stringtranslate.com

Противообледенительная жидкость для самолетов

При наземной борьбе с обледенением самолетов как для коммерческой, так и для гражданской авиации обычно используются противообледенительная жидкость ( ADF ), противообледенительная жидкость ( ADAF ) или противообледенительная жидкость ( AAF ). [1] [2] Экологические проблемы включают повышенную соленость грунтовых вод , где противообледенительные жидкости сбрасываются в почву, и токсичность для людей и других млекопитающих. [3] [4]

Используемые жидкости

Устранение обледенения самолета Boeing 737 с помощью жидкости Типа I
Слой противообледенительной жидкости типа IV

Противообледенительные жидкости бывают разных типов и обычно состоят из этиленгликоля (ЭГ) или пропиленгликоля (ПГ), а также других ингредиентов, таких как загустители, поверхностно-активные вещества (смачивающие агенты), ингибиторы коррозии , красители и УФ-чувствительные красители. Жидкость на основе пропиленгликоля более распространена, поскольку она менее токсична , чем этиленгликоль.

SAE International (ранее известное как Общество инженеров-автомобилестроителей) публикует стандарты (SAE AMS 1428 и AMS 1424) для четырех различных типов авиационных противообледенительных жидкостей:

  1. Жидкости типа I имеют низкую вязкость и считаются «незагустевшими». Они обеспечивают только кратковременную защиту, поскольку быстро стекают с поверхностей после использования. Обычно их распыляют горячими (130–180 °F, 55–80 °C) под высоким давлением для удаления снега, льда и инея. Обычно их окрашивают в оранжевый цвет для облегчения идентификации и нанесения.
  2. Жидкости типа II являются псевдопластичными , что означает, что они содержат полимерный загуститель, предотвращающий их немедленное стекание с поверхностей самолета. Тип II предотвращает прилипание снега, льда или инея к самолету от перрона до взлета. Обычно пленка жидкости остается на месте до тех пор, пока самолет не достигнет скорости 100 узлов (190 км/ч) или около того, после чего вязкость разрушается из-за напряжения сдвига . Высокие скорости, необходимые для разрушения вязкости, означают, что этот тип жидкости полезен только для более крупных самолетов. Использование жидкостей типа II уменьшается в пользу типа IV. Жидкости типа II, как правило, прозрачны по цвету.
  3. Жидкости типа III можно рассматривать как компромисс между жидкостями типа I и типа II. Они предназначены для использования на более медленных самолетах со скоростью вращения менее 100 узлов. Жидкости типа III обычно имеют ярко-желтый цвет.
  4. Тип IV имеет то же назначение и соответствует тем же стандартам AMS, что и жидкости типа II, но они обеспечивают более длительное время защиты. Обычно они окрашены в зеленый цвет, чтобы облегчить нанесение однородного слоя жидкости.

Международная организация по стандартизации публикует эквивалентные стандарты (ISO 11075 и ISO 11078), определяющие те же четыре типа.

Противообледенительные жидкости, содержащие загустители (типы II, III и IV), также известны как антиобледенительные жидкости, поскольку они используются в первую очередь для предотвращения повторного обледенения после первоначальной обработки жидкостью типа I.

Жидкость TKS похожа на жидкость типа I и используется в бортовых системах защиты от обледенения TKS . [5] Она также может использоваться для наземной борьбы с обледенением. Она соответствует другим стандартам, чем жидкость типа I, а именно DTD 406B, AL-5 и NATO S-745.

Химический состав

Основным компонентом противообледенительной жидкости является депрессант точки замерзания (FPD), обычно пропиленгликоль или этиленгликоль. Другие ингредиенты различаются в зависимости от производителя, но точный состав конкретной марки жидкости обычно считается конфиденциальной информацией.

