孫元寶 阮少軍 姜旭峰 吳 坤

(1.空軍勤務(wù)學院航空軍需與燃料系 江蘇徐州 221000；2.空軍勤務(wù)學院研究生大隊 江蘇徐州 221000)

俄制АЛ-31Ф航空發(fā)動機是由俄羅斯留卡里設(shè)計局設(shè)計并制造的一款渦輪風扇發(fā)動機，具備大推力、低油耗、高可靠性等特點，被廣泛裝配使用在三代戰(zhàn)機上。按照采購規(guī)定，在發(fā)動機保證期內(nèi)必須使用俄制進口50-1-4Ф航空潤滑油。為了實現(xiàn)發(fā)動機保證期過后用油國產(chǎn)化，某研究所研制了國產(chǎn)某型航空潤滑油，用于該發(fā)動機潤滑系統(tǒng)。但是當換用國產(chǎn)航空潤滑油以后，發(fā)現(xiàn)滑油系統(tǒng)壓力下降明顯，并存在明顯的壓力波動[1]，嚴重危及飛行安全，而使用進口潤滑油則沒有出現(xiàn)該問題。

經(jīng)過查閱文獻，發(fā)現(xiàn)潤滑系統(tǒng)油壓不穩(wěn)與潤滑油抗泡性能有關(guān)[2-4]。如胡榮華[5]通過對多種潤滑油抗泡性能的評定實驗，得出汽輪機發(fā)電機組的潤滑油抗泡性直接影響信號油泵的工作性能；高雯等人[6]通過對影響汽油機油泡沫特性主要因素的研究發(fā)現(xiàn)，基礎(chǔ)油在高溫時的泡沫特性是影響汽油機性能的決定性因素?；谏鲜鑫墨I分析，本文作者推測潤滑油系統(tǒng)油壓不穩(wěn)的問題極有可能與某型國產(chǎn)航空潤滑油的抗泡性能相關(guān)[7-10]。為了驗證這一猜想，本文作者開展某型國產(chǎn)與進口航空發(fā)動機潤滑油泡沫特性對比研究，重點以油壓正常時所加注的進口50-1-4Φ航空潤滑油為參比油樣進行試驗，通過考察2種潤滑油及其潤滑基礎(chǔ)油PAO與DOS之間高溫抗泡性能的差異，對比對氧化油樣產(chǎn)生泡沫體積及泡沫消失時間，為解決俄制АЛ-31Ф航空發(fā)動機使用國產(chǎn)潤滑油時油壓不穩(wěn)的問題提供技術(shù)支撐。

1 試驗部分

1.1 試樣和儀器

試驗油樣為國產(chǎn)某型航空潤滑油和進口50-1-4Φ航空潤滑油。國產(chǎn)某型航空潤滑油的潤滑基礎(chǔ)油為聚α-烯烴(PAO)，為美孚(中國)公司產(chǎn)品；進口50-1-4Φ航空潤滑油為進口俄制潤滑油，其潤滑基礎(chǔ)油為癸二酸二異辛酯(DOS)，阿拉丁公司產(chǎn)品。表1給出了2種航空潤滑油主要理化性質(zhì)參數(shù)。

表1 某型國產(chǎn)與進口50-1-4Ф航空潤滑油主要技術(shù)參數(shù)

試驗使用的主要儀器設(shè)備：航空潤滑油軸承模擬試驗裝置，西安交通大學研制；潤滑油空氣釋放值測定儀，型號為FDT-1232，長沙富蘭德實驗分析儀器有限公司生產(chǎn)，潤滑油高溫泡沫特性測定儀，型號為JF0722，湖南加法儀器儀表有限公司生產(chǎn)。

試驗使用的主要試劑有石油醚、甲醇、乙醇、甲苯、丙酮，均為分析純(AR)，廣東西隴化工股份有限公司產(chǎn)品。

1.2 模擬軸承工況的油樣氧化試驗

軸承模擬試驗裝置，能夠較為真實地反映航空發(fā)動機運轉(zhuǎn)時滑油系統(tǒng)的工作情況。在航空潤滑油軸承模擬試驗裝置上設(shè)置不同的載荷、轉(zhuǎn)速、溫度以及潤滑流量，模擬了滾子軸承的工況參數(shù)，各參數(shù)由各子系統(tǒng)獨立控制。試驗時，向高溫油箱中加入5 L試驗油樣，確定設(shè)備狀態(tài)良好后設(shè)置適當?shù)臐櫥髁?，以保證對試驗軸承的充分潤滑；然后在試驗設(shè)置界面設(shè)置載荷、轉(zhuǎn)速，并由低到高依次設(shè)置軸承溫度。試驗過程中系統(tǒng)自動采集試驗油樣特征信息，在管路系統(tǒng)油樣采集口實時采集油樣。

