Противообледенительные жидкости для гражданской авиации.

О. М. Гольтяев, кандидат физико-математических наук,
зам. генерального директора АО «ТЕХНОФОРМ»

В статье на популярном уровне излагаются сведения о современных противообледенительных жидкостях: назначении, свойствах, применении и производстве.

Противообледенительная обработка на сегодняшний день является одним из существенных элементов предполетной подготовки воздушных судов при низких температурах окружающей среды. Для этой цели используются специальные противообледенительные жидкости (ПОЖ). Нельзя недооценивать роль, важность, возможность быстрого производства и доставки этих авиационных компонентов. Достаточно вспомнить коллапс авиационных перевозок в европейских и российских аэропортах в 2011 году, связанный с отсутствием необходимого количества жидкости, в период экстремальных погодных условий — замерзающего дождя. Не забываются случаи авиационных катастроф из-за обледенения самолетов, повлекшие гибель людей.

Необработанные соответственно погодным условиям самолеты подвержены риску падения на взлете, связанному с образованием ледяного налета на аэродинамических поверхностях, искажением показаний пилотажных приборов, повреждением двигателей из-за попадания отколовшегося льда. Испытания показывают, что шероховатый ледяной налет может уменьшить подъемную силу крыла на 30% и увеличить лобовое сопротивление на 40% /1/. Международные авиационные правила запрещают взлет в условиях, когда снег, лед или иней налипает на крылья, хвост, воздухозаборники или другие критические поверхности воздушного судна.

В современной гражданской авиации применяются четыре типа противообледенительных жидкостей — Тип I, Тип II, Тип III, Тип IV. Все эти жидкости являются антифризами, то есть, имеют температуру замерзания значительно ниже температуры замерзания воды (0°С). При нанесении на поверхность самолета эти жидкости расплавляют снег, ледяной налет и, оставаясь на поверхности в виде тонкого слоя, препятствуют на некоторое время образованию нового льда.

Примечание. В авиационной практике обработки самолетов используется термин «снежно-ледяные отложения» (СЛО). По-существу, снег является тем же льдом, только в виде рыхлой массы, состоящей из мелких льдинок (снежинок). С этим, в частности, связан белый цвет снега, когда солнечный свет хаотично рассеивается множеством мелких частиц.

Основной характеристикой противообледенительных жидкостей является «время защитного действия» (holdover time) или, как его называют в разговорной речи, «время удержания на крыле». Это время, в течение которого защитный слой жидкости остается на поверхности самолета и препятствует образованию нового льда. Время защитного действия зависит как от окружающей температуры и погодных условий (иней, снег, замерзающий дождь и т. п.), так и от типа жидкости и способа ее нанесения. На все эти случаи составлены подробные инструкции, которые строго соблюдаются. Для сравнения: в условиях слабого снега при температуре -10°С время защитного действия для Тип I составляет 6–11 минут, для Тип II 15–30 минут, для Тип Ш 10–25 минут, для Тип IV 20–40 минут /2/.

Тип I — это «незагущенные» жидкости, которые соответствуют международному стандарту AMS 1424 «Aircraft Deicing/Anti-Icing Fluid, Newtonian, SAE Type I». По своим физическим свойствам они являются так называемыми «ньютоновскими» жидкостями, то есть их вязкость не изменяется при перемешивании. Говоря более строгим языком, вязкость жидкости не зависит от скорости относительного сдвига ее слоев (градиента скорости) и подчиняется Закону внутреннего трения Ньютона (см. Рис. 1, А).

Примечание. Исааку Ньютону принадлежит не только открытие широко известных Закона всемирного тяготения и трех Законов классической механики. Менее известный и реже цитируемый Закон внутреннего трения (Закон вязкости) также был открыт этим великим ученым и назван его именем. Закон гласит, что сила вязкого трения в жидкости (или газе) пропорциональна градиенту скорости жидкости.

