PERANCANGAN IGNITER UNTUK MOTOR ROKET
PADAT RX 420/4000
Sukandi Nasir Rohlll
Peneliti Pusat Teknologi Wahana Dirgantara, LAPAN

ABSTRACT
Igniter is a rocket c o m p o n e n t with t h e function of providing activated energy to
the surface of solid propellant in the b u r n i n g c h a m b e r of the rocket motor. Igniter
design needs overall d a t a of t h e rocket especially initial free volume and stable
combustion p r e s s u r e of t h e propellant. The properties of either primer or main charge
especially its density and fraction of condensed particles of it combustion p r o d u c t s are
also needed. This paper p r e s e n t s the design of igniter for R X - 4 2 0 / 4 0 0 0 solid rocket
with wagon wheel - cylinder d u a l configuration. The design result gives d a t a as follows
main-case length - 302.6 mm, diameter = 52 m m ; main charge weight of 338.31 g;
volume = 2 1 2 . 1 9 cc a n d nozzle throat area = 12.6 m m 2 ; the intermediate case of 200
mm length; 30 mm diameter with black powder weight - 310.87 g a n d volume of
141.37 cc, t h e overall length of igniter included stick of 402.6 mm
ABSTRAK
Igniter m e r u p a k a n komponen roket yang berfungsi memberikan energi aktivasi
pada p e r m u k a a n propelan p a d a t di dalam r u a n g bakar motor roket. Perancangan
igniter memerlukan d a t a spesifikasi roket secara menyeluruh a n t a r a lain, adalah
Initial free volume d a n t e k a n a n r u a n g bakar stabil u n t u k propelan terkait. Sifat-sifat
bahan isian igniter-pun diperlukan terutama densiti dan fraksi condensed particles dari
hasil p e m b a k a r a n n y a . Pada m a k a l a h ini, perancangan igniter tipe pirogen dirancang
u n t u k motor roket diameter 4 2 0 m m dengan panjang 4 0 0 0 m m y a n g m e n g g u n a k a n
bataiig propelan konfigurasi ganda uxigon wheel - silinder. Adapun hasil rancangan
igniter adalah sebagai b e r i k u t : panjang tabung utama = 302,6 mm dan diameter - 52 mm
memakai main charge dengan berat *• 388,31 gram, volume 212,19 c m 3 serta luas
kerongkongan nosel * 12,6 mm 2 . T a b u n g menengah dengan panjang * 2 0 0 mm dan
diameter - 30 mm, m a k a berat black powder yang digunakan = 3 1 0 , 8 7 gram dengan
volume = 141,37 cc. Panjang keseluruhan igniter dengan tangkai pemegangnya = 402,6 m m .
Kata kunci: Igniter, Motor roket, RX 420/4000
1

PENDAHULUAN

Tidak seperti p a d a propelan cair
hipergolik yang d a p a t terbakar dengan
energi aktivasi akibat t u b r u k a n a n t a r a
fitel d a n ohsidizer-nyfr, m a k a pada propelan padat dan cair non hipergolik akan
memerlukan igniter u n t u k menyalakan
propelan tersebut. Karena banyaknya
macam/jenis propelan yang berbeda, di
antaranya: komposisi, panjang, diameter
dan konfigurasi batang propelan masingmasing, yang a k a n b e r h u b u n g a n dengan
jenis roket (roket Umiah atau senjata)
serta daya j a n g k a u atau terbangnya,
maka igniter yang akan dipakai akan

berbeda pula dalam bentuk, u k u r a n dan
k e k u a t a n bakar t e r h a d a p propelannya.
Oleh k a r e n a itu u n t u k menyesuaikan
igniter y a n g akan dipakai, m a k a perlu
dilakukaii perancangan. Perancangan ini
a k a n memerlukan beberapa data baik
dari propelan yang a k a n digunakan
m a u p u n sistem propulsinya. Dari hasil
perancangan diharapkan api yang keluar
dari igniter akan menyebar ke permukaan
propelan d a n d a p a t menjangkau j a r a k
j a n g k a u yang sesuai dengan keinginan.
Dari hasil p e r a n c a n g a n ini dilakukan
percobaan-percobaan baik secara simulasi
atau uji fisik sehingga nantinya akan
didapat igniter sesuai yang diharapkan.
75

