Yüksek basınçlı hetorojen yanmalı iç balistik probleminin matematik modellenmesi

Abstract

Bu çalışmada yanma odası ve namludan oluşan bir silahın iç balistik problemi ele alınmıştır. Silah ve mermiye ait büyüklükler ile yakıcı-yakıtla ilgili kapalı kab deneylerinden elde edilmiş yanma kanunundan hareketle, atış deneylerine gerek duymaksızın, mermi çıkış hızı, maksimum basınç, ısı kayıpları ve namlu kesit sıcaklıkları hesaplanmıştır. Bunun yanında ısı kayıplarının balistik parametrelere ve aşınmaya etkisi üzerinde durulmuştur. Problemin modellenmesinde klasik iç balistik teorileri ile yaygın olarak kullanılan kabullerden yararlanılmıştır. Matematik modellemede mermi başlangıç direnci, sürtünme direnci, hava direnci, merminin dönme enerjisi vb. gözönüne alınmış; gaz kaçakları ihmal edilmiştir. Isı kayıpları doğrudan ısı geçiş denklemi çözülerek ele alınmıştır. Gaz akısı bir boyutlu üniform kabul edilmiştir. Problem genişletilmeye ve farklı yaklaşımları uygulamaya açık bir bütün şeklinde ele alınmaya çalışılmış ve ayrıca gazların boşalma safhası modele ilave edilmiştir. Matematik model sayısal olarak sonlu farklar metodu ile çözülmüştür. Seçilen bir silah için elde edilen çözümler deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Model aynı zamanda diğer iç balistik modelleriyle mukayese edilmiştir. Modelleme de yapılan kabul ve ihmallerin sonuçlar üzerinde etkileri araştırılmıştır.

In this thesis, interior balistic problem of a weapon consisting of a combustion chamber and barrel is studied. It is aimed to calculate exit velocity of projectile, maximum pressure in the barrel, heat losses and temperetures needless of any experiment but burning rate obtained from closed vessel test of propel lant and some geometric and dynamic parameters of projectile and weapon. Effects of heat losses on balistic parameters and wear are also investigated. In mathematical modelling of the problem utilized are well known interior balistic theories and some common assumption concerning to the problem. Initial resistance of projectile, frictional resistances, drag forces and rotational energy of projectile are considered but gas leakage is avoided in the modelling. Heat losses, calculated from heat transfer equation, are directly involved in the calculation. One dimen sional gas flow and uniform velocity distribution throughout the cross-section are two important assupmtions utilized in the study. The model is established on a perspective considering possibility of applying different approaches and involving additional calculations. Another different feature of this study is that discharge period of combustion products is in volved in the model. Overall nonlinear equations are solved numerically by using finite difference method. For every weapon considered, the results are compared with their experimental alternatives and with those obtained from different mathematical models of interior balistics. The effect of assumptions on the results is also investigated.