,
где K -- аэродинамическое качество самолета; з -- полный КПД авиадвигателя; Gвзл, Gт -- взлетная масса самолета и массы топлива. Из формулы следует, что чем выше теплота сгорания, тем больше дальность полета при неизменном запасе топлива на борту самолета.
Различают высшую и низшую теплоту сгорания топлива. При определении высшей теплоты сгорания (QВ учитывается вся теплота, которая выделяется при полном сгорании 1 кг или 1 л топлива в атмосфере кислорода или воздуха при нормальном атмосферном давлении и тепло, выделяющееся при последующем охлаждении продуктов сгорания, до 25° С. При определении низшей теплоты сгорания из общего количества тепла, выделившегося при сгорании, вычитается количество тепла, затраченное на испарение влаги топлива, а также влаги, образованной при сгорании водорода.
При работе авиадвигателей теплота конденсации паров, выбрасываемых в атмосферу, не используется, поэтому для характеристики авиатоплив применяют низшую теплоту сгорания. Теплота сгорания углеводородных топлив зависит от химического состава и строения индивидуальных углеводородов, входящих в состав топлива. Однако у применяемых в авиации топлив она изменяется в сравнительно узких пределах 42580 -- 43840 кДж/кг.
Задание 3
Трение между смазанными поверхностями. Механизм граничной смазки. Влияние химического состава масел, температуры, давления, природы металла на прочность граничного слоя смазки и коэффициент трения между поверхностями.
Граничное трение. При дальнейшем уменьшении толщины масляной пленки, с некоторого критического ее значения, свойства смазки изменяются скачком. Сила трения перестает зависеть от вязкости, так как прекращается скольжение между молекулярными слоями смазки. Они приобретают способность выдерживать большие нормальные нагрузки, не выходя за пределы упругости. Изменяются и свойства поверхностных слоев металла -- они пластифицируются (более легко деформируются). Все больше неровностей трущихся поверхностей вступают между собой в контакт, наступает режим граничного трения и смазки, при котором основные характеристики трения и износа определяются не вязкостью масла, а свойствами тонких пленок, образующихся на поверхности деталей. Как и при сухом трении, в месте контакта поверхностей наблюдается скачок скоростей. Различают пленки физического и химического происхождения. Первые состоят из поверхностно-активных компонентов масла, которые содержат дипольные молекулы и прочно связаны с металлом адсорбционными силами. Устойчивость тонких граничных слоев масла при трении определяется его свойством, которое называется смазочной способностью. Такие пленки обладают расклинивающей способностью, они препятствуют сближению поверхностей, стремясь их раздвинуть. Смазочные пленки не только в значительной степени снижают величину коэффициента трения (примерно на порядок по сравнению с сухим трением), но и оказывают большое влияние на износ. В большинстве случаев такие пленки вызывают его уменьшение и предотвращают сваривание и другие механические повреждения поверхностей. Однако, если в поверхностном слое металла в результате пластических деформаций, вызванных, например, циклическими нагрузками, появляются микротрещины, активные полярные молекулы смазки, особенно если они в избытке, проникают в такие трещины, проявляют свое расклинивающее действие и способны усилить одну из разновидностей усталостного износа -- питтинг,-- которая имеет осповидный характер.
При повышении температуры масла прочность пленок уменьшается, а затем они разрушаются, но после снижения температуры вновь восстанавливаются. На рис. 2 показана характерная зависимость износа от температуры масла. Как видно, при температуре, близкой t1 , граничная пленка разрушается.
Пленки химического происхождения прочно связаны с металлом силами хемосорбции. Они могут возникать в результате взаимодействия металла с химически активными компонентами масла, содержащими кислород, фосфор, хлор, серу. Тонкие пленки оксидов, фосфидов, хлоридов, сульфидов или мыл, образовавшихся из органических кислот, находящихся в масле, предотвращают сваривание металлов при трении после разрушения граничной пленки физического происхождения. Не уменьшая, а часто даже увеличивая износ шелушением, такие пленки предохраняют узлы трения от задира -- разрушения после сваривания при больших нагрузках. На рис. 3 показано влияние содержания в масле молекул с большим дипольным моментом и химически активных компонентов на величину износа.
Рис.2. Зависимость износа от температуры масла
Рис.3. Зависимость износа от содержания полярных молекул и химически активных частиц
Снижение износа на участке АВ вызвано увеличением адсорбции молекул и созданием более прочных граничных смазочных пленок. На участке ВС усиливается коррозия и механический износ, вызванный расклиниванием и развитием микротрещин.
