مقدمه

صنایعی همچون هوانوردی و نظامی به قطعات و اجزای با کیفیت بالا و مهندسی شده نیاز دارند تا بتوانند به برای کار در سخت ترین محیط های فیزیکی قابل اعتماد باشند. چنین محصولاتی باید در برابر قرار گرفتن طولانی مدت در شرایط سختی همچون دماهای شدید، رطوبت و عدم رطوبت شدید، فشارها و خلاء بالا، اشعه ماوراء بنفش، ازن، سوخت، مواد شیمیایی سوزاننده و خورنده، سایش، فشار مکانیکی، باد، آب شور، صحرا، شن و … مقاومت کنند. انتخاب نادرست این واشرها، هرچقدر کوچک، می تواند منجر به آسیب های جدی شود. ما در این مقاله سعی داریم تا به صورت کامل به توضیح کاربردهای اورینگ در صنایع هوانوردی و دفاع بپردازیم.

اورینگ و صنعت هوانوردی و دفاع

در صنعت دفاعی و هوانوردی، قابلیت اطمینان مکانیکی همه چیز است. چه یک هواپیما روی زمین باشد و چه در ارتفاع ۲۵۰۰۰ فوتی پرواز کند، مهندسان هوافضا به مهروموم هایی نیاز دارند که بتوانند در برابر دماهای شدید و فشارهای وارده مقاومت کنند. اهمیت اورینگ ها در ۲۸ ژانویه ۱۹۸۶ به طور غیرقابل انکاری آشکار شد، زمانی که فاش شد که یک واشر شکسته مسئول فاجعه شاتل فضایی چلنجر است. دمای بیش از حد پایین بر انعطاف پذیری اورینگ تاثیر می گذارد و باعث تمایل به از دست دادن قابلیت ارتجاعی شده و در نتیجه شکننده می شود. صنعت لاستیک و اورینگ پس از آن تغییرات چشمگیری برای طراحی و ساخت واشرهای لاستیکی ایجاد کرد که که باعث شد تا این آب بندها دمای بسیار پایین را بدون از دست دادن خاصیت ارتجاعی حفظ کنند. اورینگ ها می توانند دمایی از ۶۵ درجه فارنهایت تا ۴۰۰ درجه فارنهایت را تحمل کنند و این موضوع آن ها را به بخشی جدایی ناپذیر از صنعت هوافضا تبدیل می کند. اورینگ nbr و سایر اورینگ هایی با استاندارد بالا مورد نیاز برای صنعت هوافضا هستند. در این خصوص نیز استانداردهایی مانند AMS تعیین شد تا با این مقررات سختگیرانه کیفیت این حلقه ها به سطح بالاتری دست پیدا کند.

عوارض محیط عملیاتی برای اورینگ ها هوانوردی و دفاع

با توجه به شرایط محیطی که انواع فضاپیما، هلیکوپتر، هواپیما، موشک و … در آن قرار می گیرند، باید به دقت این محیط ها را بررسی کرد و بهترین انتخاب را در میان انواع اورینگ ها داشت. از جمله شرایطی که در این محیط ها وجود دارند عبارتند از:

• دماهای بسیار بالا یا بسیار پایین

• تنوع دمایی زیاد

• فشارهای بسیار بالا و خلاء

• لرزش شدید و اصطکاک بالا

• خطر نفوذ مواد شیمیایی شیمیایی مانند سوخت و روان کننده ها

• خطر قرار گرفتن در معرض ازن، اشعه ماوراء بنفش و تشعشعات

• انواع قارچ ها

از جمله خطرهای احتمالی دیگری که به طور خاص برای موشک ها وجود دارد، توانایی سریع برای انبساط به اندازه کافی است، زیرا به علت شرایط فشار و دمایی که در این موقعیت ها وجود دارد باعث می شود تا مفاصل یا شیارها از یک دیگر دور شوند و فاصله زیادی بین آن ها ایجاد شود. همچنین با توجه به این که برای محافظت از اجزای سیستم در برابر خوردگی از گریس های مبتنی بر هیدروکربن استفاده می شود، احتمال تورم در اثر مجاورت اورینگ با این گریس ها بالا می رود، همین نکات سبب می شود تا یکی از چالش های اصلی برای انتخاب اورینگ های مناسب باشند.

انتخاب اورینگ مناسب در صنایع هوانوردی و دفاعی

صنایعی همچون هوانوردی و نظامی از طیف وسیعی از محصولات الاستومری و لاستیکی برای رفع نیازهای مختلف خود استفاده می کنند. از جمله این موارد می توان به حلقه های اورینگ نیز اشاره کرد. این واشرها می توانند در سیستم های مختلفی از جمله سیستم های سوخت، هیدرولیک، کنترل و … استفاده شوند. این واشرهای الاستومری می توانند در انواع هواپیماهای غیرنظامی و نظامی، انواع بالگردها، اسلحه ها و تجهیزات جنگی، ماهواره ها و … کاربرد داشته باشند. البته با توجه به این موضوع که این صنایع همواره در حال پیشرفت هستند، تجهیزات آب بندی نیز باید پیشرفت کنند و در برابر شرایط سخت، مقاوم تر شده و ارتقا پیدا کنند.

