CC BY
107
2008
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Аэромеханика и прочность, поддержание летной годности ВС
№ 130
УДК 621.396
МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРОТИВООБЛЕДЕНИТЕЛЬНЫХ ЖИДКОСТЕЙ (ПОЖ)
НА АВИАЦИОННОЕ ОРГАНИЧЕСКОЕ СТЕКЛО
О.П. АВРАМОВА, М.В. АНТОНОВА, Л.Л. БЕЛОУС, Д.Г. БОЖЕВАЛОВ, Н.А. КОТЕЛЕВЕЦ,
А.А. МИНАЕВ, Ю.С. СОКОЛОВ
Статья предоставлена доктором технических наук, профессором Шапкиным В.С.
Разработан метод по оценке влияния ПОЖ на органическое стекло, используемое на ВС ГА отечественного производства, который предусматривает проведение испытаний с учетом реальных условий применения проти-вообледенительных жидкостей.
Для предупреждения обледенения и удаления с внешних поверхностей ВС снежно-ледяных образований (льда, снега, инея и т.п.), с целью обеспечения безопасного взлета ВС, применяются противообледенотельные жидкости (ПОЖ).
ПОЖ, используемые на ВС ГА, на основе гликолей, подразделяются на четыре типа. ПОЖ тип I представляет собой низковязкие водные растворы этиленгликоля или пропиленгликоля с добавками смачивателя и ингибитора коррозии и используется для обработки ВС непосредственно перед вылетом. ПОЖ тип II и IV дополнительно содержат полимерные загустители и используются как непосредственно перед вылетом ВС, так и для предупреждения обледенения.
ПОЖ, попадая на различные элементы конструкции ВС, могут существенно влиять на рабочие свойства авиаматериалов: металлов и сплавов, лакокрасочных покрытий, резинотехнических изделий, органических стекол. Оценка влияния ПОЖ на вышеперечисленные материалы проводится в соответствии с «Руководством по испытанию ПОЖ в части их влияния на элементы конструкции ВС ГА», утв. Департаментом ПЛГ ГВС ИТР ГА МТ РФ 07.11.2002.
В данной статье обобщены материалы испытаний различных ПОЖ по оценке их влияния на образцы органического стекла марки СО-120-А, поставляемого промышленностью по ГОСТ 10667-90 «Стекло органическое для остекления самолетов» [1], а также приведена новая методика оценки воздействия ПОЖ на авиационное органическое стекло.
Анализ методов испытаний органических стекол на стойкость к воздействию агрессивных жидкостей
Оценка стойкости стекол к воздействию агрессивных жидкостей проводится в соответствии с ГОСТ 12020-72 (Пластмассы. Методы определения стойкости к действию химических сред) /2/ и АБТМ Б 484-02 по следующим показателям: прочность при статическом изгибе; растрескивание («серебростойкость»).
Определение прочности при статическом изгибе проводится на образцах органического стекла после воздействия на них ПОЖ при температуре (20±3)0С в течение 24 часов. Испытания проводятся на испытательной машине, соответствующей требованиям ГОСТ 4848-81. Оценка стойкости органического стекла - по Приложению 3 ГОСТ 12020-72.
При определении показателя «серебростойкость» в соответствии с вышеуказанными ГОСТ и АБТМ было установлено, что после воздействия всех исследованных ПОЖ этот показатель не изменяется (визуально микротрещин на стекле не было выявлено).
Однако многолетний опыт применения ПОЖ на ВС ГА свидетельствует о том, что данные жидкости могут вызывать появление микротрещин на органических стеклах, используемых на ВС ГА. В регламентирующих документах имеется предупреждение о необходимости избегать прямого попадания ПОЖ на органические стекла по причине возможного образования микро-трещин.Именно по причине возможного появления микротрещин, во всех регламентирующих документах по применению ПОЖ на ВС ГА, приводится запрещение её прямого попадания на стекло.
По нашему мнению, рассмотренные методы не могут быть использованы для определения влияния ПОЖ на «серебростойкость» авиационных стекол, так как не дают достоверных данных.
Другой метод определения «серебростойкости» под действием агрессивных жидкостей на стекло был предложен И. А. Монаховым в «Методике исследования отказов и неисправностей органических стекол самолетов и вертолетов ГА» [3].
