричества в процессе заправки
самолетов топливом, а также при других складских перекачках
реактивных топлив.
За рубежом в качестве антиэлектростатической присадки используют
присадку ASA-3 фирмы «Шелл», которая добавляется в реактивные топлив в
концентрации от 0,000075% до 0,0001% не более. Присадка ASA-3 представляет
смесь равных количеств хромовых солей моно- и диалкилсалициловых кислот с
кальциевой солью сульфированного эфира янтарной кислоты и 2-этилгексилового
спирта. В присадку входит также до 40% сополимера метакрилатов лаурило-
стеаринового спирта и винилпиридина. В нашей стране разработана аналогичная
по назначению антиэлектростатическая присадка Сигбол, которая по
эффективности близка к присадке ASA-3. Недостатком присадки ASA-3 является то
обстоятельство, что она в процессе хранения и транспортировки топлива снижает
свой первоначальный эффект и отрицательно воздействуют на
топливо-измерительную аппаратуру.
В КИИГА синтезирована на основе алкилсалицатов хрома присадка АСХ,
сопоставление эффективности которой с присадкой ASA-3 приведено ниже [198]:
Топливо Электризуемость, В
Т-7 без присадки . ... 850
Т-7 +0,001% АСХ 100
Т-7+ 0,0001% ASA-3 .... 300
ТС-1 без присадки . ... 910
ТС-1+0,001% АСХ .... 250
ТС-1+0,0001% ASA-3 . ... 100
Т-1 без присадки . . . . .1130
Т-1+0,001% АСХ 300
Т-1+0,0001% ASA-3 .... 200
24 0

Из приведенных данных видно, что присадка АСХ в количестве 0,001% и
присадка ASA-3 в количестве 0,0001% в 3—9 раз снижают электризуемость топ-
лив Т-1, ТС-1 и Т-7, однако присадка ASA-3, судя по ее меньшей концентрации,
более эффективна.
Для снижения электролизуемости реактивных топлив
предложены [246] в качестве присадок органические соединения типа
производных фторированных полимеров.
Эти присадки получают реакцией при 50—200° С одного из фторированных
полимеров, в том числе фторированного полистирола (C3HF25)x, где Х=3,87,
и полипропилена (C3HF5)j:, где Х=20^-40, с соединениями ROH, где R — алкил
Сг—Сзо, в присутствии катализатора типа третичных аминов R3N, где R — алкил
Ci—С20, или соли щелочного металла ROM, где М—щелочной металл и R—алкил
Ci—C20. После добавления присадки в реактивное топливо его
электропроводность повысилась с 1,5- 1012 до 14- 1012 ом • см [246], однако применение зольной
присадки мало вероятно из-за возможного ухудшения других свойств
реактивных топлив, которые не проверялись. Для повышения электропроводности
реактивных топлив предложено добавлять к ним 0,005—0,05% бифункциональных
соединений X(OH2)nZ или RCH(X). (CH2)nZ, где X—CN или ОН, Z—CN, ОН, С1
или Br, R — алкил Q—С3, м=1-^8, в частности 4-хлор-бутиронитрил и 3-хлорпро-
панол. В качестве антиэлектростатической присадки за рубежом предложен
также продукт взаимодействия амина с сополимером метилвинилового эфира и ма-
леинового ангидрида. Присадка добавляется в топливо в количестве 0,0003—
0,03%, однако неясно ее влияние на другие свойства топлива.
С целью снижения электропроводности реактивных топлив предложено [209]
добавлять в них соли этилендиаминтетрауксусной кислоты и тетрафенилстеарил-
амина, 1—4 моля продукта конденсации 1 моля олеилдиамина с 1 молем
олеиновой кислоты или 1—4 моля продукта конденсации 1 моля олеилдиамина с
1 молем нефтяных жирных кислот. Добавка присадки в количестве 0,004%
повышает электропроводность реактивного топлива с 7 до 442 пСм/м [200], но
для практического ее использования необходимы более широкие испытания.
В 1977 г. на IV научно-технической конференции были рассмотрены
результаты испытаний антиэлектростатических присадок [210]. А. А. Обух доложил, что
введение в топливо ТС-1 антиэлектростатической присадки АСХ-20 в количестве
0,2—0,3 г/т обеспечивает рабочий диапазон электропроводности топлив (50—
300 пСм), что удовлетворяет условиям нормальной работы емкостных
уровнемеров в самолетных баках.
Исследования Э. С. Денисова и Б. Е. Отблеска [210] показали, что при
оптимальной концентрации антиэлектростатической присадки удельная электрическая
проводимость топлива находится в пределах 5 10~и—10~10 См/м. При снижении
содержания присадки увеличивается электризуемость топлива, а при
увеличении— нарушается работа топливоизмерительной аппаратуры. Поэтому для
контроля содержания присадки в реактивном топливе предложено определять его
электропроводность.
Подгруппа 8. Противопожарные присадки служат для
снижения воспламеняемости реактивных топлив путем уменьшения их
разбрызгивания в аварийных случаях. Для этих целей предложено
[240] добавлять в реактивное топливо 0,01—5% сополимера SO2 с
а-алкенами Сб—С36, имеющего молекулярную массу Ь106.
Присадка вводится в виде концентрата, содержащего 6—30%
сополимера [240], однако практического применения не получила.
Подгруппа 8. Коагулирующие присадки предназначены для
повышения чистоты реактивных топлив.
Разработаны коагулирующие присадки из группы сульфенамид-
ных производных 2-меркаптобензотиазола, эфиров диэтиленглико-
ля, глутаровой кислоты и алифатических спиртов Сю—Ci2, а
также октадециламид-'у-сжсимасляной кислоты [191]. Среди этих при-
9 74 241

садок наиболее эффективной является М-циклогексил-2-бензотиа-
золсульфенамид (присадка ЦБСА), который предложено
добавлять в топливо в количестве 0,002—0,005% [186]. Испытания
присадки ЦБСА в аэродромных условиях показали, что она позволяет
снизить количество микрозагрязнений в реактивных топливах Т-1
и ТС-1 в 3—7 раз и полностью удалить из топлива микрочастицы
размером более 5—10 мкм. В условиях длительного хранения
присадка ЦБСА позволяет сохранить высокую чистоту реактивных
топлив в течение четырех и более лет. Применение коагулирующих
присадок позволяет улучшить чистоту реактивных топлив и
повысить надежность эксплуатации авиационной техники [55], однако
в настоящее время после внедрения на аэродромах двойной
пятимикронной системы фильтрации применение коагулирующих
присадок не является острой необходимостью, поскольку, как
указывалось ранее, количество механических примесей в реактивных
топливах ТС-1, Т-6, Т-8 и РТ, заправляемых в баки самолетов,
не превышает 0,5—1,0 мг/л.
Подгруппа 10. Дезэмульгирующие присадки предназначены
для предотвращения образования эмульсии воды с топливом в
топливных баках самолетов. Эмульсии воды в топливных баках могут
образовываться при применении некоторых зарубежных антиводо-
кристаллизующих присадок. Для предотвращения этого явления
за рубежом предложено добавлять в реактивные топлива в
качестве дезэмульгирующих присадок алкилдиолы С2—C2i [215], поли-
гликолевые эфиры алкилфенолов, N-алкилпирролидины d—С4 в
количестве 0,01—2% [215], а также металлические соли сукцина-
мидной кислоты. Однако применение последних соединений
вследствие их зольного характера мало вероятно.
Стойкие топливо-водные эмульсии могут образовываться также
при применении антитермооксидных сополимерных присадок типа
FOA-2 или ПМАМ-2. Для топлив Jp-4, Jp-5 и Jp-6, содержащих
сополимерные присадки, предложено в качестве дезэмульгирующей
присадки использовать амины с третичным алкилом, в котором
третичный атом углерода связан с алкилом d—С3 и алкилом
С5—C2i [249]. В качестве такой присадки испытан изопропилокта-
дециламин, добавка которого в сополимерные присадки FOA-2 и
ПМАМ-2 в количестве 20—30%, полностью предотвратила их
эмульгирующую способность при контакте топлива с водой.
Подгруппа 11. Антипенные присадки предназначены для
предотвращения вспенивания реактивных топлив в топливных
баках самолетов при наборе высоты. В качестве таких присадок за
рубежом предложено добавлять в реактивные топлива 0,0001 — 1%
фторуглеродных соединений алифатических углеводородов С3—С8,
однако каких-либо практических шагов в применении этих
присадок пока не предпринято.
Подгруппа 12. Газовыделяющие присадки должны выделять
растворенный в реактивных топливах воздух и снижать его
концентрацию в надтопливном пространстве баков самолетов.
Газовыделяющие присадки должны быть склонны к быстрому разло-
242

жению с образованием инертных газов типа азота или двуокиси
углерода при температуре топлива в баках 90—200° С.
Подгруппа 13. Загущающие присадки должны снижать
жидкотекучесть реактивных топлив в топливных баках с целью
уменьшения пожароопасное™. В качестве загущающих присадок
могут использоваться полиизобутилен с молекулярной массой
80000—140000, добавляемый в топлива в количестве 1—8%. В этом
случае пожарная опасность топлив может быть понижена на 90%.
Однако введение в топливо такого большого количества полиизо-
бутилена, вероятно, вызовет ухудшение других свойств топлив, что
сделает вообще невозможным их применение на двигателях.
Поэтому использование таких присадок мало вероятно и требует
дополнительных исследований.
Группа В. Высокотемпературные присадки
Подгруппа 14. Антитермооксидные присадки служат для
предотвращения образования осадков в топливных баках
реактивных сверхзвуковых самолетов, снижения отложений в топливно-
масляных радиаторах и топливных коллекторах, а также для
предотвращения забивки топливных фильтров при повышенных
температурах топлива.
Начиная с 50-х годов большое внимание уделяется решению
этой проблемы с помощью добавки высокоэффективных антитер-
мооксидных присадок [188]. Попытки использовать для этих
целей известные антиокислительные присадки, которые применялись
для повышения стабильности топлив в условиях хранения, пока не
увенчались успехом.
Хотя такие хорошо известные антиокислители, как параоксидифениламин,
2,б-диамино-4 третбутилфенол и 2,6-дитретичный бутилкрезол, иногда давали
хорошие результаты в лабораторных условиях, однако при испытании на
топливной аппаратуре реактивных двигателей при 120—130° С в их присутствии
наблюдалось обильное образование термооксидных отложений на топливных фильтрах
и деталях топливной аппаратуры. Причиной этого явилось то обстоятельство,
что антиокислители не полностью предотвращают образование термооксидных
отложений в реактивных топливах.
Изучение эффективности фенолов и алкилфенолов,
ароматических моно- и диаминов, алифатических полиаминов, оксиаминов,
алкилимидазолинов, оксиалкилмочевин и амидов жирных кислот
показало, что наилучшие из этих соединений снижают
осадкообразование в реактивных топливах только на 50—30%, фенолы и окси-
алкиламины в сочетании с дезактиваторами металлов вызывают
обильные отложения на бронзе БВ-24. Двухатомные фенолы с
увеличением концентрации вызывают повышение коррозионной
агрессивности реактивных топлив. Высокой антиосадкообразую-
щей способностью при температуре 120° С обладает амид
стеариновой кислоты, однако после охлаждения топлива из него
выпадает обильный белый осадок [54].
Кроме этих соединений были исследованы представители
других классов химических соединений: алифатические полиамины,
ароматические моно- и диамины, алкилтиозолы, бензидины, а так-
9* 243

