راه‌حل‌های کلیدی برای پلیمرهای نظامی
قطعات دفاعی: چالش‌ها و راه‌حل‌های کلیدی برای پلیمرهای نظامی
نیروهای مسلح سخت تلاش می‌کنند تا از مردم و آرمان‌های‌شان محافظت کنند و این کار را با کمک پیشرفته‌ترین مجموعه فناوری‌هایی که تاکنون گردآوری شده است، انجام می‌دهند. در پشت تجهیزات و فناوری‌های باورنکردنی ارتش، تولیدکنندگان اصلی تجهیزات دفاعی (OEM)، کارمندان و محققان غیرنظامی قرار دارند که از مهندسی و مواد پیشرفته در سراسر جهان برای دستیابی به سخت‌افزارهای نظامی مدرن، قابل اعتماد و نوآورانه استفاده می‌کنند.
امروزه، به راحتی می‌توان فرض کرد که صنعت دفاعی ایالات متحده یک رکن اقتصادی و یک نوآور کلیدی در فناوری است. اما این جایگاه تنها در نتیجه یک جهش ناگهانی در سال‌های پس از جنگ جهانی دوم به دست آمده است. به گفته فوربس "صد سال پیش، ایالات متحده صنعت دفاعی نداشت؛ حداقل نه به معنایی که امروزه از این اصطلاح استفاده می‌شود". اما امروزه، صنعت دفاعی ایالات متحده به چیزی بسیار متفاوت تبدیل شده است: یک بخش ثابت از اقتصاد غیرنظامی (۴۰۰ میلیارد دلار قراردادهای سالانه که از حدود ۲۰۰۰۰۰ تولیدکننده تجهیزات اصلی دفاعی پشتیبانی می‌کند) که آماده پشتیبانی از نیروهای مسلح ایالات متحده در طیف وسیعی از ماموریت‌های جهانی بلندمدت است. در اینجا چالش‌های کلیدی قطعات دفاعی را باهم مروز می‌کنیم و به دنبال آن، نگاه عمیق تری به چگونگی استفاده از پلیمرهای فوق عملکردی باهدف حل این چالش‌های مهندسی دفاعی داریم.
نمای کلی صنعت دفاعی
از بسیاری جهات، چالش‌های مهندسی نظامی متنوع‌تر از هر صنعت یا بخش دیگری است. برخی از کاربردهای نظامی مانند سیستم تعلیق وسایل نقلیه زمینی، به همان اندازه که با صنعت خودروسازی مشترک هستند، با مواد مقاوم در برابر گاز خروجی که در ماهواره‌ها استفاده می‌شوند نیز مشترک هستند. تجربه نشان داده است سازندگان تجهیزات دفاعی در مجموعه‌ای متنوع از پروژه‌ها صنعت عظیم دفاعی را به خوبی درک کرده‌اند.
پروژه‌های زمینی و دریایی: این پروژه‌ها به طیف وسیعی از تجهیزات دفاعی غیرتسلیحاتی اشاره دارند که باید در شرایط عملیاتی سخت و خشک مقاوم باشند اما نیازی به رعایت الزامات عملیاتی منحصر به فرد تجهیزات هوافضا ندارند.
جنگ افزار (Armament): مجموعه‌ای از سیستم‌های مورد استفاده برای هدف‌گیری، پرتاب و استقرار تسلیحات است. این سیستم‌ها چه زمینی، چه نصب‌شده روی کشتی و چه هوایی، مشکلات مشترکی در رابطه با رصد، هدف گیری، عملکرد ایمن و قابل اعتماد برای پرسنلی که تسلیحات مربوطه را به کار می‌گیرند، دارند.
موشک‌ها و تجهیزات هواپیما: قطعات مختلف پدافند هوایی، درمقایسه با سیستم‌های زمینی، سبک و مقاوم در برابر دما و دارای قابلیت اطمینان هستند.
تجهیزات فضایی: تجهیزات دفاعی که برای کار در خلاء فضا درنظر گرفته شده‌اند، با چالش‌هایی ازجمله سرما/گرما شدید و قرار گرفتن درمعرض اشعه گاما مواجه هستند.