Метод основан на определении времени появления микротрещин на контрольных образцах и образцах стекла после воздействия агрессивных жидкостей под действием растворителя. Образцы стекла подвергаются действию жидкости в ненапряженном состоянии, затем промываются и подвергаются напряжению растяжения. После этого на стекло наносится растворитель. Зависимость между временем появления поверхностных трещин на органическом стекле при действии на него различных растворителей и величиной растягивающего напряжения в стекле выражается следующим уравнением:
Ьд 1= шО + п ,
где Ї - время в секундах;
О - напряжение растяжения в кгс/см2;
ш и п - коэффициенты, зависящие для данной марки стекла, от толщины стекла и применяемого растворителя.
При определении «серебростойкости» важно соблюдать одни и те же параметры стекла, размеры образцов и величину напряжения в поверхностном слое стекла (допустимые напряжения в полете для ориентированных стекол не должно превышать 150кгс/см2), использовать одну и ту же марку растворителя (ацетона).
Метод И. А. Монахова позволяет выявить микротрещины на стекле после воздействия ПОЖ и оценить разницу во времени возникновения микротрещин после воздействия ПОЖ на стекло и возникновением микротрещин на стекле, не подвергавшемся воздействию ПОЖ.
Ниже приведены результаты испытаний (табл. 1) по определению прочности при статическом изгибе (ГОСТ 12020-72) и «серебростойкости» (метод И. А. Монахова) после воздействия пропиленгликолевых ПОЖ при температуре ПОЖ (20±3)0 С.
Предварительные результаты испытаний по определению прочности органического стекла при статическом изгибе (ГОСТ 12020-72) после воздействия ПОЖ при температуре (20±3)0С показали, что все исследованные ПОЖ практически не влияют на прочность стекла (снижение этого показателя не превысило 10%).
В соответствии с приведенными в таблице результатами выявлено очень существенное снижение показателя «серебростойкости» стекла под влиянием ПОЖ..
Однако следует учесть, что данный метод не позволяет воспроизвести реальные условия применения ПОЖ на ВС, которые могут повлиять на «серебростойкость»:
температура ПОЖ при противообледенительной обработке может достигать значений до +600С;
температура органического стекла, как правило, ниже 00С.
Таблица 1
Результаты испытаний образцов органического стекла после воздействия ПОЖ
Наименование ПОЖ Прочность при статическом изгибе «Серебростойкость»
Значение прочности, Мпа Изменение прочности, % Значение «серебростойкости», с Изменение «серебростойкости», %
«АВС 2000» тип II 139 минус 0,71 42 минус 33,3
«SAFEWING MP II 1951», тип II 129 минус 7,86 33 минус 47,6
«MAXFLIGHT », тип IV 132 минус 5,71 47 минус 25,4
«JARKLEER» тип I 143 плюс 2,14 26 минус 58,7
«DF PLUS» тип I 140 0 19 минус 70
Пропиленгликоль х.ч. 141 плюс 0,71 63 0
Контрольные 140 63
На рис. 1 приведена зависимость «серебростойкости» стекла (температура стекла +200 С) от температуры нагрева ПОЖ «МАХБЬЮНТ» тип IV.
температура ПОЖ, С
Рис. 1. Зависимость серебростойкости органического стекла от температуры ПОЖ
Махі^Ьі тип IV
Как видно из данных, приведенных на рис.1, температура воздействия ПОЖ оказывает существенное влияние на «серебростойкость» органического стекла. Увеличение температуры в значительной мере снижает этот показатель.
Другой фактор, имеющий место при выполнении противообледенительной обработки на ВС, не учтеннный в методе Монахова, - это перепад температур между нагретой ПОЖ и охлажденным (ниже 00С) органическим стеклом. Было исследовано влияние нагретой до 60 0С ПОЖ на «серебростойкость» стекла, охлажденного до разных температур. На рис. 2 представлена зависимость «серебростойкости» стекла от его температуры под действием нагретой до 60 0С ПОЖ «МАХБЬЮНТ» тип IV .
Из диаграммы следует, что при попадании нагретой ПОЖ на стекло, имеющего температуру 200С, снижение «серебростойкости» является существенным - 51%. При проведении испы-
таний на стекле, охлажденном до 00С, что соответствует реальному случаю обработки ВС, резкого снижения «серебростойкости», не выявлено -20%. Дальнейшее понижение температуры стекла не оказывает влияние на показатель его «серебростойкости».
