cahtНаучный вестник МГТУ ГАCivil Aviation High Technologies2079-06192542-0119Moscow State Technical University of Civil Aviation (MSTU CA)10.26467/2079-0619-2023-26-5-65-80caht-2235Research ArticleТРАНСПОРТНЫЕ СИСТЕМЫTRANSPORTATION SYSTEMSТермоконверсия авиационных маселThermal conversion of aviation oilsШапороваЕ. А.ShaporovaE. A.

Шапорова Елена Анатольевна, кандидат химических наук, заведующая аспирантурой

Минск

Elena A. Shaporova, Candidate of Chemical Sciences, the Head of the Postgraduate Study Department

Minsk

elena.telushenko@gmail.comВасилевичС. В.VasilevichS. V.

Василевич Сергей Владимирович, кандидат технических наук, доцент, ведущий научный сотрудник

Минск

Sergey V. Vasilevich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Leading Researcher of the Scientific and Technical Department

Minsk

svasilevich@yandex.byСтойкоС. О.StoikoS. O.

Стойко Сергей Олегович, научный сотрудник научно-технического отдела

Минск

Sergey O. Stoiko, Researcher of the Scientific and Technical Department

Minsk

sergey_14_95@mail.ruЩурВ. В.ShchurV. V.

Щур Вероника Владимировна, научный сотрудник

Минск

Veronika V. Shchur, Researcher 

Minsk

shchur931@gmail.comБелорусская государственная академия авиацииБеларусьBelarusian State Aviation AcademyBelarusИнститут биоорганической химии НАН БеларусиБеларусьInstitute of Bioorganic Chemistry of the Belarusian National Academy of SciencesBelarus2023301020232656580Copyright © Шапорова Е.А., Василевич С.В., Стойко С.О., Щур В.В., 20232023Шапорова Е.А., Василевич С.В., Стойко С.О., Щур В.В.Shaporova E.A., Vasilevich S.V., Stoiko S.O., Shchur V.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://avia.mstuca.ru/jour/article/view/2235

Сегодня к авиационной технике предъявляются жесткие требования по повышению надежности, долговечности и экологичности. Надежность эксплуатации авиационной техники зависит не только от ее конструктивных и технологических особенностей, но и от того, насколько авиационные масла, топлива и технические жидкости отвечают по качеству предъявляемым к ним требованиям во время работы. В процессе эксплуатации авиационных двигателей масла подвергаются термическому воздействию, в результате чего их свойства и состав меняются, что может негативно сказаться на работе двигателя в целом. Наиболее перспективным способом повышения термической устойчивости авиационных масел представляется разработка новых и улучшение существующих составов масел. В связи с этим целесообразно проанализировать кинетические характеристики термоконверсии масел, что позволит прогнозировать их устойчивость в широком температурном интервале. В работе изучена кинетика термического разложения авиационных масел МС-8П, ТН-98 и ТН-600, применяемых на разных типах воздушных судов в гражданской авиации Республики Беларусь, методом термогравиметрического анализа. Состав образцов масел исследован методами ИК-спектроскопии, хромато-масс-спектроскопии. Сравнительный анализ результатов исследования новых масел и масел, слитых из двигателей воздушных судов, свидетельствует о том, что даже при незначительных перегревах в процессе эксплуатации происходит изменение углеводородного состава, изменяется в некоторой степени содержание основных классов углеводородов. Исследования термолиза масел показывают, что возможные перегревы после останова двигателя соответствуют температурам начала разложения. Продукты термического превращения углеводов масел будут способствовать образованию дефектов элементов узлов трения. В результате обработки экспериментальных данных термоконверсии авиационных масел МС-8П, ТН-98 и ТН-600 были определены механизмы их разложения, а также макрокинетические параметры, позволяющие достаточно точно оценить влияние температурных режимов эксплуатации масел на скорость их конверсии. Это представляется полезным при моделировании работы авиационных двигателей и прогнозировании изменений показателей качества масел в условиях их эксплуатации.

