Raylı elektromanyetik silahlarda mühimmat geometrisinin atışa etkisi
Effect of ammunition geometry on shooting in railguns
Yazar: RECEP KUŞCU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRE AYTAV
Milli Savunma Üniversitesi / Alparslan Savunma Bilimleri Enstitüsü / Harp Silah ve Araçları Anabilim Dalı / Silah Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies

Özet:
Yüksek Mach sayılı uçuşlarda mühimmat geometrisinin düzenleniş biçimi, uçuş
anında oluşan sınır tabakanın daha yavaş uçuşlardakine nazaran mühimmat yüzeyine
daha yakın oluşması ve yüksek türbülanslar ile karşılaşılması sebebi ile mühimmat
tasarımı yapılırken birçok geometrinin modellenmesi ve mümkün olan en düşük
sürüklenme katsayısının (drag coefficient) bulunarak mühimmatın olası en düşük hız
kaybı ile hedef ile buluşması gerekmektedir. Bu çalışma kapsamında 2000 m/sn namlu
çıkış hızına sahip bir raylı elektromanyetik silah mühimmatının çeşitli geometrilerde
modellemesi yapılarak tanımlanan dış koşullarda en düşük sürüklenme katsayısının
hangi geometride sağlandığı araştırılmıştır. Yapılan inceleme esnasında mühimmatın
yatay durumda (0 hücum açısında) olduğu, sürecin adyabatik geliştiği ve mühimmatın
simetrik olması sebebiyle mühimmata herhangi bir kaldırma kuvveti veya magnus
kuvveti etkimediği varsayılmıştır. Günümüzde bu tip analizler hesaplamalı akışkanlar
dinamiği programları vasıtası ile yapılmaktadır. Bu programlar istenen geometriyi bir
örüntü (mesh) şeklinde oluşturarak, Navier-Stokes denklemlerini numerik olarak
çözmektedir. Benzer çalışmalar incelenerek, analizlerdeki akış hızında güvenilir
sonuçlar elde edildiği literatürde tespit edilen Spalart-Allmaras metodu kullanılmıştır.
İncelenen problem literatür bölümünde bulunan birden fazla geometrinin incelendiği
çalışmalarda olduğu gibi kaynakların daha efektif kullanılması amacıyla iki boyutlu
olarak incelenmiştir. İcra edilen bu çalışma ile bu tip bir silahta kullanılabilecek
mühimmatların akış açısından karşılaştırılmasının yapılması ve küt burunlu
mühimmat kullanılması durumunda akışın nasıl etkilendiğinin araştırılması
amaçlanmıştır. Analiz sonucunda ogival burun geometrili ve flare kuyruk geometrili
mühimmatın incelenen mühimmatlar arasında en düşük sürüklenme katsayısına sahip
olduğu gözlemlenmiştir.

Anahtar Sözcükler: Raylı Elektromanyetik Top, Raylı Elektromanyetik Top Mühimmatı, Sürüklenme Katsayısı, Yüksek Mach Sayılarında Dış Akış, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği.

Abstract:
The way the ammunition geometry is arranged in high Mach number flights, the
boundary layer formed during flight is closer to the ammunition surface than in slower
flights, and high turbulences are encountered. Due to this reason, while designing the
ammunition, it is necessary to model many geometries and find the lowest possible
drag coefficient to meet the target with the lowest possible speed loss. Within the scope
of this study, a railgun ammunition with a muzzle velocity of 2000 m/s was modeled
in various geometries and it was investigated in which geometry has the lowest drag
coefficient was achieved in the defined external conditions. During the examination,
it was assumed that the ammunition was horizontal (at 0 angle of attack), the process
developed adiabatic, and because the ammunition was symmetrical, no lift or magnus
force acted on the ammunition. Nowadays, this type of analysis is done through
computational fluid dynamics programs. These programs create the desired geometry
as a mesh and solve the Navier-Stokes equations numerically. By examining similar
studies, the Spalart-Allmaras method, which was determined in the literature, was used
to obtain reliable results in the flow rate in the analysis. The problem examined was
examined in two dimensions in order to use the resources more effectively, as in the
studies in the literature section in which more than one geometry was examined. With
this study, it is aimed to compare the flow of ammunition that can be used in this type
of weapon and to investigate how the flow is affected in the case of using blunt-nosed
ammunition. As a result of the analysis, it was observed that the ammunition with
ogival nose geometry and flare tail geometry had the lowest drag coefficient among
the examined ammunition.

Keywords: Railgun, Railgun Projectile, Drag Coefficient, External Flow at High Mach Numbers, Computational Fluid Dynamics.