же их смеси, В результате было установлено, что наибольшее
повышение термостабильности реактивных топлив ТС-1 и Т-2 с
повышенным содержанием меркаптановой серы при температуре
120° С достигается в присутствии некоторых ароматических
третичных и вторичных моноаминов (монометиланилин, фенил-а-
нафтиламин). Хотя эти соединения повышали термостабильность
реактивных топлив, но полного предотвращения
осадкообразования с помощью этих соединений добиться не удалось.
Исследованию были также подвергнуты аминодисульфиды,
аминосульфиды, аминотиолы, аминонитрилы, тиазолидины, тиазо-
лины, азометины, тетрагидрохинолин и его производные. Среди этих
соединений только 2-фенил-2-меркаптобутиламин снижал
осадкообразование в топливе ТС-1 при температуре 150° С. Другие серо-
и азотосодержащие соединения ухудшали термостабильность
реактивных топлив.
Изучение производных ионола, содержащих в пара-положении
ло отношению к фенольному гидроксилу азометины, гидразины,
гиразоны, этиленимины, тиолы, аминотиолы, аминоалкилизотиуро-
ний и другие, показало, что некоторые из них способствуют
большему повышению термостабильности реактивных топлив, чем
ионол.
Термостабильность реактивных топлив исследовалась также в
присутствии алкилтиофенолов и их S-замещенных производных.
Результаты исследования показали, что некоторые из этих
присадок уменьшают образование осадков в реактивных топливах.
Фосфорсодержащие S-замещенные присадки оказались мало
эффективными [240].
В качестве антиосадкообразующих присадок к сернистым
реактивным топливам была произведена оценка эффективности эфи-
ров и солей окиси- и полиаминов и жирных кислот при
температуре 120° С [68]. Эфиры и соли окиси- и полиаминов вызывают
заметное снижение осадкообразующей способности топлив.
Наиболее эффективными среди них являются моно-, ди- и три-эфиры триэта-
ноламина и жирных кислот Сю—Ci3, триэфир триэтаноламина и жирных
кислот Сго—Сге, соль триэтаноламина и жирных кислот Сю—Ci3, соль 1,2-диэтил-
3-аминопропана и жирных кислот Сю—Ci3, а также соль тетраэтиленпентаамина
и жирных кислот Сю—Ci3.
Снижению осадкообразующей способности сернистых топлив
способствуют также некоторые сложные эфиры диэтиленгликоля,
глицерина и жирных кислот. Особенно эффективны диглицирид
олеиновой кислоты и моноэфир диэтиленгликоля и жирных
кислот. Наибольшей диспергирующей способностью обладают моно-
и диэфир триэтаноламина и жирных кислот Сю—Ci3, а также соли
полиаминов и жирных кислот.
Недостатком этих соединений является недостаточно хорошая
растворимость в тспливах.
К числу эффективных антиосадкообразующих присадок
некоторые исследователи относят соединения, приведенные в табл.
9.2 [172].
244

Таблица 9.2
Эффективность присадок для повышения термостабильности
реактивных топлив при 150° С (концентрация 0,05%)
Образец
Топливо без присадок
Присадка:
2-фенил-2-меркаптобутил-
амин
1, 2, 3, 4-тетрагидрохино-
лин
3, 5-дитретбутил-4-окси-
бензил-2-ме1рка1Птоэт,ила;\ ин
ТС-1
Осадки,
м г/100 мл
5,8
0,3
0,8
0,7
Отложения
(на бронзе
ВБ-24), г/м2
1,0
0,1
0,2
0,2
Т-1
Осадки,
мг/100 мл
7,2
0,2
0,9
1,6
Отложения
(на бронзе
ВБ-24), г/м2
1,1
0,1
0,6
0,3
Известность в качестве присадок для повышения
термостабильности реактивных топлив в настоящее время получили два
класса соединений:
1) алифатические высокомолекулярные вторичные амины;
2) сополимеры эфиров метакриловой кислоты.
Среди алифатических высокомолекулярных вторичных аминов
наиболее эффективны соединения с числом углеродных атомов в
молекуле 16—32. Добавление этих присадок в количестве 0,01 —
0,05% резко повышает термостабильность реактивных топлив.
В работе [188] показана эффективность алифатических аминов
по снижению осадкообразования в топливах типа Т-4, которые в
чистом виде обладают наиболее низкой термостабильностью из
всех существующих реактивных топлив. Присадки испытывались,
за редким исключением, в концентрации 0,05% при температуре
120° С в контакте с бронзой ВБ-24. Алифатические амины Сю—
С4о полностью предотвращают образование осадков в топливах
типа Т-4.
Среди алифатических аминов особенно эффективны соединения
с третичным углеродным атомом в молекуле. Реактивные топлива,
содержащие алифатические амины, при контакте с водой не
образуют эмульсий и по своим физико-химическим свойствам
полностью соответствуют требованиям спецификаций. Высокие антитер-
мооксидные свойства высокомолекулярных аминов также
подтверждены работой [97]. На 85—90% снижают
осадкообразование в реактивных топливах пентадецил-, бутилнонил- и гептилок-
тиламины [8].
Присадки на основе сополимеров эфиров метакриловой
кислоты при введении их в топливо в количестве до 0,1% эффективно
повышают термостабильность реактивных топлив до температуры
200° С и выше.
245

Эти присадки получаются при сополимеризации метакриловых эфиров
первичных алифатических и ароматических аминов, пиперидина и аминоспиртов;
метакриловых эфиров спиртов и 2-метил-5-винилпиридина, стирола и других
соединений. Получены столь же эффективные антитермооксидные присадки
на основе эфиров метакриловой кислоты и лаурилового спирта, октплового
спирта, диэтилэтаноламина, метакриланилида, глицидилметакрилата, 2-этилгексил-
метакрилата, М-(Р-винилоксиэтилформамида), додецилстирола, жирных аминов,
органических кислот и др. [86].
Существенным недостатком сополимерных присадок является
то обстоятельство, что содержащие их реактивные топлива при
контакте с водой образуют стойкие эмульсии, которые длительное
время не расслаиваются. Такое топливо снижает эффективность
аэродромных фильтров и уменьшает период их работы между
заменами. Для предотвращения этого за рубежом предложено
дополнительно вводить в реактивные топлива 0,0025—0,005% N-(3-
диэтиламинопролил) -стеариламида или N- (3-диметиламинопро-
пил)олеоамида.
Хорошие результаты по предотвращению образования эмульсий
топлива с сополимерньши присадками дает добавка в топливо
дополнительно высокомолекулярных алифатических аминов;
причем, наиболее эффективные результаты достигаются при
соотношении высокомолекулярных алифатических аминов к сополимеру
6:1. Следует также заметить, что смесь этих присадок обладает
большей эффективностью по повышению термостабильности
реактивных топлив, чем каждая из них в отдельности.
Подгруппа 15. Противоизносные присадки служат для
снижения износов плунжеров топливных насосов-регуляторов
реактивных двигателей, повышения смазывающей способности
реактивных топлив. Исследованиями [79] установлено, что алкилпро-
ванные фенолы, ароматические амины и оксиамины типа 2,4-диме-
тил-6-третбутилфенола, 2,6-дитретбутилкрезола, Ы,К-дивторбу-
тил-/г-фенилендиамина, я-оксидифениламина способны улучшать
противоизносные свойства топлив ТС-1 и Т-2 при добавке их в
количестве до 0,01% [79]. По данным работы [78], также
эффективно введение двухатомных фенолов типа ФЧ-16 и др. Высоким про-
тивоизносным эффектом обладают присадки на основе жирных
кислот Сп—С2о, сополимеры метилвинилпиридина и эфиров
метакриловой кислоты и жирных спиртов, а также присадка ТП [127,
193].
В качестве противоизносных присадок также изучены амино-
тиолы, аминосульфиды, тиозолины, имидазолы, пиридины и их
производные [15]. Установлено, что некоторые аминотиолы улучшают
противоизносные свойства топлив, например 1-амино-2-меркапто-
бутан, а также аминосульфиды с циклогексильным радикалом»
Заметный положительный эффект показали аминофенолы и ряд
производных ионола [15].
Исследованиями влияния антикоррозионных присадок на
противоизносные свойства топлива Т-7 установлено, что не все из этих
присадок улучшают противоизносные свойства топлива Т-7. Среди
зарубежных присадок эффективными оказались Сантолейн С, по-
246

лученный на основе димера линолевой кислоты, и Юникор М,
являющийся полимером органических кислот, а среди отечественных —
присадка на основе синтетических жирных кислот, которая
повышает противоизносные свойства топлива Т-7 до уровня Т-1.
В качестве противоизносных присадок за рубежом были предложены также
присадки, полученные на основе гидрированных дикарбоновых кислот и глико-
лей, однако практического применения они пока не получили.
В США для улучшения противоизносных свойств реактивных топлив
предложена комбинированная присадка, содержащая 0,005—0,025% тримера карбо-
новой кислоты, получаемой полимеризацией линолевой кислоты; 0,005—О,О25|()/о
моноаминной соли третичного октилгидрофосфата С4^Сг4 и третичного алкила-
мина С4—Ci4 [220]. Однако сложность состава затрудняет их применение.
В нашей стране разработана противоизносная присадка «К»,
которая используется при производстве топлива РТ [206]. Как
показано ниже, присадка «К» более эффективно повышает
противоизносные свойства топлива Т-7, чем американская присадка Сан-
тол ейн С:
Топливо
Т-7 без присадки
Т-7+ 0,003% Сантолейн С
Т-7+ 0,003% присадки «К»
Износ, мм
1,54
1,26
1,17
Критическая
нагрузка, Н
198
237
300
Критерий
износа, %
70
104
150
Подгруппа 16. Моющие присадки предназначены для
предотвращения образования отложений в топливных системах
реактивных двигателей. Моющие присадки получают за рубежом на
основе высокомолекулярных кислородо- и азоторганических
соединений, содержащих эфирные и амидные группировки [247], при
взаимодействии насыщенных многоосновных кислот
алифатического ряда, полиоксиалкиленгликоля и многоатомных спиртов, а
также других гетерорганических соединений [256]. Практического
применения такие присадки пока не получили из-за сложности их
использования в топливных системах реактивных двигателей.
Подгруппа 17. Антипарообразующие присадки
предназначаются для предотвращения образования паровых пробок в
топливных системах реактивных двигателей при полетах на больших
высотах, когда топливо нагревается до высоких температур. Эти
присадки относятся к группе алкилполисилоксанов. Их целесообразно
добавлять в реактивные топлива типа Jp-4 и Jp-5 в количестве
0,001—0,2%.
Предотвращая образования в топливных системах больших
пузырьков пара и паровых пробок, алкилполисилоксаны повышают
стабильность горения топлив в камерах сгорания реактивных
двигателей.
Испытания на малоразмерной камере сгорания показали, что после введения
в топливо 0,01% метилполисилоксана стабильное горение в камере сохранялось
247

при малых расходах топлива до 1,2 г/ч. В этих же условиях без добавки
присадки в топливных коллекторах образовывались паровые пробки, поскольку при
малых расходах топливо нагревалось до высоких температур.
Применение таких присадок пока весьма проблематично из-за
возможного образования при сгорании топлив окислов кремния,
отрицательно влияющих на агрегаты газового тракта двигателя»
Эти присадки требуют дополнительных испытаний.
9.2.3. Т ми IB» Присадки, повышающие иадежтоопь
камер сгорания и агрегатов газ©@©ш траста
Подгруппа 18. Высококалорийные присадки предназначены
для повышения энергетических характеристик реактивных топлив.
В качестве высококалорийных присадок предложено использовать
алкилалюминий, борные эфиры, алкил- и алкилдекабораны [226,
228, 235, 241], а также нафтенаты и карбонильные соединения
железа, свинца, меди, марганца или кобальта. Недостатком этих
присадок является то, что они обычно эффективны в больших
концентрациях, а это связано с повышением зольности топлива,
которая способствует образованию отложений в камерах сгорания
двигателей.
Подгруппа 19. Воспламенительные присадки служат для
улучшения воспламеняемости реактивных топлив с целью
облегчения запуска, и особенно повторного запуска реактивных
двигателей в условиях высотного полета. Воспламенительные присадки
могут добавляться в топлива с низким давлением насыщенных
паров. В качестве таких присадок можно использовать триметил- и
триэтилалюминий и боргидриды алюминия.
По зарубежным данным добавка триметилалюминия обеспечивала
повторное воспламенение основного топлива после срыва пламени на высоте до 16 км.
Предполагается, что эта присадка обеспечит запуск реактивных двигателей на
высоте до 40 км.
Пусковые свойства реактивных топлив могут быть улучшены с
помощью присадки А1(ВН4)з. Как показано ниже, при введении
в топливо АТК 3% этой присадки максимальная высота полета*
при которой возможно воспламенение топливо-воздушной смеси*
увеличивается с 10,5 до 12,5 км:
Отношение суммарного
расхода воздуха к расходу топлива
40
50
60
Максимальная высота воспламенения топлива, км
без присадки
12,7
11,2
10,5
с 3% А1(ВН4)3
14,5
13,1
12,5
Серьезным препятствием для практического использования этих
соединений является их высокая концентрация. В такой концент-
248