60-1
і 50-/-Г^"Т
О
Л 40-'/_
0
1 308 20-/_ А-ҐІ
і :;Шшй
20 0 -10 -15
температура стекла, С
Рис. 2. Зависимость «серебростойкости» стекла от его температуры под действием нагретой до 60 0С ПОЖ «МЛХРЬЮИТ» тип IV
Исходя из данных, приведенных на рис. 1 и рис. 2 было предложено изменить температурный режим подготовки образцов для оценки влияния ПОЖ на органическое стекло следующим образом:
нагрев исследуемой ПОЖ производить до температуры 60 0С;
образцы органического стекла перед испытаниями охлаждать до температуры 00С.
На основании вышеизложенного, был разработан метод по оценке влияния ПОЖ на органическое стекло, используемое на ВС ГА отечественного производства. Метод предусматривает подготовку образцов и испытания с учетом реальных условий применения противообледе-нительных жидкостей. Предложен критерий оценки стойкости к растрескиванию («серебростойкости») стекла под действием ПОЖ.
Методика оценки стойкости органического стекла к воздействию ПОЖ
1. Оценку воздействия ПОЖ на органическое стекло рекомендуется проводить при максимально допустимой на ВС ГА концентрации ПОЖ.
2. Для оценки воздействия ПОЖ на органическое стекло определяются такие показатели, как стойкость к растрескиванию органического стекла («серебростойкость») и его прочность при статическом изгибе и «серебростойкости» стекла путем сравнения вышеуказанных показателей на образцах после воздействия ПОЖ и контрольных образцов.
3. Для испытаний готовятся образцы органического стекла размером (120х20х10) мм. Кромки образцов полируются для исключения образования концентратов напряжений. Перед проведением испытаний образцы органического стекла помещают в термостат для исключения остаточных напряжений. Термостатирование образцов органического стекла марки СО-120-А проводится при температуре (90±5) С в течение 6 часов. На поверхности образцов до испытания на воздействие ПОЖ не должно быть загрязнений, царапин и других видимых дефектов (трещин, сколов, забоин и т.п.). Количество параллельных образцов стекла - не менее 10 на каждый вид испытания.
г
г
г
4. Образцы стекла для испытаний помещаются в камеру холода с температурой 00С, где согласно ГОСТ РВ 20.57.306-98 выдерживаются в течение двух часов до достижения температуры (0±1) 0С .Затем образцы помещают в сосуд (сосуды) и заливают ПОЖ, предварительно нагретой до температуры (60±2) 0С. Образцы помещают в сосуд так, чтобы они полностью были погружены в ПОЖ и при этом образцы не должны соприкасаться друг с другом и со стенками сосуда. Объем испытуемой ПОЖ должен быть 8см3 на каждый квадратный сантиметр полной поверхности испытуемого образца.
5. Подготовленные по п. 4 образцы помещают в камеру холода и выдерживают 24 часа при температуре (0±1) С. После окончания испытания образцы вынимают из ПОЖ и выдерживают на воздухе при нормальной температуре не менее 4 часов, затем тщательно ополаскивают проточной водой комнатной температуры до полного удаления следов ПОЖ с поверхности органического стекла и вытирают насухо.
6. Контрольные образцы стекла кондиционируются в соответствии с требованиями ГОСТ 12423-66 и никаким внешним воздействиям до испытаний не подвергаются.
7. Прочность при статическом изгибе определяют по ГОСТ 4648-90. Испытания проводят на любой испытательной машине, соответствующей требованиям ГОСТ 4848-81. Изгибающее напряжение образца в момент разрушения (оизг ) рассчитывается по формуле:
1,5 х Р х I
°изг
ЬЬ2
где Р - изгибающая нагрузка на образец в момент его разрушения;
Ь - толщина образца.
8. Оценку стойкости органического стекла к воздействию ПОЖ проводят по Приложению 3 ГОСТ 12020-72 и характеризуют как % изменения прочности при статическом изгибе:
Изменение показателя, % Оценка стойкости
от 0 до10 хорошая
от 10 до 15 удовлетворительная
от 15 плохая
9. «Серебростойкость» определяют на образцах стекла, подвергнутых «чистому изгибу», с созданием в поверхностном слое стекла напряжения, равного 150кгс/см2. Испытания проводятся на любой испытательной машине, соответствующей требованиям ГОСТ 4648-71. На растянутую поверхность образца ватным тампоном наносится ацетон и фиксируется время до появления в поверхностном слое микротрещин.
10. Предлагается критерий оценки стойкости к растрескиванию стекла под воздействием ПОЖ характеризовать, как % изменения показателя его «серебростойкости»:
Изменение показателя, % Оценка стойкости
от 0 до 20 Хорошая
от 20 до 30 Удовлетворительная
от 30 Плохая
По методике, приведенной выше, были проведены испытания образцов органического стекла на прочность при статическом изгибе и «серебростойкость» после воздействия различных ПОЖ.
