Результаты экспериментальных исследований тепловых процессов в моторных авиационных маслах двигателей летательных аппаратов

В моторных авиационных маслах происходят различные аномальные тепловые процессы. Одним из опасных тепловых процессов в моторных авиационных маслах является процесс осадкообразования [1–4], из-за которого происходят аварийные ситуации, связанные с закоксовыванием маслоподающих и маслоохлаждающих каналов, масляных форсунок и масляных фильтров. Из-за осадкообразования происходит сокращение ресурса, надежности, безопасности и эффективности поршневых и реактивных двигателей летательных аппаратов (ЛА). Исследование тепловых процессов в моторных авиационных маслах возможно только при проведении экспериментальных исследований. Исследования в условиях естественной конвекции моторных авиационных масел были проведены ранее [4–12]. Исследования в условиях вынужденной конвекции моторного авиационного масла марки МС-20 проводились в два этапа. Первый этап — без применения электростатических полей, второй — с их применением. Рабочий участок состоял [6, 11] из нагреваемой Джоулевым теплом металлической трубки, внутри которой вставлялась подвижная термопара, фиксация которой производилась по центру длины трубки — в плоскости прохождения соосных рабочих игл. Рабочая сменная трубка вставлялась в канал из прозрачного оргстекла, через образовавшийся кольцевой канал прокачивалось масло при различных давлениях и скоростях.

При проведении первого этапа исследований электростатические поля не подключались к отдающей игле, при втором этапе — создавалось поперечное электростатическое поле, силовые линии которого обхватывали диаметр трубки.

В ходе проведения исследований было обнаружено, что:

• увеличение скорости прокачки и давления масла увеличивают коэффициент теплоотдачи;
• негативный процесс осадкообразования начинается на всей поверхности рабочей сменной металлической трубки при температурах более 373 К и активизируется при ее дальнейшем нагреве; скорость осадкообразования на медной трубке выше, чем на трубке из нержавеющей стали марки 1Х18Н9Т;
• электростатические поля: интенсифицируют теплоотдачу; предотвращают осадкообразование в зоне прохождения силовых линий;
• эффективное применение электростатических полей возможно: до скорости прокачки масла 6 м/с; до начала зоны насыщения электростатическими полями;
• увеличение скорости прокачки масла способствует перемещению границы зоны начала насыщения, которая начинает формироваться при увеличенных подаваемых на отдающую иглу электростатических напряжениях;
• в зоне насыщения электростатическими полями коэффициент теплоотдачи остается постоянным, независимо от величины дальнейшего увеличенного электростатического напряжения, подаваемого на отдающую иглу, при этом площадь рабочей трубки, предотвращенной от осадкообразования, также остается постоянной.

Дополнительные эксперименты с рабочим участком, содержащим не одну, а три рабочих соосных игл, показали, что возможно увеличить площадь рабочей нагреваемой трубки, предотвращенной от осадкообразования.

На основе полученных результатов исследований создана экспериментальная база данных (в виде таблиц и графиков), созданы методики расчета коэффициента теплоотдачи и площади рабочего участка, защищенной от осадкообразования, разработаны новые конструктивные схемы масляных систем различных двигателей ЛА одно — и многоразового использования двойного назначения, поданы заявки на изобретения.

Применение результатов исследования будут способствовать созданию отечественных двигателей ЛА повышенных характеристик по ресурсу, надежности, эффективности, выживаемости, экологичности и экономичности.