рации эти присадки могут вызывать образование нежелательных
отложений в камерах сгорания двигателей.
Подгруппа 20. Присадки этой подгруппы предназначены для
повышения полноты сгорания топлив в камерах сгорания
реактивных двигателей. Изучение органических нитросоединений в
количестве 6—8%, азидов 1—20% и перекисей до 10% показало, что
эффективность таких присадок повышается с увеличением в их
составе групп NO2. Азиды по эффективности не уступают нитросое-
динениям, которые заметно укорачивают зону светящегося
пламени [248]. В качестве присадок, повышающих полноту и скорость
горения реактивных топлив, предложены нитроалкилнитраты
[232], органические боросодержащие соединения типа диборана,
тетраборана и пентаборана [254], добавляемые в количестве 0,5—
20%. Скорость горения реактивных топлив с этими присадками
увеличивается в 1,2—3,3 раза. Однако практическая реализация
этих предложений представляет значительные трудности, так как
эти вещества обладают сильным токсическим действием и при
сгорании образуют твердые отложения в камерах сгорания при
введении их в топлива в таких больших количествах.
Для повышения полноты сгорания реактивных топлив за рубежом
предложены композиции присадок, включающие следующие компоненты:
компонент, содержащий каталитически активные металлы типа железа,
марганца и меди в количестве от 4,3-10~6 до 0,3 моля металла на 1 м3 топлива;
компонент, содержащий менее активные металлы типа свинца, кобальта,
никеля, цинка, хрома, сурьмы и олова в количестве 0,00022—0,55 моля на 1 м3
топлива. Композиция представляет собой сочетание катионов металлов с
анионами типа олеатов, нафтенатов, фенолятов, карбоксилатов, алкиларилсульфонатов,
фосфатов и фосфонатов. Металлы могут быть связаны в боратах, цикло- и ди-
циклопентадиенальных, карбонильных и салицилденовых комплексах.
Присадки для улучшения полноты сгорания реактивных топлив могут быть
также получены карбонизацией более одного эквивалента основания щелочного
или щелочно-земельного металла и 1 эквивалента алкилфенола или смеси алкил-
фенолов и органического соединения с числом углеродных атомов более Ci2 из
числа сложных эфиров алифатических карбоновых кислот, спиртов, сульфоокси-
дов, аминов и продуктов конденсации аминов и низших алифатических
альдегидов.
Следует подчеркнуть, что все известные присадки для повышения
полноты сгорания реактивных топлив пока еще требуют глубоких
лабораторных исследований.
Подгруппа 21. Антинагарные присадки служат целям
предотвращения образования нагаров в камерах сгорания
реактивных двигателей и повышения надежности их эксплуатации. В
последнее время в качестве антинагарной присадки к реактивным
топливам предложен дициклопентадиенилжелеза, добавка
которого в топливо в количестве 0,05% снижает нагарообразование в
камерах сгорания на 75%. В работе [109] показано, что нагарооб-
разующая способность реактивных топлив с искусственно
доведенным содержанием ароматических углеводородов до 60% может
быть значительно уменьшена антинагарными присадками типа
ферроценовых соединенийГ Для снижения нагарообразующей
способности реактивных топлив за рубежом предложены также аце-
тилацетонаты железа и соли нафтеновых кислот и щелочно-земель-
249

ных металлов с молекулярной массой 150—300, хотя их
применение весьма проблематично.
Эффективной антидымной присадкой является метилциклопен-
тадиенилтрикарбонилмарганец (ЦТМ), однако при горении
топлива с этой присадкой образуются отложения на стенках жаровых
труб камер сгорания. Для предотвращения этого явления
предложено добавлять в топливо одновременно с ЦТМ органические
соединения сурьмы типа Sb(R)x, где Х=3—5, R представлен
группами — SC(S)NRiR2, — SC(O)NRiR2, — OC(S)NRiR2 или —
OC(O)NRiR2, в частности, алкилдитиокарбамат сурьмы. При
введении в топливо J-5 присадки, содержащей 0,57 г/л марганца и
9,6 г/л сурьмы в виде диалкилдитиоксаната количество отложений
в камерах сгорания снизилось на 25%.
Для этих же целей в реактивные топлива, содержащие ЦТМ,
могут вводиться сульфиниламины типа R(N = SO)x, где Х=\—4,
R-алкил Ci—Cis, арил С6—С3о, алкенил С3—Ci8 или алкиленамин-
ная группа [R'N(N)]yR", где R' и R" — алкилы, У=0ч-6. При цо-
бавке в реактивное топливо Т-5 0,64 г/л марганца в виде ЦТМ и
0,84 г/л N-сульфиниланилина отложения в маломасштабной камере
сгорания реактивного двигателя уменьшаются на 12%. Эта
величина показывает, что успехи в этой области пока еще невелики.
Необходимы дополнительные длительные исследования для того, чтобы
этот вопрос получил практическое применение.
С целью уменьшения дымления реактивных двигателей
предложено добавлять в реактивные топлива 0,2—2% антидымной
присадки, содержащей эфиры гидрохинона и смесь изопропилового и
диацетонового спиртов в соотношении от 1 : 3 до 3 : 1 при
соотношении эфира и спиртов от 1 : 10 до 10 : 1 [239].
Антидымные присадки также получают карбонизацией смеси
сульфоновой и фосфорсодержащей кислот с добавкой окиси или
гидроокиси кальция, цезия и промоторов типа спиртов, фенолов,
аминов, меркаптанов и других [233], однако эти присадки очень
далеки от их практической реализации.
9.2.4. Т N п ВВП. Полифункциотагвьньве присадки
Для обеспечения надежной эксплуатации современных
двигателей многие свойства реактивных топлив требуют существенного
улучшения, поскольку решение этих задач конструктивным путем
связано со многими непреодолимыми трудностями. Между тем опыт
показывает, что многие из них удается решить с помощью
эффективных присадок. До настоящего времени с помощью присадок
улучшались лишь отдельные эксплуатационные свойства
реактивных топлив. В результате в некоторые современные топлива
вводится по 2—3 присадки одновременно, что не совсем удобно.
Выходом является создание полифункциональных присадок,
улучшающих основные эксплуатационные свойства современных топлив.
Одной из первых тюлифункциональных присадок, вводимых в
реактивные топлива, является присадка ТП. Эта присадка повыша-
250

?ис. 9Л, Влияние приеадеки ТП в концентрации
:Э,3°;о на кристаллизацию воды в топливе Т-И
при отрицательных температурах:
800
1—без присадки;
присадко
ТП
I
I
700
600
500
1
300
200
3—
]
I
1
-/
г
20 10
О -10 -10 -30 -ЬО -50
Температура, °С
(опыт 1); 3-е присадкой ТП (опыт 2)
ет термоокислительную
стабильность реактивных топлив,
включая самое малостабильное
топливо Т-4, при температуре
100—250° С, улучшает противо-
износные свойства топлив,
доводя топлива Т-7 и Т-2 почти
до уровня топлива Т-1, снижает
коррозионную агрессивность
топлив при повышенных
температурах, предотвращает
образование отложений на поверхностях бронзовых деталей топливных
насосов и в полостях топливно-масляных радиаторов,
обеспечивает надежную эксплуатацию форсажных коллекторов, обладает
моющими и антиводокристаллизующими свойствами.
Эффективность присадки ТП при отрицательных
температурах показана при испытаниях на прокачивающей установке
(рис. 9. 2).
Результаты этих испытаний (опыт № 1) показывают, что при охлаждении
топлива с присадкой ТП в нем не образуются кристаллы льда и
топливный фильтр не забивается. Весьма вероятно, что присадка ТП по месту
аминной группировки образует с водой комплексные соединения, которые не
кристаллизуются при охлаждении до —50° С. В опыте № 2 испытания
проводились на предварительно охлажденной установке, когда на стенках ее топливного
бака образовался иней. В этом случае топливный фильтр оказался забитым,
поскольку присадка ТП оказалась не в состоянии растворить
присутствующий в установке иней. В этом заключается разница в антиводокристаллизую-
щем эффекте присадки ТП и присадок жидкости И и ТГФ, которые
способны не только предотвращать кристаллизацию воды в топливе, но и
растворять иней, ранее образовавшийся в топливных баках самолетов.
Присадка ТП стала как-бы эталонной, так как во многих
ранних работах при создании новых образцов присадок их
эффективность сравнивали с присадкой ТП. Присадка ТП
прошла всесторонние испытания в лабораторных условиях, а
также на агрегатах, двигателях и самолетах в стендовых и летных
условиях [127, 193].
Ранее считали присадку ФЧ-16 в качестве полифункциональной,
так как она повышает стабильность топлив в условиях хранения,
предотвращает коррозию металлов увлажненным топливом,
улучшает термическую стабильность топлив и повышает их противоиз-
носные свойства. Однако в последнее время установлено, что она
обладает существенными недостатками: хорошо растворяется в
воде, выпадает из топлива и легко окисляется с образованием
окрашенных продуктов кислого характера [208].
К полифункциональным присадкам можно отнести циклические
алкилимидины Ci—С24, которые в концентрации 0,001—2% Обла-
251

дают антиводокристаллизующим, моющим и антитермооксидным
действием.
С целью улучшения фильтруемости, термоокислительной стабильности,
полноты сгорания, предотвращения кристаллообразования льда и снижения
коррозионной агрессивности в реактивные топлива за рубежом предложено добавлять
в качестве полифункциональной присадки соли четвертичного аммония типа
(R'R'NITR'") nXt где R, R'f R" и R'", алкилы d—C22, X — кислотный остаток
фосфорной кислоты, содержащий 2—8 атомов фосфора, т=1—5, в частности ди-
алкилдиметиламмонийпирофосфат (алкилный радикал на основе кокосового
масла) и диалкилдиметиламмонийпирофосфат (алкилный радикал на основе
соевого масла). Эта присадка также предотвращает забивку топливных фильтров
солями щелочных металлов органических кислот, образующимися в
промышленных условиях при щелочной очистке дистиллятов реактивных топлив.
Со всей очевидностью можно утверждать, что
полифункциональным присадкам принадлежит будущее и что уже в ближайшие
годы они придут на смену используемым в настоящее время
композициям присадок, улучшающих лишь отдельные свойства
реактивных топлив.
ПОСЛЕСЛОВИЕ
В настоящей книге впервые приведен систематизированный
материал с точки зрения влияния топлива на работоспособность
агрегатов и узлов топливных систем и газового тракта реактивных
двигателей и самолетов. Анализ этого материала показывает, что
управлять влиянием, которое оказывает топливо на показатели
надежности авиационной техники, можно либо изменением
качества топлива, либо совершенствованием конструкции топливных
узлов и газового тракта, либо обоими способами одновременно.
Как показывают опыт и результаты химмотологических
исследований, роль и значение конструктивных мер в рациональном
использовании топлив для авиационной техники становятся все
более решающими.
Многофункциональная роль, которую играют топлива в
работе элементов конструкции современного реактивного двигателя и
самолета, заставляет предъявлять все более повышенные и
разнообразные требования к их качеству. Однако удовлетворение этих
требований влечет за собой не только существенное удорожание,
но и снижает ресурсы топлив.
По этой причине топлива в отличие от других материалов,
применяемых в авиационной технике, могут, в свою очередь,
выдвигать некоторые требования к авиационным конструкциям и к
условиям их эксплуатации.
В книге приведено достаточно много примеров как удачных
решений задач химмотологической надежности, так и фактов
создания ошибочных конструкций, недостаточно пригодных для
использования топлив с наиболее рациональным запасом качества.
Следовательно, с точки" зрения надежности один образец
авиационной техники может безотказно работать на более дешевых и
унифицированных сортах топлив, а другой — из-за высокой
чувствительности к качеству топлива в эксплуатации чаще отказывает^
252

т. е. химмотологически менее надежен, чем первый. Однако
успешное сочетание различных способов обеспечения химмотологической
надежности топливных узлов, газового тракта и изделия в целом
должно базироваться на научной основе.
Результаты исследовательских работ последних 10—15 лет в
области химмотологии позволяют достаточно правильно
ориентировать авиационных конструкторов при разработке ими новых
образцов техники или усовершенствовании существующих.
Вместе с тем многие вопросы химмотологической надежности
требуют дальнейших исследований. Обширный экспериментальный
материал должен быть более глубоко осмыслен и использован для
разработки теоретических основ химмотологии авиационных
реактивных топлив, двигателей и самолетов.
Это позволит вооружить химмотологическими знаниями
большой круг специалистов авиационной и нефтеперерабатывающей
промышленности, призванных ускорить решение сложных задач
повышения эффективности использования авиационной техники как
находящейся в эксплуатации, так и новой.

