مقايسه عملكرد چند نمونه پرتابه تفنگ بادي به‌ همراه اصلاح شكل دماغه

Performance Comparison of Several Air Gun Projectiles with Nose Shape Modification

يكي از مسائل مهم در تيراندازي با تفنگ‌ هاي بادي، انتخاب پرتابه مناسب براي فواصل مختلف هدف مي‌باشد. در اين مقاله به شبيه‌سازي عددي و مقايسه عملكرد چهار نمونه مختلف از پرتابه‌هاي تفنگ بادي پرداخته شده كه حركت اين پرتابه‌ها به‌صورت 4 درجه آزادي، شامل سه حركت انتقالي و يك حركت چرخشي در كد تدوين شده منظور شده است. پرتابه‌‌هاي مورد بررسي داراي سه اندازه كاليبر 4.5، 5.5 و 6.35 ميلي‌متر و چهار نوع مختلف با نام‌هاي سرتخت، نوك‌تيز، گنبدي و كروي هستند. به‌منظور تحليل عددي اين مسأله، پس از مدل‌سازي هندسي پرتابه‌ها، معادلات ناوير- استوكس سه‌بعدي تحت شرايط ناپاياي تراكم پذير آشفته به همراه معادلات ديناميكي حركت پرتابه به‌صورت كوپل و در يك شبكه محاسباتي متحرك حل شده‌اند. شبيه‌سازي عددي، بر پايه طرح "رو" با دقت مرتبه دو مكاني و به لحاظ اهميت زمان با مرتبه دو زماني به شيوه حجم محدود مي‌باشد. براي اعتبارسنجي برنامه كامپيوتري، پاسخ‌هاي حاصل با نتايج تجربي معتبر مقايسه شده‌اند. مقايسه نتايج حاصل از بررسي عملكرد پرتابه‌ها شامل مسير حركت، تغييرات سرعت و افت ارتفاع نشان مي‌دهند كه پرتابه گنبدي، بهترين عملكرد را تقريباً در تمامي فواصل هدف داشته و پرتابه سرتخت در فواصل كم، عملكرد بسيار خوب و در فواصل زياد عملكرد بسيار ضعيفي در مقايسه با ساير نمونه‌ها دارد. در ادامه، اثر شكل دماغه بر عملكرد پرتابه‌‌هاي نوك‌ تيز و گنبدي بررسي و شكل‌هاي بهينه به‌دست آمده‌اند.

One of the important issues in shooting by air guns is to select the appropriate projectile for different distances of the target. In this paper, the performance of four samples of air gun projectiles (pellets) is studied. In the provided code, the motion of these projectiles is assumed in four degrees of freedom including three translational motions and one rotational motion. The considered projectiles have three calibers of 4.5, 5.5 and 6.35 mm, and four different types, namely flat nose, sharp nose, round nose and spherical. In order to numerical simulation of the problem, after these projectiles have been modeled geometrically, the 3-D compressible turbulent Navier-Stokes equations and dynamic equations of the projectiles motion are solved in a coupled form and in a moving computational grid. The numerical simulation is based on “Roe” scheme with second-order accuracy in space and time using a finite volume method. To validate the computer program operation, the results are compared to valid experimental data. Computed results describe the trajectory, velocity variations and altitude loss of the projectiles with time and location. Comparison of the projectiles performance including the trajectory, velocity variations and altitude loss indicate that the round nose projectile has the best performance in long distances compared to the other samples and the flat nose projectile has a great performance in short distances, while it has a weak behavior in long distances. Additionally, effect of nose shape on the performance of the sharp and round nose projectiles is investigated and the optimum nose shapes are obtained.