چرا تحلیل نمونه روغن در هواپیمایی عمومی (GA) حیاتی است؟
در ناوگان هواپیمایی عمومی ایران، از موتورهای پیستونی (Lycoming، Continental، Rotax) تا توربوپراپهای محبوب (مانند PT6A)، هزینههای نگهداری و خرابی بدون برنامه میتواند پروازهای آموزشی، ایرتاکسی و کشاورزی را مختل کند. تحلیل نمونه روغن (Oil Analysis) با تمرکز بر فلزات سایش، عدد بازی کل (TBN)، ویسکوزیته و آلودگیها، راهی دادهمحور برای تشخیص زودهنگام مشکلات است؛ پیش از آنکه به تعمیرات سنگین، کاهش ایمنی یا زمینگیر شدن هواپیما منجر شود.
در اقلیمهای گرم و پرگردوغبار کشور و سیکلهای پروازی کوتاهمدت، اکسیداسیون سریعتر روغن، افزایش آلودگی، و رقیقشدن با سوخت شایعتر است. نمونهگیری هر 25–50 ساعت یا در هر تعویض روغن، و همچنین پس از رویدادهای غیرعادی (افزایش CHT/EGT، لرزش جدید، وجود براده در فیلتر) توصیه میشود. هدف این مقاله، ارائه راهنمای عملی برای فهم نتایج آزمایش و تصمیمگیری نگهداری هوشمندانه است.
فلزات سایش: از کدام قطعه میآیند و اعداد چه میگویند؟
ردیابی فلزات سایش، نخستین لایه تشخیص برای سلامت موتور است. مهمترین عناصر در موتورهای GA عبارتاند از:
- آهن (Fe): حاصل از میللنگ، رینگها، دندهها و میلسوپاپ.
- مس (Cu): از یاتاقانها، بوشها و رادیاتور/کولر روغن.
- سرب (Pb): در موتورهای پیستونی، هم از پوشش یاتاقانها و هم بهصورت مزاحم از سوخت 100LL وارد روغن میشود؛ بنابراین تفسیر آن باید روندی باشد.
مقادیر مرجع برای یک دوره 25–50 ساعته (پستونی) بهصورت تقریبی:
- Fe: سالم تا 25 ppm؛ نیاز به پایش نزدیک 25–60 ppm؛ هشدار > 60 ppm یا جهش >2 برابر نسبت به نمونه قبلی.
- Cu: سالم تا 10 ppm؛ هشدار > 25 ppm (بهویژه همراه با Sn).
- Pb: خط پایه در موتورهای با 100LL ممکن است 50–300 ppm باشد؛ هشدار وقتیست که روند نسبت به میانگین 3–4 نمونه قبلی بهطور معنیدار (مثلاً >100 ppm یا >2 برابر) افزایش یابد.
برای توربینیها (استر سنتتیک)، فلزات باید بسیار پایین باشند: Fe < 5 ppm، Cu < 3 ppm، Pb تقریباً صفر. در هر دو گروه، تفسیر «روند» اهمیت بیشتری از عدد تکنمونه دارد.
TBN برای پیستونیها و TAN برای توربینیها: مرزهای تصمیمگیری
TBN (Total Base Number) ظرفیت قلیایی و قابلیت خنثیسازی اسیدها را در روغن موتور پیستونی نشان میدهد. روغنهای هواپیمایی پیستونی با بسته افزودنی Ashless Dispersant معمولاً TBN نو 6–9 دارند (برای گریدهای 15W-50/SAE 50). قاعده عملی:
- طبیعی: TBN ≥ 4 یا افت کمتر از 50٪ نسبت به روغن نو.
- هشدار: TBN 2–4؛ تعویض زودهنگام و بررسی شرایط احتراق/سوخت.
- حد محکومیت معمول: TBN < 2 یا افت >50–60٪ نسبت به مقدار نو.
