Введение

Развитие авиации характеризуется вводом в эксплуатацию широкофюзеляжных пассажирских самолетов типа аэробус, а также сверхзвуковых пассажирских самолетов. Тем самым увеличились скорости полета самолетов, что привело к существенному расширению сферы применения гидросистем на самолетах и ужесточению требований к гидросистемам и гидравлическим жидкостям [1–6]. К положительным качествам гидравлической системы относятся надежность работы, простота конструктивного и технологического решения силового привода, сравнительно малая плотность, плавность действия и т. д.

С помощью гидросистем обеспечивается работа различных систем самолетов ‒ например, управление поперечным, продольным и путевым курсом самолета, выпуск закрылков, шасси, приведение в движение люков и створок, а также различных механизмов. От свойств рабочей жидкости зависит надежность работы системы самолета в целом, а также характер управления гидроагрегатами, устойчивость эксплуатационных характеристик гидрожидкостей. Гидравлическая жидкость – это один из главных конструктивных элементов гидравлической системы [7].

В данной статье приведены свойства зарубежных гидрожидкостей, разрешенных к применению на территории Российской Федерации в гражданской авиации, таких как НyJet-IV-А^plus, Mobil Aero HF, ROYCO 756, Skydrol LD-4, Nycolube 934, Skydrol 500В-4, АеroShell Fluid 41.

Из представленного списка жидкостей самыми используемыми являются Nycolube 934, Skydrol LD-4 и НyJet-IV-А^plus. Гидравлические жидкости Skydrol LD-4 и Skydrol 500В-4 производства фирмы Solutia Ins (США) применяются на территории РФ с 1984 г. Синтетическая гидравлическая жидкость Nycolube 934 производства фирмы NYCO (Франция) имеет допуск к применению с 1998 г. и выдерживает рабочие температуры от  ‒60 до +200 °С. Огнестойкая гидравлическая жидкость НyJet-IV-А^plus производства компании ЕххоnМоbil Aviation Lubricants (США) допущена к применению в 2003 г.

Все работы выполнены при поддержке ЦКП «Климатические испытания» НИЦ «Курчатовский институт» ‒ ВИАМ (далее ‒ ВИАМ).

Требования к гидравлическим жидкостям

Предъявление определенных требований к гидрожидкостям обусловлено эксплуатационными условиями, в которых авиационная техника находится в воздушном пространстве, вследствие этого гидравлическая жидкость должна обеспечить бесперебойную работу гидросистемы при всех режимах полета в широком температурном интервале в течение длительного времени [8].

Характеристики вязкости. Гидрожидкость не должна значительно менять вязкость. Так, при понижении температуры до –60 °С вязкость жидкости сильно возрастает, производительность насоса существенно снижается, что вызывает замедление подъема и выпуска шасси. Основными требованиями к гидравлической жидкости являются технические характеристики для вязкости в диапазоне температур: при +70 °С ‒ не менее 8 мм²/с, при –60 °С ‒ не более 2000 мм²/с [8].

Стабильность против окисления. Содержащийся в воздухе кислород может вступать в химическую реакцию с одним из компонентов гидрожидкости, что приводит к ее окислению. В свою очередь продукты окисления вызовут коррозию металлических деталей. Одним из важных требований к гидрожидкости является устойчивость к воздействию окисления [9–14].

Огнестойкость. Одним из важных требований также является пожаробезопасность гидрожидкости. Возгорание может произойти как от прямого источника огня, так и от повышения температуры в результате ударов, трения и т. д. Существуют различные методы оценки ‒ например, определение температур самовоспламенения, вспышки и воспламенения [7]. По существующим нормам безопасности температура вспышки, определяемая в открытом тигле, составляет не менее 160 °С.

Рабочий диапазон температур использования составляет от –60 до +200 °С.

Гидрожидкости должны быть неагрессивными и нетоксичными.

