Selected Aspects of Heat Transfer Study in a Gun Barrel of an Anti-Aircraft Cannon

• Autorzy: Zieliński Mateusz , Koniorczyk Piotr , Surma Zbigniew , Preiskorn Marek , Sienkiewicz Judyta

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0053.6672

Warianty tytułu

PL

Wybrane aspekty badania wymiany ciepła w lufie działa przeciwlotniczego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the results of computer simulations of the transient heat flow in the barrel wall of a 35 mm caliber cannon for a single shot and a sequence of seven shots for a selected 30HN2MFA barrel steel. It was assumed that the inner surface of the barrel does not have a protective layer of chromium or nitride. When calculating heat transfer in a barrel, constant and temperature variable values of thermal conductivity, specific heat and density (in the range from RT (Room Temperature) up to 1000℃) in the 30HN2MFA steel were assumed. The test results were compared for both cases. A barrel with a total length of 3150 mm was divided into 6 zones (i = 1,…, 6) and in each of them, the heat flux density was calculated as a function of the time 𝑞̇𝑖(𝑡) on the inner surface of the barrel. In each zone, the heat transfer coefficient, as a function of the time hi(t) and bore gas temperature as a function of the time Tg(t) to the cannon barrel for given ammunition parameters, was developed. A calculating time equaling 100 ms per single shot was assumed. The results of the calculations were obtained using FEM implemented in COMSOL Multiphysics ver. 5.6 software.

PL

W pracy przedstawiono wyniki symulacji komputerowych nieustalonego przepływu ciepła w ścianie lufy armaty kalibru 35 mm dla pojedynczego strzału i sekwencji siedmiu strzałów dla wybranej stali lufowej 30HN2MFA. Założono, że wewnętrzna powierzchnia lufy nie posiada ochronnej warstwy chromu lub azotku. Przy obliczaniu wymiany ciepła w lufie przyjęto stałe oraz temperaturowo zmienne wartości przewodności cieplnej, ciepła właściwego i gęstości (w zakresie od temperatury pokojowej (Room Temperature) do 1000℃) dla stali 30HN2MFA. Wyniki badań porównano dla obu przypadków. Lufa o łącznej długości 3150 mm została podzielona na 6 stref (i=1,…,6) i w każdej z nich obliczono gęstość strumienia ciepła w funkcji czasu 𝑞̇𝑖(𝑡) na wewnętrznej powierzchni lufy. W każdej strefie obliczono współczynnik przejmowania ciepła w funkcji czasu ℎ𝑖 (𝑡) oraz temperatury gazów prochowych w funkcji czasu 𝑇𝑔(𝑡) w lufie armaty dla zadanych parametrów amunicji. Dla pojedynczego strzału do obliczeń przyjęto czas równy 100 ms. Wyniki obliczeń uzyskano za pomocą MES zaimplementowanego w oprogramowaniu COMSOL Multiphysics ver. 5.6.

Słowa kluczowe

EN

mechanical engineering; anti-aircraft cannon barrel; heat transfer; numerical simulation; temperature field

PL

inżynieria mechaniczna; lufa działa przeciwlotniczego; wymiana ciepła; symulacje numeryczne; pole temperatury

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 14, Nr 2 (52)
• Strony: 73--86
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz. rys., tab.

Twórcy

autor

Zieliński Mateusz

• Military University of Technology, Faculty of Mechatronics, Armament and Aerospace, 2 Sylwestra Kaliskiego Str., 00-908 Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-9078-4096

autor

Koniorczyk Piotr

• Military University of Technology, Faculty of Mechatronics, Armament and Aerospace, 2 Sylwestra Kaliskiego Str., 00-908 Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-3538-6778

autor

Surma Zbigniew

• Military University of Technology, Faculty of Mechatronics, Armament and Aerospace, 2 Sylwestra Kaliskiego Str., 00-908 Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-7562-2953

autor

Preiskorn Marek

• Military University of Technology, Faculty of Mechatronics, Armament and Aerospace, 2 Sylwestra Kaliskiego Str., 00-908 Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-4601-3547

autor

Sienkiewicz Judyta

• Military University of Technology, Faculty of Mechatronics, Armament and Aerospace, 2 Sylwestra Kaliskiego Str., 00-908 Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-5372-1862

Bibliografia

• [1] Dębski, Andrzej, Piotr Koniorczyk, Zbigniew Leciejewski, Marek Preiskorn, Zbigniew Surma, and Janusz Zmywaczyk,. 2016. ”Analysis of Heat Transfer in a 35 mm Barrel of an Anti-Aircraft Cannon”. Probl. Mechatronics. Armament Aviat. Saf. Eng. 7 (3) : 71-86.
• [2] Zieliński, Mateusz, Piotr Koniorczyk, Zbigniew Surma, Janusz Zmywaczyk, and Marek Preiskorn. 2022. “Numerical Study of Heat Transfer in a Gun Barrel Made of Selected Steels”. Energies 15 (5) : 1868.
• [3] Fikus, Bartosz, Alicja Dorochowicz, Zbigniew Surma, Jacek Kijewski, Zbigniew Leciejewski, Jakub Michalski, and Radosław Trębiński. 2022. “Investigations of Middle-Caliber Anti-Aircraft Cannon Interior Ballistics including Heat Transfer Problem in Estimation of Critical Burst Length”. Processes 10 (3) : 607.
• [4] Leciejewski, Zbigniew, Piotr Koniorczyk, Andrzej Dębski, Marek Preiskorn, Zbigniew Surma, and Janusz Zmywaczyk. 2018. “Heat Transfer Calculations in Barrel Cover of 35 mm Naval Armament System Gun”. Probl. Mechatronics. Armament Aviat. Saf. Eng. 9 (3) : 53-70.
• [5] Fikus, Bartosz, Zbigniew Surma, and Radosław Trębiński. 2019. Preliminary Application Correctness Assessment of Physical Burning Law in Interior Ballistics Phenomena Modeling in Small-Caliber Guns. In Proceedings of the 31st International Symposium on Ballistics 356-368. 4-8 November 2019, Hydebarad, India.
• [6] Koniorczyk, Piotr, Janusz Zmywaczyk, Andrzej Dębski, Mateusz Zieliński, Marek Preiskorn, and Judyta Sienkiewicz. 2020. „Investigation of Thermophysical Properties of Three Barrel Steels”. Metals 10 (5) : 573.
• [7] Koniorczyk, Piotr, Janusz Zmywaczyk, Andrzej Dębski, Mateusz Zieliński, and Marcin Cegła. 2019. „Investigations of thermal diffusivity and thermal expansion for three types of the barrel steel”. AIP Conference Proceedings. 2170 : 020006.
• [8] COMSOL Documentation: https://doc.comsol.com/6.0/docserver/#!/com.comsol.help.heat/heat_ug_theory.07.75.html. (28.07.2022).
• [9] Wiśniewski, Stefan. 2017. Wymiana ciepła. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, ISBN 9788301194437.
• [10] Corner, John. 1950. Theory of the interior ballistics of guns. John Wiley & Sons, New York.
• [11] Serebryakov, Michaił E. 1962. Internal Ballistics of Gun Systems and Solid Rockets. Oborongiz, Moscow.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).