試驗時，將2種航空潤滑油的試驗溫度設(shè)置在175 ℃以上，一是該溫度較為符合飛機發(fā)動機復雜嚴苛工況條件下潤滑系統(tǒng)的溫度下限值，二是該溫度是某型國產(chǎn)航空潤滑油的設(shè)計溫度上限。為了最大程度模擬實際工況，試驗設(shè)置反應(yīng)溫度分別為175、200、220、240、260、280 ℃，反應(yīng)時間為2 h。

1.3 氧化油樣高溫抗泡性能測定

航空潤滑油出廠時評價油品抗泡性能通常采用的是GB/T 12579-2002《石油產(chǎn)品潤滑油泡沫特性測定法》，該方法的評價溫度較低(100 ℃以下)，若按照該標準，試驗的兩款潤滑油的抗泡性能均符合要求，顯然無法評價其抗泡性能差異。

針對航空潤滑油工作的高溫條件，文中采用SH/T 0722-2002《潤滑油高溫泡沫特性測定法》對2種油品在150 ℃測試條件下的泡沫特性進行對比分析。測試方法為：將試樣加熱到49 ℃，恒溫30 min后冷卻至室溫；將試樣轉(zhuǎn)移至帶刻度的1 000 mL量筒內(nèi)，并加熱到150 ℃；以200 mL/min的流速向金屬擴散頭內(nèi)通干燥空氣，通氣5 min；測定停止通氣前瞬間的泡沫總體積(靜態(tài)泡沫量以及運動泡沫量總和)和停止通氣后泡沫消失的時間。

2 結(jié)果與討論

2.1 國產(chǎn)與進口潤滑油抗泡性能比較

按SH/T 0722-2002測定了不同反應(yīng)溫度下氧化后的國產(chǎn)與進口50-1-4Ф航空潤滑油的總體泡沫量以及泡沫消失時間結(jié)果如圖1與圖2所示。

從圖1中可以發(fā)現(xiàn)，在175～260 ℃范圍內(nèi)，隨著氧化溫度的增大，某型國產(chǎn)與進口50-1-4Ф航空潤滑油產(chǎn)生的泡沫體積總體呈現(xiàn)出增加趨勢，而在280 ℃下泡沫體積減小可能與油品分子結(jié)構(gòu)在高溫下被破壞有關(guān)。在相同溫度下，國產(chǎn)航空潤滑油產(chǎn)生的泡沫體積均明顯高于進口50-1-4Ф航空潤滑油。根據(jù)某型國產(chǎn)航空潤滑油的質(zhì)量標準，產(chǎn)生的泡沫體積應(yīng)小于60 mL，顯然當氧化溫度大于220 ℃以后，該油品產(chǎn)生的泡沫體積均大于60 mL，已無法滿足使用要求。而進口50-1-4Φ潤滑油氧化油樣的泡沫體積的最高值僅為35 mL，不同溫度下2種油品差異十分明顯。

從圖2 中也可以看出與圖1大致相同的規(guī)律，隨著氧化時間升高，2種油品的泡沫消失時間總體均有所增加，但在280 ℃時出現(xiàn)了突然下降。某型國產(chǎn)航空潤滑油的最大消泡時間為22 s，而進口50-1-4Φ潤滑油則為12 s，并且在相同的反應(yīng)溫度條件下，前者的消泡時間均要大于后者。

綜上可以得出，某型國產(chǎn)航空潤滑油的泡沫穩(wěn)定性能更高，泡沫很難消除，抗泡性能明顯差于進口50-1-4Φ航空潤滑油。

圖1 某型國產(chǎn)與進口潤滑油不同溫度下氧化后泡沫體積比較

圖2 某型國產(chǎn)與進口潤滑油不同溫度下氧化后泡沫消失時間比較

2.2 國產(chǎn)與進口潤滑油基礎(chǔ)油抗泡性能比較

某型國產(chǎn)航空潤滑油基礎(chǔ)油為聚α-烯烴(PAO)，進口50-1-4Ф航空潤滑基礎(chǔ)油為癸二酸二異辛酯(DOS)。潤滑油基礎(chǔ)油一般會占到潤滑油的 90%以上，對潤滑油的抗泡性能影響很大，所以進一步對2種航空潤滑油基礎(chǔ)油的抗泡性能進行了分析，以期找出他們之間抗泡性能存在較大差異的原因[11-13]。