Распространенные гидравлические жидкости,

используемые за рубежом

Рассмотрим характеристики гидрожидкостей на примере спецификаций MIL-H-5606G, MIL-H-83282 и MIL-H-87257, имеющих широкое применение в мире [15].

Гидрожидкость AeroShell Fluid 41 имеет спецификацию MIL-H-5606G и относиться к минеральному типу масел; она совместима с гидрожидкостями типа AeroShell Fluid 4, 31, 51. Рабочий диапазон температур ‒ от ‒54 до +90 °С, в герметичной системе – от –54 до +135 °С. Одобрена спецификацией DEF STAN 91-48 Grade Superclean и рекомендована к применению при производстве на территории Европы [16].

Гидравлическая жидкость по спецификации MIL-H-83282 разработана в 1960-х гг. как улучшенный вариант гидрожидкости AeroShell Fluid 41 по характеристике воспламеняемости. Жидкость на основе полиальфаолефина имеет высокую вязкость при низких температурах, что ухудшает работу гидросистемы. Рабочий диапазон температур ‒ от –40 °С.

Жидкость AeroShell Fluid 41 продолжали улучшать по температурному диапазону эксплуатации. Гидрожидкость по спецификации MIL-H-87257 сохраняет текучесть при температуре –54 °С [17] и ранее была широко востребована.

Гидравлическая жидкость X/C 5606H (J) (официальный представитель ‒ Phillips 66) имеет спецификацию MIL-H-5606H (J) и изготовлена на основе минеральных масел. Рабочий диапазон температур ‒ от –54 до +90 °С, в негерметичной системе ‒ от –54 до +135 °С. Отвечает экологическим требованиям для гидрожидкостей и соответствует стандартам для лабораторных испытаний [18].

Компания Eastmen Aviation Solutions выпускает гидрожидкости под маркой Skydrol™. В настоящее время имеются жидкости I, II, III, IV и V типов. Skydrol V является жидкостью нового поколения [19].

Компания ExxonMobil выпустила на рынок такие жидкости, как HyJet-IV-A, HyJet-IV-A^plus и HyJet-V. Последняя ‒ это огнестойкая гидравлическая жидкость V типа с улучшенными характеристиками по показателю кинематической вязкости [20].

Гидравлические жидкости в российской авиации

В настоящее время в российской авиации широко используются следующие гидрожидкости: рабочие жидкости 7-50С-3 и ЛЗ-МГ-2, масло АМГ-10 и масло гидравлическое МГЕ-10А.

Разработчиком состава и технологии изготовления жидкости 7-50С-3 является предприятие ГОСНИИ ГА. В 1975 г. введен в действие ГОСТ 20734–75 на данный материал. Жидкость 7-50С-3 ‒ смесь полисилоксановой жидкости и органического эфира с различными добавками, которая эксплуатируется при температурах от ‒60 до +200 °С. Выпускается на следующих предприятиях: ЗАО «Современные химические технологии» (ЗАО «Совхимтех»), АО «НПЦ Спецнефтьпродукт», ООО «Обнинскоргсинтез», ООО «Пластнефтехим» и ООО «Новочеркасский завод смазочных материалов» [21‒23].

Масло АМГ-10 является совместным продуктом ГОСНИИ ГА (г. Москва) и ВНИИ НП (г. Москва). Миннефтехимпромом СССР был введен в действие ГОСТ 6794–75 на масло АМГ-10 с дальнейшими изменениями 1‒5. С 2017 г. на материал действует ГОСТ 6794‒2017 [24]. Масло АМГ-10 представляет собой смесь нефтяной фракции и присадок (антиокислительной, загущающей, противоизносной и т. д.). Температура эксплуатации ‒ от –50 до +125 °С с перегревами до 150 °С. Выпуск масла АМГ-10 налажен на предприятиях ООО «НПП Квалитет», ООО «Полиэфир», АО «НПЦ Спецнефтьпродукт» и ООО «Пластнефтехим»[21, 23].

