CC BY
49
Dr Milorad Savković, dipl. inž. mr Daiiilo Serdarević,
dipl. in'.
Vojnotehnicki institut, Beograd
PROIZVODNJA PIROPATRONA I RAKETNIH MOTORA PILOTSKIH SEDI[TA
UDC: 629.7.047 : 623.45
Rezime:
Ovaj rad sadr'i opis uspesnog razvoja i proizvodnje piropatrona, pogonskih punjenja i raketnih motora izbacivih pilotskih sedišta. Opisan je proces razvoja putem kopiranja stra-nog resenja i njihovih modifikacija. Dati su primeri koriš}enja te metodologije, razvoj i pore-denje rezultata ispitivanja stranih i doma}ih resenja. Objasnjava se i va'nost proizvodnje piropatrona, pogonskih punjenja i raketnih motora izbacivih pilotskih sedista.
Kljucne reci: piropatrona, pogonsko punjenje, raketni motor, izbacivo pilotsko sediste.
PRODUCTION OF CARTRIDGES AND EJECT SEAT ROCKET MOTORS
Summary:
Scope of this work contains description of successful development and preparation for production of cartridges, propellants and rocket motors for pilot eject seat. Process of development through copying foreign solutions and their modifications is described. There are examples of used methodology for development and comparison of results of tests of foreign and domestic solutions. This work also explains importance of production of cartridges, propellants and rocket motors for pilots eject seat.
Key words: pyro-cartridges, propellant, rocket motor, ejection seat.
Uvod
Piropatrone, pogonska punjenja i raketni motori pilotskih sedista, kojima je istekao vek upotrebe, otežano su se naba-vljali iz uvoza, tako da je devedesetih godina intenziviran razvoj i osvajanje proizvodnje tih proizvoda u nasoj zemlji. Osvajanje je obavljeno kopiranjem stra-nog resenja, koje je sadržavalo detaljnu identifikaciju stranog resenja, definisanje zahteva i nacina kontrole za domaće re-senje, konstruisanje domaćeg resenja, primenu materijala i sirovina koje su do-stupne, osvajanje tehnologije proizvodnje tih artikala, zavrsno ispitivanje i usvajanje u naoružanje. U radu je dat pregled osvojenih piropatrona, pogon-
skih punjenja i raketnih motora pilotskih sedista domaće prizvodnje. Dati su pri-meri postupka identifikacije i osvajanja prizvodnje u domaćim uslovima, kao i znacaj ostvarenih aktivnosti.
Tehnicki problem koji se resavao ovim razvojem sastojao se u sledećem: kako izraditi piropatrone, pogonska pu-njenja i raketne motore pilotskih sedista, korisćenjem raspoloživih znanja, opreme i sirovina, tako da masa, oblik i dimenzi-je, kao i fizicka, mehanicka, energetska i kineticka svojstva domaćih resenja budu takva da obezbeđuju zahtevane perfor-manse. Takođe, ocekuje se da postupak proizvodnje bude bezbedan, a proizvod potrebnog kvaliteta i reproduktivnosti.
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 1/2006.
15
Funkcija pilotskog sedišta
Pilotsko sediste ima namenu da u uslovima havarije na avionu, u toku leta ili na pisti, omogući pilotu spasavanje ži-vota, katapultiranjem iz pilotske kabine (slika 1), zatim otvaranje padobrana i uspesno prizemljenje. Katapultiranje pilotskog sedista obavlja se pomoću piro-patrona i raketnog motora.
Sl. 1 — Pilotsko sediste
Ceo proces, od trenutka aktiviranja izbacivog sedista do trenutka prizemlje-nja, potpuno je automatizovan [1]. U po-cetku katapultiranja pod dejstvom piro-patrona sediste klizi duž vođice - tele-skopske cevi. Nakon razdvajanja sedista i teleskopa vrsi se aktiviranje raketnog motora. Rad raketnog motora omogućava da se pilot pravovremeno nađe na bez-bednosnoj udaljenosti od letelice i da ima odgovarajuću brzinu za pravilnu funkciju padobrana.
Raketni motor i piropatrone pilot-skog sedista moraju da imaju veliku pou-
zdanost. Treba sigurno da deluju i ostva-ruju funkciju [2]. Potrebno je da potisak raketnog motora ima minimalno odstupa-nje od nominalne vrednosti po intenzitetu i pravcu.