Рис.4. Зависимость диаметра пятна износа от температуры, полученная при испытании на четырехшариковой машине трения (V=0,4 м/с; q-31500 кГ/см2); 1- масло МВС; 2- масло МСГ; 3- масло МКЭ
Исследования Б. И. Костецкого и Г. В. Виноградова показали, что возникновение и характер протекания процессов схватывания металлов зависит от природы масел. Большое влияние на граничное трение оказывают окислительные процессы, так как продукты окисления углеводородных масел и поверхностных слоев металлов существенно изменяют интенсивность износа и величину коэффициента трения. Окисные слои играют важнейшую защитную роль, предотвращая интенсивное схватывание металлов. Однако при легких режимах трения интенсивное протекание процессов окисления ведет к усилению износа -- развивается химический окислительный износ.
Предотвращение схватывания металлов при трении может быть достигнуто, если на их поверхности образуются защитные слои химических соединений, отличные по своей природе от окисных. Это могут быть слои сульфидов, хлоридов, фосфидов металлов, слои металлических мыл и других веществ. Для получения таких защитных слоев в масла вводят различные присадки, содержащие в своем составе серу, хлор, фосфор, жирные кислоты и др.
Профилактика износа. В настоящее время для уменьшения износа трущихся поверхностей от различных видов трения используют «ревитализацию».
Термин «ревитализация» (от латинского «vita» -- жизнь) буквально можно толковать как «возвращение жизни». Открытие явления ревитализации базируется на уникальных физико-химических процессах, которые, при определенных условиях, могут происходить в зоне трения.
Если коротко, суть их в следующем. При работе механизма на парах трения возникают нагрузки. При сверхнагрузках выделяется избыточная энергия, которая направлена на разрушение. Если же внести в зону трения уникальный строительный материал -- ревитализант, то в перегруженной зоне создаются такие условия, при которых энергетически более выгодно строить новое, а не разрушать старое, т.е. знак меняется с «минуса» на «плюс», энергия разрушения превращается в энергию созидания!
На рисунке 4 схематически изображен дефект одной из плоскостей трения. В данном случае это царапина (в разрезе), нанесенная вдоль оси движения поверхностей. Обратите внимание: выделенная зона (1) -- это зона аномальной поверхностной активности. Здесь атомы металла имеют нескомпенсированные двойные связи: такие атомы, если приложить усилие, легко «захватить», «раскачать» и оторвать от матрицы. Представьте себе дерево, растущее на краю оврага. Под воздействием воды и ветра почва постепенно разрушается, оголяя корни. Дерево уже не так прочно связано с землей и достаточно сильного порыва ветра, чтобы вывернуть его из почвы.
Очень упрощенно, тот же процесс происходит и при износе поверхности. Атомы легко отрываются, разрушение прогрессирует. Более того, под воздействием перегрузок могут отрываться уже целые семейства атомов -- кластеры. Наступает катастрофический износ.
Так было всегда -- до открытия явления РЕВИТАЛИЗАЦИИ, когда ученые обнаружили, что есть возможность обратить процесс износа вспять и восстановить изношенную поверхность! Оказалось, что возможно создать такие условия, при которых деталь набирает в весе и объеме, возвращает свои первоначальные размеры.
Для создания таких полезных условий в зону трения необходимо внести специально синтезированное вещество -- ревитализант ХАДО. Он содержит строительный материал для будущей поверхности и уникальный энергетический активатор, который позволяет перевести избыточную энергию трения на создание новой кристаллической решетки -- новой поверхности.
Ревитализация начинается в перегруженной зоне (зоне наибольшего износа), поскольку именно здесь достаточно избыточной энергии для начала нового процесса и атомы металла имеют наибольшее количество свободных (нескомпенсированных) связей (1).
Эти связи, как магниты, захватывают и удерживают именно в местах износа строительный материал -- ревитализант (2). При появлении нагрузок энергетический активатор направляет избыточную энергию на строительство новой кристаллической решетки. Таким образом, на старой основе формируется новое покрытие (3).
Через несколько минут после начала ревитализации на месте царапины появляется металлокерамическая заплата (3). Выделенная зона, зона аномальной активности, исчезла.
Энергетические процессы стабилизировались, рост поверхности прекратился. Одновременно с этим происходит взаимная диффузия двух веществ (металла и металлокерамики), которая завершает процесс формирования нового покрытия, цементирует и тем самым окончательно уничтожает грозный дефект. И, чем больше проходит времени, тем крепче и крепче держится новое покрытие.
