Analysis of Heat Transfer in a 35 mm Barrel of an Anti-Aircraft Cannon

The paper presents the results of computer simulations of unidentified transient heat transfer in the wall of a 35 mm cannon barrel for a single shot and for a sequence of seven shots with a subsequent firing break. The cannon barrel was made of 32CrMoV12-28 steel. For the phenomenon modelling, it was assumed that the material of the barrel wall is uniform and the barrel’s inner surface does not feature a protective coating of galvanic chrome or a nitrided casing. Calculations were performed for two input data variants: (i) for constant values of thermophysical parameters and (ii) for a temperature-dependent specific heat. The barrel with an overall length of 3150 mm was divided into 6 zones. On the inner surface of the barrel in each zone there were assumed various values of heat flux density expressed as rectangular functions q_i (t, r_w, z ) = const_i in the range from 0 to 10 ms (with the start of t_i of the function q_i shifted in the subsequent zones). The calculation time for a single shot was assumed as equal to 100 ms. The calculations were performed with a finite element method in COSMOS/M software.

W pracy przedstawiono wyniki symulacji numerycznych nieustalonego przewodzenia ciepła w ściance lufy armaty kalibru 35 mm dla pojedynczego strzału oraz dla sekwencji serii siedmiu strzałow i następującej po niej przerwy. Lufa armaty została wykonana ze stali 32CrMoV12-28. Modelując zjawisko, przyjęto założenie, że materiał ścianki lufy jest jednolity, a wewnętrzna powierzchnia lufy nie zawiera powłoki ochronnej w postaci warstwy chromu galwanicznego lub warstwy azotowanej. Obliczenia wykonano w dwoch wariantach danych wejściowych, tzn. przy stałych wartościach parametrow termofizycznych oraz gdy ciepło właściwe zależy od temperatury. Lufę o długości całkowitej 3150 mm podzielono na 6 stref. W każdej strefie, na powierzchni wewnętrznej lufy zadano inne wartości gęstości strumienia ciepła w postaci funkcji prostokątnych q_i (t, r_w, z) = consti w zakresie od 0 do 10 ms (z przesunięciem startu t_i funkcji q_i w kolejnych strefach). Czas obliczeń dla pojedynczego strzału założono rowny 100 ms. Obliczenia wykonano metodą elementow skończonych za pomocą programu COSMOS/M.