Osnovni zahtevi u razvoju piropa-trona, pogonskih punjenja i raketnih mo-tora pilotskih sedista sastojali su se u tome da domaće resenje u celosti odgovara stranom resenju. Cilj je bio da se doma-ćim resenjem izvrsi supstitucija stranog, kojem je istekao rok upotrebe.
Pregled osvojenih proizvoda
Pocetkom devedesetih godina, a po-sebno u periodu sankcija prema nasoj ze-mlji i kasnije tokom ratnih sukoba, bilo je otežano snabdevanje rezervnih delova za avione i za pilotska sedista iz uvoza. Međutim, za pravilnu funkciju pilotskih sedista potrebno je pripadajuće piroteh-nicke elemente (piropatrone, pogonska punjenja i raketne motore), kojima rela-tivno brzo istice vek upotrebe, zamenji-vati u pravilnim vremenskim razmacima. U tim okolnostima zapocet je razvoj pi-ropatrona, pogonskih punjenja i raketnih motora pilotskih sedista i piropatrona op-ste namene u vazduhoplovstvu. Urađen je planski dokument [3], prema kome su sagledane potrebe i sacinjena tehno-eko-nomska analiza, koja je pokazala da su troskovi sopstvenog razvoja i opremanja niži od uvoza originalnih pirotehnickih elemenata.
Posle odluke da se nastavi rad, do sada je osvojena proizvodnja 31 piropatrone (tabela 1), dva pogonska punjenja i cetiri raketna motora pilotskih sedista (tabela 2).
16
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1/2006.
Tabela 1
Osvojene piropatrone pilotskih sedišta i piropatrone opšte namene u vazduhoplovstvu
Red. broj Naziv piropatrone Naziv sedista ili namena Izgled
i. No 2 MK-2 "Folland" MK-1B
2. No 1 MK-1 (4 grain)
3. No 1 MK-1 (3 grain)
4. PK-16 KM-1 Mig-21 |§ј|
5. PV-50
6. PK-3M-1
7. KV-35755-1 MkYU10LB Orao G-4
8. KV-35756-1
9. KV-62172-1
10. KV-61346-2 Е"7П i) !*Ui ii7f ^ ^ f
11. KV-3083-RU-1
12. KV-62486-1
13. KV-91428
14. KV-90650
15. KV-62122-1
16. KV-61592-1 MkYU10J MkYU8J
17. KV-67190
18. PK-16M K-36DM Mig-29
19. PV-35
20. PK-21-M2
21. UDP2-1
22. PV-1M Piropatrone opste namene u vazduhoplovstvu . —
23. PP-3
24. PPL-T
I
25. SQUIB
26. PDO-1
»9Л"
27. R-4
28. TVU-1-3D-1
29. TVU-1-3D-0.5
30. Primarna br.1 MK.2
31. Sekundarna br.1 MK.2
Za svaki od navedenih pirotehnickih elemenata u tabelama 1 i 2, obavljeno je: - identifikacija karakteristika origi-nalnog resenja,
- definisanje takticko-tehnickih zah-
teva,
- definisanje nacina ispitivanja i kontrole proizvoda,
- konstruisanje i odabir materijala,
- osvajanje proizvodnje i specijalnih tehnologija,
- zavrsno ispitivanje,
- usvajanje u naoružanje,
- serijska proizvodnja za opremanje i izvoz.
Tabela 2
Osvojena pogonska punjenja i raketni motori pilotskih sedišta
Red. broj Naziv raketnog motora ili pogonskog punjenja Mesto ugradnje Izgled
1. KM 3340RU Prednje sediste MkYU10LB Jhir Щ ШШ
2. KM 3341RU Zadnje sediste MkYU10LB Ш ИНН
3. KM 3138RU Prednje sediste MkYU10J ШЩ
22Т2Ш
4. KM 3139RU Zadnje sediste MkYU10J ftufc — ШШ
5. PZ-M Sediste KM-1 Miga-21 \
6. PZ-AM Sediste K36-DM Miga-29
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1/2006.
17
Osvajanje proizvodnje
Posle identifikacije stranog resenja (utvrđivanje dimenzija, fizicko-hemijskih i balistickih karakteristika), definisani su takticko-tehnicki zahtevi i dozvoljena odstupanja pojedinih velicina. Na osnovu zahteva izvrseno je projektovanje doma-ćeg resenja, koje je, pored ostalog, mo-ralo da odgovara, i po izgledu i boji, stra-nom resenju.
