Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Recoilless Gun System as a Particular Form of General Interior Ballistics Model of Gun Propellant Systems

Surma Z.

Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa

|

2018

|

Vol. 9, Nr 4 (34)

33--48

EN

The development of the interior ballistics general model of gun propellant systems by taking into account the specificity of the recoilless propellant system is presented in this paper. The presented expanded physical and mathematical model makes possible the simulation of classical and nonclassical gun systems: two-chamber, mortar, and the considered recoilless one. To solve the system of equations associated with the mathematical model, a computer programme was developed. An analysis was made for two configurations of a recoilless system, differing in the way of arrangement of a propellant charge, i.e., with the propellant charge moving together with a projectile and with the propellant charge burning in a cartridge chamber. The obtained calculation results showed that the system, in which the propellant charge moves together with a projectile, has the maximum pressure and the muzzle velocity higher in comparison with the system with the propellant charge burning in a cartridge chamber. Influence of a way of placement of the propellant charge is the stronger, the higher is the ratio of its mass to the projectile mass. The results of the accomplished calculations, especially the pressure inside the barrel as well as motion parameters of the projectile make the grounds for projecting and construction optimization of the recoilless gun systems.

PL

W artykule zaprezentowano rozwinięcie uogólnionego modelu termodynamicznego balistyki wewnętrznej lufowych układów miotających, polegające na uwzględnieniu specyfiki bezodrzutowego układu miotającego. Przedstawiony model fizyczny i matematyczny umożliwiają symulacje pracy klasycznego układu miotającego oraz układów nieklasycznych: dwukomorowego, moździerzowego oraz rozpatrywanego w pracy układu bezodrzutowego. W celu przeprowadzenia symulacji działania układu bezodrzutowego, opracowano program komputerowy numerycznego rozwiązania układu równań uogólnionego modelu matematycznego. Obliczenia przeprowadzono dla dwóch konfiguracji konstrukcyjnych układu bezodrzutowego, różniących się sposobem rozmieszczenia ładunku miotającego, tj. z ładunkiem miotającym przemieszczającym się wraz z pociskiem oraz z ładunkiem miotającym spalającym się w komorze nabojowej. Otrzymane wyniki obliczeń pokazują, że układ w którym ładunek miotający przemieszcza się razem z pociskiem cechuje się wyższym ciśnieniem maksymalnym gazów oraz wyższą prędkością wylotową pocisku, w porównaniu do układu z ładunkiem miotającym spalającym się w komorze nabojowej. Wpływ sposobu umieszczenia ładunku miotającego jest tym silniejszy, im większy będzie stosunek jego masy do masy pocisku. Otrzymane wyniki symulacji, a w szczególności ciśnienie gazów prochowych i prędkość pocisku w przewodzie lufy, stanowią podstawowe informacje, wykorzystywane w procesie projektowania i optymalizacji konstrukcji układów bezodrzutowych broni palnej.

2

Heat Transfer Calculations in Barrel Cover of 35 mm Naval Armament System Gun

Dębski A., Koniorczyk P., Leciejewski Z., Preiskorn M., Surma Z., Zmywaczyk J.

Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa

|

2018

|

Vol. 9, Nr 3 (33)

57--74

EN

This paper presents the results of numerical simulations of non-stationary heat transfer in a 35 mm anti-air gun barrel cover made of composite materials. The cover protects the gun against weather conditions, including sea water effects, and serves as a protection against mechanical damage. It was assumed that heat coercion in this problem will be the heat condition reached by the material of the barrel with the cover removed, after firing three bursts of 7 shells each, 120 s after opening fire. It was assumed, that in the second 120, the gun crew installs the gun cover and at this point, the heating process begins, followed by cooling of the cover material. The problem of initial and boundary value in the barrel with a cover installed system was solved as a three-dimensional initial and boundary problem. The initial and boundary value model adopted for the coverless barrel and the calculation results for the first burst of seven shells was presented in paper [7]. To obtain the heat condition of the barrel in the second 120, it was necessary to perform calculations for the second and third bursts, and for the barrel cooling processes starting in the second 120. The calculations were performed with a finite element method in the COSMOS/M software [9]. The cover material temperature values obtained during the numerical simulation are well below the temperature of 387K, which could form the upper limit of the composite applicability temperature range.

PL

W pracy przedstawiono wyniki symulacji numerycznych nieustalonego przewodzenia ciepła w osłonie lufy armaty przeciwlotniczej kalibru 35 mm wykonanej z materiałów kompozytowych. Osłona zabezpiecza armatę przed wpływem czynników atmosferycznych, w tym wody morskiej oraz stanowi ochronę przed uszkodzeniami mechanicznymi. Założono, że wymuszeniem cieplnym w tym zagadnieniu będzie stan cieplny osiągnięty przez materiał lufy ze zdjętą osłoną, po oddaniu trzech serii po 7 strzałów w każdej, po upływie 120 s od rozpoczęcia strzelania. Założono, że w 120. sekundzie obsługa armaty zakłada osłonę lufy i od tej chwili następuje proces nagrzewania się, a następnie chłodzenia materiału osłony. Zagadnienie wymiany ciepła w układzie lufa z nałożoną osłoną rozwiązano jako trójwymiarowe zadanie początkowo-brzegowe. Przyjęty model wymiany ciepła dla lufy nieosłoniętej i wyniki obliczeń dla pierwszej serii siedmiu strzałów autorzy przedstawili w pracy [7]. Do otrzymania stanu cieplnego lufy w 120. sekundzie konieczne było przeprowadzenie obliczeń dla drugiej i trzeciej serii strzałów, a także procesy chłodzenia lufy do 120. sekundy. Obliczenia wykonano metodą elementów skończonych za pomocą programu COSMOS/M [9]. Wartości temperatury materiału osłony uzyskane podczas symulacji numerycznej mieszczą się znacznie poniżej temperatury 387 K, mogącej stanowić górną granicę zakresu temperaturowego stosowalności kompozytu.