Рис. 1 Зависимость вязкости от скорости относительного сдвига слоев:
А) для ньютоновской жидкости; Б) для неньютоновской жидкости;

Остальные три вида Тип II, III, IV — это «загущенные» жидкости, которые соответствуют международному стандарту AMS 1428 «Aircraft Deicing/Anti-Icing Fluid, Non-Newtonian, SAE Types II, III and IV». Они являются так называемыми «неньютоновскими» жидкостями, то есть их вязкость уменьшается при увеличении скорости относительного сдвига слоев (см. Рис. 1 Б). Образно говоря, жидкость, изначально похожая на густой кисель, теряет свою вязкость при интенсивном перемешивании, а при прекращении перемешивания снова становится вязкой. После 5-, 6- кратного перемешивания вязкие свойства жидкости уже не возвращаются.

Жидкости Тип I имеют относительно малое время защитного действия и используются преимущественно для удаления снега и льда с поверхности самолетов перед взлетом (de-icing). В случаях, когда позволяют погодные условия и время, отведенное на выруливание, их могут применять также и для предотвращения образования нового льда (anti-icing).

Жидкости Тип II, III, IV имеют среднее и длительное время защитного действия, их применяют преимущественно для предотвращения образования льда в тяжелых погодных условиях и при продолжительном ожидании разрешения на взлет. Эти загущенные жидкости должны длительное время оставаться на поверхности самолета, пока он находится на земле, и сдуваться с нее во время взлета за счет потери вязкости. Жидкости Тип II, IV сдуваются с крыла при достижении относительно высоких скоростей, поэтому они предназначены для самолетов транспортной категории с высокими взлетными скоростями (takeoff rotation speed) не менее 185 км/час (100–110 узлов). Жидкости Тип III сдуваются с крыла при низких скоростях, поэтому они предназначены для самолетов переходной (коммьютерной, commuter-type) категории с низкими взлетными скоростями не менее 120 км /час (60 узлов) /3/.

Каждый аэропорт самостоятельно выбирает способ противообледенительной обработки самолетов в рамках действующих инструкций, исходя из своих возможностей, предпочтений, погодных условий. Так, одни аэропорты используют Тип I для удаления льда (de-icing) и Тип IV для предотвращения образования нового льда (anti-icing). Другие используют Тип II и для удаления, и для предотвращения образования льда. Третьи используют нагретую воду для удаления и Тип I для предотвращения образования льда. Единой общепринятой практики в этих вопросах не существует.

В состав современных жидкостей Тип I обычно входят гликоль в качестве базового незамерзающего компонента (не менее 80% масс), вода и присадки. Присадки включают в себя поверхностно-активные вещества (ПАВ) для обеспечения смачиваемости и ингибиторы коррозии для антикоррозионной защиты поверхности самолета. По сведениям Anti-icing Materials International Laboratory (AMIL), подавляющее большинство (63%) одобренных к применению жидкостей Тип I производится на базе пропиленгликоля (ПГ) — 31 наименование из 49, включенных в список /4/. Среди остальных наименований из списка AMIL, 8 производятся на базе этиленгликоля (МЭГ); 1 на базе диэтиленгликоля (ДЭГ); 7 на негликолевой основе. Широкое применение пропиленгликоля связано с его низкой токсичностью и необходимостью выполнения жестких экологических требований в европейских странах. Более токсичный этиленгликоль, однако, имеет существенно лучшие характеристики по температуре замерзания.

Практически все современные жидкости Тип II, III, IV изготавливаются на базе пропиленгликоля. В их состав, кроме пропиленгликоля (не менее 50% масс), воды и присадок, входит значительное количество специальных загустителей. Использование пропиленгликоля в загущенных жидкостях связано не только с его экологической привлекательностью, но и с самой высокой вязкостью из всех перечисленных гликолей. По данным AMIL, все 11 одобренных Тип II изготавливаются на базе ПГ, единственная Тип III — на базе ПГ и 15 из 17 Тип IV- на базе ПГ (остальные 2 — на базе этиленгликоля).

По сравнению с Тип I, все загущенные жидкости относятся к более высоким технологиям производства. В силу своего неньютоновского характера, они также требуют особых условий при транспортировке и хранении. Например, их нельзя перекачивать обычными центробежными насосами, наполнение емкости должно производиться по касательной к поверхности стенки, не допускаются резкие изгибы труб и шлангов, попадание ультрафиолетовых лучей, и так далее.