در هر یک از این دسته‌های گسترده، ایمنی پرسنل دفاعی به مهندسی قطعات از یاتاقان‌ها گرفته تا رادوم‌ها بستگی دارد.
چالش‌های مهم مهندسی برای قطعات دفاعی
در اکثر کاربردهای نظامی که بسیاری از آنها بسیار تخصصی هستند، امنیت و جان نیروها به عملکرد قابل اعتماد اجزای صنعت دفاعی درهنگام نیاز بستگی دارد. تجهیزات نظامی باید در شرایط متنوعی کار کنند که برای تجهیزات غیرنظامی ممنوع بوده و مستلزم مواد خاص و مقاوم است. اگرچه هر قطعه کاربرد خاصی دارد اما چالش‌های زیر در اکثر دسته‌های تجهیزات دفاعی مشترک است.
مقاومت سایشی، اصطکاکی قوی و قابل پیش بینی: برای افزایش طول عمر قطعات و کاهش خرابی‌های زودرس در شرایط عملیاتی بسیار دشوار مهم است.
شرایط محیطی شدید، متنوع و غیرقابل پیش بینی: به این معنا است که بسیاری از قطعات دفاعی باید به گونه‌ای مهندسی شوند که در کاربردهای مرطوب/خشک، محیط‌های ساینده و دماهای مختلف از سرمای بسیار سرد گرفته تا گرمای موتور جت، عملکرد خوبی داشته باشند.
تلرانس بالا: به منظور حفظ ایمنی و کارایی تجهیزات فوق دقیق مانند سیستم‌های هدف‌گیری، تسلیحات، هواپیماها و وسایل نقلیه زمینی قطعات طراحی شده بایستی دارای تلرانس‌های بسیار بالا باشند.
مقاومت شیمیایی: قطعات موشک و هوافضا باید در برابر سوخت‌های خاص، مواد برودتی و هیدروکربن‌ها مقاوم باشند.
قابلیت اطمینان فوق العاده: قابلیت اطمینان فوق العاده برای قطعاتی که نباید نگهداری و تعویض منظم داشته باشند، بسیار مهم است. اگرچه ارتش اغلب درمقایسه با تجهیزات غیرنظامی، برنامه‌های نگهداری بسیار سختگیرانه‌تری را دنبال می‌کند اما قطعات با قابلیت اطمینان نقش کلیدی در به حداقل رساندن زمان فرسایش، کاهش هزینه‌های عملیاتی و ساده‌سازی لجستیک ایفا می‌کنند.
پلیمرهای فوق عملکردی نمونه‌ای از این موضوع هستند که چرا مواد مناسب برای برآورده کردن این مجموعه متنوع از چالش‌های مهندسی ضروری هستند.
پلیمرهای با کارایی بالا برای کاربردهای نظامی
سازندگان قطعات نظامی بر طیف گسترده‌ای از کاربردهای دفاعی متمرکز هستند تا مواد مناسب را برای الزامات عملیاتی فوق‌العاده دشوار پیدا کند. زرادخانه‌های مواد با کارایی بالا همراه با قابلیت‌های مهندسی سفارشی راه‌حل‌های اثبات شده‌ای را برای همه چالش‌های مهندسی به مشتریان دفاعی ارائه می‌دهند. برخی از مهم‌ترین مواد برای کاربردهای دفاعی عبارتند از:
رولون
رولون از خانواده PTFE است. رولون به منظور دستیابی به ترکیبی استثنایی از مقاومت فشاری بالا، ضریب اصطکاک بسیار پایین و مقاومت عالی در برابر سایش و خوردگی مهندسی شده است. این ویژگی‌ها رولون را به انتخابی عالی در کاربردهای دفاعی مختلف تبدیل می‌کند.
ملدین
خانواده مواد ملدین شامل پلی آمیدهایی است که عملکرد دمای بالا را در قطعات دفاعی که نیاز به قرار گرفتن درمعرض محدوده‌های دمایی شدید دارند مانند اجزای موتور، تضمین می‌کنند. ملدین می‌تواند در دماهای عملیاتی مداوم از محدوده‌های برودتی از ۶۰۰ تا ۹۰۰ درجه فارنهایت مقاومت کند.