U svim ovim aktivnostima su, sa ucesćem TN, i angažovani strucnjaci iz VTI, Fabrike „4. novembar“ - Mojko-vac, HK „Krusik“ - Valjevo i HI „MB“ -Lucani.
Identifikacija karakteristika raketnog motora pilotskog sedista na osnovu statičkih opita
Za potrebe ispitivanja raketnog motora pilotskog sedista korisćen je visekomponentni opitni sto [4], pomoću kojeg su utvrđeni podaci o prostornom rasporedu sila i momenata tokom rada raketnog motora [5]. Raketni motor, cije se performanse određuju, postavljen je na opitni sto cija je opsta konfiguracija prikazana na slici 2.
Sl. 2 — Ispitivanje raketnog motora pilotskog sedista
Uz opitni sto pridodata je i instalaci-ja za merenje pritiska i to, kako u komori raketnog motora, tako i u lancu pripale cija instalacija je sprovedena uz sam opitni sto (slika 2).
Određivanje vektora potiska raketnog motora izbacivog pilotskog se-dista podrazumeva određivanje inten-ziteta i napadne linije ovog vektora u funkciji vremena. Tokom rada raket-nog motora na opitnom stolu mere se tri komponente (Fx, Fy i Fz) glavnog vektora sistema FR(t) i tri komponente (Mx, My i Mz) glavnog momenta sistema M(t).
Radi određivanja intenziteta i pravca delovanja potiska izvrsen je ve-ći broj statickih opita sa originalnim i domaćim raketnim motorima pilotskih sedista [6]. Odgovarajućom obradom rezultata merenja za svaki opit određe-ni su totalni impuls rezultujuće sile, integral glavnog momenta i srednja vrednost ugla između glavnog vektora sila i momenta.
Tipicni dijagrami rezultujuće sile i momenta raketnog motora pilotskog se-dista u funkciji vremena prikazani su na slici 3.
2500 2000 1500 1000 500 0
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
Vreme [s]
Sl. 3 — Rezultujuća sila i moment raketnog motora pilotskog sedista
18
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1/2006.
U eksperimentima je dobijena zado-voljavajuća reproduktivnost rezultata, utvrđeno je da je ugao između glavnog vektora sile i momenta б = 90°. Među-tim, u realnim uslovima rada motora na opitnom stolu, usled gresaka merenja komponenti i karakteristika motora, do-bija se odstupanje ugla б od nominalne vrednosti. Utvrđeno je da se odstupanje ugla б u realizovanim opitima kretalo u granicama ±1°. Moment kolinearan sa centralnom osom sistema je zanemarljiv, sto omogućuje da se pilot pri katapultira-nju, tokom rada raketnog motora, ne obr-će oko pravca delovanja sile [7].
Razvoj domaćeg resenja pogonskog punjenja za ugradnju u raketni motor pilotskog sedista
Pri resavanju problema nije vrseno slepo kopiranje sastava stranog original-nog pogonskog punjenja već je definisa-no domaće pogonsko punjenje koje daje iste performanse kao u eksperimental-nom raketnom motoru. Projektovanje pogonskog punjenja obavljeno je tako sto su identifikovane karakteristike original-nog pogonskog punjenja (geometrijske, energetske i mehanicke), zatim su odre-đeni potisak i pritisak na statickim opiti-ma u eksperimentalnom motoru, koji pri-bližno odgovara originalnom raketnom motoru, i na osnovu tih karakteristika de-finisani pocetni zahtevi za domaće rese-nje pogonskog punjenja.
Domaće resenje pogonskog punjenja razvijeno je uhodanom procedurom sa domaćim sirovinama, postupkom pre-sovanja u alatima uz staticke opite za od-ređivanje brzine sagorevanja, karakteri-
zaciju pogonske materije i staticke opite u eksperimentalnom motoru.
Izvrsen je razvoj domaćih pogon-skih punjenja PZ-M i PZ-AM raketnih motora pilotskih sedista KM-1 aviona Mig-21, odnosno K-36DM aviona Mig-29. Izrađeni su eksperimentalni raketni motori (slika 4) cija unutrasnjost u pot-punosti odgovara originalnom raketnom motoru pilotskog sedista.
