تفاوت روغن موتور پیستونی هواپیماهای سبک با روغن موتور خودرو از زاویه تریبولوژی

مقدمه: تفاوت روغن موتور پیستونی هواپیما با روغن موتور خودرو از زاویهٔ تریبولوژی

من، سارا مرادی، تحلیل‌گر ارشد روانکاری صنعتی در موتورازین، در این مقاله تفاوت روغن موتور پیستونی هواپیماهای سبک با روغن موتور خودرو را از منظر تریبولوژی، قابلیت اطمینان و هزینهٔ چرخه عمر بررسی می‌کنم. کلیدواژهٔ کانونی این بحث «تفاوت روغن موتور پیستونی هواپیما با روغن موتور خودرو» است. اگرچه هر دو گروه روغن وظیفهٔ کاهش اصطکاک، دفع حرارت و محافظت در برابر سایش را دارند، اما چرخهٔ کاری موتور هوایی، سوخت سرب‌دار 100LL، الگوی بارگذاری یکنواخت در کروز، خنک‌کاری عمدتاً هوا-خنک و الزامات ایمنی پرواز، منجر به فرمولاسیون و آزمون‌های استاندارد کاملاً متفاوت شده است. نتیجهٔ مستقیم این تفاوت‌ها در میدان، تغییر رفتار فیلم روغن در ناحیهٔ مرزی، مدیریت رسوبات سربی، کنترل اکسیداسیون در دمای بالا و پایداری برشی در بازهٔ زمانی «ساعت پروازی» است؛ حوزه‌هایی که اگر با روغن خودرویی جایگزین شوند، ریسک سایش، تشکیل وارنیش/لاک و حتی کاهش ایمنی پرواز بالا می‌رود.

شرایط کاری و چرخهٔ مأموریت: چرا موتور هوایی روغن دیگری می‌خواهد؟

چرخهٔ کاری و بارگذاری

موتور پیستونی هواپیمای سبک (Lycoming/Continental و مشابه) در کروز معمولاً با 65–75٪ توان مداوم، دور پایین‌تر و بار ویژهٔ ثابت کار می‌کند. این مدل کاری به‌مراتب یکنواخت‌تر اما بلندمدت‌تر از خودروی شهری-بین‌شهری است که مملو از توقف-حرکت، تغییرات ناگهانی بار و استارت سرد متعدد است. از نگاه تریبولوژی، فشار هیدرودینامیک پایدار روی یاتاقان‌ها در هواپیما مهم است، درحالی‌که در خودرو پدیدهٔ «Mixed/Boundary Lubrication» در استارت‌های مکرر غالب‌تر است.

محدودهٔ دما و فشار

خنک‌کاری هوا در بسیاری از موتورهای هوایی موجب گرادیان دمایی بزرگ بین سرسیلندر و کارتر می‌شود. دماهای پوینت-لوکال بالاتر، به‌ویژه اطراف رینگ‌ها و کف پیستون، نیازمند پایداری اکسیداسیون و مقاومت در برابر لاک/وارنیش است. در خودرو، مدیریت دما توسط مایع خنک‌کننده یکنواخت‌تر بوده و نیاز پکیج افزودنی به پاک‌کنندگی دوده و سوخت دیزلی/بنزینی (بدون سرب) محور است.

کیفیت سوخت و نسبت تراکم

سوخت متداول در ناوگان سبک، Avgas 100LL سرب‌دار است. ترکیبات سربی و هالیدها محصولات احتراقی‌ای ایجاد می‌کنند که اگر توسط افزودنی‌های «Ashless Dispersant» به‌خوبی معلق‌سازی و دفع نشوند، به‌صورت «Lead Sludge» در رینگ‌ها، شیارها و سوپاپ‌ها ته‌نشین می‌شوند. روغن خودرویی با شوینده‌های فلزی (کلسیم/منیزیم) و ZDDP برای این شیمی احتراق طراحی نشده و می‌تواند باعث تشکیل ژل‌های سربی و رسوب چسبنده شود. نسبت تراکم و بار حرارتی متفاوت هم بر ضخامت فیلم روغن و انتخاب گرید اثر می‌گذارند.

