ROKETSAN'da ömür çalışmaları ROKETSAN'da ömür çalışmaları

ROKETSAN'da ömür çalışmaları

ROKETSAN'da ömür çalışmaları

01/04/2020 10:23

ROKETSAN mühendisleri yazdı: “ROKETSAN’da Yürütülmekte Olan ve Gelecekte Hedeflenen Mühimmat Ömür Sağlığı Çalışmaları”
BU HABERİ
PAYLAŞ

ROKETSAN tarafından altı ayda bir yayımlanan “ROKETSAN Dergi”nin 16. sayısında, ROKETSAN’ın Enerjik Sistemler Ömür Belirleme Teknolojileri Biriminden Mühendis Tuğra Balcı, Kıdemli Uzman Mühendis Nihan Zülay Demirkaya ve Yönetici Mühendis L. Sercan Turhan Şamiloğlu’nun ROKETSAN’daki mühimmat ömür sağlığı çalışmaları hakkındaki yazısına yer veriliyor.

“ROKETSAN Dergi”nin 16. sayısına, mobil uygulamamızın dergi bölümünden ücretsiz olarak ulaşabilirsiniz.

Dergide yer alan “ROKETSAN’da Yürütülmekte Olan ve Gelecekte Hedeflenen Mühimmat Ömür Sağlığı Çalışmaları” başlıklı yazıyı, takipçilerimize sunuyoruz:

Roket, füze ve her türlü diğer mühimmat sistemlerinde kullanılan yakıt, patlayıcı, ateşleyici vb. enerjik malzemeler ile diğer ömürlü malzemeler zamanla yaşlandığı için üretim sonrası özelliklerini kısmen veya tamamen kaybetmektedir.

Bu malzemelerin yaşlanması sonucu mühimmatta; emniyet, performans ve güvenilirlik açısından sorunlar oluşabilmektedir. Bu durum, mühimmatın servis ömrünün kısalmasına, hatta belli durumlarda sonlanmasına sebep olmaktadır (Şekil 1).

Başta enerjik malzemeler olmak üzere ömürlü malzemelerin yaşlanmasından kaynaklanan ve mühimmat sağlığını olumsuz etkileyebilen nedenlerin önceden belirlenmesi, mühimmat kullanım ömrünün tahmin ve takip edilmesi sistem ömür devri yönetimi açısından büyük önem arz etmektedir.

Mühimmat Servis Ömrünü Etkileyebilecek Hata Tipleri

Katı yakıtlı roket motoruna sahip roket ve füze sevk sistemlerinde operasyon ve/veya depolama esnasında karşılaşılabilecek olası bazı hata tipleri aşağıda sıralanmıştır:

1. Yakıtta meydana gelen sarkma nedeniyle yakıt parçalarının kopması ve ateşleme sırasında lüleyi tıkaması

2. Yakıt geometrisinde şekil değişikliği, yarık veya çatlakların oluşması nedeniyle ateşleme esnasında basıncın artarak motorun patlatması

3. Motor-yalıtım-yakıt arayüzünde ayrılma meydana gelmesi

Operasyon esnasında meydana gelen hata durumuna örnek olarak 1997 yılında infilak eden Delta II Mission 241 gösterilebilir. Delta II, fırlatılışından 12,5 sn sonra havada infilak etmiştir (Şekil 2). NASA mühendisleri olayın sebebi olarak, motor gövdelerinin alt kısmında taşıma esnasındaki titreşim nedeniyle meydana gelen ve aşırı yüklerden kaynaklanan bir hata olabileceğini değerlendirmiştir.

Depolama esnasında meydana gelen kaza durumu için 1944 yılında İngiltere’de RAF Fauld mühimmat deposunun patlaması örneği verilebilir. Bu patlama, dünyadaki en büyük nükleer olmayan patlamalar arasında yer almaktadır. Yaklaşık 4000 ton patlayıcı ve 500 milyon mermi infilak ederek 91 metre derinliğinde ve 250 metre çapında krater oluşturmuştur [6]. Maalesef günümüzde de bu tarz kazalar yaşanmaktadır. Bir mühimmat deposunda meydana gelen kaza ve yıkıcı sonuçları Şekil 3’te verilmiştir.