Жидкости на основе этиленгликоля (EG) все еще используются для борьбы с обледенением самолетов в некоторых частях мира, поскольку они имеют более низкую рабочую температуру использования (LOUT), чем пропиленгликоль (PG). Однако PG более распространен, поскольку он менее токсичен, чем этиленгликоль. [6] : 2–29  [2]

В неавиационных контекстах противообледенительные химикаты обычно содержат хлоридные соли, такие как хлорид кальция (CaCl 2 ). Они запрещены в противообледенительных жидкостях для самолетов из-за их коррозионных свойств.

Агентство по охране окружающей среды США на основе химического анализа выделило пять основных классов добавок, широко используемых производителями:

  1. Бензотриазол и метилзамещенный бензотриазол используются в качестве ингибитора коррозии. [7]
  2. Алкилфенолы и алкилфенолэтоксилаты , неионогенные поверхностно-активные вещества, используемые для снижения поверхностного натяжения .
  3. Триэтаноламин , используемый в качестве буфера pH .
  4. Высокомолекулярные нелинейные полимеры, используемые для повышения вязкоупругости .
  5. Красители, используемые для облегчения идентификации. [8] : 46 

Жидкость TKS (используется в бортовых противообледенительных системах TKS) содержит 85% этиленгликоля , 5% изопропилового спирта и 10% воды.

Статистика использования

Количество жидкости, необходимое для удаления льда с самолета, зависит от множества факторов. Для удаления льда с большого коммерческого самолета обычно требуется от 500 галлонов США (1900 л) до 1000 галлонов США (3800 л) разбавленной жидкости.

Стоимость жидкости сильно варьируется в зависимости от рыночных условий. Сумма, которую компании по борьбе с обледенением взимают с конечных пользователей, обычно составляет от 8 до 12 долларов США за галлон разбавленной жидкости (от 2,10 до 3,20 долларов США за литр).

По оценкам, общее годовое использование противообледенительных жидкостей в США составляет около 25 миллионов галлонов США (95 000 000 л), распределенных следующим образом (данные за 2008 год, скорректированные для отображения общего количества неразбавленной жидкости): [8] : 43 

Обратите внимание, что жидкости типа II и типа III редко используются в Соединенных Штатах.

Измерение производительности

Эффективность противообледенительной жидкости в первую очередь измеряется временем защитного действия (HOT) и минимальной рабочей температурой использования (LOUT).

Holdover Time (HOT) — это время, в течение которого самолет может ждать после обработки перед взлетом. На время Holdover влияют разбавление жидкости, температура окружающей среды, ветер, осадки, влажность, материал обшивки самолета, температура обшивки самолета и другие факторы. Если Holdover Time превышен, самолет необходимо повторно обработать перед взлетом.

Самая низкая температура эксплуатации (LOUT) — это самая низкая температура, при которой противообледенительная жидкость будет адекватно стекать с критических поверхностей самолета и поддерживать требуемый буфер температуры замерзания противообледенительной жидкости для жидкостей типа II, III и IV, который составляет 7 °C (13 °F) и 10 °C (18 °F) для жидкости типа I ниже температуры наружного воздуха (OAT).

В Соединенных Штатах Федеральное управление гражданской авиации (FAA) публикует официальные таблицы времени защитного действия и минимальной рабочей температуры для всех одобренных противообледенительных жидкостей и ежегодно их пересматривает. [9]

Для жидкостей типа I время выдержки, указанное в таблицах FAA, составляет от 1 до 22 минут в зависимости от вышеупомянутых ситуационных факторов. Для жидкостей типа IV время выдержки составляет от 9 до 160 минут.

Разбавление

Противообледенительные жидкости работают лучше всего, когда они разбавлены водой. Например, неразбавленная жидкость Dow UCAR Deicing Fluid [10] (этиленгликоль типа I) имеет температуру замерзания −28 °C. Вода замерзает при 0 °C. Однако смесь 70 процентов противообледенительной жидкости и 30 процентов воды замерзает при температуре ниже −55 °C. Это известно как эвтектическая концентрация, при которой температура замерзания смеси находится в самой низкой точке и ниже, чем у любого из компонентов.

