Жидкость против обледенения - Deicing fluid

Земля противообледенительный самолетов обычно выполняется как в коммерческой, так и в гражданской авиации. Жидкости, используемые в этой операции, называются противообледенительный или антиобледенение жидкости. Обычно используются инициалы ADF (Aircraft Deicing Fluid), ADAF (Aircraft Deicer and Anti-icer Fluid) или AAF (Aircraft Anti-icing Fluid) обычно используются.[1][2]

Типы

Устранение обледенения самолета во время снегопада.
Самолет Dash 8 был обработан противообледенительной жидкостью в марте в нормальную весеннюю погоду в Англии для предотвращения образования льда.

Жидкости для удаления льда бывают разных типов и обычно состоят из этиленгликоль (EG) или пропиленгликоль (PG), наряду с другими ингредиентами, такими как загустители, поверхностно-активные вещества (смачиватели), ингибиторы коррозии, цвета и УФ-чувствительный краситель. Жидкость на основе пропиленгликоля более распространена, потому что она меньше токсичный чем этиленгликоль.

SAE International (ранее известное как Общество автомобильных инженеров) публикует стандарты (SAE AMS 1428 и AMS 1424) для четырех различных типов жидкостей для борьбы с обледенением для авиации:

  1. Жидкости типа I имеют низкий вязкость, и считаются «незагрязненными». Они обеспечивают только кратковременную защиту, поскольку быстро стекают с поверхностей после использования. Обычно их распыляют горячим (130–180 ° F, 55–80 ° C) при высоком давлении для удаления снега, льда и инея. Обычно их окрашивают в оранжевый цвет, чтобы облегчить идентификацию и нанесение.
  2. Жидкости типа II псевдопластический, что означает, что они содержат полимерный загуститель для предотвращения их немедленного стекания с поверхностей самолета. Тип II предотвращает попадание снега, льда или инея на самолет от перрона до взлета. Обычно пленка жидкости остается на месте до тех пор, пока самолет не разгонится до 100 узлов (190 км / ч) или около того, после чего вязкость снижается из-за напряжение сдвига. Высокие скорости, необходимые для разрушения вязкости, означают, что этот тип жидкости подходит только для более крупных самолетов. Использование жидкостей Типа II уменьшается в пользу Типа IV. Жидкости типа II обычно прозрачные.
  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 ярко-желтого цвета.
  4. Тип IV имеет то же назначение и соответствует тем же стандартам AMS, что и жидкости Типа II, но они обеспечивают более длительное время выдержки. Обычно они окрашены в зеленый цвет, чтобы помочь нанести равномерный слой жидкости.

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

Жидкости для защиты от обледенения, содержащие загустители (типы II, III и IV), также известны как жидкости для защиты от обледенения, потому что они используются в первую очередь для предотвращения повторного появления обледенения после начального удаления обледенения с помощью жидкости типа I.

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 служебной информацией.

На основании химического анализа США Агентство по охране окружающей среды выделил пять основных классов присадок, широко используемых производителями:

  1. Бензотриазол и метилзамещенный бензотриазол, используемый в качестве ингибитора коррозии.[3]
  2. Алкилфенол и этоксилаты алкилфенола, неионогенный поверхностно-активные вещества используется для уменьшения поверхностное натяжение.
  3. Триэтаноламин, используется как буфер pH.
  4. Высокомолекулярные, нелинейные полимеры, используемые для увеличения вязкоупругость.
  5. Красители, используемые для помощи в идентификации.[4]:46

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 широко варьируется в зависимости от рыночных условий. Сумма, которую компании по борьбе с обледенением взимают с конечных пользователей, обычно находится в диапазоне от 8 до 12 долларов США за галлон разбавленного газа (от 2,10 до 3,20 долларов США за литр).