خواص فیزیکی و شیمیایی: ویسکوزیته، پایداری برشی و بستهٔ افزودنی

ویسکوزیته و شاخص VI

در موتورهای هوایی، گریدهای تک‌درجهٔ SAE 40/50 (براساس SAE J1899) و چنددرجهٔ 15W-50 یا 20W-50 هوانوردی رایج‌اند. تمرکز بر پایداری برشی و حفظ فشار روغن در دمای عملیاتی بالاست. در خودرو، سیستم SAE J300 با تنوع گسترده و VI Improverهای پلیمری برای استارت سرد مکرر بهینه شده است. کاهش برشی این پلیمرها در شرایط هوایی می‌تواند ویسکوزیتهٔ عملیاتی را افت دهد.

افزودنی‌ها: Ashless Dispersant در برابر شوینده‌های فلزی

روغن موتور پیستونی هواپیما معمولاً از «Ashless Dispersant» استفاده می‌کند تا ترکیبات سربی را بدون تولید خاکستر سولفاته مدیریت کند. ضد‌اکسیداسیون قوی و ضدزنگ/ضدخوردگی برای دوره‌های خواب پرنده ضروری است. در مقابل، روغن خودرویی با شوینده‌های فلزی و ZDDP برای کنترل دوده، نیتراسیون و سایش تاپیِت/کَم در سوخت بدون سرب تنظیم شده است. این تفاوت بنیادی، دلیل اصلی ناسازگاری با محصولات سربی است.

فراریت، کف و هواگیری

فراریت پایین (NOACK) و کنترل کف در نرخ‌های جریان بالا و ارتفاعات متغیر برای موتور هوایی حیاتی است. پایداری ضدکف و توان هواگیری مناسب، از کاویتاسیون پمپ و افت فشار لحظه‌ای جلوگیری می‌کند. روغن‌های خودرویی اگرچه آزمون‌های ضدکف دارند، اما الگوی جریان، هندسهٔ کارتر و الویت‌های طراحی‌شان با موتور هوایی یکی نیست.

استانداردها و انطباق: SAE J1899 و مقایسه با API/ACEA

روغن موتور پیستونی هوایی باید با استانداردهای هوانوردی مانند SAE J1899 برای روغن‌های موتور پیستونی و الزامات سازندگان (Service Instruction/Service Bulletin) سازگار باشد. آزمون‌های مرتبط با مدیریت ترکیبات سربی، پایداری اکسیداسیون در دمای بالا، خوردگی، کف و پاکیزگی ویژهٔ مأموریت‌های پروازی طراحی شده‌اند. در سوی دیگر، روغن خودرویی برای دستیابی به گریدهای API (مانند API SP) و ACEA (مانند A3/B4) و الزامات خودروسازان بهینه می‌شود؛ تمرکز روی صرفه‌جویی سوخت، سیستم‌های پس‌پردازش آلایندگی و دوام در سیکل‌های رانندگی است. نتیجهٔ عملی: حتی اگر ویسکوزیتهٔ اسمی مشابه باشد، پنجرهٔ عملکرد و آزمون‌های تأییدیهٔ دو دنیا مشترک نیست. در نگهداری ناوگان هوایی، استفاده از روغن صرفاً دارای API/ACEA بدون انطباق هوانوردی، ریسک غیرقابل‌قبول عملیاتی ایجاد می‌کند.

جدول مقایسه‌ای: روغن موتور پیستونی هواپیمای سبک در برابر روغن موتور خودرویی

پیش از تماشای جدول، توجه کنید که سطرها صرفاً شباهت‌های اسمی را کنار می‌زنند و روی «رفتار تریبولوژیک در سرویس» تمرکز دارند؛ همان جایی که تصمیم اشتباه، به سایش مرزی، رسوب سربی و افت قابلیت اطمینان می‌انجامد.

سناریوهای خطا و پیامدها: خوانش میدانی از سایش تا ریسک عملیاتی

سناریو ۱: استفاده از روغن خودرویی در موتور با Avgas 100LL

در ناوگان آموزشی، نمونه‌هایی از چسبندگی رینگ‌ها و رسوبات چسبنده در شیار پیستون مشاهده کرده‌ایم که با روغن‌های دارای شویندهٔ فلزی همبستگی داشت. از دید تریبولوژی، عدم معلق‌سازی مناسب ترکیبات سربی باعث تشکیل «Lead Sludge» می‌شود؛ این رسوبات گردش روغن را مختل، تبادل حرارت را بدتر و سایش چسبنده را تشدید می‌کنند.