В зависимости от производителя, противообледенительные жидкости могут продаваться в концентрированном или предварительно разбавленном виде. Разбавление, при необходимости, должно производиться в соответствии с погодными условиями окружающей среды и инструкциями производителя, чтобы минимизировать расходы и при этом обеспечить безопасность.

Степень разбавления конкретного образца жидкости (и, следовательно, его температуру замерзания) можно легко подтвердить, измерив его показатель преломления с помощью рефрактометра и посмотрев результат в таблицах производителя противообледенительной жидкости.

Толщина слоя

Загущенные жидкости (типы II, III и IV) предназначены для того, чтобы оставаться на поверхностях после нанесения, обеспечивая защиту от обледенения. Они также предназначены для того, чтобы стекать во время разбега, чтобы не оказывать отрицательного влияния на летные характеристики. Для достижения этих целей их необходимо наносить с правильной толщиной.

Для типичной жидкости типа IV требуется толщина слоя от 1 мм до 3 мм, однако каждый производитель документирует свои собственные требования.

Соответствие стандартам

Производители авиационных противообледенительных жидкостей должны сертифицировать, что их продукция соответствует стандартам AMS 1424 и 1428, используя определенные испытания на высокой скорости, испытания на низкой скорости и испытания на устойчивость к воздействию водяного тумана. [11]

Целью настоящих стандартов является обеспечение приемлемых аэродинамических характеристик противообледенительных жидкостей при их стекании с несущих и рулевых поверхностей самолета во время взлета, разгона и набора высоты.

С разработкой негликолевых противообледенительных жидкостей эти стандарты развиваются, чтобы учитывать дополнительные факторы, такие как коррозия, вспенивание, загустевание, образование осадка, скользкость и образование плесени. [12]

Предостережения

Повторное применение противообледенительной жидкости типа II, типа III или типа IV может привести к накоплению остатков в аэродинамически тихих зонах, полостях и зазорах. Эти остатки могут регидратироваться и замерзать при определенных изменениях температуры, в условиях высокой влажности и/или дождя. Кроме того, они могут блокировать или затруднять работу критических систем управления полетом.

При использовании этих типов жидкостей следует разработать соответствующую программу проверки и очистки. [13]

Воздействие на окружающую среду

Многие антиобледенительные жидкости, включая жидкости на основе гликоля, токсичны для людей и других млекопитающих и наносят ущерб экосистемам, в которых жидкости сбрасываются, например, в районах вокруг аэропортов. Использование таких жидкостей может вызвать изменения в близлежащих водных средах обитания, которые наносят вред рыбам и другим диким животным. [6] : 2–23  [14] [15]

Этиленгликоль и пропиленгликоль оказывают высокий уровень биохимической потребности в кислороде (БПК) во время разложения в поверхностных водах. Большие количества растворенного кислорода (РК) в толще воды потребляются, когда популяции микроорганизмов разлагают пропиленгликоль. [6] : 2–23  Этот процесс может отрицательно влиять на рыб и другие водные организмы, потребляя кислород, необходимый для их выживания.

Загущенные жидкости обычно используют поверхностно-активные вещества алкилфенолэтоксилат (APE), продукты биодеградации которых, как было показано, являются эндокринными разрушителями, и как таковые они запрещены в Европе и находятся под контролем Агентства по охране окружающей среды в США [16] В ряде жидкостей также используются ингибиторы коррозии бензотриазол или толилтриазол, которые токсичны и не поддаются биологическому разложению и, таким образом, сохраняются в окружающей среде. [17] Продолжаются исследования по поиску менее проблемных альтернатив. [18] Это оказывается сложной задачей из-за множества факторов производительности и безопасности, которые необходимо учитывать. [12]

Одна из одобренных FAA США противообледенительных жидкостей (Kilfrost DF Sustain) представляет собой 1,3-пропандиол , продукт ферментации кукурузы, используемый в качестве депрессанта точки замерзания вместо этиленгликоля или пропиленгликоля. [19]

