Heat Transfer Calculations in Barrel Cover of 35 mm Naval Armament System Gun

This paper presents the results of numerical simulations of non-stationary heat transfer in a 35 mm anti-air gun barrel cover made of composite materials. The cover protects the gun against weather conditions, including sea water effects, and serves as a protection against mechanical damage. It was assumed that heat coercion in this problem will be the heat condition reached by the material of the barrel with the cover removed, after firing three bursts of 7 shells each, 120 s after opening fire. It was assumed, that in the second 120, the gun crew installs the gun cover and at this point, the heating process begins, followed by cooling of the cover material. The problem of initial and boundary value in the barrel with a cover installed system was solved as a three-dimensional initial and boundary problem. The initial and boundary value model adopted for the coverless barrel and the calculation results for the first burst of seven shells was presented in paper [7]. To obtain the heat condition of the barrel in the second 120, it was necessary to perform calculations for the second and third bursts, and for the barrel cooling processes starting in the second 120. The calculations were performed with a finite element method in the COSMOS/M software [9]. The cover material temperature values obtained during the numerical simulation are well below the temperature of 387K, which could form the upper limit of the composite applicability temperature range.

W pracy przedstawiono wyniki symulacji numerycznych nieustalonego przewodzenia ciepła w osłonie lufy armaty przeciwlotniczej kalibru 35 mm wykonanej z materiałów kompozytowych. Osłona zabezpiecza armatę przed wpływem czynników atmosferycznych, w tym wody morskiej oraz stanowi ochronę przed uszkodzeniami mechanicznymi. Założono, że wymuszeniem cieplnym w tym zagadnieniu będzie stan cieplny osiągnięty przez materiał lufy ze zdjętą osłoną, po oddaniu trzech serii po 7 strzałów w każdej, po upływie 120 s od rozpoczęcia strzelania. Założono, że w 120. sekundzie obsługa armaty zakłada osłonę lufy i od tej chwili następuje proces nagrzewania się, a następnie chłodzenia materiału osłony. Zagadnienie wymiany ciepła w układzie lufa z nałożoną osłoną rozwiązano jako trójwymiarowe zadanie początkowo-brzegowe. Przyjęty model wymiany ciepła dla lufy nieosłoniętej i wyniki obliczeń dla pierwszej serii siedmiu strzałów autorzy przedstawili w pracy [7]. Do otrzymania stanu cieplnego lufy w 120. sekundzie konieczne było przeprowadzenie obliczeń dla drugiej i trzeciej serii strzałów, a także procesy chłodzenia lufy do 120. sekundy. Obliczenia wykonano metodą elementów skończonych za pomocą programu COSMOS/M [9]. Wartości temperatury materiału osłony uzyskane podczas symulacji numerycznej mieszczą się znacznie poniżej temperatury 387 K, mogącej stanowić górną granicę zakresu temperaturowego stosowalności kompozytu.