3

Ballistic Analysis of Polish Low-Vulnerability Gun Propellants

Czyżewska M., Fikus B., Leciejewski Z., Michalski J., Surma Z., Trębiński R.

Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa

|

2018

|

Vol. 9, Nr 3 (33)

75--92

EN

One direction of modern artillery ammunition development is to reduce its vulnerability to the effects of mechanical and thermal factors during transport, storage and operation. For LOVA, the reduced vulnerability of propellant explosives intended for loading into this ammunition is usually connected with a higher thermal ignition impulse threshold and reduced burning rate under low propellant gas pressure. Since 2016, work has been under way at the Military University of Technology (Warsaw, Poland), intended to develop a Polish low-vulnerability gun propellant for 120 mm tank ammunition. It was established during the initial stage of research and analysis, that the JA-2 gun propellant (more specifically, its energy and ballistics characteristics and geometrical dimensions of grains) will be the reference propellant for the low-vulnerability propellant in development. To this end, the authors performed closed vessel tests with JA-2 propellant (with seven-perforated grains designated LO5460). This paper contains comparative (with the JA-2 propellant) results of closed vessel tests of several propellant blends developed by the MUT Faculty of New Technologies and Chemistry research team. Closed vessel tests of these propellant blends were performed in the Ballistics Laboratory of the MUT Institute of Armament Technology using a manometric chamber with a volume W₀ = 200 cm³. Experimental tests and theoretical analyses were performed based on provisions of the standardisation agreement STANAG 4115 [6], American military standard MIL-STD 286C [7] and original test procedures developed based on [8, 9]. The tests focused mainly on the issue of correlation between the chemical composition of the given propellant blend with the expected values of energy and ballistics characteristics in connection with the required shape of propellant grains.

PL

Jednym z kierunków rozwoju współczesnej amunicji artyleryjskiej jest zmniejszenie jej wrażliwości na działanie czynników mechanicznych i termicznych podczas transportu, przechowywania i eksploatacji. W przypadku amunicji LOVA zmniejszona wrażliwość wybuchowych materiałów miotających przeznaczonych do elaboracji tej amunicji jest z reguły powiązana z wyższą wartością progową cieplnego impulsu zapłonowego i zmniejszeniem szybkości spalania przy niskim ciśnieniu gazów prochowych. Od 2016 r. w Wojskowej Akademii Technicznej trwają prace nad opracowaniem polskiego małowrażliwego materiału miotającego do 120 mm amunicji czołgowej. Na wstępnym etapie badań i analiz przyjęto, że proch JA-2 (a właściwie jego charakterystyki energetyczno-balistyczne oraz kształt i wymiary geometryczne ziaren) będzie prochem referencyjnym w stosunku do opracowywanego prochu małowrażliwego. W tym celu przeprowadzono własne badania pirostatyczne prochu JA-2 (z ziarnami siedmiokanalikowymi o symbolu LO5460). Artykuł zawiera porównawcze (z prochem JA-2) wyniki badań pirostatycznych kilku kompozycji prochowych, opracowanych przez zespół badawczy Wydziału Nowych Technologii i Chemii WAT. Badania pirostatyczne tych kompozycji prochowych przeprowadzono w Laboratorium Balistyki Instytutu Techniki Uzbrojenia WAT z wykorzystaniem komory manometrycznej o objętości W₀ = 200 cm³. Badania doświadczalne i analizy teoretyczne realizowano w oparciu o zapisy porozumienia standaryzacyjnego STANAG 4115 [6], amerykańskiej normy MIL-STD 286C [7] oraz własne procedury badawcze opracowane na podstawie prac [8, 9]. W badaniach skoncentrowano się głównie na kwestii korelacji pomiędzy składem chemicznym badanej kompozycji prochowej a oczekiwanymi wartościami charakterystyk energetyczno-balistycznych, w powiązaniu z wymaganym kształtem ziaren prochowych.

4

Koncepcja magnetohydrodynamicznego zapłonnika plazmowego do inicjowania zapłonu małowrażliwych materiałów wybuchowych

Pochrybniak C., Horodeński A., Namyślak K., Leciejewski Z., Surma Z., Michalski J.

Problemy Techniki Uzbrojenia

|

2017

|

R. 46, z. 143

17--28

PL

Przedmiotem pracy jest koncepcja oraz wstępna weryfikacja eksperymentalna koaksjalnego, plazmowego magnetohydrodynamicznego zapłonnika mało wrażliwych materiałów miotających. Koncepcja jest interesującą alternatywą dla zapłonników, w których plazma wytwarzana jest metodą eksplodującego drutu w generatorach plazmy typu CPG (Capillary Plasma Generator), będących przedmiotem badań wielu laboratoriów na całym świecie.