Yapısal hatalar ve yaşlanmadan kaynaklı güvenlik kayıplarının yarattığı zafiyet; ateşleyici, sızdırmazlık elemanı, gövde, yakıt, yalıtım, patlayıcı, pil vb. tüm ömürlü parçalar için geçerlidir. Bu sebeple, ömürlü tüm alt bileşenler için ömür belirleme ve takip süreçlerinin bilimsel temellere dayanarak incelenmesi gerekmektedir.

Roketsan’da Mevcut Ömür Çalışmaları

Yakıt komplesi, roket ve füze sistemlerinin ömür sağlığının takibi açısından belki de en büyük öneme sahip enerjik alt sistemdir. Kimyasal bozunma ve mekanik yükler sebebiyle yakıt yapısal bütünlüğü değiştiği için yakıt kompleleri sınırlı servis ömrüne sahiptir. Bu kapsamda, Roketsan’da tasarım aşamasında ömür belirleme, kullanım esnasında ömür durum tespiti ve servis ömrü sonrasında ömür uzatımı çalışmaları yapılmaktadır. Bu amaçla yakıt numunelerinin hızlı yaşlandırılması ile yaşlanma kinetiği modellendikten sonra yakıt komplesi seviyesinde tahribatlı ve tahribatsız testler yapılmaktadır. Yakıt Yapısal Analiz ve Test Birimi’nin yürüttüğü “ana eğri”yi esas alan yapısal analizler ve güvenlik marjı çalışmaları için yakıtların detaylı mekanik, fiziksel ve termal özelliklerine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu testler için yakıt komplelerinden torna, giyotin, panç vb. ekipmanlar kullanılarak arayüz ve test numuneleri hazırlanmaktadır.

Roketsan’da mevcut Kimyasal Test ve Malzeme Karakterizasyon Laboratuvarlarında kimyasal, mekanik, fiziksel, termal testler ve hassasiyet testleri gerçekleştirilmekte ve kromatografi, termal ve mekanik test ekipmanları yardımıyla yakıtın yaşlanmasına etki eden faktörler ile yaşlanma sonucu değişen özellikler analiz edilmektedir. Radyografik ve ultrasonik muayeneler, çevresel ve statik testler ile yakıt ve motor komplesi özelinde bütünleşik ömür durumu belirleme çalışmaları tamamlanmaktadır (Şekil 4).

Roketsan’da yürütülen ömür belirleme ve durum tespiti çalışmaları; geleneksel, kabul gören, güvenilir ve standartlara uygun olarak ele alınan bir yaklaşım içermektedir. Ancak yapılan tahribatlı ve tahribatsız testler göz önüne alındığında yüksek maliyet ve işçilik yükü sebebi ile dezavantajları olduğu söylenebilir. Bunun yanı sıra mühimmatın taşınma, depolanma ve operasyon koşulları esnasında maruz kaldığı titreşim, sıcaklık, nem vb. etkenler nedeni ile meydana gelebilecek hataların tespit edilmesi ve emniyeti ihlal edebilecek hataların önüne geçilmesi için ömür durumlarının sürekli anlık olarak izlenmesi gerekmektedir. Böylelikle maruz kalınan çevresel koşulların ve yüklerin neden olabileceği kimyasal ve mekanik yaşlanma belirtileri anında görülebilir. Öte yandan, anlık koşulların ve etkilerin izlenememesinden dolayı özellikle ömür durum tespiti ve uzatımı süreçleri için gerekli, ilgili mühimmat kafilesini temsil eden uygun numune seçimi de isabetli biçimde yapılamamaktadır (Şekil 5).