Eksperimentalni motor je konstrui-san tako da najvernije odslikava original-no resenje raketnog motora pilotskog se-dista, pri cemu je vođeno racuna da se mora koristiti u većem broju opita, kao i da bude pogodan za merenje potiska i pritiska.
Analizom stranog resenja utvrđeno je da potisak deluje pod određenim pro-stornim uglom u odnosu na osu motora, sto je ispostovano u resenju za eksperi-mentalni raketni motor.
Sl. 4 — Eksperimentalni raketni motor ERM
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1/2006.
19
Takođe, izrađeni su eksperimentalni motori koji su služili za ispitivanje brzine i zakonitosti brzine sagorevanja pogon-skog punjenja.
Određivanje brzine sagorevanja po-gonskih punjenja, vr{eno je na tempera-turama -30, 20 i 50°C u eksperimental-nim raketnim motorima FLS-2. Eksperi-menti su urađeni sa razlicitim vrednosti-ma koeflcijenta Kn (Kn predstavlja od-nos povr{ina protocnog preseka za pro-dukte sagorevanja u komori raketnog motora i kriticnog preseka mlaznika).
Zavr{na operacija izrade dvobaznog goriva, od koga se izrađuju barutna zrna, obavlja se ekstrudovanjem pomoću prese sa specijalnim alatom.
Na statickom ispitivanju pogonskog punjenja dobijene su reproduktivne vredno-sti izmerenih unutra{njebalističkih velicina, tako da su odstupanja izmerenih pojedinac-nih unutra{njebalistickih velicina za grupe opita na određenoj temperaturi, u okviru gre{ke merenja, i iznose približno 1%.
Ujednacenost rezultata izmerenih velicina najociglednija je na primeru iz-vr{enih opita prototipske partije pogon-skog punjenja [10] na normalnoj tempe-raturi (+20°C), pri cemu se ne uocavaju razlike za pogonska punjenja koja nisu prethodno maltretirana u odnosu na ona koja su podvrgnuta vibriranju, ve{tackom starenju i temperaturskom cikliranju. Do-maće pogonsko punjenje je reproduktiv-no, stabilno i nije osetljivo na vibracije i ocekivane eksploatacione uslove u budu-ćoj primeni.
Domaće pogonsko punjenje je male temperaturske osetljivosti, za razliku od originalnog re{enja pogonskog punjenja kod koga je odstupanje pojedinih velicina utvrđeno merenjem na temperaturama +50°C i -30°C [9].
Dobijene vrednosti unutra{njebali-stickih velicina na statickim opitima sa domaćim pogonskim punjenjem, kao {to su vreme rada raketnog motora, maksi-malni pritisak, integral pritiska i potisak su unutar granica koje defini{e rezultat statickog ispitivanja originalnog, stranog, pogonskog punjenja. To se može jasno uociti na zajednickom dijagramu za poti-sak (slika 5), na kome su dati rezultati statickog ispitivanja tipicnih dijagrama originalnog pogonskog punjenja na tem-peraturi -30°C i +50°C i u isto vreme re-zultati ispitivanja domaćeg pogonskog punjenja na istim temperaturama.
ЗИ0 _ 3000 ™ 2500 “ 2000 3 1500 5 1000 500
ORIGINAL -30 C ORIGINAL +50 C
--NGR-121 +50 0 --NGR-121 -30 0
Sl. 5 — Uporedni prikaz izmerenogpotiska na statickim opitima domaćeg i originalnog pogonskog punjenja PZ-AM
Manji eksponent pritiska u izrazu za brzinu sagorevanja dvobaznog raketnog goriva i manja temperaturska osetljivost razvijenog domaćeg pogonskog punjenja u odnosu na strano re{enje, omogućava ujednaceniji i bezbedniji rad raketnog motora pilotskog sedi{ta.
Doprinosi u projektovanju i
konstruisanju
Identifikaciona ispitivanja original-nih uzoraka piropatrona, pogonskih pu-njenja i raketnih motora pilotskih sedi{ta
20
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1/2006.
omogućila su definisanje pocetnih taktic-ko-tehnickih zahteva za razvoj domaćih resenja, a analiza ugrađenih materijala i pirotehnickih elemenata originalnih delo-va omogućila je konstruisanje i izradu eksperimentalnih raketnih motora za rea-lizaciju statickih opita provere unutra-snje-balistickih karakteristika. Dobijeni rezultati sa domaćim resenjima, ukazuju da je u nasim uslovima moguće proizvo-diti piropatrone, pogonsko punjenje i ra-ketne motore pilotskih sedista zadovolja-vajućeg kvaliteta, za avione Orao, G4, Mig-21, Mig-29 i druge.