Масло гидравлическое МГЕ-10А разработано во ВНИИ НП (г. Москва) по ТУ 38.401-58-337‒2003. Масло МГЕ-10А имеет загущенную нефтяную основу с добавками из противозадирных, противоизносных и антиокислительных присадок. Работает при температурах ‒ от –55 до +100 °С. Выпуск масла гидравлического МГЕ-10А осуществляют на ООО «Обнинскоргсинтез», ООО «ЛЛК-Интернешнл», ООО «Полиэфир» и ООО «НПП Квалитет» [21, 23].

Рабочую жидкость ЛЗ-МГ-2 выпускают по ТУ 38.401-58-336‒2003 (ВНИИ НП) и изготавливают из нефтяного сырья и дополнительных присадок. Режим эксплуатации ‒ от –60 до +125 °С. Выпуск жидкости ЛЗ-МГ-2 налажен на ООО «Полиэфир» и «ЛЛК-Интернешнл» [21, 23].

Рабочая жидкость НГЖ-5У разработана во ВНИИ НП при непосредственном участии ВИАМ и достаточно продолжительное время выпускалась по ТУ 38.401-58-57–93. Рабочая жидкость содержит в составе эфиры фосфорной кислоты с улучшенными присадками, но на территории РФ данную жидкость не выпускают [21].

В табл. 1 приведены марки отечественных гидравлических жидкостей и зарубежные варианты гидрожидкостей, применяемые на территории РФ [21].

Таблица 1

Российские гидрожидкости и их зарубежные аналоги

Зарубежные гидрожидкости, применяемые на территории Российской Федерации в гражданской авиации

В данной работе приведены характеристики зарубежных гидрожидкостей, которые прошли испытания и одобрены к использованию на территории Российской Федерации.

Более подробно рассмотрены характеристики гидрожидкостей типа Skydrol LD-4 и НyJet-IV-А^plus, а также справочно приведена информация по остальным гидрожидкостям.

Гидравлические жидкости Skydrol 500B-4 и SkydrolLD-4

Огнестойкие гидравлические жидкости Skydrol LD-4 и Skydrol 500B-4 на основе эфиров фосфорной кислоты содержат присадки, улучшающие различные характеристики. Гидрожидкость Skydrol LD-4 – представитель IV поколения гидрожидкостей.

Гидрожидкость Skydrol LD-4 применяют без обновленного состава более 28 лет, она имеет высокие эксплуатационные характеристики, превосходную устойчивость к эрозии и является самой продаваемой в мире [19].

Гидравлические жидкости Skydrol 500B-4 и Skydrol LD-4 производства фирмы Solutia Ins допущены к применению на территории РФ в 1984 г. Жидкости модификации типа Skydrol окрашены в фиолетовый цвет, что является их отличительной чертой.

Испытания жидкостей проводили в ведущих организациях России по исследованию материалов для самолетостроения, таких как ВИАМ, ММКБ «Родина», завод «Рубин», ЦИАМ (г. Москва), НИИРП (Московская обл., Сергиево-Посадский округ) и т. д. Гидрожидкости Skydrol 500B-4 и Skydrol LD-4 являются аналогами отечественной гидравлической жидкости НГЖ-5У. Основные физические свойства гидрожидкостей Skydrol LD-4 и Skydrol 500B-4 представлены в табл. 2 [19].

Таблица 2

Физические свойства гидравлических жидкостей Skydrol LD-4 и Skydrol 500B-4

Жидкости Skydrol 500B-4 и Skydrol LD-4 используются на многих зарубежных авиалайнерах следующих зарубежных компаний: Boeing Coommercial Airplane Co BMS3-11, Airbus Industrie NSA307110, British Aerospace BAC M.333.B, Lockheed Aircraft Corp. LAC C-34-1224 и т. д. [19].

