Contribution to Compressibility Modelling in the Estimation of Forces Acting on Projectile Fragments

Contribución a la modelización de la compresibilidad en la estimación de las fuerzas que actúan sobre los fragmentos de proyectil

El modelo de compresibilidad fue desarrollado y aplicado a un modelo generalizado para la predicción de las fuerzas aerodinámicas que actúan sobre un cuerpo de forma irregular, como los fragmentos de proyectiles HE. El modelo supone la compresión adiabática del aire frente al fragmento de alta velocidad, ya que el movimiento del fragmento es un proceso extremadamente rápido en relación con el proceso de transferencia de calor. Se adopta la ecuación de estado del gas ideal. El análisis de los resultados y la comparación con los resultados obtenidos por la simulación numérica (software CFD) y los datos experimentales muestran que este modelo de corrección reduce significativamente el error relativo de la modelización de la fuerza aerodinámica en la zona relevante de la alta velocidad del fragmento, cuando la compresión del aire es significativa.

1. Introducción

Por lo general, no existen características aerodinámicas completas para la variedad potencialmente amplia de formas de cuerpos. Para calcular la trayectoria del cuerpo, además de los datos sobre la superficie proyectada (expuesta) del cuerpo, los datos sobre la velocidad y los datos sobre la densidad del fluido a través del cual se desplaza el cuerpo, se necesitan también los datos sobre los valores de la fuerza aerodinámica que actúa sobre el cuerpo en un momento dado. Los valores de la fuerza son cruciales en el cálculo de la trayectoria del fragmento y su movimiento a través del aire.

No resulta práctico determinar los valores de las fuerzas y momentos aerodinámicos mediante simulaciones numéricas (CFD) para cada forma potencial de un cuerpo, por lo que es útil definir un modelo generalizado para estimar los valores de la fuerza aerodinámica total y el momento aerodinámico que actúan sobre un cuerpo con una forma arbitraria.

Ejemplos de cuerpos de forma irregular son:

• fragmentos primarios formados tras la detonación de proyectiles de alto explosivo (fragmentación natural o controlada), misiles, bombas,
• fragmentos primarios y secundarios procedentes de artefactos explosivos improvisados (AEI),
• esquirlas formadas tras la ruptura de diversas estructuras (de distintos materiales) debido a los efectos de fuertes tormentas (tornados y huracanes, por ejemplo, ambos contienen fuertes vientos giratorios que pueden causar daños importantes),
• fragmentos primarios y secundarios resultantes de la explosión de depósitos de munición,
• cuerpos de meteoroides procedentes del espacio exterior.