航空冷却液泡沫特性改进试验研究

马 军，王岸英，徐 新，陈 腾，胡建强*

(1.空军勤务学院航空军需与燃料系，江苏 徐州 221000；
2.空军后勤部军需能源质量监督站，北京 100720)

航空冷却液是飞机雷达冷却系统重要的传热介质，其性能的优劣直接影响飞机雷达系统的工作效率。新型飞机雷达系统发热量大，原有航空冷却液在新机雷达冷却系统运行时出现了“欠压过热”的故障现象[1-3]。其原因是航空冷却液泡沫特性和冷却性能不足[4]:在新机雷达冷却系统中出现大量微小泡沫，导致系统运行压力下降[5]；
冷却液供给不足，导致雷达过热。同时，航空冷却液泡沫特性明显衰变产生的微小泡沫可导致颗粒污染度超标假信号，对航空冷却液外场保障工作造成了新的挑战[6-7]。此外，冷却系统中的泡沫增大了冷却液与空气接触面积，在高温工作条件下，冷却液中的乙二醇会被氧化成乙醇酸和乙二酸，导致冷却液加速氧化变质[8]。

中国航空冷却液经过多年发展，逐渐形成了水-乙二醇的主流冷却液体系。其他体系如酒精型、甘油型在着火安全性、低温性能和成本方面等相比存在较为明显劣势，目前只有少数机型仍在使用[9]。冷却液的配方与其应用环境密切相关，如通过对多种缓蚀剂进行复配研制的风电专用冷却液[10]，以及采用乙二醇和二甲基亚砜及多种合金缓蚀剂的有源相控阵雷达系统冷却液[11]，有机酸型汽车铝合金发动机冷却液缓蚀剂[12]。根据航空冷却系统的特点，如何通过配方改进的方法研制适合于新机雷达冷却系统的新型高效能航空冷却液，解决“欠压过热”的使用问题，是实际应用的内在需求。

笔者改进了航空冷却液的配方，并与市售AF65号航空冷却液比较，综合考察了2种配方的11种性能，重点对泡沫特性进行了研究。同等试验条件下新配方航空冷却液泡沫体积更小，为未来高性能雷达航空冷却液的研制提供基础。

1.1 原料与试剂

长城牌AF65号航空冷却液(净含量18 kg，配方主要为乙二醇、去离子水、乙二胺四乙酸二钠等)，市售，中石化润滑油有限公司北京分公司。乙醇、丙酮，分析纯；
去离子水。

1.2 航空冷却液制备过程

自制航空冷却液配方A和B型：采用实验室调和的方式，首先按比例配制乙二醇-去离子水的混合液，此后依次加入各型添加剂，包括抗氧剂、抗腐蚀剂、抗垢剂、抗泡剂等，经搅拌静置而成。

配方A：乙二醇、去离子水、苯并三唑等。

配方B：乙二醇、去离子水、三氮茚等。

1.3 航空冷却液性能测试方法

密度测定根据SH/T 0068—2002《发动机冷却液及其浓缩液密度或相对密度测定法(密度计法)》。

冰点测定根据SH/T 0090—1991《发动机冷却液冰点测定法》。

馏程根据GB/T 255—1997《石油产品馏程测定法》。

沸点测定根据SH/T 0089—1991《发动机冷却液沸点测定法》。

机械杂质测定根据GB/T 511—2010《石油和石油产品及添加剂机械杂质测定法》。

pH值测定根据SH/T 0069—1991《发动机防冻剂、防锈剂和冷却液pH值测定法》。

储备碱度测定根据SH/T 0091—1991《发动机冷却液和防锈剂储备碱度测定法》。

泡沫倾向性测定根据SH/T 0066—2002《发动机冷却液泡沫倾向测定法(玻璃器皿法)》。

腐蚀性测定根据SH/T 0085—1991《发动机冷却液腐蚀测定法(玻璃器皿法)》。

2.1 关键性能对比

根据GJB 6100—2007《军用航空冷却液规范》的相关要求，结合自制航空冷却液的特殊性质，分别测试了AF65号航空冷却液和2型自制航空冷却液(A型、B型)性能，3种冷却液的11种关键指标列于表1。

