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滑油是滑油系统的核心材料，它的性能对发动机设计有很大影响。 1 概述 目前使用的有矿物油和合成滑油两大类。 矿物油又称石油润滑油，是由天然原油经过减压蒸馏、酸碱精制、溶剂抽提、脱蜡、加 氢、精制、白土处理等工艺处理而得到的滑油。 合成滑油是以动植物油脂或石油为原料，用有机合成方法，经一系列化学反应所得的具 有一定化学成分的润滑油。由于其分子结构远比矿物油中的烃类具有更大程度的适应性，能 满足一般矿物油所达不到的苛刻使用要求，因而随着航空航天事业的不断发展，越来越显示 出它的重要性。在第二次世界大战中，德国首先研究和生产了酯类润滑油，英国、美国从 1947 年开始研究合成航空滑油，于1952 年先后公布了DERD2487 和MIL-L-7808 规范，并 开始在喷气发动机中使用。随着航空发动机的发展，英国1959 年又公布了DERD2497 规范， 美国1962 年公布了MIL-L-23699 规范、1965 年公布MIL-L-27502 规范（1972 年此规范代 替了曾在1965 年公布的MIL-L-9236 规范）。前苏联在60 年代初就建成了第一套制备双酯 合成滑油装置，公布了ГOCT-11246, ГOCT-13076、ГOCT-5566 及ТУ38-101295 等规范。 目前，加拿大、法国、比利时、意大利和瑞典等国都有本国的规范。这些规范基本上与美国 的MIL-L-7808 和MIL-L-23699 规范相同。我国合成滑油研制始于20 世纪50 年代末，至今 已发展了相当于MIL-L-7808 和MIL-L-23699 规范的多种合成滑油。 国外发布规范后，每隔数年需根据技术发展进行修订或确认，如MIL-L-7808 至1992 年修改至MIL-L-7808K，MIL-L-23699 至1990 年修改至MIL-L-23699D。 合成滑油分类方法很多，从使用角度常分为两种分类法： a.按98.9℃(210 °F)时运动黏度分为：低黏度(3cSt),中黏度(5cSt),高黏度（7.5cSt）。 b.按使用温度分为：I 型油( - 54～165℃),目前已发展至改良Ⅰ型油(-54～ 177 ℃ )及 Ⅰ1/2 型～Ⅱ型油( - 54～+ 204℃)； Ⅱ型油（-40～＋220℃）； Ⅲ型油（-18～＋260℃）； Ⅳ型油（＋16～＋315℃）。 目前，MIL-L-7808 属于Ⅰ型油；MIL-L-23699 属于Ⅱ型油；MIL-L-27502 属于Ⅲ型油， 此类油目前还没有一种滑油完全符合规范的要求。 2 滑油性能 航空滑油所规定的理化性能和使用性能非常严格。 理化性能包括：密度，黏度，倾点和凝固点，酸值，水溶性酸，碱性和腐蚀性，闪点等 12 项指标。 使用性能包括：润滑性能，结焦与沉淀性能，低温泵送性，各种全尺寸试验件模拟试验 和发动机试验等。使用性能在实际使用中极为重要，是用理化指标不能表明和控制的，是选 用润滑油的根本依据。 我国所发展的各种滑油之所以不能被国际所接受，就是在使用性能上还没有做到规范所 规定的各类试验。这些试验各国都有自己的一套设备与试验评价方法，试验工作量也很大。 如评价润滑性能的齿轮试验，评价结焦与沉淀性能的平板结焦试验与轴承试验，特别是更接 近实际工作状态下评价润滑油全面性能的各类全尺寸模拟试验器。如以J58 发动机滑油系统 和T64 发动机4 号油池构成的小油池试验器，以J79 发动机石墨密封元件和跑道构成的主轴 密封试验器，以J75 发动机2 号轴承支撑为主构成的轴承支撑试验器，以JT3C 发动机4 号、 5 号轴承腔构成的轴承腔试验器等。通过上述各类试验器的试验，可较精确地预示滑油能否 安全地用于发动机。最终还必须进行发动机试验、台架长试、高空模拟试车、冷起动和规范 规定的发动机试验，以评价出油池密封性能、通气管结焦、主轴承及齿轮的工作情况和试验 前、后滑油理化性能的变化。 美国普惠公司认为：新滑油的评定试验至少要在四种型号发动机上进行（型号为 JT8D,JT3D, JT3C 和JT4A)，每台发动机对滑油的试验至少累积200h,且其工作效果和工作后 检查的结果都要良好。要得到完全批准的进一步要求是：从这几种发动机累积工作时数超过 1200h 换下来的滑油，仍能通过检验新滑油所规定的全部试验。滑油最终批准前，还要求通 过飞行试验。 我国发展的各种滑油，缺乏全面的评价，难以与国际接轨。这主要是设计研究发动机的 单位缺乏这方面认识，未列人发展计划，这个局面迟早要用加倍的资金与人力去应对。 3 滑油使用限制 目前，推重比8 以上的航空涡轮发动机仍使用Ⅰ、Ⅱ型合成滑油，其热性能对发动机设 计有很大的制约作用，影响发动机设计的主要热性能为： a.主体滑油氧化安定性 主体滑油温度是滑油在系统中停留时间最长组件（通常指滑油箱）内的最高温度。滑油 品质的降低可以用黏度、酸值变比来表示，对暴露于滑油中金属的腐蚀与沉积，采用不可溶 渣滓与沉积的形式来度量。