These days, strict requirements to aeronautical equipment are imposed to enhance reliability, durability, and environmental compatibility. Aeronautical equipment operation reliability depends not only on its structural and technologic abilities, but also on the fact how aviation oils, fuels and technical fluid meet quality requirements during operation. During the aircraft engine operation, oils are subjected to the thermal impact. As a consequence, their properties and composition change which can affect the engine operation, on the whole. The most promising means of improving thermal resistance of aviation oils is developing new ones and improving available oil compositions. Therefore, it is feasible to analyze the kinetic properties of the oil thermal conversion which will make it possible to predict their resistance within the extensive temperature range. The paper investigates thermal decomposition kinetics of aviation oils MS-8P, TN-98 and TN-600 used on different types of aircraft in civil aviation of the Republic of Belarus by the method of a thermo-gravimetric analysis. The composition of oil samples has been researched into by IR spectroscopy, chromatography-mass spectroscopy methods. A comparative analysis of research results of new oils and oils drained from aircraft engines indicates that even under insignificant overheat during the operation, a change in the hydrocarbon composition occurs, and the hydrocarbon content of basic types varies to some extent. The oil thermolysis research reveals that potential overheat after engine shutdown complies with the temperatures at which the decomposition commences. Thermal conversion products of oil carbohydrates will contribute to the defect formation in friction subunits. As a result of test data processing of thermal conversion of aviation oils MS-8P, TN-98, TN-600, the principles of their decomposition as well as macrokinetic parameters, allowing us to precisely evaluate the effect of oils operation temperature conditions on their conversion rate, have been specified. It is essential while simulating the aircraft engine operation and predicting variations of oil quality properties during their operation.

