7.62 mm çaplı hafif silah namlusunda kendi kendine ateşlenme (cook - off) zamanının deneysel ve sayısal olarak belirlenmesi

Abstract

Tüfekte tetiğe basılıp iğne fişek kapsülüne çarptıktan sonra barut hızlı bir şekilde yanmaya başlar. Yanan barut gazları, çekirdek ile namlu arasında yüksek sıcaklık ve basınca çıkar. Çekirdek namluyu terk edinceye kadar yanmış sevk barutu gazları namluyu ısıtır. Seri şekilde yapılan atışlar sonucunda namlu atım yatağı çok yüksek sıcaklığa çıkmaktadır. Bu durumda atım yatağına yeni fişek sürülüp tetiğe basılmadan beklenirse, atım yatağının sıcaklığı fişek sıcaklığından yüksek olduğundan atım yatağından fişek kovanına, oradan da baruta doğru ısı transferi olmaktadır. Baruta olan bu ısı transferi sonucunda barutun sıcaklığı kendi kendine tutuşma sıcaklığına ulaştığında barut yanmaya başlar. Barutun kendi kendine yanmaya başlaması tetiğe basılmış gibi fişeğin ateşlenmesine sebep olur. 7.62 mm çaplı hafif silah namlusunda kendi kendine ateşlenme zamanının belirlenmesi maksadıyla sonlu elemanlar programı ANSYS Transient Thermal çözücüsünde çeşitli seri atışlara göre analizler yapıldı.Bu tez çalışmasında deneysel olarak 7.62 mm çaplı bir hafif silah ile 180, 200 ve 220 seri atış yapıldıktan sonra atım yatağına yeni fişek sürülmüştür. Atım yatağına sürülen yeni fişeklerin kendi kendine ateşlenme zamanları belirlenmiştir. Daha sonra termal kamera ile atım yatağı üzerinden üç farklı atış için sıcaklık değeri ölçülmüştür. Ölçülen sıcaklık değeri analiz sonuçları ile karşılaştırılarak atım yatağına geçen sabit ısı akısı değeri iterasyon yöntemi ile belirlenmiştir. ANSYS sonlu elemanlar programında, belirlenen sabit ısı akısı değeri sınır şartı olarak kullanılarak 180, 200 ve 220 seri atışlar için analizler yapılmıştır. Deneysel veriler ile analiz sonuçlarının birbirine oldukça yakın olduğu görülmüştür.Tez çalışmasının sonunda kendi kendine ateşlenmenin geciktirilmesi veya olmaması için iki şarjör arasındaki bekleme süresi, bir şarjörde bulunacak mühimmat miktarı, atım yatağı ve kovan kalınlıkları değiştirilerek analizler yapılmıştır. Daha sonra elde edilen sonuçlar değerlendirilerek yorumlanmıştır.

After the impact of the firing pin on the cartridge cap, the propellant starts to burn quickly. Every firing leads to increase in surface temperature of the combustion chamber excessively. In this case, if a new cartridge is put into the hot barrel, and remains for a while, the heat transfer from the hot barrel to the cartridge will occur. As a result of this heat transfer, the propellant reaches to ignition temperature and the propellant starts to burn. As the propellant heats up to ignition temperature, cartridge fires itself spontaneously which is called cook-off. To determine the time of initiating cook-off in a light weapon of 7.62 mm in diameter, ANSYS Transient Thermal finite element program was used and several analyses were made depending on several serial firings.In this study, multiple firing tests of 180, 200 and 220 rounds were conducted with 7.62 mm rifle and after each test a new round was put into the combustion chamber and waited for a while. So, the cook-off time was determined. Then, the temperature in the barrel was measured for three different firing tests by using a thermal imager. Constant heat flux in the barrel was determined iteratively by comparing the results of experimental and numerical analysis. The heat flux determined by ANSYS was used as a boundary condition in the remaining numerical analysis. It was observed that the experimental and numerical results were closely conforming to each other. At the end of the study, to observe the effects of avoiding or delaying cook-off several numerical analysis were made in ANSYS by changing the waiting-period between two magazines, the amount of cartridges in each magazine, the thickness of the combustion chamber and the cartridge case.