目前符合美军标MIL-L-7808)和MIL-L-236.99L 的滑油，其主体 油氧化温度为160 - 170 ℃。 b.热点稳定性温度 热点是典型地暴露于金属表面或滑油温度超过主体滑油温度的局部区域。设计时应尽量 减少滑油暴露于热点的时间，否则将导致滑油大量沉积。现有滑油的热点温度不超过400℃。 c.自燃温度 滑油的自燃温度是在有氧但无点火源的情况下，滑油点火燃烧倾向的度量。引起滑油自 燃的条件是具有合适的滑油蒸气与空气混合物的浓度、油气混合物的滞留时间和火焰传播速 度，并且只有同时满足这三个条件时才会自燃。欧盟有人给出酯类油自燃温度为320℃，美 国人测得的自燃温度为370-420℃。 d.蒸发度 润滑剂的蒸气压偏高时，会对滑油系统产生诸如滑油消耗量大、滑油箱内泡沫过多、泵 空穴的可能性增加、自燃的危险性增加等不利的影响。滑油在最高主体油温度时，蒸气压与 滑油消耗之间的关系为：在稳定主体油温度下，蒸气压为1333Pa 时的滑油消耗率比267Pa 时的高出一倍多。目前，大多数发动机规范规定：滑油消耗率的最高值为0. 56L/h。酉旨类 油在最高主体油温度(180℃）时的蒸气压范围为13^-133Pao 由于滑油的上述限制，致使一些先进航空发动机（推重比8 一级）设计，不得不采用较 冷空气环绕主轴承腔；位于燃烧室和涡轮部位的轴承腔要采取热防护和隔热措施；轴承腔要 采用高性能密封装置；调整并控制好轴承腔的密封挡油空气压力、温度等措施。这样做便增 加了发动机结构重量和冷却空气量，同时用于冷却的滑油量也加大了，使滑油系统组件重量 增加。而且在先进航空发动机上即使采取了这些措施，热区轴承腔的滑油沉积和焦化现象也 在所难免。 4 滑油发展 滑油严重制约着先进发动机的发展，美国综合高性能涡轮发动机技术(IHPTET)计划第B 阶段中，为了减重和满足飞行任务要求，提出了研制330℃滑油的需求。其热性能指标为： 主体油氧化温度330℃； 热点稳定性温度510℃； 自燃温度649℃； 在330℃的蒸气压小于267Pa。 采用这种滑油经初步设计与计算表明：可以大大简化发动机的设计。设计的热区轴承腔、 主轴承、轴承支座等不需要热防护和隔热，也无需冷却空气；滑油流量可减少至目前发动机 的50％。整个机械系统如滑油、轴承、密封装置、轴、阻尼器、轴承腔、齿轮、泵、油滤、 滑油箱、除泡器、除油器、热交换器和齿轮箱等可减重12％，满足了IHPTET 计划第Ⅱ阶 段减重10％的要求。 美普惠公司为了兼顾IHPTET 计划第Ⅲ阶段任务要求的滑油最低温度能力，进行了360 ℃滑油的研制。 为发展高温滑油，人们进行了几十年广泛的探索与研究，使用油温为260℃和316℃的 规范MIL-L-27502 和MIL-L-87100 早已制定，但到目前还没有油品满足要求。 美国研制聚苯醚和全氟烷醚，高温性能已达到要求，如可在300-360℃下工作的聚苯醚 油，早已在仅有的几架SR71 高空侦察机J58 发动机上使用，但高至4℃的注点，使用时需 用三氯乙烯稀释滑油。这类油当前价格也很高，使用费用问题尚难解决。 对酯类油在高温性能方面还在进一步挖潜，已取得了一些成效，如IHPTET 计划第工阶 段研制出符合MIL-PRE-7808L 第三级和第四级滑油，能承受较高温度而不结焦，已用在推 重比10 发动机F119 上。 我国航空滑油长期处于盲目发展状态，酯类油仍处在早期研制水平上，虽然研制260℃ 滑油的课题已经立项，但在氟硅油基础上研制能否满足发动机滑油的需要，还不能有过高的 期望。改进酯类滑油高温性能的预研项目尚在起步阶段，必须重视和加快滑油的预研是先进 发动机研制的一个必须解决的问题。 3.4.2.5 我国常用滑油 我国常用的航空滑油有20 号航空滑油（代号HH-20 ,与俄罗斯MC-20 相当）、14 号航 空滑油（与俄罗斯MC-14 相当）、8 号航空滑油（代号8A，在HP-8 基础上加人复合抗氧剂， 与俄罗斯MK-8П相当）、4104 合成航空滑油（与英DERD2487、俄罗斯BHИИ HП-7 相 当）、4109 合成航空滑油（与俄罗斯HИM-10 和BHИИ HП50-1-4Φ相当，与符合美 MIL-L-7808,法AIR3513 规范的产品性能接近）、4106 合成航空滑油（与符合美MIL-L-23699C 规范的产品性能相近）、4050 合成航空滑油（与符合美MIL-L-23699B 规范的产品性能相近）， 以及近年来研制的4010 合成航空滑油（与符合美MIL-L-7808)规范的产品性能相近）等。 20 号航空滑油用于活塞式发动机，它与8 号航空滑油混合用于涡桨发动机，14 号航空滑油 用于寒冷地区使用的活塞式发动机，8 号航空滑油用于早期的涡喷发动机，4104 合成航空滑 油用于近期涡桨发动机，其他各种合成航空滑油用于近期使用的涡喷、涡扇发动机。 |
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