Общее годовое использование противообледенительных жидкостей в США оценивается примерно в 25 миллионов галлонов США (95 000 000 л) с разбивкой следующим образом (данные за 2008 год, скорректированные для отображения общего количества неразбавленной жидкости):[4]:43

Тип жидкостиГодовая суммаДробная часть
Пропиленгликоль типа I19 305 000 галлонов США (73 080 000 л)77.1%
Пропиленгликоль типа IV2,856,000 галлонов США (10,810,000 л)11.4%
Этиленгликоль типа I2,575,000 галлонов США (9,750,000 л)10.3%
Этиленгликоль IV типа306,000 галлонов США (1,160,000 л)1.2%

Измерение производительности

Эффективность противообледенительной жидкости в основном измеряется временем выдержки (HOT) и минимальной рабочей температурой использования (LOUT).

Время ожидания (HOT) - это время, в течение которого самолет может ждать после обработки перед взлетом. Время выдержки зависит от разбавления жидкости, температуры окружающей среды, ветра, осадков, влажности, материала обшивки самолета, температуры обшивки самолета и других факторов. Если время задержки превышено, перед взлетом самолет должен пройти повторную обработку.

Самая низкая рабочая температура использования (LOUT) - это самая низкая температура, при которой антиобледенительная жидкость будет адекватно стекать с критических поверхностей самолета и поддерживать требуемый буфер точки замерзания для защиты от обледенения, который на 7 ° C (13 ° F) ниже температуры наружного воздуха. температура (OAT).

В Соединенных Штатах Федеральная авиационная администрация (FAA) публикует официальные таблицы времени выдержки и минимальной рабочей температуры для всех одобренных противообледенительных жидкостей и ежегодно пересматривает их.[5]

Для жидкостей типа I время удержания, 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

Разбавленная точка замерзания DOW UCAR.jpg

Жидкости для защиты от обледенения лучше всего работают, если их разбавлять водой. Например, неразбавленная жидкость для устранения обледенения Dow UCAR.[6] (Этиленгликоль типа I), имеет температуру замерзания -28 ° C. Вода замерзает при 0 ° C. Однако смесь из 70 процентов противообледенительной жидкости и 30 процентов воды замерзает при температуре ниже -55 ° C. Это известно как эвтектика концентрация, при которой точка замерзания смеси находится на самом низком уровне и ниже, чем у любого из составляющих веществ.

В зависимости от производителя, противогололедные жидкости могут продаваться в концентрированных или предварительно разбавленных составах. При необходимости разбавление должно производиться в соответствии с погодными условиями и инструкциями производителя, чтобы минимизировать затраты при сохранении безопасности.

Разбавление конкретного образца жидкости (и, следовательно, его точку замерзания) можно легко подтвердить, измерив его показатель преломления с помощью рефрактометр, и поиск результатов в таблицах производителей противообледенительной жидкости.

Соответствие стандартам

Производители жидкостей для борьбы с обледенением для авиации должны подтвердить, что их продукция соответствует стандартам AMS 1424 и 1428, используя определенные испытания на ускорение при высокой скорости, испытание на снижение на низкой скорости и испытание на стойкость к распылению воды.[7]

Целью этих стандартов является обеспечение приемлемых аэродинамических характеристик противообледенительных жидкостей, когда они стекают с подъемных и управляющих поверхностей самолета во время взлета и набора высоты.

С развитием негликолевых жидкостей для борьбы с обледенением эти стандарты развиваются, чтобы учитывать дополнительные факторы, такие как коррозия, пенообразование, загущение, образование остатков, скользкость и образование плесени.[8]

Предостережения

Повторное нанесение противообледенительной жидкости типа II, типа III или типа IV может привести к накоплению остатков в аэродинамически тихих областях, 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 мешать работе критически важных систем управления полетом.

При использовании этих типов жидкостей следует разработать соответствующую программу проверки и очистки.[9]

Воздействие на окружающую среду

Этиленгликоль и пропиленгликоль обладают высокими уровнями биохимическая потребность в кислороде (БПК) во время разложения в поверхностных водах. Большое количество растворенный кислород (DO) в столб воды потребляются, когда популяции микробов разлагают пропиленгликоль.[10]:2–23 Этот процесс может отрицательно сказаться на других водных организмах, потребляя кислород, необходимый для их выживания.

