کاربردهای اورینگ در صنایع هوانوردی و دفاع

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. شما می توانید پس از مطاله این مقاله برای دریافت پاسخ سوالات خود در خصوص کاربرد اورینگ در صنایع دفاعی و هوانوردی، با کارشناسان ما در شرکت پارت پلیمر ملل در ارتباط باشید.

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 25000 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 28 ژانویه 1986 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 65 درجه فارنهایت تا 400 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 1٪ تا 5٪ 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 1500 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.

واشرهای سیلیکونی

اورینگ سیلیکون از محبوب ترین و رایج ترین ابزارهای آب بندی در صنعت هوانوردی محسوب می شوند. این واشرها توسط یکی از بزرگ ترین کمپانی های هوافضا یعنی ناسا مورد استفاده قرار گرفته و نقل قولی مستقیم از این کمپانی درباره حلقه های اورینگ وجود دارد که به سال 2010 برمی گردد.

“لاستیک سیلیکونی تنها کلاس از مواد الاستومری واجد شرایط هوانوردی است که در محدوده دمایی مورد انتظار عمل می کند.“

به عقیده بسیاری، سیلیکون بهترین انتخاب الاستومری برای محیط های شامل دما و فشار بسیار بالا است و از جمله ویژگی های کلیدی آن، توانایی آن در حفظ خواص مکانیکی حیاتی در حضور گرمای شدید یعنی مقاومت حرارتی بالا می باشد.

استاندارد کیفیت صنایع هوانوردی و دفاعی

AS9100 یک استاندارد کیفیت برای صنایع هوایی، فضایی و دفاعی است. AS9100 الزامات ISO 9001 را می گیرد و آن ها را با الزامات سیستم کیفیت اضافی تکمیل می کند که توسط صنعت هوافضا به منظور برآورده کردن الزامات کیفیت DOD، NASA و FAA ایجاد شده است. هدف AS9100 ایجاد یک سیستم مدیریت کیفیت واحد برای استفاده در صنعت هوافضا است. از سیستم های هیدرولیک گرفته تا سیستم های ترمز و فرود، واشرها در بسیاری از کاربردهای هوانوردی و دفاعی باید شرایط محیطی شدید مانند فشار بالا و پایین یا تغییرات قابل توجه دما را جبران کنند و باید به استانداردهای مهندسی و طراحی و همچنین مقررات صنعت پایبند باشند.

مواد اورینگ مطابق با استانداردهای AMS، MS، AN، M، ASTM، SAE، NAS و … نیز ارائه می شوند.

برخی استانداردهای اورینگ در صنایع هوانوردی و دفاعی:

• AMS مشخصات مواد هوافضا
• AN ارتش / نیروی دریایی
• ASTM انجمن آمریکایی آزمایش و مواد
• M نظامی
• MS استاندارد نظامی
• NAS استاندارد ملی هوافضا
• SAE انجمن مهندسین خودرو

مشخصات مواد صنعتی برای اورینگ های هوانوردی و دفاعی

در صنایع همیشه استانداردها و مشخصات صنعتی وجود دارند تا با توجه به قوانین آن ها، استفاده از حلقه های اورینگ با کمترین مشکل رو به رو شوند. در این بخش قصد داریم تا برخی از مشخصات مواد صنعتی برای اورینگ های دفاعی و هوانوردی را شرح دهیم.

AMS-P-83461: این مشخصات پکینگ های اورینگ را برای استفاده با سیالات هیدرولیک مبتنی بر نفت مطابق با MIL-H-5606 و MIL-H-83282 در محدوده دمایی 65- تا 275 درجه فارنهایت (54- تا 135 درجه) پوشش می دهد. این ماده عملکرد دمای بالا را نسبت به مواد مطابق با MIL-P-25732 بهبود می بخشد.

MIL-P-25732: این مشخصات واشرها را برای استفاده با سیالات هیدرولیک مبتنی بر نفت مطابق با MIL-H-5606 و MIL-H-83282 در محدوده دمایی -65 درجه تا 275 درجه فارنهایت پوشش می دهد.

AMS-P-5315: این مشخصات یک لاستیک NBR را در ساخت مهر و موم های قالب گیری پوشش می دهد. این محصولات معمولا در دمای -65 درجه فارنهایت (54- درجه سانتیگراد) تا 180 درجه فارنهایت (82+ درجه سانتیگراد) استفاده می شوند. جایی که مقاومت در برابر سوخت مورد نیاز است، اما برای استفاده در چنین کاربردهایی محدود نمی شوند.

AMS-R-7362: این مشخصات دو نوع لاستیک مصنوعی را برای استفاده در مواردی که مقاومت در برابر روغن های مصنوعی دی استر مورد نیاز است را پوشش می دهد.