Огнестойкая гидравлическая жидкость НyJet-IV-А^plus

Гидравлическая жидкость НyJet-IV-А^plus ‒ огнестойкая гидрожидкость на основе эфиров фосфорной кислоты, которая относится к IV типу гидравлических жидкостей; имеет низкую плотность и высокую температурную стабильность, обеспечивает высокоэффективную защиту от коррозии. Такая высокая стабильность означает отсутствие необходимости смены масла из-за ухудшения его качества, что в результате способствует снижению затрат на ремонт и техническое обслуживание системы. Сниженная плотность гидрожидкости означает уменьшение массы самолета и, следовательно, меньший расход топлива. Предотвращает коррозию, тем самым снижает риск повреждения гидросистемы.

Для получения разрешения на использование гидрожидкости НyJet-IV-А^plus испытания проводили в таких действующих организациях, как ВИАМ, завод «Рубин», ММКБ «Родина», НИИРП (Московская обл., Сергиево-Посадский округ), ЦИАМ (г. Москва). Гидрожидкость НyJet-IV-А^plus является эквивалентом российской гидрожидкости НГЖ-5У.

Основные физико-химические характеристики гидрожидкости НyJet-IV-А^plus следующие [25]:

Гидравлическая жидкость НyJet-IV-А^plus применяется на самолетах фирм Airbus, Boeing, Lockheed (США) и т. д. Основным производителем и поставщиком данной жидкости является компания ЕххоnМоbil Corporation. Жидкость удовлетворяет требованиям спецификации SAE AS 1241D и имеет одобрение по спецификациям фирмы Boeing (BMS 3-11P, Type IV и V) [25].

Приведем сравнение характеристик рабочей жидкости НГЖ-5У с гидрожидкостями Skydrol LD-4, Skydrol 500B-4 и НyJet-IV-А^plus в табл. 3.

Таблица 3

Сравнительные физико-химические характеристики рабочей жидкости НГЖ-5У

с зарубежными аналогами

Гидравлическая жидкостьАеroShellFluid 41

Жидкость АеroShell Fluid 41 – это минеральное гидравлическое масло, которое имеет высокий уровень чистоты и обладает улучшенными эксплуатационными свойствами; содержит присадки, обеспечивающие отличную текучесть при низких температурах, а также устойчивость к износу.

Производитель гидрожидкости АеroShell Fluid 41 ‒ фирма Shell (Германия), она применяется на территории РФ с 1984 г. Рабочая температура в герметичных системах ‒ от ‒54 до +135 °С [16].

Испытания гидравлической жидкости проводили в следующих организациях: ММКБ «Родина», НИИРП (Московская обл., Сергиево-Посадский округ), завод «Рубин» и ВИАМ. ЖидкостьАеroShell Fluid 41 смешивается с маслом АМГ-10 в любых соотношениях.

Типичные физико-химические характеристики гидрожидкости АеroShell Fluid 41 следующие [16]:

Гидравлическая жидкость АеroShell Fluid 41соответствует спецификации MIL-PRF-5606H [16].

Гидравлическое масло MobilAeroHF

Авиационное гидравлическое масло Mobil Aero HF представляет собой композицию на нефтяной основе с загущающей полимерной добавкой, ингибитором окисления, красителем и т. д.

Гидравлическое масло фирмы Mobil Aero HF (США) разрешено к применению в 1998 г. и может использоваться при температурах до ‒54 °С [26]. Российским аналогом жидкостей подобного типа является масло АМГ-10. Испытания проводились в научно-исследовательских центрах России. Основные характеристики масла Mobil Aero HF следующие [26]:

Масло Mobil Aero HF соответствует спецификации MIL-PRF-5606.

Минеральная гидравлическая жидкость HydraunycoilFH 51

Жидкость Hydraunycoil FH 51 ‒ минеральная гидрожидкость, которая в основном применяется в гидросистемах самолетов и вертолетов. Возможно ее использование в пневмогидравлических агрегатах с большими степенями адиабатического сжатия.

Гидрожидкость Hydraunycoil 51 производства фирмы NYCO (Франция) используется на территории РФ с 1992 г. Диапазон рабочих температур: в закрытой системе ‒ от –54 до +135 °С, в открытой системе ‒ от –54 до +90 °С [27].

