INTERNAL AND TRANSITIONAL BALLISTIC SOLUTION FOR SPHERICAL AND PERFORATED PROPELLANTS AND VERIFICATION WITH EXPERIMENTAL RESULTS

Silah tasarımında iç balistik problem çözümünün yanında geçiş balistiği probleminin de çözümü gerekmektedir. Silahın tasarım safhasında öncelikle seçilerek karar verilmesi gereken parametreler barutun kimyasal yapısı ve dane geometrisidir. Barutun dane geometrisi, genel olarak; küresel, silindirik veya çok delikli silindirik olabilmektedir. Bu çalışmada, temel iç balistik denklemi oluşturan Résal eşitliği küresel ve tek delikli barut dane geometrisi için Runge Kutta metodu kullanılarak çözülmüştür. Tipik bir silahın tasarımında temel girdiler; barut kimyasal yapısı, barut dane geometrisi, mermi kütlesel değerleri ve namlu geometrisinden oluşmaktadır. Namlu boyunca, namlu içinde basınç dağılımı, merminin lineer ve teğetsel hız değişimi zamana bağlı olarak hesaplanmaktadır. Bu hesaplamalarda, mermi ve namlu arasındaki sürtünme kuvveti ile namlu içinde merminin haraketine karşı yiv ve setlerin yarattığı direnç kuvveti de göz önüne alınmaktadır. Hesaplamalar sonucunda, namluda ısı transferi ve barutun kendi kendine tutuşması gibi problemlerin çözümü için gerekli termodinamik ve ısı transferi parametreleri de elde edilmektedir. Namluların ömür probleminin çözümü için atış sırasında namlu iç yüzeyinde meydana gelen aşınmanın da hesabı gerekmektedir. Oluşturulan modelde namlu aşınması hesaplanabilmektedir. Namlunun tasarımının yapılabilmesi için iç balistik problemin çözülmesi yeterli olmamakta, mermi namluyu terk ettikten sonra oluşan geçiş balistiği problemininde çözümü gerekmektedir. Universal silah tasarım problemlerinin çözümü için "AKÇAY İç Balistik" bilgisayar kodu geliştirilmiştir. Elde edilen teorik sonuçlar, MKE Atış Poligonunda 7.62x51 mm M80 fişekleri ile yapılan test sonuçları ve literatürde mevcut test sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Teorik ve deneysel sonuçlar arasındaki uyum gayet tatminkârdır

KÜRESEL VE ÇOK DELİKLİ BARUTLAR İÇİN İÇ BALİSTİK VE GEÇİŞ BALİSTİĞİ PROBLEMLERİNİN ÇÖZÜMÜ VE DENEYSEL SONUÇLAR İLE KARŞILAŞTIRILMASI

The solutions of internal ballistics in addition with the transitional ballistic equations are very important for gun design. During the design phase of a gun, some of the main parameters decided on are the selection of the propellant chemical structure and the grain geometry which may be spherical, tubular or multi perforated tubular. In this study, the Résal equation, which is one of the basic internal ballistic equations, is solved by means of Runge Kutta method for spherical and perforated propellants. The propellant chemical structure, propellant geometry, projectile mass properties and barrel geometry are the main inputs for a typical gun design. The pressure distribution and the linear and tangential velocity of the projectile in the barrel are predicted depending on time along the barrel length. The friction force between barrel and projectile, resistance force created by the rifling against the motion of projectile are taken into consideration. Thermodynamic and heat transfer parameters required in order to solve heat transfer problems of barrel such as cook-off problem are also obtained. The calculation of erosion at the inner surface of barrel is another problem solved for the life prediction of the barrel. To design a gun, solving internal ballistics is not enough, transitional ballistic of the barrel after the shot ejection has to be also solved. The computer code of “Internal Ballistic AKÇAY” is generated for the solution of universal gun design problems. Experiments are carried out with test barrel of 7.62x51 mm M80 ammunition at MKE ballistic test facilities. The theoretical results are compared with the experimental results. The agreements between them are quite satisfactory

PDF

___

Akçay M., 1981, 155 mm Howitzer Design, R&D Dept. Of Ministry of National Defence, Project No: 9-76-31, Ankara.
Akçay M., 1992, The Solution of Res’al Equation for Multi Perforated Propellants, Journal of İTÜ Vol 50 Number 3 (in Turkish).
Akçay M., 1992, Balistik, Atatürk Üniversitesi, Erzurum.
Akçay M., 2014, Unsteady Thermal Studies of Gun
Barrels During the Interior Ballistic Cycle with NonHomogenous Gun Barrel Material Thermal Characteristics, J. of Thermal Science and Technology.
AMCP 706-247, 1964, Design for projection, US Material Command.
Bougamra A. and Lu H., 2014, Multiphase CFD simulation of solid propellant combustion in a small gun chamber, International Journal of Chemical Engineering Volume 2014, Article ID 971808, Hindavi Publishing Corporation.
Carlucci D.E., Jacobson S.S., 2007, Ballistics, Theory and Design of Guns and Ammunition, Taylor and Fracis Group, LLC.
Celens E., 1986, Interior ballistics of small arms, particular problems: Thermodynamic model, powder parameters initiation, Department of armament and Ballistics, Royal Military Academy, Brussels.
Corner J., 1950, The theory of the interior ballistics of guns, Jhon Wiley and Sons Inc., London.
Cronemberger P.O., Lima Junior E.P., Gois J.A.M., Caldeira A.B., 2014, Theoretical and experimental study of the interior ballistics of a rifle 7.62, Engenharia Térmica (Thermal Engineering), Vol.13, No.2, p20-27.
Kopchenova N.V. and Maron I.A., 1975, Computational Mathematics, Mir Publishers, Moscow.
Moore G.R., 1974, Projectile environment during intermediate ballistics, Naval Weapons Laboratory, Dahlgren, Virginia, USA.
Résal H., 1864, Investigation of the movement of projectiles in firearms, Paris.
Öztürk A.,1981, İç Balistik, MKE, Ankara.
Summefield M., 1986, An overview of some scientific problems in the interior ballistics of guns, Princeton Combustion Research Laboratories, Inc., USA.
Şenturk A., Işık H., Evci C., 2016, Thermo-mechanically coupled thermal and stress analysis for interior ballistic problem, International Journal of Thermal Sciences, 104 (2016) 39-53.
Trebinski R., Czyzewska M., 2015, Estimation of the increase in projectile velocity in the intermediate ballistic period, Central European Journal of Enerjetic Materials, (12(1),63-76.
White F.M., 2003, Fluid Mechanics, Fifth edition, Mc Graw-Hill.