Orta kalibre top namlusunda yanma olayının matematiksel modellenmesi
Mathematical modelling of combustion phenomenon at meduim caliber cannon barrel
Yazar: DOĞUŞ ÜNSAL
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SERCAN DOĞAN
Konya Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies
Dizin: Top namlusu = Gun barrel

Özet:
Namlu içerisindeki yanma odasında ateşleme esnasında toplar çok yüksek sıcaklıklara ve basınçlara milisaniyeler mertebesinde çıkmaktadırlar. Gerçekleşen yanma olayı namlunun içerisindeki basınç değerini ve çekirdek hızını direkt olarak etkilemektedir. Ayrıca, yanma olayının verimi mühimmat içerisindeki barutun fiziksel ve kimyasal özelliklerine bağlı olarak değişmektedir. Bu durumu etkileyen önemli parametrelerden biri barut taneciklerinin şeklidir. Bir diğer durum da aynı baruta sahip farklı dolum oranında olan mühimmatların kullanılması sonucunda, aynı namlu ve çekirdekte farklı sıcaklık, basınç ve hız değerlerine de ulaşılmaktadır. Dolayısıyla, yanma verimi, barut dolum miktarı ve barut içeriği, namlu içerisinde gerçekleşen artan sıcaklık ve basınç değerlerini etkilemektedir. Bu durumlara bağlı olarak tez çalışması kapsamında orta kalibre bir top namlusunda meydana gelen yanma olayı analitik ve sayısal olarak incelenmiştir. Seçilen silah ve mühimmat tiplerine göre namluda oluşan zamana bağlı basınç, hız ve sıcaklık değerleri Mathcad programı yardımıyla yanma denklemleri çözülerek elde edilmiştir. Seçilen mühimmatın barut ağırlığına ve verilen ilk namlu çıkış hız değerine göre hesaplanan değerler istenilen farklı bir namlu çıkış hızına göre tekrar hesaplanmıştır. Namlu içindeki zamana ve çekirdek konumuna bağlı sıcaklıklar belirlendikten sonra ilk olarak ortalama sıcaklığa göre Reynolds, Prandtl ve Nusselt sayıları hesaplanmıştır. Daha sonrasında ısı taşınım katsayısı elde edilmiştir. Bir atış döngüsü için ısı taşınım katsayısı ile namluya geçen ısı miktarı hesaplanmıştır. Ayrıca namlu için kritik olan kendi kendine ateşleme zamanı Lawton denklemleri kullanarak analitik olarak belirlenmiştir. Bulunan değerlere bağlı olarak ANSYS programı yardımı ile namlu kesitinde sıcaklık dağılımı elde edilmiştir. Analitik hesaplamalar literatürdeki sonuçlarla doğrulanmıştır. Mathcad yazılımı ile oluşturulan program yardımıyla barut tipi ve miktarı değiştirilerek farklı namlu çıkış hızları elde edilebilecektir.

Abstract:
During ignition in the combustion chamber inside barrel, the cannons reach very high temperatures and pressures in milliseconds. The combustion process directly affects the pressure value inside the barrel and the core speed. Additionally, the efficiency of combustion varies depending on the physical and chemical properties of the gunpowder in the ammunition. One of the important parameters affecting this situation is the shape of the gunpowder particles. In another case, as a result of using ammunition with the same gunpowder and different filling rates, different temperature, pressure and velocity values are achieved in the same barrel and core. Therefore, combustion efficiency, gunpowder filling amount and gunpowder content affect the temperature and pressure values in the barrel. Depending on these situations, the combustion phenomenon occurring in a medium-caliber gun barrel was examined analytically and numerically within the scope of the thesis study. Depending on the selected weapon and ammunition types, time-dependent pressure, velocity and temperature values inside the barrel were obtained by solving combustion equations with the help of the Mathcad program. These values, calculated according to the gunpowder weight of the selected ammunition and the given initial muzzle velocity value, were recalculated according to a different desired muzzle velocity. After determining the temperatures depending on time and bullet core position inside the barrel, Reynolds, Prandtl and Nusselt numbers were first calculated according to the average temperature. Afterwards, the heat transfer coefficient was obtained. The heat transfer coefficient and the amount of heat passing into the barrel were calculated for a firing cycle. In addition, the self-ignition time, which is critical for the barrel, was determined analytically using Lawton equations. Depending on the values found, the temperature distribution in the barrel cross-section was obtained with the help of the ANSYS program. Analytical calculations have been validated with results in the literature. Different muzzle velocities can be obtained by changing the type and amount of gunpowder with the help of the program created with Mathcad software.