авиационные маслатермическое воздействиестепень конверсиисоставaviation oilsthermal impactconversion degreecompositionReferencesАвиация: Энциклопедия / Под ред. Г.П. Свищева. М.: Большая российская энциклопедия, 1994. 736 с.Svishchev, G.P. (Ed.). (1994). Aviation: Encyclopedia. Moscow: Bolshaya rossiyskaya entsiklopediya, 736 р. (in Russian)Коняев Е.А., Немчиков М.Л. Химмотология авиационных масел и гидравлических жидкостей. М.: МГТУ ГА, 2008. 81 с.Konyaev, E.A., Nemchikov, M.L. (2008). Chemmotology of aviation oils and hydraulic fluids. Moscow: MGTU GA, 81 p. (in Russian)Новиков Д.К., Факлеев С.В. Опоры и уплотнения авиационных двигателей и энергетических установок: учеб. пособие [Электронный ресурс] // Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2011. 122 с. URL: http://repo.ssau.ru/handle/Uchebnye-posobiya/Opory-i-uplotneniya-aviacionnyh-dvigatelei-i-energeticheskih-ustanovok-Elektronnyi-resurs-elektron-ucheb-posobie-55052 (дата обращения: 11.01.2023).Novikov, D.K., Fakleev, S.V. (2011). Supports and seals for aircraft engines and power plants: Tutorial. Samara: Izdatelstvo Samarskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta im. S.P. Koroleva, 122 p. Available at: http://repo.ssau.ru/handle/Uchebnye-posobiya/Opory-i-uplotneniya-aviacionnyh-dvigatelei-i-energeticheskih-ustanovok-Elektronnyi-resurs-elektron-ucheb-posobie-55052 (accessed: 11.01.2023). (in Russian)Данилов В.Ф., Литвиненко А.Н. Масла, смазки и специальные жидкости. Елабуга: Изд-во филиала К(П)ФУ, 2013. 216 с.Danilov, V.F., Litvinenko, A.N. (2013). Oils, lubricants and special fluids. Elabuga: Izdatelstvo filiala K(P)FU, 216 p. (in Russian)Трянов А.Е., Гришанов О.А., Виноградов А.С. О тепловой защите масляных полостей опор создаваемых ГТД // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королева. 2009. № 3-1 (19). С. 318–328.Tryanov, A.E., Grishanov, O.A., Vinogradov, A.S. (2009). O about the thermal protection of the oil cavities for designing gas turbine engines. Vestnik Samarskogo aerogosudarstvennogo kosmicheskogo universiteta im. akademika S.P. Koroleva, no. 3-1 (19), pp. 318–328. (in Russian)Тарасов М.И., Кича Г.П. Кинетика старения моторного масла в судовых дизелях при непрерывном и периодическом его доливе для компенсации угара // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. 2023. № 1. С. 7–14. DOI: 10.24143/2073-1574-2023-1-7-14Tarasov, M.I., Kicha, G.P. (2023). Kinetics of motor oil aging in marine diesel engines under continuous and periodic refill to compensate loss. Vestnik of Astrakhan State Technical University. Series: Marine Engineering and Technologies, no. 1, pp. 7–14. DOI: 10.24143/2073-1574-2023-1-7-14 (in Russian)Kissinger H.E. Reaction kinetics in differential thermal analysis // Analytical Chemistry. 1957. Vol. 29, no. 11. Pp. 1702–1706. DOI: 10.1021/ac60131a045Kissinger, H.E. (1957). Reaction kinetics in differential thermal analysis. Analytical Chemistry, vol. 29, no. 11, pp. 1702–1706. DOI: 10.1021/ac60131a045Akahira T., Sunose T.T. Joint Convention of Four Electrical Institutes // Research Report. Chiba Institute of Technology. 1971. Vol. 16. Pp. 22–31.Akahira, T., Sunose, T.T. (1971). Joint convention of four electrical institutes. Research Report, Chiba Institute of Technology, vol. 16, pp. 22–31.Friedman H. Kinetics of thermal degradation of char-forming plastics from thermogravimetry. Application to a phenolic plastic [Электронный ресурс] // Journal of Polymer Science Part C: Polymer Symposia. 1964. Vol. 6, iss. 1. Pp. 183–195. DOI: 10.1002/polc.5070060121 (дата обращения: 11.01.2023).Friedman, H. (1964). Kinetics of thermal degradation of char-forming plastics from thermogravimetry. Application to a phenolic plastic. Journal of Polymer Science Part C: Polymer Symposia, vol. 6, issue 1, pp. 183–195. DOI: 10.1002/polc.5070060121 (accessed: 11.01.2023).Flynn J.H., Wall L.А. A quick, direct method for determination of activation energy from thermogravimetric data // Polymer Letters. 1966. Vol. 4. Pp. 323–328. DOI: 10.1002/pol.1966.110040504Flynn, J.H., Wall, L.A. (1966). A quick, direct method for determination of activation energy from thermogravimetric data. Polymer Letters, vol. 4, pp. 323–328. DOI: 10.1002/pol.1966.110040504Ozava T. A new method of analyzing thermogravimetric data // Bulletin of the Chemical Society of Japan. 