образцов
1
2
3
4
5
1
2
1
1
2
3
1
2
3
1
2
3
4
5
1
2
3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
2
1
1
1
Т-1 из
тей
То же
Т-1 из
нефтей
То же
Топливо
Бакинских неф-
Краснодарских
Т-1 из Сахалинских
нефтей
Т-6 из
тей
То же
»
Т-6 из
тей
То же
»
Кавказских неф-
Волжских неф-
ТС-1 из Волжских
нефтей
То же
ТС-1
нефтей
То же
ТС-1
нефтей
РТ из
тей
То же
»
JetA-1
JetA-I
Jp-4
Jp-1
из Украинских
из Украинских
ВОЛЖСКИХ неф-
Автур-50

Углеводородный состав,
об. %

тические
12,2
12,0
12,3
15,7
15,7
11,7
10,3
20,2
5,0
5,5
5,8
5,5
6,0
7,4
13,8
13,6
10,0
14,7
14,6
14,5
16,7
13,4
13,9
13,3
10,0
11,6
13,5
13,8
14,2
14,5
14,0
15,6
15,5
16,0
14,2
15,0
пара-
фино-
нафте-
новые
87,
88,
87,
84,
84
88
87,
79
95
94
94
94
94
92
86
86
90
85
85
85
85
86
86
86
90
88
86
86
85
85
86
84
84
84
85
85
7
0
7
3
3
3
7
8
0
5
2
5
0
6
2
4
0
3
4
50
3
,6
,1
,7
,0
,4
,5
,2
,8
,5
,0
,4
,5
,0
,8
,0
Элементный состав,
%
углерод
85,
86,
86,
86,
86,
86,
85,
86,
85,
85,
86,
86,
86
86,
85
85
85,
85
85,
85
85
85
85
85
85
85
85
85
85
85
86
85
85
85
85
85
83
27
56
68
57
28
94
37
93
86
05
24
14
26
54
65
25
55
74
74
66
50
68
79
54
54
21
,56
,81
,51
,92
,58
,56
,38
,48
,22
водород
13,
13,
13,
13,
13,
13,
13
13
13,
14,
13,
13
14
13
14
14
14
14
13
14
14
14
14
14
14
14
14
14
14
14
14
14
14
14
14
14
78
81
40
25
40
87
68
04
80
05
90
63
11
79
55
32
50
39
96
,26
,01
,30
32
,18
,41
,32
,26
,37
,09
,21
,17
,37
,27
,26
,33
, 15
сера
0,06
0,05
0,06
0,06
0,06
0,04
0,05
0,05
0,003
0,007
0,004
0,01
0,01
0,01
0,10
0,16
0,05
0,13
0,12
0,02
0,02
0,05
0,002
0,006
0,005
0,004
0,004
0,004
0,01
0,007
0,008
отс.
0,02
отс.
0,032
0,02
Отношение
С/Н
6,229
6,277
6,460
6,542
6,460
6,229
6,282
6,605
6,227
6,111
6,190
6,304
6,105
6,260
5,879
5,981
5,879
5,945
6,170
6,041
6,114
5,979
5,830
6,050
5,940
5,970
6,010
5,960
6,090
6,018
5,993
5,953
6,081
5,992
5,965
6,023
н/с
0,
0,
0,
0,
0,
0,
0,
о,
0
0
0
о,
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
161
160
155
152
155
161
159
151
161
164
162
159
161
160
170
167
170
,169
,162
,166
,164
,167
,167
,165
,169
,167
,166
,168
,164
,166
,167
,168
,165
,167
,168
,166
2 54

Приложение II
СХЕМНАЯ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
техники с учетом качества
авиаГСМ
-
НАДЕЖНОСТЬ
ХИММОТОЛОГИЧЕ-
СКАЯ
ПРОИЗВОДСТВО
авиаГСМ
-
ФИЗИЧЕСКАЯ
ЭКСПЛУАТАЦИЯ
техники и применение
авиаГСМ
Оптимизация требований
конструкции объекта
к качеству авиаГСМ
Расчет рационального
запаса качества авиаГСМ
для элементов и объекта
Обоснование
рентабельности объекта из условия
рекомендуемых авиаГСМ
Предложения диапазона
сортов авиаГСМ для
применения на объекте
Принятие решения
Совершенствование
технологии получения
авиаГСМ
Повышение
качества
—
-

Обеспечение
стабильности
качества
Совершенствование
системы испытаний и
контроля уровня качества
авиаГСМ
Улучшение
методов
фмзлко-
химиче-
окого
контроля
—
-
Улучшение

квалификационных
методов
Улучшение процессов
отгрузки и
транспортировки авиаГСМ
1
Грамотное применение
сортов авиаГСМ на
технике
Точность выполнения
регламентов на технике
и совершенствование
наземных средств службы
гсм
Улучшение процессов
приема, хранения,
перекачки и заправки
авиаГСМ
Совершенствование
методов сохранения качества
авиаГСМ
Улучшение экспресс-
методов контроля
качества авиаГСМ
255

Приложение 111

Самолет
№ 1
№ 2
№ 3
ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ НА СТАНДАРТНОМ Т
©ПЛИВЕ ТС-И
Количество вредных примесей, поступающих с топливом ТС-1 в
за амортизационный срок его службы, кг
Механические
примеси
75—150
25-50
100-220
общая
370 000
140 000
500 000
Сера
маркапт^ановая
8 000
3 000
11000
Смолы
фактические
10 000
4 000
14 000
самолет
Вода
свободная
440
170
607
растворенная
3 000
1000
4000

СПИСОК
1. Абианц В. X. Теория газовых турбин реактивных двигателей. М.,
Машиностроение, 1965, 310 с.
2. Авдеев Н. В. и др. Влияние резины на основе нитрильного каучука на
изменение качества топлива Т-1 в условиях хранения. — «Химия и технология
топлив и масел», 1974, № 3, с. 23—25.
3. Авиационный справочник (для летчиков и штурманов). Под ред.
В. М. Ловровского. М., Воениздат, 1964. 328 с.
4. Авиационный технический справочник (эксплуатация и обслуживание).
Под ред. В. Г. Александрова. М., «Транспорт», 1969. 495 с.
5. Агафонов А. В. и др. Гидрокрекинг тяжелого сернистого и
высокосернистого дистиллятного сырья. — В кн.: Проблемы переработки высокосернистых
нефтей. М., Гостоптехиздат, 1966, с. 177—192.
6. Александров В. Г. и др. Справочник по текущему и среднему ремонту
авиационной техники. М., Воениздат, 1975. 368 с.
7. Александров В. Г. и др. Техническая эксплуатация авиационной техники.
М., Воениздат, 1967, 416 с.
8. Алиев 3. Э. и др. Антиокислительно-диспергирующие присадки к
авиационным топливам.— В кн.: Эксплуатационные свойства авиационных топлив. Киев,
изд. КНИГА, 1969, с. 155—158.
9. Алиева Р. Б., Акопова Г. С. Способ очистки керосиновой фракции от
сернистых соединений. Авт. св. СССР, № 419545, 12.08.1975, РЖХ, 1975, 17,
П170П.
10. Аксенов А. Ф. Авиационные топлива, смазочные материалы и
специальные жидкости. Изд. второе. М., «Транспорт», 1970, 230 с.
11. Аксенов А. Ф. и др. Противоизносный эффект присадок, применяемых
для улучшения эксплуатационных свойств авиационных топлив. — «Изв. вузов.
Нефть и газ», 1971, № 8, с. 53—56.
12. Аксенов А. Ф. Химмотология и гражданская авиация. — «Химия и
технология топлив и масел», 1975, № 5, с. 7—11.
13. Аксенов А. Ф. и др. Изучение состава и структуры осадков,
образующихся в среде реактивных топлив в процессе трения. — В кн.: Вопросы
технической эксплуатации летательных аппаратов и авиационных двигателей ГА.
Киев, изд. КНИГА, 1970, вып. 6, с. 85—90.
14. Астафьев В. А. и др. Лабораторные исследования влияния герметиков
на эксплуатационные свойства реактивных топлив. — В кн.: Эксплуатационные
свойства реактивных топлив. 1972, вып. 3, ч. 1, с. 61—66.
15. Белоус А. Р. и др. Влияние присадок на противоизносные свойства
реактивных топлив. — В кн.: Эксплуатационные свойства реактивных топлив. Киев,
изд. КНИГА, вып. 3, ч. 1, с. 33—38.
16. Белянин П. Н., Черненко Ж. С. Фильтры гидравлических систем
летательных аппаратов. М., «Машиностроение», 1963, 282 с.
17. Бесполов Ио Е. и др. Методы оценки противоизносных свойств
реактивных топлив однократной прокачкой на серийных топливных агрегатах. —■ В кн.:
Эксплуатационные свойства авиационных топлив». Киев, изд. КИНГА, 1969,
с. 120—127.
257

18. Бесполов И, Е. и др0 О каталитическом действии сплавов на медной
основе на смолообразовании в топливе типа Т. — «Химия и технология топлив
и масел», 1957, № 9, с. 66—68.
19. Бесполов И. Е. и др. Коррозионность топлив, вырабатываемых из сер»
нистых нефтей — В кн.: «Химия сероорганических соединений, содержащихся
в нефтях и нефтепродуктах». Изд. АН СССР, 1959, т. 1, с. 276—279.
20. Бланделом Д. Э. Эмиссия двигателей сверхзвуковых транспортных
самолетов на больших высотах. — Материалы IV совещания группы экспертов.
Монреаль, 1973, 15 с.
21. Большаков Г. Ф. и др. Физико-химические основы применения
моторных, реактивных и ракетных топлив. Л., «Химия», 1965, 272 с.
22. Большаков Г. Ф. Физико-химические основы образования осадков в
реактивных топливах. Л., «Химия», 1972, 232 с.
23. Большаков Г. Ф., Глебовская Е. А. Гетероорганические соединения
реактивных топлив, Л., Гостоптехиздат, 1962, 262 с.
24. Бушуева Е. М., Бесполов И. Е. О влиянии фракционного и
углеводородного состава топлив на термическую стабильность — «Химия и технология
топлив и масел», 1963, № 8, с. 49—52.
25. Виноградов В. Л., Спиркин В. Г. и др. Исследование эксплуатационных
свойств присадок, предотвращающих образование кристаллов льда в реактивном
топливе. — В кн.: Эксплуатационные свойства авиационных топлив. Киев, изд.
КНИГА, 1972, вып. 3, ч. II, с. 23—27.
26. Виппер А. Б. и др. Зарубежные топлива, масла и присадки. Л ,
«Химия», 1971, 327 с.
27. Вуль В. М. и др. Топливо для сверхзвуковой транспортной авиации.—
Труды 8-го Мирового нефтяного конгресса. Изд. Оргкомитета СССР, 1971,
с. 22—23.
28. Гейден А. Г., Вольфгард X. Г. Пламя, его структура, излучение и
температура. М., «Химия», 1959, 333 с.
29. Гогитидзе Л. Д. и'др. Определение нестационарной растворимости газов
в углеводородных топливах. — В кн.: Методы оценки эксплуатационных свойств
реактивных топлив и смазочных материалов. М., «Машиностроение», 1966,
с. 87—90.
30. ГОСТ 13377—75. Надежность в технике. Термины. М., Госстандарт,
1975, 15 с.
31. ГОСТ 18340—73. Происшествия летные. Основные определения и
правила расследования. М., Госстандарт, 1973, 18 с.
32. Гуреев А., Саблина 3. Метод исследования химической стабильности
топлив. — «Новости нефтяной техники. Нефтепереработка», 1954, № 5, с. 3—5.
33. Давыдов П. И., Большаков Г. Ф. Влияние естественных смолистых
веществ на стабильность реактивных топлив при повышенных температурах. —•
«Химия и технология топлив и масел», 1960, № 10, с. 35—37.
34. Данилов И. Н., Мурзабулатов X. А. Факторы, влияющие на термическую
стабильность топлив для ВРД. — Труды Башкирск. НИИ по переработке нефти,
1962, вып. 5, с. 238—250.
35. Данилов И. Н., Мурзабулатов X. А. Повышение термической
стабильности топлив путем предварительной фильтрации. — «Химия и технология
топлив и масел», 1963, № 4, с. 60—63.
36. Данилов И. Н., Мурзабулатов X. А. Влияние газовой подушки на
термостабильность топлива ТС-1. — «Химия и технология топлив и масел», 1960,
№ 2, с. 44—46,
37. Драпкина И. Е. и др. Влияние глубины гидрирования газойля
каталитического крекинга на термоокислительную стабильность гидрогенизатов и
выделенных из них фракций. ■— «Нефтепереработка и нефтехимия», 1968, № 2,
с. 7—9.
38. Дриацкая 3. В. и др. Нефти Коми АССР. — «Химия и технология
топлив и масел», 1975, № 4, с. 7—9.
39. Ждановский Н. Б. Опыт работы установки гидроочистки. — «Химия и
технология топлив и масел», 1960, № 8, с. 57—59.
40. Жмыхова Н. М., Дриацкая 3. В. Нефть Белоруссии. — «Химия и
технология топлив и масел», 1967, № 9, с. 1—4.
258

