Yüksek sıcaklığa ve dinamik iç basınca maruz kompozit destekli boru tasarımı

Abstract

Sunulan tez çalışması ile, yüksek iç basınç ve sıcaklığa maruz hafif silahlarda namluların kompozit destekli olarak tasarlanması ve üretim yöntemlerinin belirlenerek prototip üretimin gerçekleştirilmesi hedeflenmektedir. Hafifletilmesi istenen 7.62 mm kalibreli mevcut namlunun kullanım şartlarına göre iç balistik modeli için ideal gaz karışım kuralı ve Vallier Heydenreich yöntemi kullanılmıştır. Ardışık ve tek atış durumları için ısınma ve gerilme durumları ABAQUS® Sonlu Eleman Paket programında hesaplanmış, deney verileri ile karşılaştırılarak kompozit malzeme seçimi yapılmıştır. Ayrıca tek atış durumu için namlunun ısınma ve gerilme durumu analitik olarak hesaplanmıştır. Kompozit malzeme kullanılarak üretilecek namlunun çelik iç gömleğinin et kalınlığının %60 yük taşıma durumu için boyutlandırması sonlu eleman programında yapılmıştır. Kompozit namlu tasarımında kompozit katman düzeni (90/±45/90) ile yapılan analizler neticesinde bulunan maksimum dayanım basıncının mevcut et kalınlık değerinde namluya tesir eden %40 yükü taşıyabilecek şekilde belirlenmiştir. Sonlu eleman programında kompozit destekli namlunun termal, termomekanik ve serbest titreşim simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Tasarımdan belirlenen parametreler ışığında üretilen kompozit destekli namluyla test atışları gerçekleştirilerek namlu yüzeyi üzerinden sıcaklık verileri alınmıştır. Kompozit destekli namlunun deney ve sonlu eleman verilerinin karşılaştırılması sonucunda modelleme doğrulanmış ve orijinal namludan istenen -40 ºC ve +63 ºC sıcaklık performans ile 800 m. dağılım hassasiyetleri elde edilmiştir.Anahtar Kelimeler: Hafif silah, Namlu, İç Balistik, Kompozit, Termomekanik.

This study aims at designing, prototype manufacturing and testing of a light arm-gun barrel with the aid of a composite material. The steel part of the dual wall barrel will be reduced in thickness in such an amount that it will resist about %60 of the total internal load and the rest will be resisted by the composite material wrapped around the steel barrel. The design of the steel part will be based on von-Mises theory. On the other end, the design of the composite part will start with initially determined parameters, such as winding angles, number of plies, and ply thicknesses from the Lamination Theory for various combinations of fiber/matrix materials. The final realization of the composite part including the varying pressure and temperature effects will be done using the ABAQUS® finite element program. In the last stage of the analysis, the dual wall composite barrel will be analyzed. The design has been verified by experimental studies after prototype manufacturing.Key Words: Light gun, Barrel, Internal Ballistics, Composite Material, Thermomechanics.