Computational evaluation of assembly technique influence on ballistic performance of a bullet – non-linear relation between méplat size and the drag coefficient

• Autorzy: Piasta Krzysztof , Kupidura Przemysław , Michalski Jakub

Warianty tytułu

PL

Analiza numeryczna wpływu metody montażu elementów pocisku na charakterystyki balistyczne – nieliniowa zależność współczynnika oporu od średnicy wierzchołka

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The continuous development of production and assembly techniques gives rise to the idea of following a new approach in the small-arms ammunition design process. Commonly used intermediate cartridges were designed over 60 years ago, and their construction and assembly processes are not significantly different than what was available almost a century ago. Along with the recent development of individual protection devices and with the general availability of modern ballistic plates utilized in plate carriers type of individual armor, it sparks the necessity of designing a new, intermediate cartridge, using new assembly and technology methods. The vital aspect of the ammunition design process is a determination of the materials utilized in bullet elements and its assembly method. Therefore, there is a necessity of evaluating if different assembly techniques can provide the improved ballistic performance of a bullet. The paper includes a comparison of two differently assembled projectiles with steel penetrators: a standard Full Metal Jacket and a reverse-drawn Semi-Jacketed bullet. The designs were evaluated in terms of their external ballistic performance for specific initial conditions using 2D Computational Fluid Dynamics simulations and, separately, with a semi-empirical method. The paper aimed to assess the influence of the assembly method on the bullet’s external ballistic performance. Both calculations revealed a nonlinear relation between the projectile méplat diameter and the coefficient of drag, which indicates a limit where the méplat size reduction is beneficial. The results implicate a perspective bullet construction that would provide the user with better external ballistic performance, more consistent and precise than a standard Full Metal Jacket design.

PL

Nieustanny rozwój technik produkcji i montażu rodzi pomysł wykorzystania nowego podejścia w procesie projektowania amunicji do broni strzeleckiej. Obecnie powszechnie stosowane naboje pośrednie zostały zaprojektowane ponad 60 lat temu, a proces ich wykonania i montażu nie różni się znacząco od technologii dostępnej na początku XX wieku. Biorąc pod uwagę dynamiczny rozwój środków ochrony indywidualnej w ostatnim czasie oraz powszechną dostępność nowoczesnych płyt balistycznych stosowanych w kamizelkach kuloodpornych typu plate carrier, zaistniała potrzeba zaprojektowania nowego naboju pośredniego, stosując nowoczesne technologie i metody montażu. Jednym z najistotniejszych aspektów procesu projektowania amunicji jest określenie materiału elementów pocisku oraz sposobu ich montażu, dlatego zasadne jest określenie wpływu metody montażu elementów pocisku na jego właściwości balistyczne. Artykuł zawiera porównanie dwóch różniących się metodą montażu pocisków z rdzeniem stalowym: standardowego pocisku pełnopłaszczowego oraz pocisku półpłaszczowego. Konstrukcje zostały ocenione pod kątem ich charakterystyk balistyki zewnętrznej dla określonych warunków początkowych za pomocą symulacji komputerowej dynamiki płynów w 2D oraz niezależnie wykorzystując program balistyczny. Celem pracy była ocena wpływu sposobu montażu elementów na właściwości balistyczne pocisku. Obie metody obliczeniowe wykazały nieliniową zależność między wielkością średnicy wierzchołka pocisku a współczynnikiem oporu, wskazując zakres wartości, do których zmniejszanie rozmiaru wierzchołka jest uzasadnione. Wyniki wskazują perspektywiczną konstrukcję pocisku, która zapewniłaby użytkownikowi lepsze charakterystyki balistyki zewnętrznej, zapewniając lepszą powtarzalność i precyzję niż standardowa konstrukcja pocisku pełnopłaszczowego.

Słowa kluczowe

EN

mechanical engineering; ballistics; assembly methods; CFD; ammunition

PL

inżynieria mechaniczna; balistyka; metody montażu; CFD; amunicja

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej ; Sieć Badawcza Łukasiewicz - Warszawski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Technologia i Automatyzacja Montażu
• Rocznik: 2023
• Tom: nr 2
• Strony: 11--18
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., il. kolor., rys., wykr.

Twórcy

autor

Piasta Krzysztof

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

• https://orcid.org/0000-0002-6331-5590

autor

Kupidura Przemysław

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

• https://orcid.org/0000-0003-3008-827X

autor

Michalski Jakub

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

• https://orcid.org/0000-0001-5266-8035

Bibliografia

• 1. Crouch G. I. 2021. “Defence Technology”. Critical inter- faces in body armour systems 17 (6): 1887-1894.
• 2. NIJ. 2000. Resistance of Personal Body Armor NIJ Standard–0101.04, Washington: U.S. Department of Justice, Office of Justice Programs.
• 3. Frost George. 1990. Ammunition making. Washington: National Rifle Association.
• 4. Official Journal of the European Union. 2021. COMMISSION REGULATION (EU) 2021/57 of 25 January 2021.
• 5. Piasta Krzysztof, Przemysław Kupidura and Grzegorz Leśnik. 2022. “Projectile for a New Intermediate Cartridge”, Problems of Mechatronics. Armament, Aviation, Safety Engineering 13 (4) : 123-126.
• 6. Piasta Krzysztof, Przemysław Kupidura. 2023. “Pers- pective Armour Piercing intermediate Cartridge Pro- jectile”, Problems of Mechatronics. Armament, Aviation, Safety Engineering 14 (1) : 89-104.
• 7. McCoy Robert L. 2012. Modern exterior ballistics, Revised 2nd Edition. USA: Schiffer Military, s. 32-34, 71.
• 8. Muruganantham, V. R., Thoma Babin. “Numerical investigation of hybrid blend design target bullets”, MATEC Web of Conferences 172 01006.
• 9. Larson, Eric, Racha Lwali and Dejan Samardzic. 2015. “Bullet Drag Estimation with Compressible Conical Flow Equations and Commercial Software”, Department of Aerospace Engineering and Engineering Mechanics, San Diego State University research.
• 10. Rodriguez Sal. 2019. Applied Computational Fluid Dynamics and Turbulence Modeling. Switzerland: Springer Nature, s. 238.
• 11. DeSpirito James, Karen Heavey. 2004. "CFD Compu- tation of Magnus Moment and Roll-Damping Moment of a Spinning Projectile", AIAA 2004-4713.
• 12. Ansys Inc. 2021. Ansys Fluent Theory Guide. USA: Ansys Inc.
• 13. Litz Bryan. 2015. Applied ballistics for long-range shooting. USA: Applied Ballistics LLC, s. 157-162.
• 14. Arrow Tech. Prodas V3 Doccumentation.

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).