EN

A concept of plasma coaxial magneto-hydrodynamic igniter for low vulnerability gun propellants and initial experimental results are presented in this paper. The concept is an interesting alternative for igniters generating the plasma by a blasting wire such as CPG (Capillary Plasma Generator) systems which have been recently investigated in many worldwide laboratories.

5

Badania pirostatyczne prochu typu JA-2

Trębiński R., Leciejewski Z., Surma Z, Fikus B.

Problemy Techniki Uzbrojenia

|

2017

|

R. 46, z. 142

7--23

PL

Przeanalizowano dane literaturowe dotyczące właściwości balistycznych prochów JA-2. Porównano te dane z wynikami własnych badań prochu LO5460 produkcji Nitrochemie AG. Badania pirostatyczne przeprowadzono w komorze manometrycznej o pojemności 200 cm3. Określono siłę prochu i kowolumen gazów prochowych. Stosując metodykę zaproponowaną przez autorów, dokonano oceny wpływu strat cieplnych na wartości tych parametrów. Określono wartość wykładnika w prawie spalania prochu, a następnie krzywe dynamicznej żywości prochu. Krzywe te dla różnych gęstości ładowania praktycznie pokrywają się ze sobą, co wskazuje na adekwatność fizycznego prawa spalania. Wykazano, że zapłon badanego prochu następuje przed całkowitym spaleniem się ładunku zapłonowego. Uwzględniono to, modyfikując metodę wyznaczania dynamicznej żywości. Wykorzystując wyniki pomiarów geometrii ziaren prochu oraz krzywe dynamicznej żywości, określono współczynnik liniowej szybkości spalania. Uzyskano dobrą zgodność zależności liniowej szybkości spalania od ciśnienia z danymi literaturowymi. Wykazano, że geometryczne prawo spalania jest adekwatne do opisu spalania badanego prochu w zakresie zmian względnej objętości spalonego prochu powyżej 0,2.

EN

Literature data concerning ballistic properties of JA-2 powders was studied. The data was compared with results of own tests received for powder LO5460 manufactured by Nitrochemie AG. Pyrostatic tests were carried out in the manometric chamber having the volume of 200 cm3. The force of the powder and the co-volume of powder gases were measured. The influence of thermal losses into these parameters was evaluated by using a methodology proposed by the authors. Exponent value in the powder burning law and curves of dynamical liveliness of the powder were established. The curves actually overlap what shows the adequacy of the physical law of burning. It was proved that the ignition of tested powder takes place prior the complete burning of an igniting charge. It was taken into account at modification of the method for establishing the dynamic liveliness. Exploiting results of measurements for powder grains geometry and the curves of dynamical liveliness a coefficient of linear burning velocity was established. A good compliance with literature data was achieved for the dependence of linear burning rate on the pressure. It was proved that the geometrical burning law is adequate with the description of tested powder burning for changes of relative volume of burned powder above 0.2.

6

Preliminary Studies of a Propellant System for the Counterprojectile of an Active Protection System

Surma Z., Zahor M., Kupidura P., Leciejewski Z.

Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa

|

2017

|

Vol. 8, Nr 2 (28)

33--42

EN

This paper presents a selection of the deliverables for a research project intended to develop a technology demonstrator for a smart counterprojectile forming part of an active protection system. Given the required activation of the active protection system within a distance of ten or so metres from the protected facility, a solid-propellant rocket engine was used, which has the characteristics of a booster rocket. For the determined configuration of the rocket engine, the elements of the counterprojectile and missile launcher were designed, based on homogeneous rocket propellant of Polish origin. To confirm the validity of the adopted concept for the propulsion system solution, preliminary testing of the rocket engine was conducted using an engine test bed, and included the measurement of gas pressure and engine thrust for different masses of ignition charge. To ultimately verify the operation of the design, field testing of the counterprojectile propulsion system was carried out, based on which the parameters of projectile motion inside the missile launcher and along the initial flight path length were determined.

PL

Zaprezentowano wybrane wyniki realizacji projektu badawczego, którego celem jest opracowanie demonstratora technologii inteligentnego antypocisku systemu ochrony aktywnej. Jako układ napędowy pocisku zastosowano silnik rakietowy na paliwo stałe o cechach silnika startowego ze względu na wymagane działanie systemu ochrony aktywnej w odległości do kilkunastu metrów od ochranianego obiektu. Wykorzystując homogeniczne paliwo rakietowe produkcji polskiej zaprojektowano i wykonano elementy antypocisku i wyrzutni. Przeprowadzono wstępne badania silnika rakietowego na hamowni, w ramach których dokonano pomiaru ciśnienia gazów i ciągu silnika dla różnych mas ładunku zapłonowego oraz doświadczalne badania poligonowe napędu antypocisku, na podstawie których wyznaczono parametry ruchu pocisku w wyrzutni i na początkowym odcinku toru lotu.

7

Numerical Analysis of the Effects of the Geometric and Weight Parameters on the Exterior Ballistics of a Designed Counterprojectile

Czyżewska M., Michalski J., Surma Z.

Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa

|

2017

|

Vol. 8, Nr 1 (27)

89--100

EN

This paper presents a selection of deliverables of a research project intended to develop a technology demonstrator for an active protection system smart counterprojectile. Numerical simulations were completed to analyse the effects of geometry and weight of the counterprojectile warhead on the counterprojectile flight (motion) parameters. This paper investigates four variants of the counterprojectile warhead shape and three variants of the counterprojectile warhead weight. Given the investigated geometric and weight variants, the PRODAS software environment was used to develop geometric models of the counterprojectile warhead, followed by the determination of the model aerodynamic characteristics. The final deliverable of this work are the results of the numerical simulation of the counterprojectile motion along the initial flight path length. Given the required activation of the active protection system in direct proximity of the protected object, the analyses of counterprojectile motion parameters were restricted to a distance of ten-odd metres from the counterprojectile launching system.