در توربینها، بهجای TBN از TAN (Total Acid Number) استفاده میشود. استرهای سنتتیک MIL-PRF-23699 معمولاً TAN نو نزدیک 0.5–1.0 mgKOH/g دارند. افزایش TAN بیش از 1.0 واحد از مقدار نو (یا عبور از حدود توصیهشده سازنده) نشاندهنده اکسیداسیون/لاکری است و میتواند معیار تعویض/بررسی دما و تهویه باشد.
نکته عملی: TBN/TAN را همزمان با وضعیت ویسکوزیته و فلزات سایش تفسیر کنید. افت TBN همراه با افزایش آهن میتواند نشانگر سایش بالا ناشی از اسیدزایی و رقیقشدن روغن باشد.
ویسکوزیته، رقیقشدن با سوخت و آب: نشتیها را از نتایج بخوانید
ویسکوزیته نقشه روانکاری است. برای روغنهای پیستونی SAE 50، ویسکوزیته در 100°C باید حدود 16.3–21.9 cSt باشد؛ برای 15W-50 معمولاً 16–18 cSt. در توربینها، روغنهای 5 cSt (در 100°C) کاربرد دارند و محدوده سالم معمولاً 4.8–5.4 cSt است.
- رقیقشدن با سوخت: پذیرفتنی تا ≈2٪ (حجمی)؛ هشدار 2–3٪؛ اقدام اصلاحی/زمینگیری عملیاتی >5٪. نشانهها: افت ویسکوزیته، بوی سوخت، افزایش Pb (از 100LL).
- آب/رطوبت: مطلوب <0.1٪؛ هشدار >0.2٪. پیامد: زنگزدگی، افزایش Fe و قهوهایشدن روغن. در اقلیم مرطوب/سیکلهای کوتاه، خطر تجمع میعان بیشتر است.
- اکسیداسیون/نیترهشدن: با FTIR پایش میشود؛ افزایش آنها همراه با افزایش ویسکوزیته و TAN (توربینی) میآید.
اگر ویسکوزیته خارج از محدوده طراحی باشد (کاهش >10٪ یا افزایش >20٪)، علاوهبر تعویض روغن، ریشهیابی (نشتی انژکتور/کاربراتور، دمای عملیاتی، هواگیری کارتر) ضروری است.
روشهای آزمایشگاهی: ICP در برابر FTIR — چه چیزی را بهتر میبینند؟
برای درک علت تغییرات، دانستن تواناییهای روشها مهم است. ICP و FTIR مکمل هماند؛ ICP برای فلزات و FTIR برای وضعیت شیمیایی روغن.
| پارامتر مقایسه | ICP (طیفسنجی نشر پلاسمایی) | FTIR (طیفسنجی مادونقرمز) |
|---|---|---|
| چه میسنجد؟ | عنصرهای فلزی (Fe, Cu, Pb, Sn, Al, Cr …) | اکسیداسیون، نیترهشدن، سولفاتهشدن، سوخت، گلیکول، آب |
| اندازه ذره | بهترین برای ذرات ریز < 5–10 میکرون | مولکولی/پیوندهای شیمیایی؛ ذرهمحور نیست |
| بهترین کاربرد | پایش سایش و آلیاژها | سلامت شیمیایی روغن و آلودگیها |
| محدودیت | ذرات درشت/براده فیلتر را نمیبیند | کمیسازی سوخت/آب نیازمند کالیبراسیون دقیق |
| نمونه استاندارد | ASTM D5185 | ASTM D7889/D7414 (In-service FTIR) |
در صورت مشاهده براده در فیلتر یا اسکرین، آزمونهای تکمیلی (فروگرافی/Particle Quantifier) معنا پیدا میکند. برای ویسکوزیته از ASTM D445 و برای TBN/TAN بهترتیب ASTM D4739/D2896 و ASTM D664 استفاده میشود.