В загущенных жидкостях обычно используются поверхностно-активные вещества на основе алкилфенолэтоксилата (APE), продукты биоразложения которых, как было показано, являются эндокринными разрушителями, и поэтому они запрещены в Европе и находятся под контролем Агентства по охране окружающей среды в США. В ряде жидкостей также используется бензилтриазол или толитриазол, вызывающий коррозию. ингибиторы, которые токсичны и не поддаются биологическому разложению и, таким образом, сохраняются в окружающей среде.[11] Исследования продолжаются, чтобы найти менее проблемные альтернативы.[12] Это оказывается сложной задачей из-за множества факторов производительности и безопасности, которые необходимо учитывать.[8]

Одна жидкость для борьбы с обледенением, одобренная Федеральным управлением гражданской авиации США (Kilfrost DF Sustain): 1,3-пропандиол, продукт ферментации кукурузы, в качестве депрессанта точки замерзания вместо этиленгликоля или пропиленгликоля.[13]

Бензотриазол (и толилтриазолы), хотя и не очень токсичен, плохо разлагается и имеет ограниченную тенденцию к сорбции. Следовательно, он удаляется лишь частично в станции очистки сточных вод и значительная часть достигает поверхностных вод, таких как реки и озера.[3]

использованная литература

  1. ^ Транспорт Канада, Оттава, Онтарио (2016). «TP 14052. Руководство по выполнению работ по обледенению воздушных судов. Глава 8. Жидкости». Проверено 14 мая 2016.
  2. ^ Stefl, Barbara A .; Джордж, Кэтлин Ф. (2014), «Антифризы и жидкости для устранения обледенения», Энциклопедия химической технологии Кирка-Отмера, Нью-Йорк: Джон Вили, Дои:10.1002 / 0471238961.0114200919200506.a01.pub2, ISBN  9780471238966
  3. ^ а б Гигер, Вт; Schaffner, C; Колер, HP (2006). «Бензотриазол и толилтриазол как загрязнители водной среды. 1. Поступление и распространение в реках и озерах». Экологические науки и технологии. 40 (23): 7186–92. Дои:10.1021 / es061565j. PMID  17180965.
  4. ^ а б Документ о технической разработке окончательных руководящих указаний по ограничению сбросов и стандартов эффективности новых источников для категории защиты от обледенения в аэропортах (Отчет). Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США (EPA). Апрель 2012 г. EPA-821-R-12-005.
  5. ^ Федеральное управление гражданской авиации США, Вашингтон, округ Колумбия «Борьба с обледенением самолетов».
  6. ^ "Жидкости для борьбы с обледенением самолетов UCAR (tm) для безопасных зимних операций". Dow Chemical.
  7. ^ SAE International (2007). «Стандартный метод испытаний на аэродинамическую приемлемость жидкостей для борьбы с обледенением самолетов SAE AMS 1424 и SAE AMS 1428»..
  8. ^ а б SAE International (2011). "Проблемы и испытания жидкостей для борьбы с обледенением самолетов, не содержащих гликоля". В архиве 2013-02-02 в Wayback Machine Дои:10.4271/2011-38-0058
  9. ^ Меры предосторожности Управления гражданской авиации Великобритании по противообледенительной жидкости
  10. ^ Оценка воздействия на окружающую среду и выгод для окончательных руководящих принципов и стандартов по ограничению сточных вод для категории защиты от обледенения в аэропортах (Отчет). EPA. Апрель 2012 г. EPA-821-R-12-003.
  11. ^ США 8562854, «« Составы для защиты от обледенения / антиобледенения »», выдано 22.10.2013 г. 
  12. ^ Федеральная авиационная администрация. Программа совместных исследований аэропортов (апрель 2010 г.). «Альтернативные антиобледенительные составы для самолетов и тротуаров и противообледенительные составы с улучшенными экологическими характеристиками». Дайджест результатов исследования 9.
  13. ^ США 20090283713, "" Экологически безопасные жидкости для защиты от обледенения или обледенения, в которых используются промышленные потоки, содержащие соли гидроксикарбоновой кислоты и / или другие эффективные средства от обледенения / защиты от обледенения "