PL

W pracy przedstawiono niektóre wyniki realizacji projektu badawczego, którego celem jest opracowanie demonstratora technologii inteligentnego antypocisku systemu ochrony aktywnej. Przeanalizowano, na drodze symulacji numerycznych, wpływ geometrii oraz masy głowicy bojowej antypocisku na parametry jego ruchu (lotu). W artykule rozpatrzono cztery warianty kształtu głowicy antypocisku oraz trzy warianty masowe. Dla rozpatrywanych wariantów geometryczno-masowych opracowano w środowisku PRODAS modele geometryczne głowicy antypocisku, a następnie wyznaczono ich charakterystyki aerodynamiczne. Ostatecznym rezultatem pracy są wyniki symulacji numerycznych ruchu antypocisku na początkowym odcinku toru lotu. Ze względu na wymagane działanie systemu ochrony aktywnej w bezpośredniej odległości od ochranianego obiektu, analizy parametrów ruchu antypocisku ograniczono do kilkunastu metrów od wyrzutni.

8

Investigations of Ballistic Characteristics of N340 Propellant

Trębiński R., Fikus B., Surma Z.

Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa

|

2017

|

Vol. 8, Nr 4 (30)

9--22

EN

Results of investigations of ballistic characteristics of the single-based N340 propellant are presented. A novel approach, proposed in an earlier authors’ work, was applied. Basing on pressure records, obtained in closed vessel tests the burning law and the dynamic vivacity function were determined. High value of the exponent in the burning law was obtained (1.25). This effect can be attributed to the process of infiltration of hot gases into propellant pores, enhanced by the increase in the pressure. The dynamic vivacity function was proved to be dependent on the value of the loading density. A simple analytical approximation of the averaged vivacity function was proposed. It describes the ballistic properties of the propellant much better than the geometric law of combustion. An effect of heat losses on the vivacity function was estimated, showing relatively small influence of the losses on the vivacity function. The obtained results confirmed applicability of the novel approach to the characterization of ballistic properties of fined-grained propellants.

PL

Przedstawiono wyniki badań charakterystyk balistycznych jednobazowego prochu N340. Zastosowano nowe podejście, zaproponowane we wcześniejszej pracy autorów. Opierając się na przebiegach ciśnienia zmierzonych w próbach pirostatycznych, określono prawo spalania i dynamiczną żywość prochu. Uzyskano wysokie wartości wykładnika w prawie spalania (1.25). Efekt ten przypisano procesowi infiltracji gorących gazów do porów prochu, wzmocnionemu przez wzrost ciśnienia. Funkcja dynamicznej żywości okazała się zależna od gęstości ładowania. Zaproponowano prostą analityczną aproksymację funkcji żywości. Opisuje ona balistyczne właściwości prochu znacznie lepiej niż geometryczne prawo spalania. Dokonano oceny wpływu strat cieplnych na funkcję dynamicznej żywości, wykazując względnie mały wpływ strat cieplnych na funkcję żywości. Otrzymane rezultaty potwierdziły przydatność nowego podejścia do charakterystyki balistycznych właściwości prochów drobnoziarnistych.

9

Wstępne analizy wymagań balistycznych prochów LOVA do amunicji czołgowej nowej generacji

Fikus B., Leciejewski Z., Michalski J., Surma Z., Trębiński R.

Materiały Wysokoenergetyczne

|

2017

|

T. 9

105--116

PL

Pod koniec 2016 r. Konsorcjum Naukowo-Przemysłowe (Mesko S.A., Polska Grupa Zbrojeniowa S.A., Politechnika Warszawska, Wojskowa Akademia Techniczna, Wojskowy Instytut Techniczny Uzbrojenia) rozpoczęło realizację projektu badawczo-rozwojowego, którego celem jest opracowanie i wykonanie demonstratorów technologii krytycznych elementów do nowej generacji, polskiej amunicji czołgowej 120 mm. Do elementów krytycznych w tym projekcie zaliczono samospalającą się łuskę, małowrażliwy materiał miotający oraz pręty wolframowe do pocisku podkalibrowego. Zadaniem Wojskowej Akademii Technicznej jest opracowanie podstaw technologii i wykonanie w skali laboratoryjnej małowrażliwego materiału miotającego typu LOVA (zespół badawczy Wydziału Nowych Technologii i Chemii) oraz przeprowadzenia badań balistycznych i badań symulacyjnych zjawiska strzału w 120 mm czołgowym układzie miotającym z wykorzystaniem amunicji elaborowanej opracowanym prochem LOVA (zespół badawczy Wydziału Mechatroniki i Lotnictwa). W niniejszym artykule zawarto analizy literaturowe dotyczące właściwości energetyczno-balistycznych prochów typu LOVA oraz prochu JA-2. Ponadto przeprowadzono własne badania pirostatyczne prochu JA-2 (produkcji Nitrochemie AG) oznaczonego jako LO5460. Badania te przeprowadzono w komorze manometrycznej o pojemności 200 cm3. Na podstawie zarejestrowanego (w czasie) ciśnienia gazów prochowych określono siłę prochu, kowolumen gazów prochowych oraz krzywe żywości dynamicznej. Wykorzystując wyniki pomiarów geometrii ziaren prochu określono współczynnik liniowej szybkości spalania. Wyniki badań własnych pozwoliły na przeprowadzenie wstępnych badań symulacyjnych zjawiska strzału w 120 mm układzie miotającym.