Рис. 2 АО «ТЕХНОФОРМ», внешний вид завода	Рис. 3 АО «ТЕХНОФОРМ», цех по производству противообледенительных жидкостей

Наиболее крупными мировыми разработчиками и производителями противообледенительных жидкостей являются компании Clariant GmbH (Германия), Killfrost Ltd (Англия), DOW Chemical (США), Octagon Process Inc (США). На долю этих четырех компаний приходится 41% всех одобренных AMIL жидкостей Тип I, 58% Тип II, 100% Тип III и 75% Тип IV. При этом лидирующую позицию занимает компания Clariant, в «арсенале» которой имеется 8 жидкостей Тип I, по 3 жидкости Тип II и Тип IV, и единственная в мире жидкость Тип III «Safewing MP III 2031 ECO». Из отечественных разработок в списках AMIL присутствует только одна жидкость Тип I «Арктика ДГ» производства НПП «Арктон». Отметим, что это единственная жидкость на основе диэтиленгликоля.

В области испытаний и экспертизы противообледенительных жидкостей наибольшим авторитетом пользуется упомянутая выше лаборатория AMIL, расположенная в г. Квебеке, Канада /4/. Эта лаборатория тестирует любые жидкости на соответствие стандартам SAE AMS 1424 и SAE AMS 1428. Положительное заключение и одобрение AMIL является для любой авиационной компании мира наилучшей рекомендацией на применение данной жидкости, а во многих случаях и обязательным условием.

Российский рынок ПОЖ формируется на основе «Перечня противообледенительных жидкостей, разрешенных к применению на воздушных судах гражданской авиации», ежегодно утверждаемого Федеральным Агентством Воздушного Транспорта России. В этот Перечень входят жидкости, одобренные ГосНИИ ГА по результатам комплексной проверки. Проверка включает в себя не только тестирование свойств самой жидкости, но и аудит системы менеджмента качества предприятия-производителя. По-существу, комплексная проверка является весьма сложной, долгой, затратной процедурой, и далеко не всякое предприятие может ее пройти. Однако эти жесткие требования оправданы той высокой ответственностью, которая возложена на производителей противообледенительных жидкостей, как впрочем, и на производителей любых авиационных компонентов.

В Перечень на осенне-зимний сезон 2011–2012 годов /5/ входят 5 жидкостей Тип I, 1 жидкость Тип II и 2 жидкости Тип IV, причем эти жидкости бывают как российского, так и зарубежного производства. Все жидкости из Перечня присутствуют в списках AMIL, редакция от 29 февраля 2012 г. /4/, за исключением одной — «Арктика ДГ (91)», производства НПП «Арктон». Отметим, что жидкости Тип I производятся в основном в России — это «OCTAFLO EG» производства ЗАО «ОКТАФЛЮИД», «Safewing EG I 1996 (88)» производства АО «ТЕХНОФОРМ» и «Арктика ДГ» производства НПП «Арктон». Жидкость «FCY IA», Тип I, производится в Китае. Компания Clariant поставляет в Россию «Safewing MP II FLIGHT», Тип II и «Safewing MP IV LAUNCH», Тип IV. И только одна загущенная жидкость производится в России — это «Maxflight 04», Тип IV производства ЗАО «ОКТАФЛЮИД».

Приведенные данные из Перечня наглядно иллюстрируют ситуацию, сложившуюся в России в области разработки и производства противообледенительных жидкостей. Производством занимаются всего три российских предприятия, и значительная часть этой продукции завозится из-за рубежа. За исключением «Арктики ДГ», у нас производятся и применяются иностранные жидкости, что связано, по-видимому, с отсутствием адекватной научной базы, специалистов и заказчиков на такие разработки. Однако российские предприятия кооперируются с ведущими зарубежными компаниями и производят продукцию, разработанную этими компаниями, широко применяемую в мире. При этом используются российские базовые сырьевые компоненты и производственные мощности, а из-за рубежа поступают пакеты присадок и технология производства. Первой по такому пути пошло ЗАО «ОКТАФЛЮИД», начавшее в 2003 г. совместное производство с компанией Octagon Process Inc (США) в г. Старая Купавна Московской области. В 2009 г. АО «ТЕХНОФРМ», г. Климовск Московской области, также начло совместное производство с компанией Clariant GmbH (Германия).