2

TINJAUAN PUSTAKA

Igniter m e r u p a k a n s u a t u sistem
penyala awal yang dipakai u n t u k menyalakan propelan p a d a t a t a u cair non
hipergolik. Igniter itu h a r u s menyediak a n energi aktivasi yang c u k u p besar
agar propelan d a p a t terbakar. Untuk
m e n d a p a t k a n energi aktivasi yang besar,
m a k a diperlukan c a m p u r a n b a h a n b a h a n kimia d a n t a b u n g igniter yang
sesuai dengan fungsinya masing-masing.
Ada tiga tipe igniter yang u m u m n y a
dipakai, yaitu p e r t a m a adalah tipe sed e r h a n a d a n m u d a h dalam pengerjaannya, seperti tipe t a b u n g model k a n t o n g /
bag (Gambar 2-la), kaleng/can (Gambar
2-lb), Jelly roll (Gambar 2-lc) atau
pyrocore (Gambar 2-Id) yang biasanya
dipakai u n t u k m e n y a l a k a n motor roket
kecil berdiameter 2,75 inci sampai 5 inci
(seperti roket u n t u k p e r t a h a n a n a t a u
artileri). Urutan penyalaannya sederhana,
yaitu
dari pematik api (impuls listrik)
menyalakan squib, b a h a n inisiator d a n
b a h a n penyala u t a m a (main charge) d a n
langsung membakar permukaan propelan
tanpa a d a pengontrol energi p a n a s yang
terpancar, k e d u a adalah tipe basket
(Gambar 2-le), tipe t a b u n g b e r l u b a n g /
perforated tube type( G a m b a r 2-If) yang
banyak digunakan u n t u k roket-roket
cuaca, roket senjata (misil), atau u n t u k
keper-luan m e l u n c u r k a n satelit d a n
ketiga adalah tipe pirogen/pyrogen type
(Gambar 2-lg) yang b a n y a k p u l a digunak a n u n t u k meluncurkan satelit atau
mengatur gerak satelit. Ketiga tipe tersebut

76

mempunyai bentuk/struktur yang berbeda
dan disesuaikan dengan misinya masingmasing. Tetapi alur penyalaannya boleh
dikatakan h a m p i r s a m a (Gambar 2-2),
yaitu mulai dari p e n c e t u s nyala awal
(inisiator), yang terdiri dari squib d a n
c a m p u r a n b a h a n kimia primer, penyala
tengah/ intermediate charge dan penyala
u t a m a / main charge d a n a k a n menimbulk a n s e m b u r a n nyala api yang c u k u p
besar d a n k u a t (besar kalori/detik)
u n t u k akhirnya m e m b a k a r permukaan
propelan. Squib merupakan kawat filament
yang terbuat dari b a h a n tungsten,
nikelin, t e m b a g a a t a u lainnya sedangkan
campuran bahan kimia primer seperti
Mercuri fulminate 28 %, Kalium Perkhlorat
sebagai oksidator sebanyak 14 %, Stibium
Sulfida sebagai fuel sebanyak 21 %,
Ground Glass sebagai aditif sebanyak 35 %
dan Shellac sebagai perekat sebanyak 2 %.
C a m p u r a n b a h a n kimia u n t u k penyala
tengah/ intermediate charge biasanya terbuat dari black powder yang m e r u p a k a n
c a m p u r a n dari Kalium Nitrat 60-80 %,
Belerang 10-25 % d a n Karbon 10-20 %.
Bila p e n e r b a n g a n dalam tekanan luar
yang rendah biasanya ditambah dengan
u n s u r / s e n y a w a logam. Pada penyala
u t a m a / main charge biasanya dipakai
propelan dalam bentuk bubuk, selongsong
a t a u pellet.
Umumnya, pemakaian igniter dil a k u k a n d a l a m s a t u kali penyalaan
dengan c a m p u r a n b a h a n kimia d a n
t a b u n g yang sesuai dalam misi penerbangannya.

77

Gambar 2-le: Jenis igniter basket (basket igniter)

Scuib.