表2給出了PAO與DOS基礎(chǔ)油不同溫度下氧化后油樣的泡沫體積和泡沫消失時間?？梢钥闯?，PAO與DOS基礎(chǔ)油氧化后油樣產(chǎn)生泡沫體積以及泡沫消失時間與對應(yīng)成品油具有相同的變化趨勢，即在175～260 ℃之間隨著反應(yīng)溫度的升高，油樣產(chǎn)生的泡沫體積以及泡沫消失時間均增加，其中PAO產(chǎn)生泡沫體積以及消泡時間均要大于DOS。不同溫度下PAO的泡沫特性變化幅度更大，其在175 ℃時泡沫體積已達到了40 mL，260 ℃時泡沫體積更是高達80 mL，而DOS最大泡沫體積僅為35 mL。從泡沫消失時間來看，PAO氧化油樣的最長消泡時間為21 s，DOS氧化油樣則為11 s，兩者相差較大?？梢?，PAO基礎(chǔ)油的抗泡性能要比DOS基礎(chǔ)油差，這也就解釋了成品油之間存在差異的原因。

表2 PAO與DOS基礎(chǔ)油不同溫度下氧化后泡沫特性比較

2.3 基礎(chǔ)油與成品油抗泡性能的相關(guān)性分析

為進一步分析影響潤滑油系統(tǒng)油壓的關(guān)鍵因素。對基礎(chǔ)油與成品油抗泡性能的相關(guān)性進行了分析。圖3和圖4分別比較了不同反應(yīng)溫度下某型國產(chǎn)與進口航空潤滑油成品油與基礎(chǔ)油的泡沫體積以及泡沫消失時間?？芍煌磻?yīng)溫度下氧化后，國產(chǎn)航空潤滑油與進口航空潤滑油成品油產(chǎn)生泡沫體積以及泡沫消失時間，與其基礎(chǔ)油產(chǎn)生泡沫體積以及泡沫消失時間的變化趨勢基本一致，而且彼此之間相差很小。因此可以認為，某型國產(chǎn)與進口航空潤滑油的抗泡性能主要取決于其潤滑基礎(chǔ)油，正是由于潤滑基礎(chǔ)油PAO比DOS的抗泡性能差，所以國產(chǎn)某型航空潤滑油的抗泡性能較差。

圖3 某型國產(chǎn)潤滑油及其基礎(chǔ)油PAO不同溫度下氧化后泡沫特性

圖4 50-1-4Ф潤滑油及其基礎(chǔ)油DOS不同溫度下氧化后泡沫特性

3 結(jié)論

(1)對某型國產(chǎn)航空潤滑油與進口50-1-4Φ航空潤滑油的抗泡性能進行對比分析，結(jié)果表明，與進口50-1-4Φ航空潤滑油相比，某型國產(chǎn)航空潤滑油泡沫穩(wěn)定性更高，泡沫消失比較困難，即其抗泡性能明顯差于進口50-1-4Φ航空潤滑油。

(2)對某型國產(chǎn)航空潤滑油與進口50-1-4Φ航空潤滑油的基礎(chǔ)油PAO與DOS的高溫抗泡性能進行對比分析，發(fā)現(xiàn)PAO氧化油樣產(chǎn)生的泡沫體積大于相同氧化溫度時的DOS氧化油樣，且泡沫消失時間更長。

(3)通過比較某型國產(chǎn)航空潤滑油與進口50-1-4Φ航空潤滑油成品油與其基礎(chǔ)油PAO與DOS抗泡性能變化趨勢，發(fā)現(xiàn)兩者變化趨勢基本一致，而且彼此之間相差很小。因此可以認為，某型國產(chǎn)與進口航空潤滑油的抗泡性能主要取決于其潤滑基礎(chǔ)油。即國產(chǎn)航空潤滑油存在油壓不穩(wěn)的問題，極有可能是其采用的基礎(chǔ)油聚α-烯烴(PAO)屬于非極性油品，而進口油品使用了極性潤滑基礎(chǔ)油DOS，所以才表現(xiàn)出了更好的抗泡性能。