Зимний сезон 2010—2011 гг. показал, что зарубежные поставщики, даже при условии полной лояльности, не могут обеспечить быстрые поставки большого количества жидкостей при наступлении критических погодных условий. Речь идет в основном о загущенных жидкостях. В связи с этим АО «ТЕХНОФРМ» в 2012 году приступило к постановке на производство совместно с Clariant новых жидкостей «Safewing MP II FLIGHT», Тип II и «Safewing MP IV LAUNCH», Тип IV в. дополнение к уже производящейся «Safewing EG I 1996 (88)», Тип I.

Предприятие АО «ТЕХНОФРМ» было создано и запущено в эксплуатацию в 2004 году как новое ультрасовременное производство автомобильных охлаждающих жидкостей — антифризов. Его стратегическим партнером является компания Arteco, Бельгия (совместное предприятие Chevron, США и Total, Франция) — европейский лидер в области разработок и производства автомобильных антифризов. В настоящее время АО «ТЕХНОФРМ» производит под брендом CoolStream антифризы для большинства автосборочных предприятий России, среди которых Ford, Renault, Peugeot-Citroen, Volvo, Komatsu, Hyundai, АВТОВАЗ, КАМАЗ, ГАЗ, ЛиАЗ, НефАЗ, Иж-Авто, АвтоТОР, МАЗ /6/.

За прошедшее время предприятие накопило большой опыт работы в соответствии с требованиями международных стандартов в области качества, экологии, безопасности труда. АО «ТЕХНОФРМ» прошло международную сертификацию по ISO/TS 16949:2009, ISO 9001:2008, ISO 14001:2004, OHSAS 18001:2007. Этот опыт имеет большое значение для выполнения жестких требований, предъявляемых ГосНИИ ГА к предприятиям, выпускающим противообледенительные жидкости.

Производство жидкостей Тип I по технологии и сырьевой базе очень похоже на производство автомобильных антифризов. Исходя из этого, АО «ТЕХНОФРМ» в 2009 г. решило расширить линейку своей продукции и поставило на производство «Safewing EG I 1996», а в 2010 г. заменило ее на «Safewing EG I 1996 (88)», Тип I. За сезон 2011—2012 гг. было произведено и реализовано более 1000 тонн этой жидкости. Среди потребителей данной продукции аэропорты Москвы (Шереметьево), Казани, Минска, Алма-Аты, Кишинева, Нижнекамска, Архангельска, Владивостока, Минеральных Вод, Днепропетровска, Харькова, и другие.

Рис. 4 АО «ТЕХНОФОРМ», емкости хранения противообледенительных жидкостей	Рис. 5 АО «ТЕХНОФОРМ», лаборатория выходного контроля

Постановка на производство в 2012 году загущенных жидкостей «Safewing MP II FLIGHT» и «Safewing MP IV LAUNCH» потребовала от АО «ТЕХНОФРМ» не только дополнительных инвестиций, расширения производственной и складской базы, установки нового высокотехнологичного оборудования, но и специального обучения персонала. Все работы проводились в соответствии с инструкциями и под контролем специалистов компании Clariant. К настоящему моменту (апрель 2012 г.) подготовка производства завершена, проводятся пуско-наладочные работы, и начинается комплексная проверка со стороны ГосНИИ ГА. Имеются все предпосылки запустить производство новых жидкостей к зимнему сезону 2012—2013 гг., см. рис. 2–5.

В заключение следует сказать, что в ближайшей перспективе российский рынок противообледенительных жидкостей будет обеспечиваться в основном российскими предприятиями и станет значительно меньше зависеть от поставок из-за рубежа.

Литература

1. Мельников О.А. «Техника, технология и типы применяемых ПОЖ. Контроль качества выполнения ПОО ВС в аэропорту Хабаровск».
2. Official FAA Holdover Time Tables. Winter 2010–2011.
3. Ingo Jeschke. «Safewing Aircraft De-Icing Fluids». Clariant, 2006.
4. www.uqac.ca/amil/en/
5. Перечень противообледенительных жидкостей (ПОЖ), разрешенных к применению на ВС ГА в 2011—2012 гг.
6. www.cool-stream.ru