^oiiet

^erforoted basket

Gambar 2-lf: Jenis igniter tabung berlubang {perforated igniter)

%

3

PERANCANGAN IGNITER

Perancangan igniter ini a k a n dipakai u n t u k propelan komposit HTPB
(Hidroxy
Therminated
Poly Butadiene)
berdiameter 40 mm, berkonfigurasi ganda
wagon wheel - cylinder d e n g a n panjang
batang wagon wheel = 900 mm d a n
panjang b a t a n g silinder = 3 1 0 0 m m .
3.1 Kompilasi R u m u s
Ada b e b e r a p a r u m u s u m u m yang
akan dipakai dalam p e r a n c a n g a n sistem
penyala (igniter) p a d a motor roket p a d a t
ini dalam p e r h i t u n g a n nantinya, adalah
a. Berat isian igniter
(3-1)

79

3.2 Perhitungan

Jari-jari kerongkongan

= 72 mm seperti

Karena sistem penyala igniter ini
a k a n digunakan u n t u k motor roket
menengah besar, m a k a digunakan bentuk
tabung igniter tipe pirogen yang terdiri
dari t a b u n g inisiator yang berisi primary
charge, t a b u n g k e d u a di sebelah luarnya
dengan diameter lebih besar lagi berisi
intermidate charge a t a u booster charge,
d a n t a b u n g ketiga (tabung utama) yang
paling besar d a n paling luar berdiametern y a berisi main charge serta menyerupai
s e b u a h motor roket mini.
Dari d a t a propelan didapat:
• Komposisi propelan: Amonium Perkhlorat = 72 %, HTPB = 12 %, Bubuk
Aluminium = 16 %.
• Kecepatan
pembakaran
propelan/
burning rate (r) = 8 m m / d e t i k p a d a 70
atmosfer dengan n - 0 , 3 1 .
• S u h u nyala propelan (T p ) = 3650°K
p a d a 70 atmosfer
• Berat J e n i s (Densitas propelan) (p) =
1,83 g/cm3.
• Massa molekul r a t a - r a t a gas hasil
p e m b a k a r a n (M) = 30,4 g/gmol
• Fraksi partikel terkondensasi (o) = 0,37
(diperkirakan dari gas hasil pemb a k a r a n dengan p e m a k a i a n oksidator
AP = 72 %)
• Cp/Cv = x= 1,1315
• Tekanan p e m b a k a r a n b a h a n isian
tabung utama/paling luar (Pig) diasumsik a n 0,3 % dari t e k a n a n p e m b a k a r a n
propelan dalam motor roketnya (Pc).
Untuk Pc = 70 atmosfer, m a k a t e k a n a n
igniter (Pig) a t a u t e k a n a n p e m b a k a r a n
stabil propelan = 21 atmosfer.
Total panjang b a t a n g propelan =
4000 mm dari panjang b a t a n g wagon
wheel = 900 mm d a n panjang batang
silinder = 3100 m m . Banyak lengkungan
wagon wheel = 4
Jari-jari luar propelan
= 189 mm
Jari-jari luar mandril
= 139 mm
Jari-jari kelengkungan = 50 mm
Jari-jari dalam propelan = 122 mm
Jari-jari silinder
= 72 mm

Gambar 3 - 1 : Penampang Propelan wagon
u>hee/-silinder 4 2 0 / 4 0 0 0 m m
3 . 2 . 1 Perhitungan pada tabung utama

igniter
• Volume r u a n g kosong {Free volume)
Volume r u a n g kosong diluar
t a b u n g igniter adalah volume r u a n g
kosong r u a n g motor roket yang tidak
berisi propelan (volume port). Untuk roket
berdiameter 4 2 0 m m dengan panjang
batang propelan wagon wheel = 900 mm
d a n silinder 3100 mm adalah:
Volume r u a n g kosong wagon wheel d a n
silinder = 40491,68 cm 3 + 50486,67 cm 3 =
9 0 9 7 8 , 3 5 c m 3 = 90,98 d m 3 = 90,98 liter.
• S u h u p e m b a k a r a n igniter (Tig)
Dengan diketahui Pig = 21 atmosfer,
Tc = 3650° K p a d a Pc = 70 atmosfer d a n
dengan m e m a k a i ramus 2-5 diperoleh
harga Tig = 3573,40 K.
• Berat isian t a b u n g luar igniter (berat
main charge)
Dengan m e n g g u n a k a n ramus 2-1
didapat harga Wig (berat isian igniter atau
berat main charge) = 353,01 gram. Harga
ini perlu ditambah 10 % lagi, jadi berat
isian igrater sekarang = 388,31 gram.
• Volume b a h a n isian p a d a t a b u n g luar
igniter (volume main charge)