جدول فنی: شاخصهای کلیدی روغن سالم و آلوده (پیستونی و توربینی)
| شاخص | پیستونی سالم | پیستونی هشدار/اقدام | توربینی سالم | توربینی هشدار/اقدام |
|---|---|---|---|---|
| Fe (ppm) | ≤ 25 | > 60 یا جهش >2× | < 5 | ≥ 10 یا روند افزایشی |
| Cu (ppm) | ≤ 10 | > 25 (با Sn نگرانکنندهتر) | < 3 | ≥ 5 |
| Pb (ppm) | خط پایه 50–300 (وابسته به 100LL) | افزایش معنیدار > 100 یا >2× | ≈ 0 | ≥ 2 (نیاز به بررسی) |
| TBN / TAN | TBN ≥ 4 یا افت <50% | TBN < 2 یا افت >50–60% | TAN نو ≈ 0.5–1.0 | افزایش TAN > 1.0 از مقدار نو |
| ویسکوزیته (100°C) | SAE50: 16.3–21.9 cSt | کاهش >10% یا افزایش >20% | ≈ 5 cSt (4.8–5.4) | < 4.7 یا > 5.6 |
| سوخت (% حجمی) | < 2% | > 3% هشدار؛ > 5% اقدام فوری | < 1% | ≥ 2% (بررسی نشت) |
| آب (% حجمی) | < 0.1% | > 0.2% هشدار | < 0.05% | ≥ 0.1% |
توجه: حدود فوق راهنمای عملیاند و بسته به مدل موتور، شرایط عملیاتی و توصیه سازنده متغیرند. همواره به «روند» چند نمونه متوالی اتکا کنید.
نمونههای واقعی از روند تغییرات در ساعات پرواز
سناریو 1 — Lycoming IO-360 (پروازهای آموزشی، 40h نمونهگیری)
نمونههای 1 تا 3: Fe = 12→15→18 ppm، Cu = 6→7→7 ppm، Pb = 180→210→190 ppm، TBN = 6.5→5.8→5.2. نتیجه: روند پایدار؛ تعویض طبق برنامه. نمونه 4: Fe = 45 ppm، Cu = 30 ppm، Pb = 240 ppm، TBN = 4.8. تفسیر: جهش Fe+Cu میتواند نشانه سایش یاتاقان/بوش یا خوردگی کولر روغن باشد. اقدام: بررسی فیلتر/اسکرین، بازرسی کولر روغن و فشار روغن. در صورت تأیید، تعویض کولر؛ پس از اقدام، نمونه 5 به خط پایه بازگشت.
سناریو 2 — Continental O-200 (پروازهای کوتاه، اقلیم سرد)
FTIR نشاندهنده آب 0.25% و نیترهشدن بالا؛ ویسکوزیته 9% کاهش یافته و بوی سوخت محسوس. تفسیر: میعان و سوختِ حلنشده بهدلیل سیکلهای کوتاه و دمای پایین. اقدام: افزایش مدت Warm-up، پرواز طولانیتر پس از استارت سرد، بازبینی کاربراتور/چوک. TBN افت از 6.2 به 3.1 طی 80h؛ برنامه تعویض روغن کوتاهتر شد (هر 25h).
سناریو 3 — PT6A (توربوپراپ)
سه نمونه متوالی: Fe = 3→4→6 ppm، TAN از 0.8 به 1.9 افزایش، FTIR اکسیداسیون بالا و ویسکوزیته از 5.1 به 5.6 cSt. تفسیر: اکسیداسیون روغن بهدلیل دمای بالای عملیاتی/طول عمر زیاد روغن. اقدام: تعویض روغن، بررسی سیستم خنککاری و نشت هوای داغ. پس از تعویض، TAN به 0.9 بازگشت.
چکلیست عملی برای خلبانان و تکنسینها
چه زمانی نمونه بفرستیم؟
- هر 25–50 ساعت یا در هر تعویض روغن.
- پس از رویداد غیرعادی: افزایش CHT/EGT، لرزش نوظهور، کاهش فشار روغن.
- هنگام مشاهده براده/ذرات در فیلتر یا اسکرین.
- پس از تعمیر/اورهال: در 10 ساعت اول و چند نمونه نزدیک بههم.
چگونه نمونهگیری کنیم؟
- نمونهگیری داغ و میانجریان (Mid-stream)؛ ظرف استریل.