Испытания гидравлической жидкостиHydraunycoil FH 51 проводились в таких организациях, как ГосНИИ ГА, ВИАМ, завод «Рубин». ЖидкостьHydraunycoil FH 51 является аналогом масла АМГ-10 и взаимозаменяема с ним.

Основные физические характеристики гидрожидкости Hydraunycoil FH 51 следующие [27]:

Минеральная гидравлическая жидкость Hydraunycoil FH 51 соответствует спецификации MIL-PRF-5606 LIMT [27].

Масло ROYCO 756

Минеральное масло ROYCO 756 используется для реактивных турбовинтовых двигателей, является высоковязким маслом, способствует защите от коррозии и замедляет процесс износа деталей гидросистемы. Масло не агрессивно к металлам, сплавам и конструкционным материалам.

Гидрожидкость ROYCO 756 производит фирма Anderol (Нидерланды), ее испытания проведены с 2002 по 2003 г., но широкого распространения она не получила. Диапазон температур использования: в негерметичной системе ‒ от –54 до +90 °С, в герметичной системе ‒ от –54 до +135 °С [28]. Авиационное масло ROYCO 756 полностью совместимо с маслом АМГ-10, что подтверждено испытаниями, которые проводились в научно-исследовательских институтах России. Основные физические свойства масла ROYCO 756 следующие [28]:

Минеральное масло ROYCO 756 соответствует спецификации MIL-PRF-5606H.

Результаты сравнения свойств зарубежных гидрожидкостей со свойствами масла АМГ-10 приведены в табл. 4.

Таблица 4

Сравнительные физико-химические свойства гидрожидкостей

Синтетическая жидкость Nycolube 934

Nycolube 934 – это синтетическая гидравлическая жидкость, которая состоит из смеси силиконовых жидкостей с эфирами, содержит в составе антиоксидантные, противоизносные присадки и присадки узкой направленности. Жидкость Nycolube 934 применяется для обеспечения работы амортизаторных стоек шасси.

Гидравлическую жидкость Nycolube 934 производит фирма NYCO (Франция). Работы с жидкостью проводились с 1998 г., она может использоваться в диапазоне температур от –60 до +200 °С [29]. Синтетическая жидкость Nycolube 934 является зарубежным аналогом рабочей жидкости 7-50С-3, их сравнительные испытания проводились в ВИАМ, ВНИИ НП и ЦИАМ. Описание свойств гидравлической жидкости Nycolube 934 и жидкости 7-50С-3 представлено в табл. 5 [29].

Таблица 5

Сравнительные свойства гидрожидкостей Nycolube934 и 7-50С-3

Влияние специальных добавок на эксплуатационные характеристики

Вводимая в состав гидрожидкости эпоксидная присадка действует как акцептор кислоты и используется в качестве ингибитора гидролиза. Антиэрозионная присадка обеспечивает необходимый уровень удельной электрической проводимости. Антикоррозионная присадка гарантирует стабильность жидкости к гидролитической устойчивости. Загущающая присадка оказывает влияние на вязкость гидрожидкости. Стандартный набор присадок содержит антиокислители и ингибиторы коррозии меди, железа, красителя.

Разработка новых зарубежных аналогов гидрожидкостей

для самолетов

В настоящее время самыми востребованными являются гидрожидкости, выпускаемые под марками Skydrol™ и HyJet™.

Компания Solutia Ins (США) выпустила на рынок обновленную жидкость под маркой Skydrol PE-5 на основе эфиров фосфорной кислоты с комплексом присадок. На ее применение получены допуски от таких производителей, как Boeing (кроме самолета В787), Airbus, ATR, Bombardier, Gulstream и COMAC. Гидрожидкость отличается высокой надежностью, имеет продолжительный срок службы, малую плотность (0,993 г/см³) при температуре 25 °С, что в свою очередь позволяет снизить затраты на топливо, жидкость остается подвижной даже при отрицательных температурах (‒54°С) и содержит в своем составе присадки, придающие устойчивость к эрозии, одним из показателей которой является коэффициент объемной деформации. Сравнительные свойства гидрожидкостей Skydrol PE-5 и Skydrol LD-4 представлены в табл. 6 [19].