EN

At the end of 2016, the Polish Scientific-Industrial Consortium (Mesko S.A., Polish Armed Forces Group, Warsaw University of Technology, Military University of Technology, Military Institute of Armament Technology) started a R&D project aimed at developing and implementing technology demonstrators of critical elements for the new generation of 120 mm Polish tank ammunition. Critical elements in this project are: self-burning cartridge case, insensitive propellant and tungsten rods for projectile. The task of the Military University of Technology is to develop technology and perform laboratory-scale LOVA propellant and carry out ballistic research and simulation studies of a shot in a 120 mm tank barrel system using developed ammunition. This paper contains comparative theoretical analysis of the energetic and ballistic properties of LOVA and JA-2 gun propellants. In addition, own experimental closed vessel tests of JA-2 gun propellant designated LO5460 were performed. Closed vessel test were carried out in manometric chamber having the volume of 200 cm3. Based on the recorded pressure changes, the force and co-volume were calculated and the dynamic vivacity curves were determined. Using the results of measurements of propellant grains geometry, the linear burning rate was determined. The results of our own research allowed us to conduct preliminary simulations of the shooting phenomenon in a 120 mm gun propulsion system.

10

Laboratory Investigations on Perforation of 30PM Steel Plates

Janiszewski J., Grązka M., Tria D. E., Surma Z., Fikus B.

Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa

|

2016

|

Vol. 7, Nr 2 (24)

19--40

EN

Abstract. In this study, high strength steel plates made of 30PM steel were subjected to 7.62 Armour Piercing projectiles at the ordnance velocity. Several experiments differing considerably in conditions of interaction between projectiles and plates were performed. Selected parameters were measured before, during, and after ballistic tests, and both projectile and plate were subjected to detailed examination. It is foreseen to use the obtained results in two ways. Protection performance of steel plates will be determined and experimental data will be used as a reference for analyzing various models and numerical techniques, accessible in commercially available hydrocodes. The authors present the methodology, the experimental set-up configuration, and the results of laboratory experiments.

11

Experimental Investigations of Motion of Slide of Selected Pistol Types

Fikus B., Koperski W., Płatek P., Surma Z., Trębiński J.

Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa

|

2016

|

Vol. 7, Nr 4 (26)

23--32

EN

In the presented paper, kinematic characteristics of movable parts of investigated pistols have been experimentally determined with application of high speed camera and appropriate software TEMA motion. Results of measurements can be useful in validation of various theoretical models and can reveal the influence of some technical solutions on parameters of motion of selected parts. Obtained curves presenting dependence of slide velocity versus time, allowed for rough estimation of average value of interaction force between slide and frame of the investigated construction. The results of study highlights advantage of HK USP pistol design. The achieved results are from reduction of the value of the mentioned interaction force (approximately 50%) due to elongation of the most intensive phase of slide motion damping process.

12

Analysis of Heat Transfer in a 35 mm Barrel of an Anti-Aircraft Cannon

Dębski A., Koniorczyk P., Leciejewski Z., Preiskorn M., Surma Z., Zmywaczyk J.

Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa

|

2016

|

Vol. 7, Nr 3 (25)

71--86

EN

The paper presents the results of computer simulations of unidentified transient heat transfer in the wall of a 35 mm cannon barrel for a single shot and for a sequence of seven shots with a subsequent firing break. The cannon barrel was made of 32CrMoV12-28 steel. For the phenomenon modelling, it was assumed that the material of the barrel wall is uniform and the barrel’s inner surface does not feature a protective coating of galvanic chrome or a nitrided casing. Calculations were performed for two input data variants: (i) for constant values of thermophysical parameters and (ii) for a temperature-dependent specific heat. The barrel with an overall length of 3150 mm was divided into 6 zones. On the inner surface of the barrel in each zone there were assumed various values of heat flux density expressed as rectangular functions qi (t, rw, z ) = consti in the range from 0 to 10 ms (with the start of ti of the function qi shifted in the subsequent zones). The calculation time for a single shot was assumed as equal to 100 ms. The calculations were performed with a finite element method in COSMOS/M software.

PL

W pracy przedstawiono wyniki symulacji numerycznych nieustalonego przewodzenia ciepła w ściance lufy armaty kalibru 35 mm dla pojedynczego strzału oraz dla sekwencji serii siedmiu strzałow i następującej po niej przerwy. Lufa armaty została wykonana ze stali 32CrMoV12-28. Modelując zjawisko, przyjęto założenie, że materiał ścianki lufy jest jednolity, a wewnętrzna powierzchnia lufy nie zawiera powłoki ochronnej w postaci warstwy chromu galwanicznego lub warstwy azotowanej. Obliczenia wykonano w dwoch wariantach danych wejściowych, tzn. przy stałych wartościach parametrow termofizycznych oraz gdy ciepło właściwe zależy od temperatury. Lufę o długości całkowitej 3150 mm podzielono na 6 stref. W każdej strefie, na powierzchni wewnętrznej lufy zadano inne wartości gęstości strumienia ciepła w postaci funkcji prostokątnych qi (t, rw, z) = consti w zakresie od 0 do 10 ms (z przesunięciem startu ti funkcji qi w kolejnych strefach). Czas obliczeń dla pojedynczego strzału założono rowny 100 ms. Obliczenia wykonano metodą elementow skończonych za pomocą programu COSMOS/M.

