بررسي مسير حركت يك پرتابه كروي گذرصوتي تحت مكانيزم هوپ-آپ به كمك شبيه سازي جريان ناپاياي سه بعدي آشفته

Trajectory Investigation of a Transonic Spherical Projectile under Hop-up Mechanism Using Simulation of Turbulent Three-Dimensional Non-Stationary Flow

بهبود دقت هدف زني با ساچمه هاي تفنگ بادي اهميت زيادي در مسابقات تيراندازي داشته و همواره مورد توجه علاقه مندان مي باشد. در اين مقاله، عملكرد يك پرتابه كروي گذرصوتي به عنوان يك ساچمه تفنگ بادي با كاليبر 4.5 ميلي متر تحت مكانيزم هوپ-آپ، به روش عددي بررسي گرديده كه حركت پرتابه را به صورت 4 درجه آزادي، شامل سه حركت انتقالي و يك حركت دوراني عرضي شبيه سازي مي كند. مكانيزم هوپ-آپ باعث ايجاد حركت دوراني و توليد نيروي مگنوس شده كه مي تواند از افت ارتفاع پرتابه جلوگيري كند. استفاده از مكانيزم فوق به عنوان اصلاح كننده مسير پرتابه در تفنگ هاي بادي، ايده جديدي است كه تا كنون مطرح نشده است. معادلات ناوير- استوكس سه-بعدي تحت شرايط ناپاياي تراكم پذير آشفته به همراه معادلات ديناميكي حركت ساچمه به صورت كوپل و در يك شبكه محاسباتي متحرك حل شده اند. شبيه سازي عددي، بر پايه طرح «رو» با دقت مرتبه دو مكاني و به لحاظ اهميت زمان با مرتبه دو زماني به شيوه حجم محدود مي باشد. براي اعتبارسنجي، پاسخ هاي حاصل با نتايج تجربي معتبر مقايسه شده اند. نتايج حاصله نشان مي دهند كه اعمال چرخش مناسب به پرتابه براي هر فاصله معين مي تواند از افت ارتفاع آن در هنگام برخورد به هدف جلوگيري نمايد. در اين ارتباط، از ميان يابي داده هاي حاصل، رابطه اي كه بتواند با دقت خوبي سرعت زاويه اي هوپ-آپ را بر حسب تابعي از موقعيت هدف و انرژي جنبشي شليك براي جبران افت ارتفاع پرتابه در فواصل دلخواه پيش بيني نمايد استخراج گرديد. همچنين مشاهده شد كه با افزايش سرعت زاويه اي، وقوع ريزش گردابه، تسريع و مقدار اندازه حركت پرتابه كاهش مي يابد.

Improvement of shooting accuracy with air gun pellets is very important in sport competitions, which is always questioned by shooting enthusiasts. In this study, the performance of a transonic spherical projectile as an air gun pellet with 4.5 mm-caliber under a mechanism known as Hop-up is numerically examined. The motion of this projectile is assumed in four degrees of freedom including three translational motions and one transverse rotational motion. Hop-up mechanism is resulted in a rotational motion of spherical projectile, so a Magnus Force is generated which prevents the altitude loss of the projectile. The Navier-Stokes equations are solved in compressible non-stationary turbulent conditions with equations of the pellet motion in a coupled form and in a moving computational grid by a computer program. The present numerical simulation is based on “Roe” scheme with second-order accuracy using a finite volume method and because of the importance of time dependent parameters, second-order time accurate was applied. To validate the computer program operation, the results were compared to valid experimental data. The results obtained from these studies showed that proper rotation of the projectile for a certain distance prevents its height drop when it hits the target. A relation was also obtained between the target location, shooting kinetic energy and proper angular velocity which can neutralize the projectile altitude loss at arbitrary distances. It is also demonstrated that by increasing the angular velocity, the vortex shedding onset is accelerated and the projectile momentum is decreased.