41. Журба А» С. и др. Топливо для реактивных двигателей из нефти
месторождений Черниговской области. — «Нефт. и газовая пром-сть», 1967, № 4,
с. 36—39.
42. Журба А. С. и др. Каталитическое гидрирования ароматических
углеводородов и керосиновых дистиллятов. — «Изв. АН Туркм. ССР. Сер. Физ.-техн ,
хим. и геол. наук», 1974, № 6, с. 60—64.
43. Журба А. Со и др. Влияние глубины гидроочистки фракций реактивного
топлива на их низкотемпературные свойства. — В кн.: Эксплуатационные
свойства авиационных топлив. Киев, изд. КНИГА, 1972, вып. 3, ч. II, с. 1974—1978.
44. Журба А. С. и др. Улучшение свойств реактивных топлив
гидрированием в мягком режиме. — В кн.: Эксплуатационные свойства реактивных
топлив. Киев, изд. КНИГА, 1972, вып. 3, ч. II, с. 126—131.
45. Журба А. С. и др. Получение реактивного топлива с улучшенными
характеристиками. — «Нефт. и газовая пром-сть». 1973, № 4, с. 36—56.
46 Зайцев А. М. Обеспечение надежной работы деталей авиационных
двигателей. М., «Транспорт», 1971, с. 196.
47. Зрелов В. Н. Реактивные топлива. Окисление и осадкообразование при
нормальных температурах. — В кн.: Итоги науки. Технология органических
веществ, М., изд. ВИНИТИ, 1968, с. 5—78.
48. Зрелов В. Н. Механизм образования микрозагрязнений в реактивных
топливах. — «Химия и технология топлив и масел», 1965, № 10, с. 46—49.
49. Зрелов В. Н. Влияние качества топлива на потери от испарения и
образование паровых пробок. — В кн.: Моторные, реактивные и ракетные топлива.
М., Гостоптехиздат, 1962, с. 507—509.
50. Зрелов В. Н. Методы оценки качества реактивных топлив. — «Химия и
технология топлив и масел», 1961, № 2, с. 66—67.
51. Зрелов В. Н. Коррозионная агрессивность топлив для ВРД. — В кн.:
Моторные, реактивные и ракетные топлива. М, Гостоптехиздат, 1962, с. 514—516.
52. Зрелов В. Н. Оценка термической стабильности реактивных топлив. —
«Нефтепереработка и нефтехимия», 1965, № 10, с. 52—54.
53. Зрелов В. Н. Влияние эфиров и солей окси- и полиаминов на
коррозионную агрессивность сернистых топлив. — В кн.: Химия сераорганических
соединений, содержащихся в нефтях и нефтепродуктах. М., «Высшая школа», 1968,
т. XIII, с. 596—605.
54. Зрелов В. Н. Влияние алкил- и аминофенолов на термическую
стабильность и коррозионную агрессивность реактивных топлив. — «Нефтепереработка
и нефтехимия», 1967, № 6, с. 17—20.
55. Зрелов В. Н. Влияние качества топлив на работу топливной системы
ВРД. — В кн.: Моторные, ракетные и реактивные топлива. М., Гостоптехиздат,
1962, с. 506—529.
56. Зрелов В. Н. Реактивные топлива. — В кн.: Итоги науки. Технология
органических веществ. Сер. Химия. М., изд. ВИНИТИ, 1966, с. 5—66.
57. Зрелов В. Н. Пусковые топлива для ВРД. — В кн.: Моторные,
реактивные и ракетные топлива. М., Гостоптехиздат, 1962, изд. IV, с. 495—496.
58. Зрелов В. Н. и др. Химический состав микрозагрязнений в реактивных
топливах из сернистых нефтей. — «Химия и технология топлив и масел», 1963,
№ 11, с. 57—60.
59. Зрелов В. Н. и др. Состав микрозагрязнений в топливе Т-1 из
азербайджанских нефтей. — «Нефтепереработка и нефтехимия», 1963, № 10, с. 8—10.
60. Зрелов В. Н. и др. Образование осадков при производстве и хранении
реактивных топлив. — «Транспорт и хранение нефтепродуктов и продукции
нефтехимической промышленности», 1967, № 1, с. 23—25.
61. Зрелов В. Н. и др. Спектрофотометрическое и рентгенографическое
исследование твердой фазы в топливе Т-1 после контакта с нитрильной резиной.—
«Химия и технология топлив и масел», 1976, № 4, с. 47—49.
62. Зрелов В. Н., Куринов В. С, Бойко Л. В. Влияние топлива на газовую
коррозию камер сгорания реактивных двигателей. — «Химия и технология
топлив и масел», 1972, № 4, с. 42—44.
63. Зрелов В. Н., Маринченко Н. И. Образование осадков в реактивных
топливах. — «Нефтепереработка и нефтехимия», 1966, № 9, с. 13—16.
259

64. Зрелов Ш. Но, Маринченко Но И. Состав зольной части реактивных топ-
лив. — «Нефтепереработка и нефтехимия», 1968, № 7, с. 5—8.
65. Зрелов В, И., Маринченко IHL И. Влияние продуктов окисления
реактивных топлив на образование микрозагрязнений. — «Химия и технология топлив
и масел», 1966, № 5, с. 57—60.
66. Зрелов В. И., Маринченко Н. И. Изучение влияния концентрации
кислорода и легкокипящих фракций на окисляемость углеводородных смесей. —
«Нефтепереработка и нефтехимия», 1970, № 10, с. 39—41.
67. Зрелов В. Н., Мелехин В. М. Исследование влияния азотоорганических
соединений на коррозионную агрессивность и термическую стабильность топлив
из сернистых нефтей. — В кн.: Химия сераорганических соединений,
содержащихся в нефтях и нефтепродуктах. Гостоптехиздат, 1961, т. IV, с. 236—239.
68. Зрелов В. Н., Мелехин В. М. Исследование влияния эфиров и солей ок-
си- и полиаминов на осадкообразующую способность и коррозионную
агрессивность топлив, содержащих крекинг-компоненты. — ЖПХ, 1963, т. 36, № 11,
с. 2325—2329.
69. Зрелов В. Н., Мирошниченко А. Н., Рыбаков К. В. Чистота топлив и
долговечность двигателей. — «Тыл и снабжение Советских вооруженных сил»,
1964, № 4, с. 73—74.
70. Зрелов В. Н., Пискунов В. А. Реактивные двигатели и топливо. М.,
«Машиностроение», 1968. 312 с.
71. Зрелов В. Н., Пискунов В. А. и др. Образование нагаров на форсунках
реактивных двигателей. — «Химия и технология топлив и масел», 1969, № 12,
с. 45—49.
72. Зрелов В. Н., Рыбаков К. В. Чтобы топливо было чистым. — «Вестник
противовоздушной обороны», 1966, № 1, с. 46—47.
73. Зрелов В. Н., Рыбаков К. В. Изменение загрязненности реактивных
топлив в условиях хранения после их фильтрации. — «Нефтепереработка и
нефтехимия», 1966, № 1, с. 9—12.
74. Иноземцев Н. В., Кочкин В. К. Процесс сгорания в двигателях. М.„
Машгиз, 1949. 253 с.
75. Капралов Н. В. и др. Впрыск антиобледенительных присадок на
топливный фильтр с целью устранения его обледенения. — В кн.: Эксплуатационные
свойства авиационных топлив. Киев, изд. КНИГА, 1969, с. 3—7.
76. Капралов Н. В. и др. Влияние тонкости фильтрации на забивку
топливных фильтров кристаллами льда. — В кн.: Эксплуатационные свойства
авиационных топлив. Киев, изд., КНИГА, 1972, вып. 3, ч. II, с. 35—38.
77. Кацобашвили Я. Р. Гидрокрекинг сернистых и высокосернистых нефтей,
остатков и вакуумных дистиллятов в циркулирующем потоке катализатора. —
В кн.: Исслед. и применение гидрогенизационных процессов в нефтеперераб. и
нефтехим. пром-сти, М., Гостоптехиздат, 1968, с. 100—108.
78. Климов К. И. и др. Новый метод оценки эффективности действия проти-
возадирных присадок к маслам и топливам. — В кн.: Присадки к маслам и
топливам. М., Гостоптехиздат, 1961, с. 273—276.
79. Ковальчук Л. В., Сабирова Г. В. Очистка авиакеросинов от кислородо-
содержащих соединений адсорбционным методом. — В кн.: Эксплуатационные
свойства авиационных топлив. Киев, изд. КНИГА, 1972, ч. II, с. 145—149.
80. Комаров Б. И. Метод предварительной оценки термической
стабильности топлив на лабораторном стенде. — В кн.: Методы оценки термической
стабильности реактивных топлив. Изд. ин-та им. П. И. Баранова, 1966, № 57,
с. 90—93.
81. Коробов Б. Ф. Метод оценки термической стабильности топлив на
специальном стенде с натурной топливной аппаратурой. — В кн.: Методы оценки
термической стабильности реактивных топлив. Изд. ин-та им. П. И. Баранова,
1966, №57, с. 109—111.
82. Косточкин В. В. Надежность авиационных двигателей и силовых
установок. М., «Машиностроение», 1976, 248 с.
83. Котик М. Г. и дро Летные испытания самолетов. М., «Машиностроение»,
1968, 424 с.
260

