Modelling Gun Interior Ballistics

Projektet "Utskjutning och framdrivning" är ett FoT-projekt i Försvarsmaktens samlingsbeställning. Projektets syfte är att återta och bygga upp kompetens inom innerballistik och utskjutning, områden som tidigare nedprioriterats i Försvarsmakten forskningsuppdrag till FOI. Förutom att utveckla förmågan att använda traditionella, semiempiriska verktyg för analys av innerballistiska fenomen och processer behöver kompetensen fördjupas. Det finns idag ett antal aktuella frågeställningar som kräver djupare förståelse och mer avancerade verktyg än de som hittills har använts. Idag erbjuder moderna datorer beräkningskraft som gör det möjligt att studera explosions- och förbränningsförlopp i detalj med strömningsmekaniska beräkningar, Computational Fluid Dynamics eller CFD-metoder. Utveckling av dessa metoder för innerballistika beräkningar är ett långsiktigt arbete och i denna rapport presenteras de senaste resultaten av arbetet. CFD-metodiken har potentialen att hantera komplexa innerballistiska problem och kunna ge svar på varför det t.ex. uppstår variationer i utgångshastighet (v0) mellan skott, vilket kan bidra till förståelse för vapnets träffsäkerhet. Målet med detta arbete är att utveckla strömningsmekaniska modeller som är mer generella och användbara än de befintliga ingenjörsmässiga modellerna. Den strömningsmekaniska metodiken som studeras här är användbar för både fin- och grovkalibriga vapen. Utvecklingen av CFD-modellen har delats upp i två separata delar: (i) modellering av tvåfasflöde-krutförbränning och (ii) modellering av projektilens rörelse, där det slutgiltiga målet är att kombinera dessa två delar till en modell som kan beskriva det innerballistiska förloppet för godtyckliga krut och eldrör. I denna rapport presenteras status för utvecklingsarbetet tillsammans med de första simuleringarna gjorda enligt uppdelningen ovan. Som simuleringstestfall har Bofors 40 mm akan m/70B använts. Dessutom, redovisas grundläggande teori och modelleringsmetoder för innerballistiska fenomen samt en sammanfattning av tillgängliga eldrör som finns tillgängliga vid FOI för experiment inom innerballistik. Som en del i arbetet, redovisas även möjligheten att använda reaktionsmekanismer för att modellera krutförbränning. Resultaten från de första simuleringarna var lovande, dock är det uppenbart att mer arbete behövs för att förbättra modellerna för både krutförbränning och strömning med rörlig projektil. Dessa simuleringar pekar på möjligheterna med CFD-metodiken och dess förmåga att detaljerat belysa de olika processerna som är aktuella vid krutförbränning och utskjutning. Tanken är att den grundläggande forskningen kring CFD modellering som utförs i detta projekt med tiden ska kunna användas som stöd till mer tillämpade uppdrag från Försvarsmakten och FMV.