سناریو ۲: افت ویسکوزیته بر اثر برش

در پروازهای تابستانی مناطق گرم ایران، کاهش ویسکوزیتهٔ عملیاتی ناشی از برش پلیمرها می‌تواند فشار روغن را کاهش دهد. پیامد آن ورود ناحیهٔ تماس یاتاقان-میل‌لنگ به رژیم مرزی و افزایش میکرواسکافینگ است. انتخاب گرید و فرمولاسیون هوانوردی، این ریسک را محدود می‌کند.

سناریو ۳: اکسیداسیون و لاک

گرادیان دمایی بالا اطراف رینگ‌ها، اکسیداسیون را تسریع می‌کند. بدون ضد‌اکسیداسیون متناسب با مأموریت پروازی، لاک/وارنیش روی سطوح گرم تشکیل می‌شود و حلقهٔ معیوب «افزایش اصطکاک → گرما → اکسیداسیون» را فعال می‌کند.

سناریو ۴: کف، هوابَری و افت فشار

در اوج‌گیری و مانور، الگوی پاشش روغن تغییر می‌کند. اگر ضدکف و هواگیری متناسب نباشد، ریزحباب‌ها به پمپ می‌رسند، فیلم هیدرودینامیک را ناپایدار و سایش یاتاقان را افزایش می‌دهند.

• پیام کلیدی: ناسازگاری شیمیایی با سرب، سایش مرزی، اکسیداسیون و کف؛ چهار ریسک غالب هنگام استفاده از روغن خودرویی در موتور هوایی.

چک‌لیست انتخاب و تعویض روغن برای موتورهای پیستونی هوایی

1. مراجعه به مدارک سازنده: فقط روغن‌های دارای انطباق هوانوردی (مانند SAE J1899) و توصیهٔ OEM را انتخاب کنید.
2. انتخاب گرید بر مبنای اقلیم و مأموریت: برای اقلیم گرم، گریدهای 50 یا 20W-50 هوانوردی رایج‌ترند؛ در مناطق سرد، 15W-50 می‌تواند راه‌انداز سرد را بهبود دهد.
3. توجه به Ashless Dispersant: برای سوخت 100LL، وجود بستهٔ AD جهت مدیریت ترکیبات سربی ضروری است.
4. تعویض برحسب ساعت/سال: مطابق دستورالعمل سازنده (مثلاً هر X ساعت یا Y ماه، هرکدام زودتر)، حتی در صورت کم‌پروازی.
5. آنالیز روغن: هر 50–100 ساعت نمونه‌گیری؛ پایش ویسکوزیته، اکسیداسیون، فلزات سایشی (Fe, Pb, Cu) و آلودگی سوخت/آب.
6. فیلتر و پاکیزگی: تعویض/بازرسی فیلتر طبق برنامه؛ کنترل کد پاکیزگی و ذرات غیرعادی ناشی از سایش یاتاقان/کَم.
7. پس از اوورهال یا سیلندر تازه: استفاده از روغن Break-in توصیه‌شدهٔ OEM و تغییر به روغن عملیاتی پس از تثبیت رینگ‌ها.
8. کنترل نشتی و تنفس کارتر: نشتی‌های ریز می‌توانند هوابَری را تشدید و نرخ اکسیداسیون را بالا ببرند.
9. ثبت داده‌ها: ساعت کار، دمای روغن، فشار و مصرف را ثبت کنید؛ روندها، بهترین هشدار زودهنگام هستند.

یادآوری: نگهداری هوانوردی تابع مقررات و گواهی صلاحیت است. هر اقدام، باید توسط فرد یا مرکز مجاز انجام شود.

هزینهٔ چرخه عمر (LCC) و مدیریت ریسک ناوگان

در ناوگان‌های آموزشی و ایرتاکسی، هزینهٔ روغن سهم کوچکی از LCC است، اما اثر آن بر «TBO موتور» و «درصد آماده‌به‌کاری» بسیار بزرگ است. انتخاب روغن هوانوردی سازگار با سرب، احتمال رسوب در شیار رینگ و تعویض زودهنگام سیلندر را کاهش می‌دهد. برنامهٔ آنالیز روغن با فواصل منظم، امکان شناسایی زودهنگام سایش یاتاقان (افزایش Pb/Cu) یا سایش کَم/تاپیت (افزایش Fe) را فراهم می‌کند؛ هر دو عامل، از خواب اجباری پرنده و تأخیر مأموریت جلوگیری می‌کنند. در اقلیم‌های متنوع ایران، از تبریز سرد تا بندرعباس گرم، بهینه‌کردن گرید و کنترل فراریت/اکسیداسیون، مصرف روغن و دودهٔ اگزوز را نیز پایین می‌آورد. جمع‌بندی اقتصادی روشن است: روغنِ درست + پایش درست = کاهش ریسک عملیاتی، افزایش عمر قطعات و بهبود در دسترس‌پذیری ناوگان.

جمع‌بندی: پیام‌های مدیریتی برای مدیران ناوگان و تعمیرگاه‌ها

روغن موتور پیستونی هواپیماهای سبک، صرفاً «نسخه‌ای غلیظ‌تر از روغن خودرو» نیست؛ فرمولاسیون آن برای سوخت سرب‌دار، گرادیان دمایی بالا و مأموریت‌های طولانی‌مدت تنظیم شده است. از منظر تریبولوژی، فیلم هیدرودینامیک پایدار، مدیریت رسوبات سربی، پایداری برشی و کنترل کف، چهار ستون کلیدی موفقیت‌اند. جایگزینی با روغن خودرویی، دیوار ایمنی را از پایه سست می‌کند: سایش مرزی، لاک، افت فشار و رسوب سربی، پیامدهای محتمل‌اند. راه‌حل پایدار شامل سه گام است: تبعیت از استاندارد هوانوردی/توصیهٔ OEM، انتخاب گرید متناسب با اقلیم/مأموریت و پیاده‌سازی برنامهٔ آنالیز روغن. با چنین رویکردی، TBO قابل‌اتکا، هزینهٔ چرخه عمر کمتر و آمادگی عملیاتی بالاتر دست‌یافتنی است.

پرسش‌های متداول

آیا می‌توانم در شرایط اضطراری از روغن خودرویی استفاده کنم؟

از منظر فنی و ایمنی توصیه نمی‌شود. ناسازگاری شیمیایی با سرب 100LL و تفاوت در بستهٔ افزودنی‌ها می‌تواند به رسوب، سایش مرزی و افت فشار منجر شود. در شرایط غیرعادی، تنها طبق دستورالعمل سازنده و مقررات هوانوردی اقدام کنید و در اولین فرصت به روغن هوانوردی بازگردید. مسئولیت ایمنی پرواز، مقدم است.

چرا برخی روغن‌های هوایی تک‌درجه و برخی چنددرجه‌اند؟

تک‌درجه‌ها (SAE 40/50 بر پایهٔ J1899) بر سادگی و پایداری برشی تکیه دارند و در اقلیم گرم رایج‌اند. چنددرجه‌ها (15W-50/20W-50 هوانوردی) راه‌اندازی سرد را بهبود می‌دهند اما نیازمند کنترل دقیق برش و پایداری افزودنی‌اند. انتخاب باید بر اساس اقلیم، الگوی مأموریت و توصیهٔ OEM انجام شود.

آنالیز روغن در موتور هوایی چه آیتم‌هایی را پایش می‌کند؟

علاوه بر ویسکوزیته و اکسیداسیون، فلزات سایشی (Fe برای کَم/تاپیت، Pb/Cu برای یاتاقان‌ها)، آلودگی سوخت، آب و ذرات نامعمول بررسی می‌شود. روندها مهم‌تر از مقادیر تک‌نمونه‌اند؛ افزایش ناگهانی یک فلز می‌تواند هشدار زودهنگام خرابی باشد و از خواب طولانی پرنده جلوگیری کند.

چرا ضدخوردگی در روغن هوایی برجسته است؟

به‌دلیل خواب‌های طولانی و میعان رطوبت در کارتر، خطر خوردگی سطوح فولادی وجود دارد. بستهٔ ضدزنگ قوی در روغن هوانوردی برای تشکیل لایهٔ محافظ روی سطوح مهم است. این نیاز در خودروها کمتر برجسته است، چون سیکل‌های کارکرد روزانه و دمای پایدارتر، فرصت کمتری برای خوردگی می‌دهند.

آیا TBN بالا در روغن هوایی بهتر است؟

TBN بالا الزاماً به‌معنای عملکرد بهتر نیست. طراحی TBN/TAN در روغن هوایی باید با شیمی سوخت سرب‌دار و الگوی اکسیداسیون سازگار باشد. تمرکز اصلی بر مدیریت سرب، پایداری اکسیداسیون و ضدخوردگی است؛ مقایسهٔ مستقیم اعداد TBN بین روغن‌های هوایی و خودرویی گمراه‌کننده خواهد بود.