84. Крейи С» Э. и др. Влияние микроорганизмов на эксплуатационные
свойства топлив. — «Прикладная биохимия и микробиология», 1969, т. 4, № \г
с. 647—650.
85. Кулагин И. И. Основы теории авиационных газотурбинных двигателей.
М., Воениздат, 1967, 328 с.
86. Кулиев Д, М. и др. Влияние алкилтиофенолов и их замещенных
производных на термоокислительную стабильность реактивных топлив. — «Тр. IX
науч. сессии по химии сераорг. соединений нефтей и нефтепродуктов». Уфа Изд.
ИОХ БашГУ, 1965, с. 67—71.
87. Лазаренко Во П. и др. Влияние защитных присадок на противоизносные
свойства реактивных топлив. — «Химия и технология топлив и масел», 1975„
№ 5, с. 19—21.
88. Лазовский В. Н. Надежность гидравлических агрегатов. М.,
«Машиностроение», 1974, 320 с.
89. Лешинер Л. Б., Ульянов И. Е. Проектирование топливных систем
самолетов. М., «Машиностроение», 1975, 344 с.
90. Логвинюк В. П., Макаренков В. В. Выделение газов из жидкостей при
вертикальных вибрациях емкостей. — В кн.: Эксплуатационные свойства
авиационных топлив. Киев. изд. КНИГА, 1972, вып. 3, ч. II, с. 72—79.
91. Логвинюк В. П. и др. Растворимость газов в нефтепродуктах. — «Химия
и технология топлив и масел», 1970, № 5, с. 27—29.
92. Лоренц В. Ф. Рабочая схема изнашивания. — В кн.:- Трение и износ н
машинах. М., изд. АН СССР, 1953, VIII, с. 39—43.
93. Любаковский Е. В. Сверхзвуковой пассажирский самолет. М.,
«Транспорт», 1966, 83 с.
94. Максютинский П. Ф., Черненко Ж. С. и др. Исследование процессов
образования устойчивых водно-топливных эмульсий. — В кн.:
Эксплуатационные свойства авиационных топлив. Киев, изд. КНИГА, 1971, вып. 2, с. 50—53.
95. Малкова С. С. Топлива для реактивных двигателей из каменноугольных
смол. — Тр. ин-та горючих ископаемых МУП СССР, 1968, вып. 24, № 2,
с. 106—115.
96. Марданов М. А. и др. О применении некоторых металлоорганических
соединений для защиты нефтепродуктов от биоповреждений. — Тр. II
Всесоюзного симпозиума по биологическим повреждениям и обрастаниям материалов,
изделий и сооружений. М., «Наука», 1972, с. 32—33.
97. Марданов М. А. и др. Улучшение термической стабильности реактивных
топлив путем применения синтезированных присадок. — В кн.:
Эксплуатационные свойства авиационных топлив. Киев, изд. КИИГА, 1972, вып. 3, ч. II,.
с. 112—116.
98. Марданов М. А. Влияние глубины гидрирования прямогонных
дистиллятов на термостабильность топлив. — В кн.: Эксплуатационные свойства
авиационных топлив». Киев, изд. КИР1ГА, 1972, вып. 3, ч. II, с. 121—126.
99. Марданов М. А. и др. Исследование эксплуатационных свойств средне-
дистиллятных топлив, полученных непрерывной сернокислотной очисткой. —
В кн.: Эксплуатационные свойства авиационных топлив. Киев, изд. КИИГА,
1972, вып. 3,ч. II, с. 104—112.
100. Марданов М. А. и др. Влияние смолистых соединений, выделенных из
дистиллятов нефтей балаханской тяжелой и сенгачальской, на эксплуатационные
свойства авиационных топлив. — «Изв. вузов. Нефть и газ», 1975, № 2,
с. 55—58.
101. Мушкало Л. Н. и др. Новые ингибиторы микробиологического
поражения нефтепродуктов. — Тр. II Всесоюзного симпозиума по биологическим
повреждениям и обрастаниям материалов, изделий и сооружений. М., «Наука»*
1972, с. 33—34.
102. Основы горения углеводородных топлив. Под ред. Л. Н. Хитрина и
В, А. Попова. М., ИЛ, 1960, 664 с.
103. Основы проектирования и характеристики газотурбинных двигателей.
Под ред. У. Р. Хоуторна. М., «Машиностроение», 1964, 325 с.
104. Папок К. К. и др. Квалификационная оценка эксплуатационных свойств
моторных масел. — «Химия и технология топлив и масел», 1974, № 4, с. 40—42.
26!

105. Папок К» К» и др. Роль химмотологии в народном хозяйстве. — «Химия
и технология топлив и масел», 1975, № 5, с. 2—7.
106. Папок К» К. и др„ Химмотология и методы оценки качества топлив и
масел. — «Химия и технология топлив и масел», 1976, № 3, с. 2—6.
107. Папок К» К., Пискунов В. А., Юреня П, Г. Нагары в реактивных
двигателях. М., «Транспорт», 1971, 112 с.
108. Папок К. К., Рагозин Н. А. Словарь по топливам, маслам, смазкам,
присадкам и специальным жидкостям (химмотологический словарь), изд. 4-е.
М., «Химия», 1975, 392 с.
109. Паушкин Я- М. Химический состав и свойства реактивных топлив. М.,
изд. АН СССР, 1958, 376 с.
ПО. Паушкин Я. М. и др. Изучение антимикробных присадок для нефтяных
топлив. — «Химия и технология топлив и масел», 1968, № 4, с. 51—54.
111. Паушкин Я. М. и др. Повышение скорости сгорания углеводородов с
помощью присадок. — Тр. межвузовского совещания по химии нефти. Изд.
МГУ, 1960, с. 32—39.
112. Пащенко Б. С. Методы устранения возможности образования
отложений на стенках вращающихся форсунок газотурбинных двигателей. — В кн.:
Эксплуатационные свойства авиационных топлив. Киев, изд. КИИГА, 1972,
вып. 3, ч. II, с. 79—83.
113. Пискунов В. А., Зрелов В. Н. Испытание топлив для авиационных
реактивных двигателей. М., «Машиностроение», 1974, 200 с.
114. Пискунов и др. Исследование противоизносных свойств реактивных
топлив при эксплуатации. — «Химия и технология топлив и масел», 1976, № 3,
с. 14—16.
115. Пискунов В. А. и др. Химмотологическая надежность авиатехники. —
Тр. IV Научно-техн. конф. Эксплуатационные свойства авиационных топлив,
смазочных материалов и специальных жидкостей (вопросы химмотологии).
Киев, изд. КИИГА, 1977, с. 3—4. •
116. Пискунов В. А. и др. Сравнительная оценка методов определения
эксплуатационных характеристик горения топлив для ГТД. — Тр. IV Научно-техн.
конф. Эксплуатационные свойства авиационных топлив, смазочных материалов
и специальных жидкостей (вопросы химмотологии). Киев, изд. КИИГА, 1977,
с. 10—12.
117. Поликовский В. Н., Сурнов Д. Н. Силовые установки летательных
аппаратов с воздушно-реактивными двигателями. М., «Машиностроение», 1965,
256 с
118. Попов В. Н., Цедерберг Н. В. Экспериментальное определение теплоты
испарения жидких топлив. — В кн.: Научн. докл. высш. школы. Энергетика,
1958, № 1, с. 161—166.
119. Рагозин Н. А. Реактивные топлива. М., Гостоптехиздат, 1963, 165 с.
120. Реактивные двигатели. Под ред. О. Е. Ланкастера. М., Воениздат,
1962, 318 с.
121. Резников М. Е. Топлива и смазочные материалы для летательных
аппаратов. Под ред. В. Г. Столярова. М., Воениздат, 1973, 232 с.
122. Рожков И. В. и др. Противоизносные свойства реактивных топлив.—
«Химия и технология топлив и масел», 1971, № 5, с. 55—60.
123. Рыбаков К. В., Алпатов А. С, Рожков А. Ф. Заправка самолетов
горюче-смазочными материалами. М., «Транспорт», 1975, 208 с.
124. Рыбаков П. А., Тарарышкин М. Е. Методы оценки потерь топлива от
испарения в баках самолетов. — В кн.: Методы оценки эксплуатационных
свойств реактивных топлив и смазочных материалов. М., «Машиностроение»,
1966, с. 69—72.
125. Сабирова Г. В. и др. Снижение содержания ароматических
углеводородов в реактивных топливах методом гидрирования. — В кн : Эксплуатационные
свойства авиационных топлив. Киев, изд. КИИГА, 1972, вып. 3, ч. II, с. 166—170.
126. Саблина 3. А., Гуреев А. А. Неуглеводородные составляющие топлива
как основной источник образования осадков при высоких температурах. —
«Химия и технология топлив и масел», 1960, № 7, с. 85—93.
127. Саблина 3. А., Гуреев А. А. Присадки к моторным топливам. M.D
«Химия», 1977, 186 с.
262

128. Саблина 3. А. и др. Состав и свойства некоторых образцов
современных зарубежных товарных реактивных топлив. — В кн.: Эксплуатационные
свойства авиационных топлив. Киев, изд. КИИГА, 1972, вып. 3, ч. II, с 9—15.
129. Саблина 3. А., Рожков И. В. Термическая стабильность реактивных
топлив. — В кн.: Моторные, реактивные и ракетные топлива. М., Гостоптехиздат,
1962, с. 549—561.
130. Саблина 3. А. и др. Современные стандарты на зарубежные
реактивные топлива. — «Химия и технология топлив и масел», 1975, № 3, с. 48—50.
131. Свойства реактивных топлив, получаемых из сернистых нефтей. М.,
изд. ЦНИИТЭ нефтехим, 1967, с. 70.
132. Скубачевский Г. С. Авиационные газотурбинные двигатели.
Конструкция и расчет деталей. М., «Машиностроение», 1975, 517 с.
133. Смеянов В. А., Серегин Е. П. Проблемы химмотологии современных
реактивных топлив. — «Химия и технология топлив и масел», 1976, № 3, с. 7—11.
134. Сницеров Ю. В. и др. Некоторые электрофизические свойства
реактивных топлив. — В кн.: Эксплуатационные свойства авиационных топлив. Киев
изд. КНИГА, 1972, вып. 3, ч. II, с. 49—52.
135. Соломонов П. А. Технические вопросы обеспечения безопасности
самолетов. М., Воениздат, 1975, 120 с.
136. Сорин Я. М. Физическая сущность надежности. М., изд. Госстандарт,
1969, 185 с.
137. Спиркин В. Г. и др. Предотвращение засорения топливно-масляных
радиаторов самолетов продуктами окисления и коррозии. — В кн.:
Эксплуатационные свойства авиационных топлив. Киев, изд. КНИГА, 1972, вып. 3, ч. I,
с. 42—46.
138. Спиркин В. Г. и др. Топлива и присадки, применяемые для заправки
самолетов гражданской авиации за рубежом. — В кн.: Эксплуатационные
свойства авиационных топлив. Киев, изд. КНИГА, 1972, вып. 3, ч. II, с. 16—20.
139. Спиркин В. Г. и др. Окисляемость реактивных топлив В кн.:
Эксплуатационные свойства авиационных топлив. Киев, изд. КНИГА, 1969, с. 87—90
140. Спиркин В. Г. и др. Зарубежные реактивные топлива, применяемые для
заправки самолетов гражданской авиации. — В кн.: Эксплуатационные
свойства авиационных топлив. Киев, изд. КИИГА, 1969, с. 21—24.
141. Сполдинг Д. Б. Основы теории горения. М., Госэнергоиздат, 1959, 320 с«
142. Стехун А. И. Влияние гидроочистки на термическую стабильность
реактивных топлив. — В кн.: Эксплуатационные свойства авиационных топлив.
Киев, изд. КНИГА, 1972, вып. 3, ч. II, с. 180—186.
143. Стехун А. И., Большаков Г. Ф. Получение и исследование свойств
деароматизированных топлив нефтяного типа. — В кн.: Эксплуатационные
свойства авиационных топлив. Киев, изд. КИИГА, 1972, вып. 3, ч. II, с. 100—104.
144. Стечкин Б. С. и др. Теория реактивных двигателей. Рабочий процесс
и характеристики. М., Оборонгиз, 1958, 438 с.
145. Тарарышкин М. Е. Определение термической стабильности и
коррозионной агрессивности углеводородных топлив в динамических условиях. — В сб.:
Методы оценки термической стабильности реактивных топлив, № 57, изд. ин-та
им. П. И. Баранова, 1966, с. 60—62.
146. Тарарышкин М. Е., Залога Б. Д. Метод оценки термической
стабильности топлив в динамических условиях. — В кн.: Методы оценки
эксплуатационных свойств реактивных топлив и смазочных материалов. М.,
«Машиностроение», 1966, с. 38—42.
147. Тарарышкин М. Е., Чечкина О. М. Определение давления насыщенных
паров на мембранном приборе. — В кн.: Методы оценки эксплуатационных
свойств реактивных топлив и смазочных материалов. М., «Машиностроение»,
1966, с. 61—65.
148. Тарарышкин М. Е., Чечкина О. М. Определение давления насыщенных
паров углеводородных топлив. — В кн.: Методы оценки эксплуатационных
свойств реактивных топлив и смазочных материалов. М., «Машиностроение»,,
1966, с. 50—56.
149. Ташлык Л. А., Пискунов В. А. О закономерностях и причинах
повышенных износов полусфер плунжеров топливных насосов ТРД. — «Военный
вестник», 1970, № 11, с. 18—21.
263