- شستوشوی شیر نمونهگیری با کمی روغن قبل از پر کردن بطری.
- ثبت دقیق: مدل/سریال موتور، ساعت از تعویض، افزودنیها/توپآپ، نوع سوخت.
چه زمانی زمینگیری یا بازبینی کنیم؟
- جهش همزمان Fe+Cu یا افزایش Pb خارج از روند (بیش از 2×).
- TBN < 2 (پیستونی) یا افزایش TAN > 1.0 از مقدار نو (توربینی).
- ویسکوزیته خارج از محدوده طراحی، سوخت > 5%، آب > 0.2%.
- تأیید ذرات درشت در فیلتر بههمراه نتایج غیرعادی آزمایش.
جمعبندی
تحلیل نمونه روغن در GA یک «ابزار تصمیمگیری» است، نه صرفاً یک گزارش آزمایشگاهی. با نگاه روندی به فلزات سایش، TBN/TAN، ویسکوزیته و آلودگیها، میتوانید از خرابیهای پرهزینه پیشگیری کنید و دورههای نگهداری را هوشمندانه تنظیم نمایید. تیم فنی موتورازین با شبکه آزمایشگاهی معتبر، تفسیر نتایج بر مبنای نوع موتور و شرایط عملیاتی ایران را ارائه میدهد و در کنار شما برای تعریف خطپایه اختصاصی هر موتور، طراحی برنامه نمونهگیری و اقدام اصلاحی میایستد. تصمیمهای نگهداری دادهمحور، یعنی پرواز ایمنتر، زمان آمادهبهکاری بیشتر و هزینه کل کمتر.
پرسشهای متداول
آیا عدد بالای Pb همیشه نگرانکننده است؟
خیر. در موتورهای پیستونی با سوخت 100LL، Pb میتواند بهصورت مزاحم وارد روغن شود و اعداد مطلق بالاتری بسازد. آنچه اهمیت دارد «روند» نسبت به خطپایه همان موتور است. اگر Pb نسبت به میانگین چند نمونه قبلی جهش کند یا همراه با افزایش Cu/Sn و افت فشار روغن باشد، نیاز به اقدام دارید.
بهترین بازه نمونهگیری برای ناوگان آموزشی چیست؟
برای ناوگان با سیکلهای کوتاه و استارتهای مکرر، هر 25–35 ساعت یا در هر تعویض روغن مناسب است. پس از هر تعمیر/اورهال، نمونههای متراکمتری بگیرید (در 10–20 ساعت اول) تا روند تثبیت شود. هدف، ساختن خطپایه اختصاصی هر موتور است.
FTIR سوخت را دقیق نشان میدهد؟
FTIR میتواند نشانههای رقیقشدن با سوخت را بدهد، اما برای کمیسازی دقیق به کالیبراسیون نیاز دارد. ترکیب FTIR با ویسکوزیته (D445) و بو/چکهای میدانی، و در صورت نیاز روشهای تأییدی مبتنی بر GC، تصویر قابل اتکاتری میسازد.
چه زمانی نتایج غیرعادی را جدی بگیریم؟
هنگامیکه چند شاخص با هم منحرف شوند: مثلاً افت TBN همراه با جهش Fe و کاهش ویسکوزیته، یا افزایش TAN با رشد اکسیداسیون و ویسکوزیته. همچنین هر جهش >2 برابر نسبت به خطپایه یا عبور از حدود هشدار جدول فنی باید منجر به بازرسی هدفمند شود.
آیا میتوان با افزودنیهای آف-مارکت مشکل را حل کرد؟
در موتورهای هوانوردی، پیروی از روغن و افزودنیهای تاییدشده سازنده حیاتی است. افزودنیهای غیرمجاز میتوانند نتایج آزمایش را مخدوش کنند و ریسک ایمنی ایجاد کنند. بهتر است علت ریشهای (نشتی سوخت، دمای عملیاتی، ایراد یاتاقان) را برطرف و برنامه نگهداری را اصلاح کنید. موتورازین در انتخاب روغن تأییدشده همراه شماست.