اولترا کامپ
این کامپوزیت همه‌کاره در گریدهای مختلفی موجود است که ترکیب استحکام، پایداری و مقاومت در برابر خوردگی آن را به یک ماده منحصر به فرد باهدف برآورده کردن الزامات کاربردهای دفاعی تبدیل می‌کند.
Fluoroloy
این ماده که در گریدهای مختلف تولید می‌شود، از خانواده مواد سفارشی برای کاربردهای آب‌بندی ویژه و شدید که در صنایع دفاعی فراوان است، فرموله شده است. Fluoroloy شامل PTFE و ترکیبات PTFE، فلوروپلیمرها، PEEK و پلی اتیلن UHMW است. Fluoroloy سازگاری شیمیایی بالایی دارد که می‌تواند دماهای بین منفی 450 تا 600 درجه فارنهایت را تحمل کند و از ویژگی‌های اصطکاک و سایش عالی نیز برخوردار است.
صنعت دفاعی اغلب الزامات منحصر به فردی را مطرح می‌کند. برهمین اساس، بسیاری از پروژه‌های دفاعی از قابلیت‌های مهندسی سفارشی جهت یافتن راه‌حل مناسب برای چالش‌های مهندسی استفاده می‌کنند.
سایر کاربردهای نظامی پلیمر
از آنجا که اجزای پلیمری با کارایی بالای را می‌توان طوری مهندسی کرد که با بسیاری از شرایط عملیاتی چالش برانگیز ارتش سازگار شوند، می‌توان آنها را در طیف گسترده‌ای از کاربردهای دفاعی نیز یافت.
قطعات زمینی و دریایی
سیستم‌های پشتیبانی زمینی: شامل تریلرهای حمل سلاح، تریلرهای حذف/نصب موتور، تجهیزات مونتاژ و موارد دیگر
رباتیک: از ربات‌های خنثی کننده بمب‌های دست ساز گرفته تا پهپادهای هوایی را شامل می‌شود.
سیستم‌های کشتی: شامل دستگاه‌های پرتاب موشک، سیستم‌های کنترل آتش، تجهیزات اقدام متقابل الکترونیکی (ECM) و تجهیزات انتقال کشتی به کشتی
فناوری زیر آب: شامل سیستم‌های وینچ، تجهیزات نظارتی خودکار و وسایل نقلیه بازیابی
قطعات تسلیحاتی
سیستم‌های توپخانه‌ای و تسلیحات سطحی: شامل قطعاتی مانند تجهیزات T+E و سیستم‌های بالابر/شیب هیدرولیکی
تجهیزات دید در شب (FLIR): شامل دید در شب هوایی و زمینی، دوربین‌های سلاح‌های کوچک، سیستم‌های پرتاب لیزر و تجهیزات نظارت امنیتی
تجهیزات هیدرولیک و پنوماتیک: شامل شیرهای کنترل، سلونوئیدها و پمپ‌های کمکی
قفسه‌های بمب و سیستم‌های پرتاب هوا: مجموعه‌ای از قطعات ازجمله سیستم‌های کمپرسور، یاتاقان‌های اتصال و اسلایدهای خطی وابسته هستند.
قطعات الکترونیکی و راداری: از قطعاتی مانند عایق‌های RF و مایکروویو، استندآف‌ها و رادوم‌ها استفاده می‌کنند.
قطعات موشکی و هوافضا
سیستم‌های پرتاب: شامل اجزای سوخت‌رسانی موشک، دستگاه‌های سکوی پرتاب، آب‌بندهای کمپرسور و سیستم‌های بازیابی
سیستم‌های کنترل موشک: به سیستم‌های هدایت کاملا یکپارچه و سیستم‌های کنترل پرواز (هم مکانیکی و هم مبتنی بر سیال) متکی هستند.
الکترونیک: شامل راهکارهای تخصصی مانند قطعات RF، مایکروویو و قطعات دی‌الکتریک برای کانکتورها