150. Терещенко Е» Ро и дро Термическая стабильность и коррозионная
агрессивность сернистых топлив при повышенных температурах. — В кн.: Химия сера-
органических соединений, содержащихся в нефтях и нефтепродуктах. М., Гос-
топтехиздат, 1961, т. IV, с. 231—235.
151. Терещенко Е. Р., Залога Б. Д., Максимов А. М. Оценка характеристик
сгорания топлив для ТРД на малоразмерной однокамерной установке. —
«Химия и технология топлив и масел», 1960, № 11, с. 64—66.
152. Терещенко Е. Р., Тарарышкин М. Е. Исследование термической
стабильности и коррозионной агрессивности сернистых топлив при температурах
выше 100° С. — В кн.: Химия сераорган. соединений, содерж. в нефти и
нефтепродуктах. М., Гостоптехиздат, 1963, т. V, с. 177—179.
153. Тихонов Н. И. и др. Обеспечение чистоты топлив в условиях
аэродромной эксплуатации. — В кн.: Эксплуатационные свойства авиационных топлив.
Киев, изд. КНИГА, 1972, вып. 3, ч. II, с. 85—89.
154. Тютюнов В. А., Ловинский С. Н. Авиационные двигатели. М.,
«Машиностроение», 1964, 273 с.
155. Уваров В. В. Характеристики газовой авиационной турбины с винтом.
М., Обаронгиз, 1946, 268 с.
156. Уваров В. Г. Определение микробиальной стойкости жидких топлив и
масел. — «Тр. II Всесоюзного симпозиума по биологическим повреждениям и
обрастаниям материалов, изделий и сооружений». М., «Наука», 1972, с. 52—53.
157. Федоров А. П. Исследование процесса гидрирования ароматических
углеводородов, содержащихся в керосиновых фракциях. — В кн.: Получение и
разделение продуктов нефтехим. синтеза. Краснодар, 1974, с. 23—26.
158. Федоров А. П. и др. Исследование процесса гидроочистки
высокосернистых керосиновых фракций с целью получения реактивных топлив. — В кн.:
Получение и разделение продуктов нефтехим. синтеза, Краснодар, 1974, с. 38—46.
159. Хандралов Г. Г., Мехтиев С. Д. Аппарат и метод определения
воспламеняемости распыленного топлива от электрической искры. — В кн.: Исследов.
нефтей, нефтепродуктов и разработка процессов их переработки. Баку, изд. АН
Азерб. ССР, 1968, с. 231—237.
160. Хрущов М. М. Классификация условий и видов изнашивания деталей
машин. — В кн.: Трение и износ в машинах. М., изд. АН СССР, 1953, с. 5—17.
161. Черненко Ж. С. и др. Исследование условий обледенения агрегатов
топливных систем. — В кн.: Эксплуатационные свойства авиационных топлив. Киев,
изд. КНИГА, 1970, вып. 1, с. 23—25.
162. Черненко Ж. С. и др. Исследование процесса обледенения топливных
фильтров. — В кн.: Эксплуатационные свойства авиационных топлив. Киев, изд.
КНИГА, 1971, вып. 2, с. 45—48.
163. Черненко Ж. С. и др. Исследование образования инея на стенках
топливных баков. В кн.: Эксплуатационные свойства авиационных топлив. Киев,
изд. КНИГА, 1969, с. 83—86.
164. Черненко Ж. С. и др. Предотвращение отрицательного влияния
щелочных соединений на эксплуатационные свойства реактивных топлив. — В кн.:
Эксплуатационные свойства авиационных топлив. Киев, изд. КИНГА, 1971,
вып. 2, с. 7—10.
165. Черненко Ж. С., Максютинский П. Ф. Анализ обводненности
реактивных топлив в аэропортах гражданской авиации. В кн.: Эксплуатационные
свойства авиационных топлив. Киев, изд. КИИГА, 1972, вып. 3, ч. II, с. 20—23.
166. Чернова К. С. и др. Забивка наземных и самолетных топливных
фильтров мылами нефтяных органических кислот. — В кн.: Эксплуатационные
свойства авиационных топлив. Киев, изд. КНИГА, 1969, с. 3—7.
167. Чернова К. С. и др. Обоснование требований гражданской авиации на
топливо для перспективных двигателей. — В кн.: Эксплуатационные свойства
авиационных топлив. Киев, изд. КИИГА, 1972, вып. 3, ч. II, с. 3—8.
168. Черный М. Г., Карбовский Ф. Н. Управление процессом повышения
надежности и регулирование ее уровня. — «Тр. МАИ», М., «Машиностроение»,
1974, вып. 259, с. 49—57.
169. Чертков Я. Б. Об изменении фазового состава среднедистиллятных
нефтяных топлив при нагреве. — ЖПХ, 1974, т. XVII, № 6, с. 1437—1439.
264

170. Чертков Я» Бо Топлива для сверхзвуковых реактивных самолетов. —
«Химия и технология топлив и масел», 1963, № 5, с. 68—71.
171. Чертков Я. Б. О качестве современных топлив для реактивной
авиации.— В кн.: Эксплуатационные свойства авиационных топлив. Киев, изд.
КНИГА, 1972, вып. 3, ч. II, с. 94—96.
172. Чертков Я. Б», Большаков Г. Ф., Гулин Е. Ио Топлива для воздушно-
реактивных двигателей. Л., «Недра», 1964, 232 с.
173. Чертков Я. Б., Зрелов В. Н. Влияние сераорганических соединений на
эксплуатационные свойства высокосернистых среднедистиллятных топлив. В кн.:
«Химия сераорган. соединений, содерж. в нефтях и нефтепродуктах». М.,
«Высшая школа», 1968, т. VIII, с. 563—566.
174. Чертков Я. Б., Зрелов В. Н. и др. Состав микрозагрязнений в серасо-
держащих среднедистиллятных топливах. — В кн.: Химия сераорган. соединений,
содерж. в нефтях и нефтепродуктах. М., «Высшая школа», 1968, т. VIII,
с. 429—432.
175. Чертков Я. Б. и др. Характеристика микрозагрязнений в
среднедистиллятных топливах. — «Химия и технология топлив и масел», 1962, № 10,
с. 56—58.
176. Чертков Я. Б., Зрелов В. Н. Окисление углеводородных топлив в
условиях хранения. — В кн.: Окисление углеводородов в жидкой фазе. М., изд. АН
СССР, 1959, с. 299—302.
177. Чертков Я. Б., Зрелов В. Н. Нагарообразующая способность топлив и
метод ее определения. — «Новости нефтяной техники. Нефтепереработка»,
1956, № 2, с. 9—11.
178. Чертков Я. Б., Зрелов В. Н. Окисление углеводородных топлив при
низких температурах. — «Нефтяное хозяйство», 1953, № 11, с. 39—41.
179. Чертков Я. Б., Зрелов В. Н. Влияние сернистых соединений на
эксплуатационные качества углеводородных топлив. — ЖПХ, 1958, т. 31, № 8, с. 1384—
1386.
180. Чертков Я. Б., Зрелов В. Н. К вопросу автоокисления
крекинг-керосинов. — ЖПХ, 1957, т. 30, № 10, с. 1875—1877.
181. Чертков Я. Б., Зрелов В. Н. Влияние химического состава на
термическую стабильность бакинского топлива Т-1. — «Азерб. нефт.-хоз.», 1959, № 10,
с. 15—18.
182. Чертков Я. Б., Зрелов В. Н., Низкотемпературные свойства
углеводородных топлив. — «Химия и технология топлив и масел». 1956, № 9, с. 11—23.
183. Чертков Я. Б., Зрелов В. Н. Влияние смолистых соединений на
скорость автоокисления крекинг-керосинов. — ЖПХ, 1955, т. 28, № 12, с. 1232.
184. Чертков Я. Б., Зрелов В. Н. Активность сераорганических соединений
по отношению к металлам топливной системы газотурбинных двигателей. — В
кн.: Химия сераорган. соединений, содерж. в нефтях и нефтепродуктах», Уфа,
изд. Баш. ФАН ССР, 1958, т. I, с. 69—72.
185. Чертков Я. Б., Зрелов В. Н. Автоокисление углеводородных топлив.—
ЖПХ, 1953, т. 26, № 10, с. 1039—1041.
186. Чертков Я. Б. и др. Способ очистки топлив от микрозагрязнений. Авт.
св. СССР № ili83869, 2.II. 1963 г. — «Изобретения, промышленные образцы,
товарные знаки», 1966, № 14, с. 55.
187. Чертков Я. Б., Зрелов В. Н., Маринченко Н. И. Зольная часть
осадков, образующихся в сернистых топливах. — В кн.: Химия сераорганических
соединений, содерж. в нефтях и нефтепродуктах. М., Гостоптехиздат, 1961, т. IV,
с. 222—225.
188. Чертков Я. Б., Зрелов В. Н., Мелехин В. М. Влияние присадок на
осадкообразование в топливах для турбовоздушных реактивных двигателей. —
В кн.: Эксплуатационные свойства реактивных топлив при повышенных
температурах. М., изд. ГосИНТИ, 1959, с. 91—95.
189. Чертков Я. Б., Зрелов В. Н., Оболенцев Р. Д. Термическая
стабильность сераорганических соединений и их влияние на эксплуатационные свойства
топлив. — В кн.: Химия сера- и азоторган. соединений, содерж. в нефтях и
нефтепродуктах, Уфа, Изд. Баш. ФАН ССР, 1960, т. III, с. 4611—465.
190. Чертков Я. Б., Зрелов В. Н., ВДагин В. М„ Сравнительное влияние
сераорганических соединений на эксплуатационные свойства среднедистиллятных
265

топлив. — В кн : Химия сераорган. соединений, содерж. в нефтях и
нефтепродуктах. М., Гостоптехиздат, 1963, т. V, с. 172—175.
191. Чертков Я. Б,, Зрелов В. Н., Щагин Во М. Способ очистки топлив от
микрозагрязнений. Авт. св. СССР № 173363, 7.0-2.1963. Бюллетень изобретений и
товарных знаков. 1965, № 15, с. 67.
192. Чертков Я. Б. и др. Влияние сульфидов, содержащихся в топливах, на
их эксплуатационные свойства. — «Химия и технология топлив и масел», 1969,
№ 1, с. 23—25.
193. Чертков Я. Б., Пискунов В. А. Полифункциональные присадки к
реактивным топливам. — «Химия и технология топлив и масел», 1969, № 5,
с. 56-58.
194. Чертков Я. Б., Рыбаков К. В., Зрелов В. Н. Загрязнение и методы
очистки нефтяных топлив. М., «Химия», 1970, 240 с.
195. Чертков Я. Б., Спиркин В. Г. Применение реактивных топлив в
авиации. М., «Транспорт», 1974. 160 с.
196. Чертков Я. Б., Щагин В. М., Зрелов В. Н. Влияние сераорганических
соединений на эксплуатационные свойства топлива ТС-1. — В кн.: Химия сера-
орган, соединений, содерж. в нефтях и нефтепродуктах. М., Гостоптехиздат,
1963, т. V, с. 149—151.
197. Чумакова Л. К. Газовыделяющая присадка к реактивным топливам
(ТВП). — В кн.: Эксплуатационные свойства авиационных топлив. Киев, изд.
КНИГА, 1972, вып. 3, ч. II, с. 186—188.
198. Чумаков Ю. И. и др. Антистатические свойства отечественных
реактивных топлив в присутствии присадок типа алкилсалицилатов хрома. — В кн.:
Эксплуатационные свойства авиационных топлив. Киев, изд. КНИГА, 1972,
вып. 3, ч. II, с. 45—48.
199. Чуршуков Е. С. и др. Исследование антикоррозионных присадок к
сернистым топливам. — В кн.: Свойства реактивных топлив, получаемых из
сернистых нефтей. М., изд. ЦНИИТЭнефтехим, 1967, с. 62—69.
200. Шимонаев Г. С, Степанова Л. С. Причины, определяющие
экстремальный характер образования осадка при окислении топлив. — «Химия и
технология топлив и масел», 1975, № 12, с. 45—48.
201. Энглин Б. А. Применение моторных топлив при низких температурах.
М., «Химия», 1968, 164 с.
202. Энглин Б. А. и др. Исследование характера отложений, образующихся
на самолетных фильтрах тонкой очистки при использовании топлив длительного
хранения. — В кн.: Эксплуатационные свойства авиационных топлив. Киев,
изд. КНИГА, 1972, вып. 3, ч. II, с. 97—100.
203. Энглин Б. А. и др. Влияние азотистых оснований на термическую
стабильность и противоизносные свойства реактивных топлив. — В кн.:
Эксплуатационные свойства авиационных топлив. Киев. изд. КИНГА, 1972, вып. 3,
с. 7—16.
204. Энглин Б. А. и др. Влияние метода очистки реактивных топлив на их
эксплуатационные свойства. — В кн.: Эксплуатационные свойства авиационных
топлив. Киев, изд. КНИГА, 1972, вып. 3, ч. II, с. 137—145.
205. Энглин Б. А. и др. Некоторые эксплуатационные свойства реактивных
топлив, получаемых при гидрокрекинге вакуумного газойля. — «Химия и
технология топлив и масел», 1975, № 5, с. 16—19.
206. Энглин Б. А. и др. Физико-химические и эксплуатационные свойства
топлива РТ. — «Химия и технология топлив и масел». 1975, № 8, с. 30—33.
207. Энглин Б. А. и др. Зависимость противоизносных свойств реактивных
топлив от содержания в них неуглеводородных соединений. — «Химия и
технология топлив и масел», 1971, № 4, с. 43—46.
208. Энглин Б. А. и др. Эффективность ионола как антиокислителя к
реактивным топливам, полученным гидрогенизационными процессами. — «Химия и
технология топлив и масел», 1976, № 3, с. 16—22.
209. Энглин Б. А. и др. Фенолы из подсольных вод полукоксования черем-
ховских углей как многофункциональная присадка, улучшающая
эксплуатационные свойства реактивных топлив. — В кн.: Эксплуатационные свойства
авиационных топлив. Киев, изд. КНИГА, 1971, вып. 2, с. 10—14.
266