AMS7272: این محصولات معمولا به عنوان حلقه های آب بندی در تماس با روان کننده های مصنوعی دی استر در دمای 275 درجه فارنهایت (135 درجه سانتیگراد) استفاده می شوند. این محصولات ممکن است برای استفاده در روغن موتورهای تثبیت شده در دمای بالا روغن هایی که مطابق با MIL-PRF-23699 کلاس HTS، MIL-PRF-7808 درجه 4 و AS5780 کلاس HPC هستند، مناسب نباشند. سطح مقطع (قطر یا ضخامت) چنین حلقه هایی معمولا بیش از 0.275 اینچ (6.98 میلی متر) نیست.

AMS-P-5510: حلقه های اورینگ تحت پوشش این مشخصات برای استفاده در سیستم های هیدرولیک هواپیما (65- تا 160 درجه فارنهایت) برای مهر و موم کردن اتصالات استاندارد باس های AS4395 و AS5202 در نظر گرفته شده است.

AMS7271: این نوع ماده در برابر سوخت‌ های معطر و غیر معطر مقاومت نشان می‌ دهند و دارای محدوده دمایی معمولی 67- تا 212 درجه فارنهایت (55- تا 100 درجه سانتیگراد) با استفاده متناوب تا 257 درجه فارنهایت (125 درجه سانتیگراد) است. محدوده دمای سرویس مواد یک محدوده دمایی عمومی است، اما وجود سیالات خاص و الزامات طراحی ممکن است این محدوده را تغییر دهد. این وظیفه کاربر است که تشخیص دهد که این مشخصات برای محیط هایی (محدوده دما، قرار گرفتن در معرض مایعات و غیره) مناسب است که در آن استفاده می شود.

AMS3220: اساسا برای بسته بندی و آب بندی مفاصلی که در تماس با سوخت هواپیما، روغن های روان کننده پایه نفت داغ و اتیلن گلیکول از 20- تا +220 درجه فارنهایت (29- تا 104 + درجه سانتیگراد) هستند، قرار می گیرند.

سوالات رایج در خصوص کاربرد اورینگ در هوانوردی و دفاع

اورینگ در شاتل فضایی چه کاربردی دارد؟

یکی از واشرهای لاستیکی (اصلی و پشتیبان) روی اتصالات تقویت کننده موشک جامد برای شاتل فضایی اورینگ های با قطر 71 میلی متر هستند که از خروج گازهای داغ از طریق اتصالات چهار بخش موشک جلوگیری می کنند.

چه اورینگ هایی در موشک ها استفاده می شود؟

اورینگ های لاستیکی سیلیکونی به طور گسترده توسط ناسا مورد استفاده قرار گرفته اند و همچنان گزینه ای محبوب برای اورینگ های مورد استفاده در برنامه های پرواز فضایی هستند.

اورینگ در هواپیما چه نقشی می تواند داشته باشد؟

در موتورهای هواپیما از اورینگ برای آب بندی سطوح جفت خطوط سوخت خود استفاده می شود. خطوط سوخت، سوخت هواپیما را از مخزن سوخت آن به موتورها می ‌رسانند.

سخن پایانی

حلقه های اورینگ امروزه نیز برای صنایعی همچون هوانوردی و دفاع مدرن مهم هستند و اهمیت انتخاب نوع مناسب اورینگ نیز اهمیت دارد. اورینگ ها راه حل های آب بندی بدون دردسری را برای بسیاری از محصولات ارائه می دهد. از آن ها برای درزگیری آلاینده های محیطی، حفظ سیالات ضروری و جدا نگه داشتن سطوح برای کاهش اصطکاک در میان کاربردهای مختلف استفاده می شود. با این حال، اورینگ های طراحی شده برای صنعت هوافضا و هوانوردی باید سطوح غیرمنتظره ای از عملکرد و پیچیدگی مواد را کنترل کنند. یک جت به طور متوسط از هزاران واشر لاستیکی استفاده می کند و هر قطعه باید در برابر شرایط مختلف محیطی مانند فشار کم و زیاد، تغییرات شدید دمایی، سیالات و روان کننده های تهاجمی، الزامات عملکرد صنعتی و همچنین روش های سخت نصب، ایستادگی کند. به طور خلاصه، اورینگ ها برای صنعت هوافضا و هوانوردی تجهیزات حیاتی هستند که در این مقاله به آن ها پرداختیم. شما می توانید سوالات خود در خصوص کاربرد و انتخاب اورینگ در صنایع هوانوردی و دفاع را از کارشناسان ما در شرکت فنی مهندسی پارت پلیمر ملل پرسیده و در اسرع وقت پاسخ خود را دریافت کنید.