Что дает ревитализация? Во-первых, на поверхностях пар трения формируется новое покрытие: деталь наращивает объем, возвращает те самые «сотки» и «десятки», которые были утеряны, «ушли в масло» в процессе эксплуатации. Это -- РЕМОНТ. Во-вторых, полученное покрытие обладает уникальными свойствами: удивительной прочностью, высокой коррозионной стойкостью, низкой шероховатостью. Поэтому после ревитализации деталь гарантированно будет служить в 2-4 раза дольше. Это - ЗАЩИТА ОТ ИЗНОСА. Вывод очевиден: в результате ревитализации получаетcя обновленная деталь, и деталь эта по своим эксплуатационным качествам превосходит новую.
Рис.5.
Задание 4
Тонкая и грубая структура смазок. Форма и размер частиц твердой фазы. Зернистая, волокнистая и гладкая структура смазок и роль непрерывного структурного каркаса в свойствах смазок.
Пластичные смазки представляют собой особый класс смазочных материалов, приготовляемых путем введения в смазочные масла специальных, главным образом твердых мелкодисперсных загустителей, ограничивающих текучесть масел. По внешнему виду консистентные или пластичные смазки -- мазеобразные продукты, не обладающие текучестью при обычных температурах. Это придает им особенные эксплуатационные свойства и позволяет использовать их в таких узлах трения, где жидкая смазка не удерживается или куда ее трудно подвести.
Пластичные смазки (консистентные смазки) представляют особый интерес, так как возможно получение смазочных композиций с разнообразными свойствами, пригодными для работы в сложных эксплуатационных условиях, где смазочные масла оказываются неработоспособными.
К таким случаям следует отнести механизмы с высокой механической (нагрузкой (зубчатые и цепные передачи) или большой частотой вращения, когда масла не удерживаются в узле трения, коррозионные среды, вакуум и т.д.
Консистентные смазки могут иметь различное назначение и в зависимости от этого подразделяются на: антифрикционные для снижения потерь на трение и уменьшения износов трущихся деталей; защитные для защиты поверхностей деталей от коррозии; уплотнительные для создания уплотнений между деталями; фрикционные для повышения трения между поверхностями; диспергирующие для лучшей приработки поверхностей.
Наибольшее распространение и ассортимент имеют консистентные смазки первых двух групп. Что касается трех последних, то количество и ассортимент их сравнительно невелик.
Консистентные смазки чаще всего представляют собой пластические тела. Это коллоидные системы, обладающие структурной-вязкостью. Если у истинных жидкостей вязкость не зависит от скорости перемещения слоев относительно друг друга, то у пластических тел с увеличением скорости перемещения слоев вследствие частичного разрушения структуры, вязкость уменьшается. Поэтому и вязкость консистентных смазок называется структурной.
Являясь коллоидными системами, консистентные смазки состоят из дисперсионной среды и дисперсной фазы. Дисперсионной средой, как правило, является жидкое минеральное масло, а дисперсной фазой -- (пластическое вещество -- загуститель. Помимо этих двух основных компонентов в состав многих консистентных смазок входит стабилизатор, повышающий их коллоидную стабильность. Кроме того, для улучшения тех или иных показателей консистентных смазок или придания им специфических свойств к ним добавляются различные присадки и наполнители.
В состав смазок входит 75--90% минерального масла и 9--25% загустителя. В пластичных смазках сросшиеся кристаллики загустителя образуют непрерывный, но рыхлый структурный каркас смазки, в ячейках которого находится жидкое масло. Как в пчелиных сотах содержится мед, так и в структурном каркасе консистентной смазки находится и довольно прочно удерживается масло. Устойчивость, нераздельность двухфазной системы, которую представляет собой консистентная смазка, оценивается так называемой коллоидной стабильностью. Чем труднее разрушить структурный каркас консистентной смазки и отделить масло, тем выше ее коллоидная стабильность.
Каркас, связывающий жидкое масло, в зависимости от способа приготовления смазки и качества загустителя, может иметь волокнистую, лентовидную, игольчатую или зернистую структуру. Загустители, образующие структурный -каркас, бывают мыльными и немыльными. Мыльные загустители представляют собой соли жирных кислот (мыла) различных металлов. Они образуются в результате взаимодействия щелочи с органическими кислотами и глицеридами. Для получения мыл могут быть использованы растительные и животные жиры, но в настоящее время в большинстве случаев используются синтетические жирные кислоты с числом углеродных атомов от 12 до 20. С маслами мыла не образуют истинных растворов. В результате перемешивания с маслом мыла измельчаются до размеров коллоидных частиц, связанных в структурный каркас.