表1 3种航空冷却液的关键性能指标测试结果

从表1可见:

AF65号航空冷却液关键性能指标均符合GJB 6100—2007规范。实际测试中，在25、88 ℃下的泡沫特性测试中，其泡沫体积均为20 mL，泡沫消失时间均为0.8 s。

A型航空冷却液的关键性能指标符合航空冷却液规范要求，与AF65号航空冷却液相比，性能大体相当，其机械杂质、储备碱值、泡沫特性等部分指标略有提升。其泡沫特性明显改善，泡沫体积降低至10 mL，泡沫消失时间降低至0.4 s，相比AF65号航空冷却液具有更好的泡沫特性。

B型航空冷却液的重要性能指标全部符合GJB 6100—2007规范，与AF65号航空冷却液相比性能大体相当。但是，B型航空冷却液在泡沫特性方面具有更加优异的性质。从测试结果来看，B型航空冷却液在25、88 ℃下的泡沫特性测试显示其泡沫体积均为0 mL，泡沫消失时间均为0 s，体现出较为显著的性能优势和应用潜力。在实际测试中，自制B型航空冷却液在测试中未观察到明显气泡，但AF65号航空冷却液的泡沫体积约为20 mL(图1)。

图1 B型航空冷却液(左)和AF65号航空冷却液(右)的泡沫特性

2.2 测试温度、通气时间对泡沫特性的影响

由于使用标准试验方法未能全面对比自制航空冷却液与AF65号航空冷却液的泡沫特性，实验采用调整延长测试温度、通气时间的方法测试了三者泡沫特性，结果见表2。

表2 3种航空冷却液泡沫特性试验结果

从表2可见：

B型航空冷却液的泡沫特性显著优于AF65号航空冷却液和A型航空冷却液，该结果与标准试验方法得到测试结果具有一致性。具体表现为在各个测试温度下AF65号航空冷却液泡沫体积显著高于A型和B型航空冷却液。

AF65号航空冷却液的泡沫体积基本在15～25 mL，一般来说，延长通气时间，泡沫体积略有上升，但仍然满足GJB 6100—2007规范对泡沫特性的要求，且浮动体积较小，显示出仍有一定应用潜力。总体上，AF65号航空冷却液的泡沫消失时间较短，说明其消泡性能良好，与测试温度和通气时间无显著关联。

A型航空冷却液的泡沫体积基本为10 mL。当测试温度升至75 ℃且通气时间为20 min时，其泡沫体积可升至15 mL，并且温度升至88 ℃后泡沫体积在通气时间10 min以上时均可达到15 mL，但在通气时间为5 min时其泡沫体积仍为10 mL，满足GJB 6100—2007规范对泡沫特性的要求。A型航空冷却液的泡沫消失时间极短，约为0.4 s，在停止通气的同时其泡沫随之消失，与测试温度和通气时间无显著关联，相比AF65号航空冷却液具有更好的泡沫特性。

B型航空冷却液的泡沫体积基本为0 mL。当测试温度升至35 ℃且通气时间为20 min时，其泡沫体积可升至5 mL。随着测试温度继续升高至88 ℃，其泡沫体积无明显变化，延长通气时间至10 min，泡沫体积有微小变化，一般≤5 mL，满足GJB 6100—2007规范对泡沫特性的要求。B型航空冷却液的泡沫消失时间极短，在停止通气的同时其泡沫随之消失，与测试温度和通气时间无显著关联，在三型冷却液中展示出最为优异的泡沫特性，在未来高性能雷达设备冷却系统中具有更大的应用潜力。

AF65号航空冷却液和2型自制航空冷却液(A型、B型)在关键性能上大体相当。B型航空冷却液的泡沫特性显著优于AF65号航空冷却液和A型航空冷却液。提高测试温度、延长通气时间后，AF65号航空冷却液的泡沫体积基本在15～25 mL，A型航空冷却液的泡沫体积基本在10～15 mL，而B型航空冷却液的泡沫体积基本为0 mL，且泡沫消失时间均小于1 s，说明自制B型航空冷却液具有更好的泡沫特性。实验用航空冷却液配方显著优于市售配方，可用于散热需求更大的新型雷达冷却系统。