Masa, oblik i dimenzije, kao i fizic-ka, mehanicka, energetska i kineticka svojstva domaćih resenja pirotehnickih elemenata pilotskih sedista obezbeđuju zahtevane balisticke performanse, pri ce-mu je postupak proizvodnje bezbedan, a proizvod potrebnog kvaliteta i reproduk-tivnosti.
Znacaj osvajanja proizvodnje piropatrona, pogonskih punjenja i raketnih motora pilotskih sedista je velik, jer ze-mlju oslobađa uvozne zavisnosti.
Ekonomski znacaj je u tome sto su ostvarene ustede. Troskovi razvoja i opre-manja sa domaćim pirotehnickim elemen-tima pilotskih sedista su niži od troskova uvoza originalnih komponenti (sl. 6) [3].
□ razvoj Bopremanje
Sl. 6 — Upoređenje troskova:
1 — domaći razvoj i opremanje i 2 — uvoz
Zaključak
Osvajanje proizvodnje piropatrona, pogonskih punjenja i raketnih motora iz-bacivih pilotskih sedista, u otežanim uslovima, uz primenu svih procedura i kriterijuma za prijem sredstava NVO, koje propisuju postupci razvoja i osvajanja u Ministarstvu odbrane, Upravi za odbrambene tehnologije, ukazuje da je moguće ostvariti sopstveni razvoj i proiz-vodnju i najsloženijih sredstava.
Osvajanje proizvodnje postupkom kopiranja je svrsishodan metod i opravdan u datim okolnostima. Dobijeni proizvodi NVO omogućuju zadovoljenje domaćih potreba i eventualni izvoz. Nije potrebno obezbeđenje posebnih sredstava za uvoz.
Na ovaj nacin domaća namenska in-dustrija osvaja nove tehnologije i metode ispitivanja. Primena navedene metodolo-gije osvajanja omogućuje osvajanje proizvodnje i za proizvode sa civilnog tržista.
Literatura:
[1] Mark Hewish, Bringing safety down to earth, Janes inter-nacional, defense review, N°5, pp. 48-53, 1999.
[2] Winn, A., Fast exit, FLIGHT Internacional, 18-24 June, pp. 56-60, 1997.
[3] Savković, M.: Razvoj raketnih motora i piropatrona pilotskih sedista i piropatrona opste namene u vazduhoplovstvu, Program realizacije VTI-03-01-0321, 1994., str. 56.
[4] Lazić, R., Petrić, A.: Primena savitljivih elemenata u ispitivanju raketnih motora, NTP, Vol XXXIV, br. 2, pp. 19-28, 1984.
[5] Savković, M.: Određivanje potiska raketnog motora pilotskog sedista na visekomponentnom opitnom stolu, NTP, Vol XLVII, br. 3., pp. 17-20, 1997.
[6] Nenadović, Lj.: Rezultati ispitivanja PP raketnih motora pilot-skih sedista MB na visekomponentnom stolu, Izvestaj VTI-03-01-0386, Beograd, 1997.
[7] Savković, M., Analiza kretanja pilotskog sedista u pocetnom pe-riodu katapultiranja, NTP, Vol XLVIII, br. 4, pp. 17-20, 1998.
[8] Serdarević, D.: Ispitivanje prototipske partije pirotehnickog punjenja pirorezaca R-4, Elaborat VTI-02-01 -0838, Beograd, mart 2004.
[9] Kapor, V.: Rezultati identifikacionog ispitivanja originalnog po-gonskog punjenja PZ-AM (serije 2-89) raketnog motora pilot-skog sedista K-36DM, Elaborat VTI-04-01 -0191,2000., str. 68.
[10] Kapor, V.: Raketni motor pilotskog sedista K-36DM, Razvoj prototipske partije pogonskog punjenja PZ-AM (NGR-121), Elaborat VTI-04-01 -0334, 2003., str. 98.
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 1/2006.
21