13

Analiza procesu zapłonu ładunku napędowego silnika rakietowego inteligentnego antypocisku

Leciejewski Z., Surma Z.

Materiały Wysokoenergetyczne

|

2016

|

T. 8

47--55

PL

W artykule zaprezentowano wybrane wyniki realizowanego w Wojskowej Akademii Technicznej od 2013 r. projektu badawczego, którego celem jest wykonanie demonstratora technologii inteligentnego antypocisku służącego do zwalczania pocisków przeciwpancernych w ustalonej odległości od ochranianego obiektu. Przyjęto, że układem napędowym antypocisku będzie silnik rakietowy na paliwo stałe. W [1, 2] przedstawiono koncepcję oraz badania układu napędowego antypocisku dla przyszłościowego systemu ochrony aktywnej. W projektowanym układzie napędowym do zapalenia ładunku stałego paliwa rakietowego zostanie wykorzystany ładunek zapłonowy, w skład którego wchodzić będzie określona masa prochu czarnego. Ładunek ten będzie zamknięty w gnieździe znajdującym się w przednim dnie komory spalania. Pod wpływem gazów powstałych ze spalania ładunku zapłonowego nastąpi rozerwanie pokrywy zamykającej i uwolnienie (transfer) gazów zapłonowych do komory spalania. Z kolei zainicjowanie spalania prochu czarnego będzie dokonane wskutek impulsu cieplnego powstałego w wyniku przepływu prądu w zapłonniku elektrycznym (spłonce). W niniejszym artykule skoncentrowano się na analizach teoretycznych związanych z określeniem czasu trwania zapłonu paliwa rakietowego oraz czasem działania silnika rakietowego w kontekście wymaganych parametrów eksploatacyjnych antypocisku oraz na prezentacji wyników badań laboratoryjnego układu napędowego antypocisku polegających na obserwacji (wraz z rejestracją czasu) efektów działania układu: zapłonnik – ładunek prochu czarnego – ładunek paliwa rakietowego po podaniu impulsu prądowego na zapłonnik.

EN

The paper presents indicative results of a research project carried out at the Military University of Technology (Warsaw, Poland), whose aim was to prepare a technology demonstrator of an active protection system against anti-armour missiles. One of the elements of this system is a smart counterprojectile designed to combat anti-tank missiles at a pre-determined distance from their intended target. The counter-projectile war-head includes electronic components sensitive to high launch loads. With this in mind, it was decided to use a solid propellant rocket motor as the propulsion system. The design concept of the counter-projectile and its propulsion system were developed on the basis of assessed requirements [1]. In the proposed propulsion system, a defined mass of black powder (ignition charge) ignites the solid rocket propellant. This ignition charge is enclosed in a pocket situated at the forward base of the combustion chamber. The igniter gases rupture the protective cover enabling the remaining gases to enter combustion chamber and ignite the main charge. The paper focuses on the theoretical analysis related to determining the duration of the ignition of rocket propellant and rocket motor operation time with regard to the required parameters. The paper presents the results of laboratory scale trials into the operation of the system: igniter – charge of black powder – a charge of solid rocket propellant after supply of an electrical pulse to the igniter.

14

Modelling and Verification of Solid Propellant Rocket Motor Operation

Zygmunt B., Surma Z., Leciejewski Z., Motyl K., Rasztabiga T.

Central European Journal of Energetic Materials

|

2016

|

Vol. 13, no. 4

944--956

EN

This paper presents a mathematical-physical model of phenomena occurring in the combustion chamber of a new solid propellant rocket motor. Due to the fact that the geometrical shape of the propellant grain has already been elaborated, the proposal for the modelling of combustion gas generation is a novelty. To solve the system of equations associated with the mathematical model, a computer programme in Turbo Pascal 7.0 was developed. For the solution of ordinary first-order differential equations, the fourth-order Runge-Kutta numerical method was applied. The main results of the completed simulations, i.e. changes in gas pressure, p, in the combustion chamber, and the rocket motor thrust, R, as a function of time, t, of motor operation, are shown graphically. Experimental verification of the parameters of the designed motor shows good agreement with the numerically calculated parameters.

15

Teoretyczno-doświadczalne badania rakietowego układu napędowego antypocisku systemu ochrony aktywnej pojazdów

Surma Z., Leciejewski Z., Dzik A., Białek M.

Materiały Wysokoenergetyczne

|

2015

|

T. 7

44--52

PL

W artykule zaprezentowano wybrane wyniki realizowanego w Wojskowej Akademii Technicznej projektu badawczego, którego celem jest wykonanie demonstratora technologii systemu ochrony aktywnej pojazdów oraz jego elementu w postaci inteligentnego antypocisku służącego do zwalczania pocisków przeciwpancernych w ustalonej odległości od ochranianego obiektu. Ze względu na specyfikę konstrukcji głowicy antypocisku zawierającej elementy elektroniczne, wrażliwe na duże przeciążenia, zdecydowano się zastosować jako układ napędowy antypocisku silnik rakietowy na paliwo stałe. Na podstawie określonych wymagań (założeń) w stosunku do układu napędowego antypocisku wyznaczono wymiary ładunku napędowego oraz bloku dyszowego, a następnie przeprowadzono obliczenia charakterystyk pracy projektowanego układu (ciśnienie gazów w komorze spalania i ciąg silnika w funkcji czasu, impuls całkowity ciągu). Analizy i badania przeprowadzono przyjmując znane właściwości homogenicznych stałych paliw rakietowych produkcji krajowej. W celu weryfikacji wyników analizy teoretycznej zrealizowano we współpracy z ZPS „GAMRAT” Sp. z o. o. w Jaśle doświadczalne badania na hamowni, które potwierdziły prawidłowość doboru paliwa oraz postawione na wstępie założenia dotyczące działania układu napędowego projektowanego antypocisku.