Оценка стойкости органического стекла марки СО-120-А к воздействию различных ПОЖ по показателям стойкость при статическом изгибе и «серебростойкость» приведены в табл. 2.
Таблица 2
Оценка стойкости органического стекла марки СО-120-А к воздействию различных ПОЖ
Наименование ПОЖ Изменение прочности при статическом изгибе Изменение «серебростойкости»
% оценка стойкости % оценка стойкости
«АВС 2000» тип II минус 6,1 хорошая минус 11,1 хорошая
«SAFEWING MP II 1951», тип II минус 8,2 хорошая минус 28,6 удовлет- ворительная
«MAXFLIGHT », тип IV минус 4,4 хорошая минус 20 хорошая
«MAXFLIGHT 04» тип IV минус 5,4 хорошая минус 20 хорошая
«Jarkleer» тип I минус 6,8 хорошая минус 19,1 хорошая
«DF PLUS» тип I минус 8,2 хорошая минус 30 удовлет- ворительная
«Арктика ДГ» тип I минус 6,8 хорошая минус 11,1 хорошая
«Oktaflo EG» тип I минус 4,4 хорошая минус 17 хорошая
Пропиленгликоль х.ч. минус 0,8 хорошая минус 0,2 хорошая
Из данных табл. 2. видно, что по показателям прочности при статическом изгибе и «сереб-ростойкости», полученными в соответствии с разработанной методикой, все вышеуказанные ПОЖ могут быть рекомендованы к применению на ВС ГА.
Выводы
Разработан метод оценки стойкости органических стекол к воздействию ПОЖ, учитывающий реальные условия использования противообледенительных жидкостей на ВС. Предложен критерий оценки «серебростойкости» стекла
ЛИТЕРАТУРА
1. ГОСТ 10667-90. Секло органическое для остекления самолетов».
2. ГОСТ 12020-72. Пластмассы. Методы определения стойкости к действию химических сред.
3. Методика исследования отказов и неисправностей органических стекол самолетов и вертолетов ГА. - М.: Воздушный транспорт, 1980.
METHOD OF DEFINITION OF INFLUENCE OF FLUIDS ON AVIATION ORGANIC GLASS Avramova O.P., Antonova M.V., Belous L.L., Bozhevalov D.G., Kotelevets N.A., Minaev A.A., Sokolov Y.S.
The method according to influence of fluids on the organic glass used by planes of the Russian manufacture which provides carrying out of tests in view of real conditions of application of the given liquids is developed.
Сведения об авторах
Аврамова Ольга Петровна, окончила МТИ (1975), кандидат технических наук, старший научный сотрудник ГосНИИ ГА, автор 15 научных работ, область научных интересов- физическая химия полимеров.
Антонова Марина Владимировна, окончила МИСиС (1986), старший научный сотрудник ГосНИИ ГА, автор 15 научных работ, область научных интересов - эксплуатация воздушного транспорта, коррозия и антикоррозионная защита ВС ГА.
Белоус Леонид Леонидович, 1944 г.р. окончил Одесский государственный университет (1965), кандидат технических наук, ведущий специалист ФГУ- 13 ГНИИ МО РФ, автор более 290 научных работ, область научных интересов - исследование причин отказов и прогнозирования долговечности деталей и изделий из неметаллических материалов ВС.
Божевалов Дмитрий Геннадьевич, 1975г.р., окончил МГТУ ГА (1998), ведущий инженер ГосНИИ ГА, автор 3 научных работ, область научных интересов - поддержание летной годности ВС ГА РФ с точки зрения коррозионной стойкости ВС ГА.
Котелевец Нина Алексеевна, окончила МАТИ (1976), кандидат технических наук, начальник лаборатории №2 ГосНИИ ГА, автор более 20 научных работ, область научных интересов - эксплуатация воздушного транспорта, коррозия и антикоррозионная защита ВС ГА.
Минаев Александр Алексеевич, 1972г., окончил ЕАТК ГА (1993), инженер ГосНИИ ГА, область научных интересов - поддержание летной годности ВС ГА РФ с точки зрения коррозионной стойкости ВС ГА.
Соколов Юрий Сергеевич, 1979г.р., окончил МАИ (2001), ведущий инженер ГосНИИ ГА, автор 3 научных работ, область научных интересов - поддержание летной годности ВС ГА РФ с точки зрения коррозионной стойкости ВС.
