Kompozit malzeme ile desteklenerek hafifletilmiş, eksenel konuma göre değişken iç yüklere dayanıklı çelik boru tasarımı

Abstract

Silah Sistemlerinin hafifletilerek lojistik açıdan taşınabilirliğinin kolaylaştırılması ile savaş alanında üstünlük sağlanması yakın tarihimizde önem kazanan bir konudur. Genel manada Namlu, mühimmata ilk enerjinin ve dönünün, barut ve yiv-set ile kazandırıldığı silah sistemlerinin en önemli unsurudur. Günümüz malzeme ve tasarım teknolojilerindeki gelişmeler namludan daha uzun ömür, daha yüksek basınçlara dayanma, gelişmiş ısı transferi özellikleri ile beraber hafifletme taleplerini gerçekleştirilebilir birer hedef olarak görmeyi mümkün kılmaktadır. Bu Doktora çalışmasının temel hedefi; 105 mm çapta ve mevcut askeri şartnamelere uygun performansta görev ifa edebilecek Karbon elyaf – Epoksi – Çelik Hibrit kompozit malzemeli daha hafif bir obüs namlunun tasarlanmasıdır. Çalışma üç bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde; namlu kesitinin çelik kısmı üzerinde yük taşıma kapasitesinin artırılması amacıyla uygulanan otofretaj kalıntı gerilme oluşturma işleminin detaylı incelenmesi, analitik ve nümerik otofretaj eniyilemesinin gerçekleştirilmesi ve deneysel ölçümlerle doğrulanması şeklindedir. İkinci bölümde; namlu kesitinin çelik kısmının nihai cidar kalınlığının en aza indirilebilmesi için analitik ve nümerik topoloji eniyilemelerinin yapılması şeklindedir. Belirlenen cidar kalınlığı değerleri için namlu iç balistiğine uygun dinamik bir nümerik model oluşturulmuştur. Üçüncü ve son bölümde; namlu kesitinin Karbon-Epoksi kısmının entegrasyonu çalışmaları hem nümerik hem de deneysel olarak gerçekleştirilmiştir. Hibrit kompozit malzemeli namlu taslağının hali hazırda kullanılmakta olan tümü çelik namluya göre aynı performans koşullarında %22.7 hafifleme sağladığı görülmüştür.

Developing lightweight weapons has been becoming one of the complementary issue to meet logistics needs in order to outmaneuver in a war zone in recent history. The ammunition is energized and spin by the propellant and sets-grooves in the gun barrel which is the most important element of the gun system. Today's technological improvements allows the targets of longer barrel life, upgraded operating and design pressures for gun systems, ammunitions and gun barrels to reach extended ranges, improved heat transfer specifications and lighter weight gun systems to be realized. The main aim of the study is to design a 105 mm reduced weight howitzer gun barrel with a carbon fiber – epoxy hybrid composite material and steel is able to serve according to pertinent military technical specification. The study contains three individual sections. First section contains detailed research of applied autofrettage on the tube in order to maximize the load carrying capacity of the steel cross section, implementation the optimization of autofrettage analytically and numerically and verification by using experimental results. Second section contains realization the analytical and numerical topology optimizations in order to minimize the final wall thickness of the steel part of the gun barrel cross section. For evaluation of the determined wall thickness values, a dynamical numerical model has been constructed. The third and last section contains the carbon – epoxy part of the gun barrel section integration efforts has been actualized numerically and experimentally. Weight of the gun barrel template with hybrid composite material compared to original whole steel gun barrel template could be reduced %22.7 under the same performance conditions.