هر کدام از تجهیزاتی که در این صنایع مورد استفاده قرار می گیرند بالاترین معیارهای عملکرد را می طلبند و محصولات آب بندی لاستیکی مورد استفاده نیز از این قاعده مستثنی نیستند. انتخاب واشر مناسب برای ایمنی پرواز بسیار مهم است و تنها تعداد محدودی از تولیدکنندگان به عنوان سازنده واجد شرایط شناخته می شوند. اورینگ هایی که در صنایع هوانوردی و دفاعی مورد استفاده قرار می گیرند با سوخت جت، روان کننده موتور مصنوعی، سیالات هیدرولیک مبتنی بر نفت، سوخت هیدروکربنی، روغن پایه نفتی با نقطه آنیلین بالا، سوخت معطر و روان کننده های مبتنی بر دی استر در تماس هستند. هنگام طراحی یک واشر برای این محیط ها، نکته کلیدی این است که امکان فشرده سازی مناسب و کامل بین شیار و سطح جفت شدن با آن فراهم شود.

عواملی که باید برای انتخاب یک واشر مناسب در صنایع هوانوردی و دفاع در نظر گرفته شوند عبارتند از:

• کشش: هنگامی که قطر داخلی حلقه O کشیده می شود، سطح مقطع آن کاهش می یابد. برای این که حلقه اورینگ به خوبی جا بیفتد، باید بین ۱٪ تا ۵٪ کشیده شوند تا از تناسب محکم در شیار اطمینان حاصل شود.

• اصطکاک: اورینگ ها باید از ترکیباتی با حداکثر مقاومت حرارتی و حداقل اصول اصطکاک تشکیل شده باشند.

• پرداخت سطحی: کیفیت پرداخت که با ویژگی های لایه گذاری، زبری سطح و موج دار بودن تعریف می شود به طور مستقیم بر نتیجه آب بندی نهایی و طول عمر واشر تأثیر می گذارد.

• فشار سیستم: اکثر اورینگ ها می توانند تا فشار ۱۵۰۰ psi کار می کنند. در فشارهای بالاتر، مواد الاستومری باید دارای استحکام کافی برای مقاومت در برابر اکسترود در شکاف باشند.

• سازگاری شیمیایی: سازگاری شیمیایی اورینگ در طراحی بسیار مهم است و می تواند برای مهر و موم های استاتیک و دینامیکی متفاوت باشند.

انواع اورینگ مورد استفاده در هوانوردی و دفاع

برای تولید اورینگ از گروه مختلفی از مواد استفاده می شود. با این وجود با توجه به شرایط محیطی که در بالا ذکر کردیم تنها چند دسته از مواد برای تولید واشر به منظور به کارگیری در صنایع هوانوردی و دفاع استفاده می شوند. در لیست زیر به برخی از این مواد اشاره می کنیم. خاطر نشان می کنیم که این ها فقط برخی مواد مناسب جهت استفاده در صنایع هوانوردی و دفاع می باشند و با این وجود انتخاب اورینگ مناسب کاملا به شرایط بستگی دارد.

• FEPM (نام تجاری AFLAS)

• FFKM (نام تجاری kalrez)

• O-FKM (نام تجاری viton)

• سیلیکون

اورینگFEPM

FEPM که بیشتر با نام تجاری AFLAS شناخته می شود، کوپلیمری از تترا فلوئورواتیلن و پروپیلن است. اورینگ های افلاس (AFLAS) علاوه بر سازگاری شیمیایی و درجه ای از عملکرد دمای بالا، مقاومت عالی در برابر ازن را ارائه می دهند. این اورینگ ها به دلیل ارائه عملکرد عالی در جایی که فلورالاستومرهای سنتی شکست می خورند، شناخته شده هستند.

اورینگ FFKM

واشرهای FFKM که اغلب با نام های تجاری مانند Kalrez یا Chemraz از آن ها یاد می شود، یک گزینه عالی برای محیط هایی است که شامل فشارهای شدید، دمای شدید و مواد شیمیایی تهاجمی هستند. FFKM که یک ماده الاستومر پرفلوئورو است، در درجه های مختلف موجود است که ویژگی های کلیدی مانند نفوذ کم، فشرده سازی کم، مقاومت در برابر چرخه دما، سازگاری شیمیایی با دامنه وسیع، مقاومت در برابر فشار زدایی انفجاری و مقاومت پلاسما را ارائه می دهند.

اورینگ O-FKM

فلوئوروالاستومرهایی مانند FKM که به عنوان اورینگ وایتون شناخته می شوند، می توانند مقاومت بسیار خوبی در برابر سوخت ها، روان کننده ها و روغن ها داشته باشند. نفوذپذیری بسیار بالا در مواجهه با طیف وسیعی از مواد که شامل سوخت های اکسیژن دار هواپیما می شود، عملکرد قابل اعتماد در دماهای بسیار بالا، مقاومت در برابر دمای پایین، مقاومت در برابر سوخت بدون کاهش خاصیت ارتجاعی لازم و مقاومت شیمیایی که تحت تأثیر دماهای بسیار بالا قرار نمی گیرد از ویژگی های کلیدی این واشرها هستند. چنین ویژگی هایی آن ها را به یک انتخاب رایج در کاربردهای هوانوردی تبدیل کرده است.