بررسی مسیر حرکت یک پرتابه کروی گذرصوتی تحت مکانیزم هوپ-آپ به کمک شبیه سازی جریان ناپایای سه بعدی آشفته

Abstract

بهبود دقت هدف‌زنی با ساچمه‌های تفنگ بادی اهمیت زیادی در مسابقات تیراندازی داشته و همواره مورد توجه علاقه‌مندان می‌باشد. در این مقاله، عملکرد یک پرتابه کروی گذرصوتی به‌عنوان یک ساچمه تفنگ بادی با کالیبر 4.5 میلی‌متر تحت مکانیزم هوپ-آپ، به روش عددی بررسی گردیده که حرکت پرتابه را به‌صورت 4 درجه آزادی، شامل سه حرکت انتقالی و یک حرکت دورانی عرضی شبیه‌سازی می‌کند. مکانیزم هوپ-آپ باعث ایجاد حرکت دورانی و تولید نیروی مگنوس شده که می‌تواند از افت ارتفاع پرتابه جلوگیری کند. استفاده از مکانیزم فوق به‌عنوان اصلاح کننده مسیر پرتابه در تفنگ‌های بادی، ایده جدیدی است که تا کنون مطرح نشده است. معادلات ناویر- استوکس سه-بعدی تحت شرایط ناپایای تراکم پذیر آشفته به همراه معادلات دینامیکی حرکت ساچمه به‌صورت کوپل و در یک شبکه محاسباتی متحرک حل شده‌اند. شبیه‌سازی عددی، بر پایه طرح "رو" با دقت مرتبه دو مکانی و به لحاظ اهمیت زمان با مرتبه دو زمانی به شیوه حجم محدود می‌باشد. برای اعتبارسنجی، پاسخ‌های حاصل با نتایج تجربی معتبر مقایسه شده‌اند. نتایج حاصله نشان می‌دهند که اعمال چرخش مناسب به پرتابه برای هر فاصله معین می‌تواند از افت ارتفاع آن در هنگام برخورد به هدف جلوگیری نماید. در این ارتباط، از میان‌یابی داده‌های حاصل، رابطه‌ای که بتواند با دقت خوبی سرعت زاویه‌ای هوپ-آپ را بر حسب تابعی از موقعیت هدف و انرژی جنبشی شلیک برای جبران افت ارتفاع پرتابه در فواصل دلخواه پیش‌بینی نماید استخراج گردید. همچنین مشاهده شد که با افزایش سرعت زاویه‌ای، وقوع ریزش گردابه، تسریع و مقدار اندازه حرکت پرتابه کاهش می‌یابد.