Ucunda Oyuk Bulunan Küt Burunlu Bir Mermi Etrafındaki Akışın Süpersonik Hızlarda Sonlu Hacimler Yöntemi İle İncelenmesi

Abstract

Ordular zırh delme özellikleri nedeniyle kinetik enerji mermileri ile ilgilenmektedirler. Daha yüksek kinetik enerji, hedefte daha büyük tahribatı gerçekleştirir. Kinetik enerji, mermi hızının karesiyle orantılı olduğu için hız özelliği önem kazanmaktadır.Günümüzde deniz seviyesinde burunda erime olmadan 1.5-2 km/s hıza ulaşılmıştır fakat, 2 km/s’den daha yukarı hızlarda yüksek sıcaklıktan dolayı burunda erime oluşmaktadır. Süpersonik bir merminin burnunda eksenel bir oyuk açılması bölgesel bir sıcaklık azalmasına neden olur. Oyuğun içerisinde, merminin önündeki şok dalgasının salınımına yol açan güçlü basınç salınımları oluşur, bu da deniz seviyesinde soğutma mekanizmasına sebep olur. Bu çalışmanın ilk amacı, ucunda oyuk bulunan küt burunlu bir merminin 5 Mach ve 2 Mach hızlarındaki daimi akış sonuçlarını elde etmektir.Diğer amacı ise, 5 Mach hızındaki L/D = 0.23 konfigürasyonu için zamana bağlı basınç salınımlarını elde etmektir.Bu çalışmada belirtilen amaçlara ulaşmak için Sonlu Hacimler Yöntemine dayalı FLUENT yazılımı kullanılmıştır.Bu hesaplamalı analiz sonucunda elde edilen basınç dağılımları, deneysel çalışmaların sonucu elde edilen akım görüntüleri ile niteliksel olarak karşılaştırılmıştır.Hesaplamalı analiz sonuçları, deneysel çalışma sonucu elde edilen akım görüntüleri ile şok yeri ve şekli açısından çok uyumludur. Zamana bağlı simülasyonlar sığ derinlikteki oyuklarda ana moda yakın küçük band genişliğindeki frekanslarda deney gürültüsünün, rezonant basınç salınımları oluşturduğunu göstermiştir.

Armies are interested in the kinetic energy projectiles because of their penetration characteristics. The more kinetic energy delivered, the more damage done to the target. This places premium on achieving high speed, since kinetic energy depends on the square of weapon’s velocity. Currently, speeds of 1.5-2 km/s at sea level can be attained without ablation of the projectile tip but above 2 km/s, extremely high heating rates can cause tip ablation.Introducing an axial cavity in the nose region of a supersonic projectile result in a local reduction in peak heating. Strong pressure oscillations are generated within the cavity to induce bow shock oscillations ahead of the projectile, which provide cooling mechanism at sea level.The first objective of this study is to obtain the steady-flowfield results for a forward-facing nose cavity on a blunt-nosed projectile both at Mach 5 and at Mach 2. The second objective is to obtain the time-accurate simulations of pressure oscillations for L/D = 0.23 configuration at Mach 5.In order to achieve these two objectives FLUENT solver, a finite volume code, was used in this study .Static pressure contours obtained by the computational analysis were compared with the experimental flow visualization results qualitatively. The computational results showed very good agreement with the experimental flow visualization results in terms of shock positions and shapes. Time-accurate simulations showed that freestream noise in a small bandwidth of frequencies near the primary mode is the mechanism that drives resonant pressure oscillations within shallow forward-facing cavities.