"3"

81

lagi perhitungan dengan cara yang sama
seperti perhitungan pada tabung utama,
hanya dengan ukuran yang berbeda.
Hasil perhitungan luas nosel di ambil
sama dengan luas jumlah lubang yang
diameternya telah direncanakan diameternya.
Tabung igniter ini akan dipasang
dibagian muka (cap) motor roket bukan
didekat nosel, maka perlu ditambah lagi
dengan pemegang (stick) dan ulir serta
penutup. Untuk menghasilkan semburan
nyala api yang optimal, maka perlu
dilakukan perhitungan lagi. Dari hasil
perhitungan, panjang pemegang/dudukan
tabung penyala utama dan dudukan
igniter menjadi 100 mm. Dengan demikian
panjang seluruh tabung igniter sama
dengan 402,6 mm seperti terlihat pada
Gambar 4-1 dan jarak ini adalah kira-kira
setengah panjang batang propelan wagon
wheel (900 mm). Dengan demikian
diharapkan nyala api sampai ke daerah
batang propelan silinder.
Pada Gambar 4-1 terlihat dudukan
igniter (1) yang terbuat dari bahan baja

ST 37 dengan diameter = 50 mm dan
panjang = 18 mm serta pegangan/stik
dudukan tabung panyala u t a m a (2)
dari bahan baja ST 37 dengan diameter =
40 mm dan panjang = 82 mm, sehingga
panjang keseluruhan = 1 0 0 mm. Tabung
penyala menengah (3) terbuat dari paduan
aluminium dengan diameter = 30 mm
dan panjang 200 mm. Dudukan tabung
penyala utama (4) terbuat dari paduan
aluminium dengan diameter = 52 mm
dan panjang 20 mm. Tabung penyala
utama (5) dengan diameter = 52 mm
dan panjang = 302,6 mm. Sedangkan
luas kerongkongan nosel pada tabung
penyala utama = 12,6 mm 2 terbuat dari
paduan aluminium.
Perancangan ini khusus dilakukan untuk motor roket 420/4000 mm
dengan menggunakan propelan konfigurasi ganda wagon wheel - silinder dan
merupakan perancangan awal igniter
tipe pirogen/tipe nosel. Oleh karena itu
perlu diadakan lagi percobaan-percobaan
baik lewat simulasi dan uji statik, agar
nantinya didapat hasil yang optimal.

Gambar 4-1: Gambar rancangan tabung igniter untuk motor roket 420/4000 mm

:-82

5

PENUTUP

Dari hasil p c r a n c a n g a n disimpulkan bahwa p e r a n c a n g a n ini m e r u p a k a n
perancangan awal igniter u n t u k dapat
digunakan membakar propelan berkonfigurasi ganda wagon wheel - sUinder
yang panjangnya = 4 0 0 0 mm dengan
panjang wagon wheel • 9 0 0 mm d a n
panjang silinder = 3 1 0 0 m m . Dengan letak
tabung igniter p a d a j a r a k 4 0 2 , 6 mm di
bagian m u k a t a b u n g motor roket, m a k a
diharapkan s e m b u r a n api yang keluar
dari igniter d a p a t m e m b a k a r seluruh
permukaan dalam propelan.

DAFTAR RU JUKAN
Daevenas, Alain, 1993. Solid Rocket
Propulsion
Technology,
Pergamon
Press, Edisi k e - 1 , New York, USA.
—, 1980. Pyrotechnics, Nichiyu Giken
Kongyo Co.Ltd
Lo Fiego, Louis, 1968. Practical Aspects
of Igniter Design, Western States
Section, USA.
Sutton, George. P., 1980. Rocket Propulsion Elements, J o h n Willey a n d
Sons, New York, USA.

.