Rajoitetun kantaman ja pitkän kantaman luotien aerodynaaminen suunnittelu

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Engineering | Master's thesis
Ask about the availability of the thesis by sending email to the Aalto University Learning Centre oppimiskeskus@aalto.fi

Authors

Date

2010

Department

Sovelletun mekaniikan laitos

Major/Subject

Lentotekniikka

Mcode

Kul-34

Degree programme

Language

fi

Pages

92 s. + liitt. 7

Series

Abstract

The purpose of this thesis is to give an overview to the aerodynamics of small arms' projectiles. The thesis also acts as a preliminary study for upcoming research related to range limited and long range projectiles' development in the Flight mechanics research group at the Aalto University Department of Applied Mechanics. There are several aerodynamic forces and moments at transonic and supersonic speed ranges affecting the projectile and causing inaccuracy. A shape of the projectile and, for example the location of the centre of gravity, has a great effect on these forces and moments. Particularly, the transonic flow around the projectile, having asymmetric and time independent characteristics, is a challenging field of research. Range limited projectiles, mainly designed for training purposes, and are characterized by having good accuracy on a certain range but also having an ability to efficiently decrease the speed after reaching the desired range. According to previous studies, one effective way to restrict the projectile's range is to increase the drag by contributing the projectile to achieve a gyroscopically unstable flight mode. During the unstable flight, the angle of attack increases causing the drag to increase. For instance, small streamwise fins or grooves located in the projectile's boattail increase the spin damping moment and enhance the formation of an unstable flight mode. For the long range projectile, it is important to maintain a stable flight over a 1.5 km range. Decreasing the drag, for example by redesigning nose and boattail shapes, contributes the projectile to maintain the supersonic flight longer. Improving projectile's transonic flight characteristics and weakening the disturbances caused by variation of angle of attack and Magnus-effect are challenging fields of research in the future. A computational study has been undertaken for the Lapua .338 Magnum Scenar long range projectile to determine its aerodynamic characteristics. The CFD-simulation was conducted by using Ansys Fluent -software for six different Mach numbers and two angles of attack. Results and gathered experience from this thesis will be used in upcoming research on improving the performance of long range and range limited projectiles.

Tämä diplomityö luo katsauksen luotien aerodynamiikkaan sekä toimii pohjatietona sovelletun mekaniikan laitoksen aerodynamiikan laboratorion tutkimusprojektille, jossa tavoitteena on kehittää rajoitetun sekä pitkän kantaman luoteja. Transsoonisella ja ylisoonisella nopeusalueella lentävään luotiin vaikuttaa lentomatkan aikana useita tarkkuuteen vaikuttavia aerodynaamisia voimia ja momentteja. Luodin muotoilulla sekä esimerkiksi painopisteen sijainnilla on suuri vaikutus voimien esiintymiseen ja suuruuteen sekä niiden hallintaan. Erityisesti transsooninen alue on haastava mallintaa ajasta riippumattomien ja epäsymmetristen virtausilmiöiden vuoksi. Harjoituskäyttöön suunnitelluille rajoitetun kantaman luodeille on ominaista hyvä tarkkuus halutulla ampumaetäisyydellä, mutta maksimi kantama ei saisi yltää paljoa tästä pidemmälle. Aiemmin aiheesta tehtyjen tutkimusten mukaan eräs tehokas keino kantaman rajoittamiseksi on saattaa luoti epästabiiliin lentotilaan, jolloin sen vastus suurenee merkittävästi kohtauskulman kasvaessa. Epästabiili lentotila voidaan saada aikaan muun muassa jarruttamalla luodin pyörimisnopeutta vaippaan muotoiltujen pienten siivekkeiden tai unen avulla. Pitkän kantaman luodille on tärkeää säilyttää stabiili lentotila ja hyvä tarkkuus yli 1,5 km:n ampumaetäisyyksille. Pienentämällä vastusta esimerkiksi perän ja kärjen muotoilulla saadaan luoti lentämään kauemmin ylisoonisella nopeudella. Myös transsoonisen alueen läpäiseminen sekä kohtauskulmahäiriöiden ja Magnus-voimien vaikutusten pienentäminen ovat haastavia tutkimuskohteita tulevaisuudessa. Pitkän kantaman luodin aerodynaamisia ominaisuuksia selvitettiin virtauslaskennan (CFD) avulla Lapuan .338 Magnum Scenar -luodille. Fluent-ohjelmalla kuudella eri Machin luvulla ja kahdella kohtauskulmalla laskettuja tuloksia verrattiin kirjallisuudessa esitettyihin vastaaviin tutkimuksiin. Tulokset olivat pääsääntöisesti odotusten mukaisia ja laskennan pohjalta tutkimusprojekti jatkaa pitkän kantaman luodin ominaisuuksien kehittämistä. Virtauslaskennasta saatuja kokemuksia tullaan hyödyntämään myös rajoitetun kantaman luodin kehityksessä.

Description

Supervisor

Siikonen, Timo

Thesis advisor

Sailaranta, Timo

Keywords

long range projectile, rajoitetun kantaman luoti, range limited projectile, pitkän kantaman luoti, projectile aerodynamics, luodin aerodynamiikka

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-2020122357888

Collections

[dipl] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG