Dönü kararlı mermilerin aerodinamik katsayıları, kararlılık özellikleri ve yörünge hesaplamaları
Calculation of aerodynamic coefficients, stability properties and trajectory of spin-stabilized projectiles
Yazar: ERKAN TİRYAKİ
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET KABAK
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies
Dizin: Aerodinamik = Aerodynamics ; Aerodinamik özellikler = Aerodynamic properties ; Balistik = Ballistics ; Mermi = Projectile

Özet:
Bu çalışmada dönü kararlı mermilerin aerodinamik katsayıları ve kararlılık kriterleri türetilerek bu katsayıların nasıl hesaplanabileceği açıklanmıştır. Mermi aerodinamiğine etkisi olan aerodinamik kuvvet ve momentler olarak, sürüklenme kuvveti, kaldırma kuvveti, Magnus kuvveti, yunuslama sönümleme kuvveti, yunuslama momenti, yunuslama sönümleme momenti, Magnus momenti, spin sönümleme momenti detaylı olarak anlatılmıştır. 6-DoF hareket denkleminin çizgisel çözüm yöntemi kullanılarak türetilen merminin statik ve dinamik kararlılık kriterlerinin mermi tasarımı açısından önemi anlatılmıştır. Açısal hareketinin parametrelerinden olan açısal frekans ve sönümleme oranlarının özellikleri belirtilmiştir. Mermi yörüngesini hesaplama metotları özetlenerek bu metotların birbirlerine göre üstünlükleri ve kullanım amaçları belirtilmiştir. Bir top mermisi modellemesi yapılarak, balistik tasarım, akışkanlar mekaniği ve teknik hesaplama programları kullanılarak aerodinamik katsayıları, farklı hızlarda sahip oldukları kararlılık değerleri hesaplanmıştır. Bu çalışma kapsamında oluşturulan 2-DoF yörünge hesaplama programı ile elde edilen sonuçlar gerçek atışlı testlerden elde edilen radar takip verileri karşılaştırılarak doğrulanmıştır. Ayrıca merminin namlu çıkışındaki salınım hareketi karakteristiği teknik hesaplama metotlarıyla analiz edilmiş, iki farklı programla doğrulanarak grafiksel olarak gösterilmiştir. Yükseklik farkının menzil üzerindeki ve yüksek ilk hız değerlerinin açısal salınım üzerindeki etkileri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar hakkında gerekli açıklayıcı yorumlar yapılarak sebep sonuç ilişkileri kurulmuştur. Bu çalışma sonucunda dönü kararlı mermiler için aerodinamik kararlılık ve yörünge hesaplamaları yapabilen bir programının geliştirilebileceği görülmüştür.

Abstract:
In this study, the aerodynamic coefficients and stability criterions of spin-stabilized projectiles have been derived and calculations of these coefficients have been explained. The aerodynamic forces and moments that may have significant effects on projectile aerodynamics have been explained in detail, which are drag force, lift force, Magnus force, pitch damping force, pitching moment, pitch damping moment, Magnus moment and spin damping moment. The static and dynamic stability criterions have been derived by using the linear solution method of the 6-DoF equations of motion and their importance are explained in the design perspective. The characteristics of angular frequencies and damping coefficients, that are the parameters of angular motion, have been explained. Trajectory calculation methods have been summarized and eligibility and use cases of them are specified. The modeling of howitzer ammunition has been made and aerodynamic coefficients, stability criterions at different velocities have been calculated by using ballistic design, fluid dynamics and technical computing programs. The results of a 2-DoF trajectory calculation program that have been programmed in the scope of this study have been verified with the comparison of live firing test results. Also, the angular motion characteristics of the projectile at the muzzle exit has been analyzed by technical computing methods, illustrated by graphics and verified by two different programs. Additionally, the effects of firing altitude on the projectile range and the effects of muzzle velocity on the muzzle exit angular motion have been investigated. Clarifying comments about the obtained results have been made and the causation has been interrelated. By the end of this study, a ballistics computer program has been verified for the calculation of aerodynamic stability and trajectory of spin stabilized projectiles.