EN

The paper presents selected results of a research project carried out at the Military University of Technology (Warsaw, Poland), whose aim is to perform the technology demonstrator of active protection system for vehicles. One of the elements of this system is a smart counterprojectile which is designed to combat anti-tank missiles at a fixed distance from the protected object. Counterprojectile head design includes electronic components sensitive to high overload. For this reason, it was decided to use a solid propellant rocket motor as a propulsion system. On the basis of specific requirements (assumptions), design concept of counterprojectile and its propulsion system have been developed. Based on the energy-ballistic properties of homogeneous solid rocket propellant domestic production, adopted dimensions of the propellant charge and nozzle block, were carried out calculations of ballistic characteristics of the proposed propulsion system (gas pressure in the combustion chamber and motor thrust as a function of time, a total impulse). In order to verify the results of the theoretical analysis, was carried out experimental study in collaboration with the ZPS “GAMRAT” Sp. z o. o. (Jasło, Poland), which confirmed the correctness of the solid propellant selection, and posed at the outset assumptions as to the operation of the propulsion system of designed counterprojectile.

16

Ballistic resistance tests of multi-layer protective panels

Godzimirski J., Janiszewski J., Rośkowicz M., Surma Z.

Eksploatacja i Niezawodność

|

2015

|

Vol. 17, no. 3

416--421

EN

Modern light-weight ballistic amours are usually multi-layer structures with low density. The aim of the study was to evaluate the possibility of using multi-layer structures for lightweight armour systems which may be applied as bulletproof ballistic panels of combat helicopters and other lightweight military equipment. The tested multi-layer structures were prepared on the basis of aramid fabrics, thin sheets of 2024-T3 aluminium alloy and Al2O3 and SiC ceramics. Additionally, the influence of adhesive connections between the components of the ballistic panels on their protective properties has been assessed. Absorbing energy of a spherical projectile was determined with the use of a laboratory stand consisted of a one-stage helium gas gun and a digital high speed camera. A penetration study on the selected multi-layer panels was also carried out with the use of Parabellum ammunition. It has been shown that the laminated structures composed of thin layers of metal and aramid fabric indicate a lower absorb energy-to-composite basic weight ratio than analogues ratios for metal sheets or fabrics used to produce laminated structures. Similarly, the sandwiches of loose aramid fabrics demonstrate greater ballistic resistance compared to the polymer composites made of such fabrics. There has been also demonstrated the desirability of the use of a ceramic component as a separate layer in which ceramic segments are glued between two layers of a thin metal sheet.

PL

Współczesne lekkie osłony balistyczne są zwykle strukturami wielowarstwowymi o małej gęstości. Celem badań była ocena możliwości zastosowania struktur wielowarstwowych na lekkie pancerze, mogące znaleźć zastosowanie jako kuloodporne osłony balistyczne śmigłowców bojowych i innego lekkiego sprzętu wojskowego. Badane materiały przygotowano na bazie tkanin aramidowych, cienkich blach ze stopu aluminium 2024-T3 oraz ceramiki typu Al2O3 i SiC. Dodatkowo oceniono wpływ zastosowania połączeń adhezyjnych pomiędzy komponentami osłon balistycznych na ich właściwości ochronne. Określono energię przebijania osłon wykorzystując do tego celu stanowisko zbudowane na bazie działa helowego oraz szybkiej kamery. Wykonano również próby przebicia wytypowanych osłon pociskiem naboju Parabellum. Wykazano, że klejone struktury złożone z cienkich warstw metalowych i tkanin aramidowych charakteryzuje mniejsza odporność na przebicie odniesiona do ich gramatury niż blach metalowych i tkanin, z których były wytwarzane. Również pakiety luźnych tkanin aramidowych cechuje większa odporność na przebicie w porównaniu z kompozytami polimerowymi wytworzonymi z takich tkanin. Wykazano celowość stosowania komponentu ceramicznego w postaci oddzielnego pakietu,w którym płytki ceramiki wklejone są pomiędzy dwie warstwy cienkiej blachy.

17

Określanie warunków początkowych do symulacji lotu pocisków artyleryjskich

Baranowski L., Surma Z.

Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa

|

2014

|

Vol. 5, Nr 1 (15)

51-58

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań poligonowych rejestracji przebiegu strzelania ze 120 mm moździerza pociskiem odłamkowo-burzącym OF-483A, mające na celu umożliwienie określenia warunków początkowych wylotu pocisku z lufy moździerza, niezbędnych do przeprowadzenia symulacji komputerowej lotu pocisku moździerzowego. Wyniki rejestracji ruchu zarówno pocisków, jak i moździerza posłużyły do opracowania doświadczalnej metody wyznaczania prędkości wylotowej pocisku oraz kąta rzutu (tzn. kąta pochylenia wektora prędkości pocisku w chwili opuszczania przekroju wylotowego lufy moździerza). W badaniach poligonowych do rejestracji zjawisk szybkozmiennych wykorzystano kamerę Phantom v12, natomiast do wyznaczenia prędkości lotu pocisku oraz przemieszczania się lufy moździerza wykorzystano oprogramowanie TEMA Motion, służące do opracowywania wyników rejestracji kamerą Phantom v12. W celu określenia wpływu parametrów rejestracji na ewentualną jakość rejestrowanego obrazu i tym samym dokładność określenia prędkości wylotowej pocisku, stosowano różne ustawienia kamery uwzględniające szybkość filmowania i rozdzielczość zdjęć.

EN

The results of field tests of 120 mm mortar have been presented in this paper. Tests were conducted with using the mortar projectile type OF-483A. The main task of investigations was experimental determination of muzzle velocity and throwing angle, which are initial conditions for numerical simulation of the mortar projectile flight. Muzzle velocity and throwing angle were determined on the basis of accomplished results of motion the projectile as well as the mortar. The high-speed camera Phantom v12 was used during the field tests. The projectile velocity and the movement of the mortar barrel were calculated by means of TEMA Motion program.

18

Termodynamiczny model balistyki wewnętrznej pneumatycznego układu miotającego

Surma Z.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2013

|

Vol. 62, nr 3

121-136

PL

W pracy przedstawiono model fizyczny pneumatycznego układu miotającego oraz termodynamiczny model matematyczny zjawisk zachodzących w nim podczas strzału. Model matematyczny opisuje zjawiska od chwili rozpoczęcia przepływu czynnika roboczego (gazu) ze zbiornika do przestrzeni zapociskowej do momentu wylotu pocisku z lufy. W wyniku numerycznego rozwiązania zaproponowanych równań otrzymuje się m.in. ciśnienie gazu w przestrzeni zapociskowej lufy oraz charakterystyki ruchu pocisku dla przyjętego układu konstrukcyjnego. Na podstawie wykonanych obliczeń przeanalizowano wpływ wybranych parametrów układu na charakterystyki jego pracy.

EN

The paper presents physical model of a light gas gun and mathematical model of phenomena inside a barrel, from start gases outflow from gases’ chamber to the moment of muzzle of the projectile. Numerical solution of the proposed equations for considered gun structural system gives pressures inside the barrel as well as motion parameters of the projectile. On the basis of calculation results, the influence of system parameters on main characteristics of considered gun propulsion system has been analysed.

19

Experimental and model scale tests of an additional protection structure against RPG rockets

Kupidura P., Leciejewski Z., Panowicz R., Surma Z., Sybilski K., Trębiński R.

Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdów / Politechnika Warszawska

|

2012

|

z. 3/89

81--88

EN

The results of experimental tests with RPG rocket of 1:3 scale striking the model of a bar armour are presented in this paper. The tests were conducted for square cross section bars being fixed into numerous configurations (regarding distance between bars, angle of attack etc.). For this purpose, the special laboratory stand enabled to accelerate projectile’s model to appropriate velocity was developed. The laboratory stand description, its numerical model and results of simulations are also included. Obtained results of firing tests were compared to these ones, acquired with numerical simulations. To perform the analyses LS-DYNA software based on the finite element method with algorithm of explicit integration in time was used. The objective of the presented numerical simulations was to examine consistency with experimental investigations, which was proven in excellent extend. These results have been finally used during development of cage armour for light armoured vehicles.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych procesu zderzenia modelu pocisku granatnikowego w skali 1:3 z modelem pancerza prętowego. Badania przeprowadzono dla prętów o przekroju kwadratowym dla różnych odległości między prętami, kątów nachylenia struktury ochronnej itp. W tym celu zostało wykonane stanowisko laboratoryjne do napędzania modeli pocisków do wymaganych prędkości. Otrzymane wyniki porównano następnie z wynikami symulacji numerycznych, przeprowadzonych przy pomocy programu LS-DYNA, wykazując dużą zgodność. Zaprezentowane wyniki zostały następnie wykorzystane podczas opracowywania pancerza prętowego dla lekkich pojazdów opancerzonych.

20

Stanowisko do badania dynamiki systemów sterowania gazodynamicznego pocisków rakietowych

Machowski B, Makowski M, Surma Z

Mechanik

|

2012

|

R. 85, nr 7CD

421--428

PL

System sterowania przeznaczony jest do zapewnienia lotu pocisku zgodnie z założoną trajektorią przez odpowiednią zmianę składowych sił sterujących. Naprowadzanie pocisku polega na sterowaniu ruchem środka jego masy za pomocą sił normalnych. Aby realizacja tego zadania odbywała się poprawnie, należy wyznaczać rzeczywiste wartości sił działających na pocisk oraz parametry czasowe układu sterowania. Wykonano stanowisko do badania dynamiki systemów sterowania gazodynamicznego pocisków rakietowych i przeprowadzono na nim opisane w artykule badania.

EN

The control system is designed for secure of flight of missile according to demanded trajectory by means of adequate changes of components of control forces. The guidance of missile is performed by control of motion its gravity center by means of perpendicular forces. In order to properly perform this task, it is necessary to determine real value of forces acted on missile and time parameters of control system. The laboratory stand for testing of dynamic of gasodynamic missile control system has been made and tests has been performed. Tests and their results are described in the article.