航空润滑油性能要求与发展趋势

航空润滑油性能要求与发展趋势

薛筱萌1 熊焰1 林亲学1 李阔1 谌红星1

（中国航发湖南动力机械研究所，湖南 株洲 412002）

摘  要：本文介绍国内外航空润滑油的发展，种类和规范，总结航空发动机对润滑油的性能要求并对其未来发展趋势进行预测。

关键词：润滑油，润滑油规范，润滑油性能

1 航空润滑油种类与规范

1.1 航空润滑油发展历程

从1903年莱特兄弟首次飞行至今，航空发动机技术发展迅速，不断提高的涡轮前温度促使航空润滑油的高温性能不断改善，不断增大的轴承及齿轮的承载能力促使润滑油的承载能力逐步增高，特别是涡桨发动机的出现，其减速器齿轮对润滑油的承载能力提出更高的要求。但润滑油承载能力的改善通常要以牺牲高温热氧化安定性为代价，航空润滑油在诸多类似相互矛盾的要求中不断发展。

1.2 航空润滑油种类

合成航空润滑油按粘度可分为低、中、高3种粘度等级，在100℃时，运动粘度分别对应为3mm2/s、5mm2/s、7.5mm2/s。低粘度和高粘度润滑油一般由双酯基础油加添加剂组成，中粘度润滑油由多元醇酯基础油加添加剂组成。低粘度润滑油低温起动性能好，能满足-54℃的低温起动要求，但润滑性能稍差一点，满足不了涡桨发动机减速器齿轮的工作要求，主要用于涡喷发动机。高粘度润滑油润滑性能较好，可以满足涡桨发动机减速器齿轮工作要求，但是低温起动性能差一些，最低起动温度为-40℃。中粘度合成航空润滑油主要用于涡扇和涡轴发动机。

1.3 航空润滑油规范

航空发动机润滑油的规格较多，如适用于高温滑油的《航空涡轮发动机酯类润滑油规范》：MIL-L-27502、适用于高空高速战略侦察机的《航空涡轮发动机聚苯醚润滑油规范》：MIL-L-87100。在众多航空发动机润滑油规范中，以美国空军的《航空涡轮发动机合成润滑油性能规范》：MIL-L-7808和美国海军的《航空涡轮发动机合成润滑油性能规范》：MIL-L-23699 最为常用，也最具有代表性。

1.3.1 MIL-L-7808规范

为了解决矿物润滑油不能满足航空发动机高温、高转速和高负荷的需求。1951年，美国空军颁布《航空涡轮发动机合成润滑油性能规范》：MIL-L-7808，该规格以双脂为基础油，即表1中的I型润滑油。

该规格经过多次修订，1982年颁布的MIL-L-7808J将基础油改为多元醇脂，1994年颁布的MIL-L-7808K在原仅有的3 mm2/s级别的基础上，新增了4mm2/s粘度级别，形成了一个包含两个粘度级别的规范。4mm2/s级别的润滑油的工作温度为（-51～205）℃，其比3mm2/s级别润滑油有更好的高温性能，比满足MIL-L-23699规范的润滑油有更好的低温起动性。

1.3.2 MIL-L-23699规范

该规范从问世至今，历经11次修订，升级到《航空涡轮发动机合成润滑油性能规范》：MIL-PRF-23699G版本。1994年，美国海军颁布了MIL-L-23699E规范，该规范基础油为新戊基多元醇酯，包括标准油（STD）和防锈型航空发动机润滑油（C/I）两种，1997年，该规格变更为MIL-PRF-23699F，新增了高温型航空发动机润滑油(HTS)。2014年，美国海军颁布MIL-PRF-23699G规范，新增一类酯增强型航空润滑油（EE），目前该规范对军用航空发动机润滑油性能的严苛程度已经达到了新戊基多元醇酯润滑油的极限[4]。

1.3.3 SAE AS 5780规范

《航空燃气涡轮发动机润滑油规格》经过3次修订后，最终于2018年3月形成了最新的SAE AS5780D版本，至此，《航空燃气涡轮发动机润滑油规格》 ：SAE AS 5780已经演绎成为一个较为丰富和成熟的规格体系。目前该规范已经广泛用于民用航空领域，在行业具有较高的地位，所有的中粘度的民用航空润滑油必须满足该规范[4]。

