航空冷卻液泡沫特性改進試驗研究

馬 軍，王岸英，徐 新，陳 騰，胡建強*

(1.空軍勤務學院航空軍需與燃料系，江蘇 徐州 221000；2.空軍后勤部軍需能源質量監督站，北京 100720)

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

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

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

1 實 驗

1.1 原料與試劑

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

1.2 航空冷卻液制備過程

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

配方A：乙二醇、去離子水、苯并三唑等。

配方B：乙二醇、去離子水、三氮茚等。

1.3 航空冷卻液性能測試方法

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

冰點測定根據SH/T 0090—1991《發動機冷卻液冰點測定法》。

餾程根據GB/T 255—1997《石油產品餾程測定法》。

沸點測定根據SH/T 0089—1991《發動機冷卻液沸點測定法》。

機械雜質測定根據GB/T 511—2010《石油和石油產品及添加劑機械雜質測定法》。

pH值測定根據SH/T 0069—1991《發動機防凍劑、防銹劑和冷卻液pH值測定法》。

儲備堿度測定根據SH/T 0091—1991《發動機冷卻液和防銹劑儲備堿度測定法》。

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

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

2 結果與討論

2.1 關鍵性能對比

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

表1 3種航空冷卻液的關鍵性能指標測試結果

從表1可見:

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

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

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

圖1 B型航空冷卻液(左)和AF65號航空冷卻液(右)的泡沫特性

2.2 測試溫度、通氣時間對泡沫特性的影響

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

表2 3種航空冷卻液泡沫特性試驗結果

從表2可見：

B型航空冷卻液的泡沫特性顯著優于AF65號航空冷卻液和A型航空冷卻液，該結果與標準試驗方法得到測試結果具有一致性。具體表現為在各個測試溫度下AF65號航空冷卻液泡沫體積顯著高于A型和B型航空冷卻液。

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

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

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

3 結 論

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