Ateşli silahlarda farklı geometrilere sahip baskılayıcıların akışkarakteristiklerine ve ses basıncına etkisinin nümerik incelenmesi
Numerical investigation of the effect of suppressors with different geometries on flow characteristics and sound pressure in fire arms
Yazar: ŞAMİL ÇAĞLAYAN
Danışman: DOÇ. DR. BİLAL SUNGUR
Samsun Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Ateşli silahlarda ateşleme sonrası namlu ağzından çıkan ses basıncını, gürültüyü tamamen indirgemek mümkün değildir. Ancak namluya susturucu takılarak ateşleme sonrası oluşan ses basıncı, gürültü gibi etkenler minimuma indirgenebilir.  Bu çalışma kapsamında, farklı geometrilere sahip baskılayıcıların akış karakteristiklerine ve ses basıncına etkisi nümerik olarak incelenmiştir. Bastırıcısız, içi boş bastırıcılı ve 20 mm aralıklarla yerleştirilmiş beş bölmeli farklı kesitli bastırıcılı olmak üzere durumlar deneysel ve nümerik olarak incelenmiştir. Yapılan hesaplamalar iki boyutlu eksenel simetrik, zaman bağlı şartlarda gerçekleştirilmiştir. Nümerik modellemede Ansys Fluent programı kullanılmıştır. Hesaplamalar sonucunda her durum için mermi etrafında oluşan ses basınç değeri, farklı noktalarda oluşan basınç, sıcaklık ve hız değişim değerleri gösterilmiştir. Sonuçlar incelendiğinde bastırıcısız durumda mermi etrafında oluşan ses basınç değerinin maksimum seviyede olduğu, içi boş bastırıcılı iken ses basıncının düştüğü, farklı kesitli bastırıcılı durumunda ise ses basıncının maksimum seviyede düştüğü görülmüştür. Ayrıca farklı noktalardaki sıcaklık ve hız değişim değerleri incelendiğinde ise sıcaklık değişimimin içi boş bastırıcılı durumda, farklı kesitli bastırıcılı durumuna göre daha düşük olduğu; bastırıcısız durumda ise sıcaklığın en düşük seviye de olduğu görülmüştür. Hız değişiminde ise farklı kesitli bastırıcılı durumdaki hız değişiminin, içi boş bastırıcılı durumuna göre daha düşük olduğu görülmüştür. Bastırıcısız durumda ise maksimum değerde olduğu görülmüştür.
Bu hesaplamalar, iki boyutlu eksenel simetriye sahip koşullar altında gerçekleştirilmiş ve uzak alan gürültü seviyelerini tahmin etmek için Ffowcs Williams ve Hawkings akustik analoji (FW-H) denklemleri kullanılmıştır. Bastırıcısız, bölme plakasız bastırıcılı, helisel, delikli, konik gibi farklı kesitte bölme konfigürasyonlarına sahip bastırıcılı modeller üzerinde simülasyonlar gerçekleştirilmiş ve analize tabi tutulmuştur. Sonuçlar, susturucusuz bir tabanca kullanıldığında, 0.50 ms de, 1 metre uzaklıkta ses basınç seviyesinin 165 dB olduğunu göstermiş, ancak farklı kesitlerde bir susturucu kullanıldığında bu değerin yaklaşık %7 oranında azalarak 154 dB'ye düştüğünü göstermiştir. Bu çalışmanın sonuçları, küçük kalibreli tabanca sistemlerinde namlu ağzından kaynaklanan sesi tahmin etme ve susturucudaki farklı kesitlerdeki bölme konfigürasyonunu optimize etme konularında değerli bir referans sağlayabilir.

Abstract:
After firing, it is not possible to reduce the sound pressure level and noise which is emanating from the barrel. However, by assembling the suppressor to the barrel, the sound pressure level which has generated after firing can be minimized. In this study, it has investigated that the effect of suppressors with different geometries on flow characteristics and sound pressure in firearms. It has experimentally and numerically examined that all different cases as follows: without suppressor, hollow suppressor and a suppressor with five baffles that different cross-sections which placed at 20 mm. Calculations were carried out in two-dimensional axisymmetric, transient, compressible conditions. The Ansys Fluent program has been used for numerical modeling. As a result of the calculations, the sound pressure level around the bullet, also the pressure, temperature and velocity change values at different points, were shown in all different positions. When the result examined, it was observed that for the without suppressor condition, the sound pressure level is maximum; for the hollow condition the sound pressure level is decreased and for the different cross-sections suppressor condition the sound pressure level reaches maximum reduction. Furthermore, when evaluating the temperature and velocity changes in different point; it was observed that the temperature change value for the hollow suppressor is lower according to the different cross-sections suppressor. However, it was examined that the temperature is at its lowest level for the without suppressor condition. Regarding with the velocity change values, it was observed that the velocity change in case of different cross-sections suppressor is lower than the hollow suppressor. But, for the without suppressor condition, it was maximum level.
These calculations were conducted under conditions with two-dimensional axial symmetry, and the Ffowcs Williams and Hawkings acoustic analogy (FW-H) equations were employed to predict far-field noise levels. Simulations were carried out on suppressor models, both without partition plates and with different sectioned configurations, including helical, perforated, and conical shapes, and were subjected to analysis. The results demonstrated that when a suppressor was not used, the sound pressure level at 0.50 ms and a distance of 1 meters was 165 dB. However, using suppressors with different sectioned designs resulted in an approximate 7% reduction, bringing it down to 154 dB. The findings of this study can serve as a valuable reference for predicting the sound generated at the muzzle of small-caliber pistol systems and optimizing sectioned configurations in suppressors.