2 航空发动机对润滑油性能要求

航空发动机润滑油是现代航空油料的重要组成部分，主要作用有润滑、冷却、防锈、缓冲与防震。航空发动机对润滑油的性能要求一般体现在以下几个方面：

2.1 具有适当的粘度和良好的低温起动性

航空润滑油粘度太低，不能在轴承与齿轮表面形成良好的油膜，造成接触面磨损，生热量增大；粘度太高，润滑油循环所需的功率增大，同时流通速度减小，通过热交换器中的润滑油量减小，而且不能形成良好的喷雾，影响润滑效果，造成轴承或齿轮过热。通常航空发动机润滑油在 100℃ 时的运动粘度为3 mm2/s～8 mm2/s，下限为涡喷发动机润滑油的要求，上限为涡桨发动机润滑油的要求[4]。

2.2 良好的高温抗氧化安定性

现代航空发动机涡轮的输出功率逐步提高，润滑系统滑油箱容量有限，发动机的输出功率与润滑油量比值非常高，使得涡轮前轴承腔回油温度达到（150～200）℃。正常工作时，润滑油在润滑系统中高速流动，在轴承腔停留的时间非常短，但发动机停车后，润滑油可能滞留在轴承腔内，同时散热器停止工作，轴承腔内的润滑油温度可达到 （250～300）℃，直至轴承慢慢冷却。这样情况下，滞留在轴承腔内的润滑油容易氧化变质。因此现代航空发动机要求润滑油具有良好的高温抗氧化安定性。

2.3较低的蒸汽压

根据经验，润滑油在最大的主体工作温度下的蒸汽压为1.33kPa 被认为是可以接受的，但是根据发动机中润滑油蒸汽压与润滑油消耗量之间的关系可知，1.33kPa 的蒸汽压将导致比 266 Pa 蒸汽压时高出一倍以上的油耗。因此，为了减少滑油消耗，防止油箱的体积过大，发动机润滑油的蒸汽压规定在330℃下不能高于266 Pa。

2.4 不腐蚀各种金属

润滑油被氧化以后不会对金属部件，特别对易反应的金属如铅、铜、镁等产生腐蚀破坏作用，并能够有效防止外来物质的腐蚀。发动机轴高速旋转时，轴承滚动体上有很小的损伤也能导致轴承的损伤和毁坏。

2.5 不引起橡胶过度的膨胀或收缩

润滑油与航空发动机内的橡胶制品长期接触，一方面，滑油渗透到橡胶中或硫化胶中抽出可溶性的配合剂（如增塑剂等），使之体积增大或者减小；另一方面，高温条件下，油类介质中的过氧化物或自由基能破坏橡胶分子的聚合链，引起橡胶失去弹性或老化变形]。

2.6 良好的抗泡性

润滑油不可避免地与空气接触而混入空气，另外轴承腔内润滑油剧烈搅动时，也会混入空气，进而产生泡沫。如果产生较多泡沫，且泡沫无法及时消除掉，就会影响航空发动机的正常润滑，导致机械效率下降、摩擦磨损增大、润滑油氧化变质加速以及冷却效果减弱，严重时甚至会引发飞行安全事故。

2.7 良好的洁净性

从滑油滤的过滤精度可以看出，润滑油应具有很高的洁净性，防止堵塞滤芯，造成发动机的损坏。

3 航空润滑油未来发展趋势

综合上述性能要求，矿物质油与早期合成油已经不能满足现代航空发动机滑油系统的性能要求，以新戊基多元醇酯为基础油的Ⅱ型合成油已成为大多数航空润滑油的所选，但其性能基本已达到极限。

4结论

(1) 以新戊基多元醇酯为基础油的Ⅱ型合成油已成为大多数航空润滑油的所选，主要的航空润滑油规范有MIL-PRF-7808、MIL-PRF-23699和SAE AS 5780，对应国内标准为GJB 135A、GJB 1263和MH 6084。合成航空润滑油分为低、中和高粘度三类，目前约95%润滑油属于符合MIL-PRF-23699的中粘度合成油。

(2)现代航空发动机要求润滑油有良好的低温起动性，高温抗氧化性，橡胶相容性，抗泡性和洁净性，较低的蒸汽压，不腐蚀金属等性能。

（3）航空润滑油的发展趋势主要为研制高温型航空润滑油、发展4mm2/s油和环境友好型油。

参考文献：

[1].彭显才, 费逸伟, 姚婷, 等. 航空润滑油关键性使用指标分析[J]. 化工时刊, 2016, 30(4): 36-40.

[2].陈卫兵, 王德岩. 航空涡轮发动机润滑油的发展趋势[J]. 润滑油与燃料, 2007, 17(3): 1-3.

[3].王德岩, 褚建林. 航空涡轮发动机润滑油概述[D]. 2005.

[4].梅莉，马楷.合成航空润滑油规范的演变［J］.合成润滑材料，2018，45（3）：8-11.