Таблица 6

Сравнительные свойства гидрожидкостей Skydrol PE-5 и Skydrol LD-4

Компания ЕххоnМоbil (США) выпустила на рынок жидкость пятого поколения HyJet™-V–этоогнестойкая авиационная гидравлическая жидкость, содержащая в составе эфиры фосфатной кислоты с различными присадками ‒ антикоррозионной, противоизносной, антипенной и т. д. [20].

Для сравнения рассмотрим ряд характеристик жидкостей HyJet™-V и HyJet-IV-A^plus (табл. 7).

Таблица 7

Сравнительные характеристики гидрожидкостей HyJet™-V и HyJet-IV-A^plus

Одновременно с выпуском новых гидрожидкостей ведется и научно-исследовательская работа в области интеллектуальной собственности, направленная на поиск новых составов и улучшение рабочих характеристик. В патенте [30] указан состав гидрожидкости на основе углеводородного компонента, нафтенового масла >5 % (по массе) и до 95 % (по массе) возобновляемого (переработанного) изопарафинового масла. Предполагаемая область использования – в качестве жидкости для автоматических трансмиссий и для амортизаторов для применения в Арктике.

В патенте [31] представлена гидрожидкость биологического происхождения на основе углеводородного базового масла с улучшенной гидролитической стабильностью.

В патенте [32] заявлено о стойкости гидравлического масла и авиационного топлива к растворителю. В составе гидрожидкости присутствует сера, содержатся форполимеры и растворитель, а также органические наполнители. Возможно применение в космической отрасли.

Заключения

Широко используемые гидрожидкости типа Skydrol™ и HyJet™ применяются с 1940 г. В дальнейшем эти гидрожидкости усовершенствовали по различным спецификациям ‒ меняли компоненты составов и применяли передовые технологии. С годами изменилась самолетостроительная промышленность, возрос коммерческий интерес к охвату все большего сегмента рынка. Выпуск указанных гидрожидкостей налажен по всему миру.

Внедрение в производство абсолютно новых типов гидрожидкостей – это максимально дорогостоящая инвестиция для производителей, поэтому в мире практикуется улучшение свойств и качества уже существующих на рынке гидрожидкостей. Работы ведутся по всему миру, в России также разрабатывают новые составы и патентуют изобретения.

Кратко проанализируем основные свойства гидравлических жидкостей, которые применяются в настоящее время на территории РФ, таких как Skydrol LD-4, Nycolube 934 и НyJet-IV-А^plus, для выявления их достоинств и недостатков.

Достоинством жидкости марки Skydrol LD-4 перед другими рассматриваемыми ранее гидрожидкостями является малая плотность, однако имеющиеся характеристики у гидрожидкостей марок Skydrol 500B-4 и НyJet-IV-А^plus, такие как температуры вспышки, самовоспламенения, воспламенения и самовозгорания, превосходят показатели аналогичных характеристик для гидрожидкости Skydrol LD-4, что является в свою очередь таким же достоинством [19, 25].

Гидрожидкость марки Nycolube 934 в основном уступает отечественной жидкости марки 7-50С-3 по показателю кинематической вязкости, что формально можно отнести к ее недостаткам [29].

На отечественном рынке появился новый продукт – авиационное синтетическое гидравлическое масло марки АСГИМ [33], производство которого налажено в АО «НПЦ Спецнефтьпродукт». Масло АСГИМ поставляют таким промышленным предприятиям, как ПАО «Сухой», ПАО «Яковлев», ОАО «НПО Гидромаш» и т. д. В настоящее время ведутся работы по внедрению масла АСГИМ на российский рынок.