Mühimmat Sağlığının Anlık Olarak Takip Edilmesi

Günümüzde ömür belirleme süreçlerinin hızlı yaşlandırma çalışmalarında, ömür durum tespiti ve ömür uzatım süreçlerinde maruz kalınan koşulların belirlenmesinde ve yaşlanmaya bağlı malzeme davranışının takip edilmesinde sensör ve veri kaydediciler ile anlık takip sistemleri kullanılmaktadır. Bu kapsamda 2015 yılında İtki Sistemleri Tasarım Birimi’nin koordinasyonuyla gömülü sensörler ile yakıt kompleleri hızlı yaşlandırılarak ve termal çevrimlere maruz bırakılarak yakıt üzerindeki gerilim ve sıcaklık değişimleri takip edilmiştir (Şekil 6. a.). 2018 yılında ise Katı Yakıt Teknolojileri Birimi çeşitli gömülü sensörler kullanarak yakıt olgunlaşmasının takibine yönelik çalışmalar başlatmıştır (Şekil 6. b.).

Depolama, taşınma ve operasyon süreçlerinin takibi, mühimmattaki ömürlü malzemelerin yaşlanma verilerinin toplanması ve bu verilerin analiz edilip değerlendirilmesi için daha kapsamlı çalışmaların planlanması ve faaliyete alınması önem arz etmektedir. Bu kapsamda Enerjik Sistemler Ömür Belirleme Teknolojileri Birimi tarafından oksijen, nem, sıcaklık, titreşim vb. etkilerin yakıtın yaşlanması üzerindeki etkisini değerlendirmek için sensör teknolojilerine dayalı analog yakıt kompleleri ile ömür belirleme çalışmalarına başlanması planlanmaktadır. Literatür araştırmaları sonucunda ömür belirleme, durum tespiti ve uzatım çalışmalarında kullanılabilecek sensör tipleri Tablo 1’de verilmektedir.

Yakıt komplelerine monte edilen sensörler ile yakıt üzerindeki değişimlerin ölçümü takip edilebilmekle birlikte sandık, pod veya kapak üzerine takılan veri kaydediciler ile de çevresel faktörler kayıt altına alınabilmektedir. Sistem üzerinden sensörler ve veri kaydediciler ile takip edilen bilgilerin sistemin performans ve güvenilirlik üzerine etkisinin testler ve analizlerle doğrulanması gerekmektedir (Şekil 7).

Anlık veri takip sistemi sayesinde klasik yöntemlerde yer alan testlerin azaltılmasıyla daha ekonomik ve devamlı veri kaydının alınmasıyla daha güvenilir ve emniyetli mühimmat ömür sağlığı yaklaşımı elde edilmektedir. Böylece tasarımcı ve müşteri memnuniyeti birlikte sağlanmaktadır.

Analog motor seviyesindeki çalışmalar ile yöntem geliştirildikten sonra her bir sistem için sadece veri toplamak ve değerlendirmek için üretilen şahit numune üzerine sensör ve veri kaydedicilerin yerleştirilmesi ile, gerçek koşullarda mühimmatın ömür sağlığı takibi yapılabilecektir. Böylelikle ömür durum tespiti ve uzatımı için uygun kafile seçimi de güvenilir hâle gelecektir (Şekil 8).

Mühimmat ömür sağlığı tüm dünyada farkındalığı artan bir konu olup NATO bünyesinde “Applied Vehicle Technology” gruplarında çalışılmaktadır. Roketsan, AVT-292 “Munition Health Management” grubuna teknik üye olarak katılım sağlamaktadır. AVT-292 faaliyetleri kapsamında 7-11 Ekim 2019 tarihlerinde Brüksel NATO Genel Merkezi’nde gerçekleştirilen teknoloji gösteriminde, Roketsan’ın mühimmat ömür sağlığı çalışmaları poster ve video sunumları ile anlatılmıştır (Şekil 9).

Değerlendirme

Mühimmat ömür durum takibi konusunda dünya genelinde karşılaşılan ve karşılaşılabilecek sorunların çözümleri adına çeşitli çalışmalar yapılmaktadır. Mühimmat ömür durum tespiti ve uzatım faaliyetlerini güvenlik ve güvenilirlik açısından ileriye taşımak adına anlık veri takibi gündemde olan bir konudur. Roketsan mühendisleri, güncel çalışmaları yakından takip etmekte ve bu yenilikçi teknolojileri Roketsan’a kazandırmak için çalışamalar planlamaktadır. Yenilikçi teknolojiler ile ömür sağlığı takibinin doğruluğunun artacağı ve toplam ömür devri maliyetinin kayda değer miktarda azalacağı öngörülmektedir.