Бензотриазол (и толилтриазолы), хотя и не очень токсичен, нелегко разлагается и имеет ограниченную тенденцию к сорбции. Следовательно, он только частично удаляется на очистных сооружениях сточных вод , а значительная его часть достигает поверхностных вод, таких как реки и озера. [7]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Transport Canada, Оттава, Онтарио (2016). «TP 14052. Руководство по наземному обледенению воздушных судов. Глава 8. Жидкости». Получено 14 мая 2016 г.
  2. ^ ab Stefl, Barbara A.; George, Kathleen F. (2014). «Антифризы и противообледенительные жидкости». Энциклопедия химической технологии Kirk-Othmer . Нью-Йорк: John Wiley. doi :10.1002/0471238961.0114200919200506.a01.pub2. ISBN 9780471238966.
  3. ^ Федеральное управление гражданской авиации США. Программа совместных исследований аэропортов (апрель 2010 г.). «Альтернативные противообледенительные составы для самолетов и дорожного покрытия с улучшенными экологическими характеристиками». Сборник результатов исследований 9.
  4. ^ SAE International (2011). «Проблемы и испытания негликолевых жидкостей для наземного противообледенения самолетов». Архивировано 2013-02-02 в Wayback Machine doi :10.4271/2011-38-0058
  5. ^ "Защита от льда CAV TKS".
  6. ^ abc Оценка воздействия на окружающую среду и выгод для окончательных рекомендаций по ограничению сбросов и стандартов для категории противообледенительной обработки аэропортов (отчет). EPA. Апрель 2012 г. EPA-821-R-12-003.
  7. ^ ab Giger, W; Schaffner, C; Kohler, HP (2006). «Бензотриазол и толилтриазол как водные загрязнители. 1. Поступление и распространение в реках и озерах». Environmental Science & Technology . 40 (23): 7186–92. doi :10.1021/es061565j. PMID  17180965.
  8. ^ ab Технический документ по разработке окончательных руководств по ограничению выбросов и новых стандартов производительности источников для категории противообледенительной защиты аэропортов (отчет). Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США (EPA). Апрель 2012 г. EPA-821-R-12-005.
  9. ^ «Aircraft Ground Deicing». Вашингтон, округ Колумбия: Федеральное управление гражданской авиации США. 2020-08-12.
  10. ^ "UCAR(tm) Противообледенительные жидкости для самолетов для безопасной эксплуатации зимой". Dow Chemical.
  11. ^ SAE International (2007). «Стандартный метод испытаний для аэродинамической приемки противообледенительных жидкостей SAE AMS 1424 и SAE AMS 1428 для самолетов».
  12. ^ ab SAE International (2011). "Проблемы и испытания негликолевых жидкостей для наземного противообледенения самолетов". Архивировано 2013-02-02 в Wayback Machine doi :10.4271/2011-38-0058
  13. ^ Меры предосторожности при использовании противообледенительной жидкости Управления гражданской авиации Великобритании
  14. ^ Федеральное управление гражданской авиации США. Программа совместных исследований аэропортов (апрель 2010 г.). «Альтернативные противообледенительные составы для самолетов и дорожного покрытия с улучшенными экологическими характеристиками». Сборник результатов исследований 9.
  15. ^ SAE International (2011). «Проблемы и испытания негликолевых жидкостей для наземного противообледенения самолетов». Архивировано 2013-02-02 в Wayback Machine doi :10.4271/2011-38-0058
  16. ^ "Информационный бюллетень: Нонилфенолы и этоксилаты нонилфенола". EPA. 2016-11-02.
  17. ^ US 8562854, «Составы для удаления льда/антиобледенения», выдан 22 октября 2013 г. 
  18. ^ Альтернативные противообледенительные реагенты для самолетов и дорожного покрытия и противообледенительные составы с улучшенными экологическими характеристиками (PDF) (Отчет). Программа совместных исследований аэропортов. FAA. Апрель 2010 г. Дайджест результатов исследований 9.
  19. ^ US 20090283713, ""Экологически безопасные антиобледенительные жидкости, использующие промышленные потоки, содержащие соли гидроксикарбоновых кислот и/или другие эффективные антиобледенительные агенты""