1965. Vol. 38, no. 11. Pp. 1881–1886. DOI: 10.1246/bcsj.38.1881Ozava, T. 91965). A new method of analyzing thermogravimetric data. Bulletin of the Chemical Society of Japan, vol. 38, no. 11, pp. 1881–1886. DOI: 10.1246/bcsj.38.1881Coats A.W., Redfern J.P. Kinetics parameters from thermogravimetric data // Nature. 1964. Vol. 201. Pp. 68–69. DOI: 10.1038/201068a0Coats, A.W., Redfern, J.P. (1964). Kinetics parameters from thermogravimetric data. Nature, vol. 201, pp. 68–69. DOI: 10.1038/201068a0Criado J.V. Kinetic ansalysis of DTA data from master curves // Thermochimica Acta. 1978. Vol. 24, no. 1. Pp. 186–189.Criado, J.V. (1978). Kinetic analysis of DTA data from master curves. Thermochimica Acta, vol. 24, no. 1, pp. 186–189.Malko M.V. An innovate method of thermogravimetric data analysis / M.V. Malko, S.V. Vasilevich, A.V. Mitrofanov, V.E. Mizonov // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. 2021. Т. 64, № 3. С. 24–32. DOI: 10.6060/ivkkt.20216403.6348Malko, M.V., Vasilevich, S.V., Mitrofanov, A.V., Mizonov, V.E. (2021). An innovate method of thermogravimetric data analysis. ChemChemTech, vol. 64, no. 3, pp. 24–32. DOI: 10.6060/ivkkt.20216403.6348Vyazovkin S., Wight Ch.A. Model-free and model-fitting approaches to kinetic analysis of isothermal and nonisothermal data // Thermochimica Acta. 1999. Vol. 340–341. Pp. 53–68. DOI: 10.1016/S0040-6031(99)00253-1Vyazovkin, S., Wight, Ch.A. (1999). Model-free and model-fitting approaches to kinetic analysis of isothermal and nonisothermal data. Thermochimica Acta, vol. 340–341, pp. 53–68. DOI: 10.1016/S0040-6031(99)00253-1Han Yu. Theoretical study of thermal analysis kinetics. A thesis Doctoral Dissertation. USA: Lexington. Kentuki, 2014. 91 p.Han, Yu. (2014). Theoretical study of thermal analysis kinetics. A thesis Doctoral Dissertation. Lexington. Kentuki, USA, 91 p.Ebrahimi-Kahrizsangi R., Abbasi M.H. Evaluation of reliability of Coats-Redfern method for kinetic analysis of non-isothermal TGA // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2008. Vol. 18, iss. 1. Pp. 217–221. DOI: 10.1016/S1003-6326(08)60039-4Ebrahimi-Kahrizsangi, R., Abbasi, M.H. (2008). Evaluation of reliability of CoatsRedfern method for kinetic analysis of nonisothermal TGA. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, vol. 18, issue 1, pp. 217–221. DOI: 10.1016/S1003-6326(08)60039-4Козлов А.Н. Кинетический анализ термохимической конверсии твердых топлив / А.Н. Козлов, Д.А. Свищев, Г.И. Худякова, А.Ф. Рыжков // Химия твердого топлива. 2017. № 4. C. 12–21. DOI: 10.7868/S0023117717040028Kozlov, A.N., Svishchev, D.A., Khudyakova, G.I., Ryzhkov, A.F. (2017). A kinetic analysis of the thermochemical conversion of solid fuels (a review). Solid Fuel Chemistry, vol. 51, no. 4, pp. 205–213. DOI: 10.3103/S0361521917040061 (in Russian)Braun R.L. Pyrolysis kinetics for lacustrine and marine source rocks by programmed micropyrolysis / R.L. Braun, A.K. Burnham, J.G. Reynolds, J.E. Clarkson // Energy Fuels. 1991. Vol. 5, no. 1. Pp. 192–204. DOI: 10.1021/ef00025a033Braun, R.L., Burnham, A.K., Reynolds, J.G., Clarkson, J.E. (1991). Pyrolysis kinetics for lacustrine and marine source rocks by programmed micropyrolysis. Energy Fuels, vol. 5, no. 1, pp. 192–204. DOI: 10.1021/ef00025a033Иванова Л.В., Сафиева Р.З., Кошелев В.Н. ИК-спектрометрия в анализе нефти и нефтепродуктов // Вестник Башкирского университета. 2008. Т. 13, № 4. С. 869–874.Ivanova, L.V., Safieva, R.Z., Koshelev, V.N. (2008). IR spectrometry in the analysis of oil and oil products. Vestnik Bashkirskogo universiteta, vol. 13, no. 4, pp. 869–874. (in Russian)Тарасевич Б.Н. ИК спектры основных классов органических соединений: справочные материалы. М.: МГУ имени М.В. Ломоносова, 2012. 55 с.Tarasevich, B.N. (2012). IR spectra of the main classes of organic compounds: reference materials. Moscow: MGU imeni M.V. Lomonosova, 55 p. (in Russian)Выхованец Е.П., Мосталыгина Л.В., Русаков Ю.С. Исследование эксплуатационных жидкостей автомобиля методом ИК-спектроскопии // Вестник Курганского государственного университета. Серия: Технические науки. 2013. № 29. С. 65–68.Vykhovanets, E.P., Mostalygina, L.V., Rusakov, Yu.S. (2013). Study fluids car IR spectroscopy. Vestnik Kurganskogo Gosudarstvennogo Universiteta. Seriya: Tekhnicheskiye Nauki, no. 29, pp. 65–68. (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.