210. SV Научно-техническая конференция. Эксплуатационные свойства
авиационных топлив, смазочных материалов и специальных жидкостей (вопросы
химмотологии). Киев, изд. КНИГА, 1977. 140 с.
211. Bachman С. and oth. Method of maling a superior jet fuel. Pat. USA,
N 3201342, 17.08.1965.
212. Bercik G., Henke M. Process for preparation a jet fuel. Pat. USA,
N 3175970, 30.03.1965.
213. Bert J. A., Painter L. J. JETOT-a new fuel thermal stability test. SAE
Air Transportation Meeting, Miami, Florida, 1973, GRC, Report N 30385, p. 45.
214. Burggraf F., Shaeson M. W. SAE Preprints N 987A, 1971.
215. Calvino N. Combination anti-icing additive for jet fuels. Pat. USA,
N 3163504, 29.12.1964
216 Chadwick E. Fuel composition. Pat. USA, N 743563, 16.04.1958.
217. Ciapetta G. and oth. Production jet fuel. Pat. USA, N 3111482, 19.11.1963.
218. Debray R. J., Killran Z. N. Bacterial slime and corrosion in petroleum
product storage. «Ind. and Eng. Chem.», 1960, vol. 52, N 2, p. 74a.
219. Development of Research Techniques for Determining the Oxidative
Stability of Aircraft Gas Turbine Fuels. August 1972, CRC Report N 450, p. 53.
220. Eckert G. W. Jet fuel composition. Pat USA, N 3476533, 04.11.1969.
221. Final Report on Thermal Characteristics of ASTM, Modified and Research
Fuel Cokers. Eppi Precision Products Inc., February 1965, Report N 65—742, p. 64.
222. Giesson J. A. Hydrogenated kerosine to jet fuel. «Hydrocarbon Precess»,
1970, vol. 49, N 9, p. 113—114.
223. Huddle S. D. Jmproved reliability of turbine engines «Conway». «Aircraft
Eng.», 1970, vol. 42, N 6, p. 25.
224. Increased jet-fuel demands met by Isomax process. «Oil and Gas», 1969,
vol. 67., N 24, p. 74—75.
225. Ireland R. Process for preparing low freeze point hydrocarbon fuels.
Pat. USA, N 3436336, 01.04.1969.
226. Irish E. and oth. Hydrocarbon fuels containing boron esters. Pat. USA,
N 3254975, 02.06.1966
227. Jacobs W. L., Watkins С. Н. Supersonic fuel production. Pat. USA,
N 3544448, 01.01.1970.
228. Jarzynka M. Process for the production of alkyl aluminium compounds
from alpha-olefins, metallic aluminium and hydrogen. GB patent, N 1072266,
07.09.1964.
229. Johnston Т. Е. Metal-deactivated organic composition and process
therefore. Pat. USA, N 3843536, 22.10 1974.
230. Kerr R. and oth Preparation of a jet fuel. Pat. USA, N 3125503, 17.03.
1964.
231. Kovach S. M. and oth. Process for Hydrogenation-Hydrotreating
of hydrocarbon mixtures. Pat. USA, N 3836453. 17.09.1974.
232. Lachowicz D. R., Kxeuz K. L. Preparation of nitroalkyl nitrates. Pat. USA,
N 3282983, 01.11.1966.
233. Le Suer W. M. Combustion process and fuel compositions. Pat. USA,
N 3798012, 19.03.1974.
234. Mears D. Hydrogenation process. Pat. USA, N 3816299, 11.06.1974.
235. Mickel B. L., Kawahara F. K. Hydrocarbon jet fuel containing decar-
borane and alkanols or phenols. Pat. USA, N 3086355, 23.04.1963.
236. Miller С. О. Lubricants and fuels containing estercontaining
compositions. Pat. USA, N 3836470, 17.09.1974.
237. Military Specification. Turbine Fuel, Aviation, Termally Stable,
Mil—T—25524B (USAF), Publ. U. S. Government Office, 1970, p. 8.
238. Military Specification, Turbine Fuel, Low Volatility, Jp-7 Mil—T—38219
(USAF). Publ. U. S. Government Printing Offices, 1971, p. 24.
239. Моу В., Caldwell W. M. Organic smoke supressant additive and
distillate hydrocarbon fuel compositions containing same. Pat. USA, N 3817720, 18.06.1974.
240. Moore W. R., Erickson R. E. Modified Turbine engine fuel. Pat. USA,
N 3820963, 28.06.1974.
267

241. Method for the preparation of allyldecaborane. Pat. USA, N 3299144,
17.01.1967.
242. Newman S, K. Fuel composition. Pat. USA, N 2858201, 28.10.1958.
243. Ronalson G* R. Production of jet fuel. Pat. USA, N 3457162, 22.07.1969.
244. Rosenwald R. H., Urban P. Process for Treating hydrocarbon distillates
containing mercaptan and color-forming components. Pat. USA, N 3398086,
23.03.1966.
245. Shimmin J. D.f Watt W. A. Z. Fuel composition. Pat. USA, N 822877,
04.11.1959.
246. Siegart W. R. and oth. Process for preparing hydroxy derivatives of
fluorinated polymers. Pat. USA, N 3847887, 12.11.1974.
247. Sims H. J., Whete H. J. Fuel compositions. Pat. USA, N 3305329,
21.02.1967.
248. Spengler С und oth. Untersuchungen uber eine mogliche Luftatemende.
Triebwerke mit Hilfe von Additiven, «Z. Flugwiss». 1962, b. 10, N 4—5, s. 23—29.
249. Strickland B. R., Berkowitz L. Hydrocorbon oils of improved
water tolerance and anti-rust characteristics. Pat. USA, N 3346353, 10.10.1967.
250. Suthrie B. Quaternary ammonium iodide stabilized fuels. Pat. USA,
N 3486866, 30.12.1969.
251. Ward С. В. Corrosion resulting from microbial fuel tank contamination.
«Materials Protection», 1963, vol. 2, N 6, p. 10—12.
252. White J., Egan С J. Jet fuel by hydrocracking. Pat. USA, N 380122,
30.04.1974.
253. Winter E. F. Heat transfer conditions at the flame tube walls of gas
.turbine combustion chamber. «Fuel», 1955, vol. 34, p. 55—62.
254. Wunz R., Stang A. F. Preparation of organoboron compounds. Pat. USA,
N 3347931, 17.10.1967.
255. 1974 Annual Book of ASTM Standards, Publ. ASTM, Philadelphia, 1973,
part 23, p. 1059.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр
Предисловие 3
Глава I. Надежность реактивной авиационной техники и химмотология 5
1.1. Проблемы химмотологии авиационных реактивных топлив . . 5
1.2. Развитие авиационных реактивных топлив 11
1.3. Характеристика современных реактивных авиационных топлив 17
1.3.1. Реактивные топлива для дозвуковой авиации .... 17
1.3.2. Топлива для сверхзвуковой авиации 30
Глава II. Влияние качества топлив на надежность реактивных
двигателей и самолетов . . . . 35
2.1. Конструктивные особенности агрегатов и узлов реактивных
двигателей и самолетов, на работоспособность которых влияет топливо 35
2.2. Особенности эксплуатации реактивных двигателей и самолетов 46
2.3. Требования эксплуатации реактивных двигателей и самолетов к
качеству топлива . . . . 47
Глава III. Влияние топлива на эксплуатационные показатели
надежности реактивных двигателей и самолетов .... 63
3.1. Эксплуатационные характеристики реактивных двигателей и
самолетов, зависящие от качества и свойств топлива .... 64
3.2. Интенсивность влияния качества топлива на надежность
авиационной техники . . . 78
3.3. Качество топлива и прогнозирование отказов и неисправностей
авиационной техники 81
Глава IV. Влияние топлива на надежность топливных систем
самолетов . . . . . 88
4.1. Влияние испаряемости топлив и растворимости газов в высотных
условиях 89
4.2. Влияние низкотемпературных свойств топлив 96
4.3. Влияние микрозагрязнений в топливе . 101
4.4. Влияние термостабильности топлива . 109
4.5. Влияние микроорганизмов 113
4.6. Пожароопасность топливных систем самолетов 115
Глава V. Влияние топлива на надежность топливно-масляных
радиаторов и фильтров реактивных двигателей и самолетов . . 124
5.1. Влияние образования твердой фазы в реактивных топливах при
повышенных температурах 125
5.2. Влияние образования твердой фазы в реактивных топливах при
отрицательных температурах 148
Глава VI. Влияние топлива на надежность автоматической топливопо-
дающей аппаратуры двигателя . . . 156
6.1. Особенности работы автоматической топливоподающей аппаратуры 156
6.2. Отказы и неисправности автоматической топливоподающей
аппаратуры .... 162
269

Стр:
6.3. Влияние качества топлива 166
6.3.1. Воздействие топлива на резино-технические материалы . . 176
6.4. Основные направления повышения работоспособности
автоматической топливоподающей аппаратуры . . ...... 176
Глава VII. Влияние топлива на надежность форсунок, топливных
коллекторов и пусковых устройств реактивных двигателей . 178
7.1. Влияние испаряемости и вязкости топлива ...... 178
7.2. Влияние, нагарности и термостабильности ...... 184
Глава VIII. Влияние топлива на надежность узлов и агрегатов
газового тракта реактивного двигателя . . .... 195
8.1. Характерные дефекты и неисправности узлов и агрегатов
газового тракта . . . . 195
8.2. Основные физико-химические и эксплуатационные свойства топ-
лив, влияющие на надежность узлов и агрегатов газового тракта 201
8.3. Основные пути повышения надежности и долговечности узлов и
агрегатов газового тракта с учетом свойств топлив . . . . 214
8.3.1. Способы улучшения качества топлив 214
8.3.2. Качество топлива и конструкция узлов и агрегатов газового
тракта .220
Глава IX. Повышение надежности реактивных двигателей путем
улучшения качества топлив 226
9.1. Технологическое повышение качества топлив 226
9.2. Повышение качества топлив присадками 232
9.2.1. Классификация присадок . . . 232
9.2.2. Тип I. Присадки, повышающие надежность работы топливных
систем . . . 233
9.2.3. Тип П. Присадки, повышающие надежность камер сгорания и
агрегатов газового тракта . . 248
9.2.4. Тип III. Полифункциональные присадки 250
Послесловие . . . . . 252
Приложения с .... 254
Список литературы . . . . . 257

ИБ № 1145
Виктор Алексеевич Пискунов,
Всеволод Николаевич Зрелое
ВЛИЯНИЕ ТОПЛИВ НА НАДЕЖНОСТЬ
РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И САМОЛЕТОВ
Редактор М. А. Колосов Художник С. Н. Голубев
Технические редакторы Т. С. Старых, В. И. Орешкина Корректор Л. И. Карамышкина
Сдано в набор 20 02.78. Подписано в печать 18.05.78. Т—09411
Формат 60X90'/i6 Бумага типографская № 1. Литературная гарнитура.
Высокая печать. Усл. печ. л. 17,75, в т. ч. бандероль в,кл. Уч.-изд. л. 20,56
Тираж 1430 экз. Зак. 74 Цена 1 р. 40 к.
Издательство «Машиностроение», Москва, ПСП-6, 1-й Басманный пер., 3.
Московская типография № 8 Союзполиграфпрома
при Государственном комитете Совета Министров СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.
Хохловский пер., 7.