CFD Simulation of the Gas-Operated Weapon Drive Applied to the UK-59 Machine Gun

Simulación CFD de la propulsión del arma accionada por gas aplicada a la ametralladora UK-59

Se estudian las características de flujo de los gases propulsores en el interior del cilindro de gas del mecanismo accionado por gas del arma, aplicado a la ametralladora UK-59. Se utiliza la dinámica de fluidos computacional (CFD) en ANSYS Fluent para la simulación del flujo a través del puerto de gas desde el orificio del cañón hasta el cilindro de gas y viceversa. Los resultados del estudio se presentan junto con la ley de movimiento del pistón y las magnitudes termodinámicas de los gases en el interior del cilindro, concretamente la presión, la temperatura y la distribución de la velocidad de los gases en el cilindro para diversos desplazamientos del pistón. El experimento se llevó a cabo para especificar la presión de los gases en el cilindro, así como el desplazamiento del pistón. Los valores obtenidos experimentalmente se comparan con los resultados de la simulación con una concordancia muy buena.

1. INTRODUCCIÓN

El sistema de accionamiento por gas de las pistolas automáticas accionadas por gas funciona sobre la premisa de utilizar la energía creada por los gases propulsores a alta presión durante el disparo para accionar la acción, véase [1] para más detalles.  El flujo de fluido en el cilindro de gas es un proceso complicado caracterizado por una alta presión, temperatura y velocidad de los gases propulsores durante un corto período de tiempo. Los gases propulsores fluyen hacia el cilindro a través del puerto de gas tan pronto como la bala lo atraviesa durante el disparo.  Para demostrar este proceso, la Fig. 1 muestra el esquema de un arma accionada por gas.

Todo el accionamiento del arma automática accionada por gas puede considerarse como un proceso que tiene lugar en el sistema termodinámico. El sistema consta de dos cámaras conectadas por el puerto de gas.  En la primera cámara, es decir, en el espacio en el cañón detrás de un proyectil, el propulsor se quema y produce gases propulsores.  El aumento de la presión de los gases propulsores en el interior de la primera cámara provoca el movimiento del proyectil y, por tanto, el aumento del volumen de la cámara.  En la segunda cámara, es decir, en el cilindro de gas, la presión del gas entrante aumenta y mueve el pistón, por lo que el volumen de la cámara también aumenta.  Al mismo tiempo, una cierta cantidad de gases propulsores se descarga desde el cilindro a los alrededores a través de un espacio anular entre el pistón y el cilindro. 

Este proceso tiene lugar en dos periodos siguientes. En el primero, la presión de los gases propulsores en el cañón es superior a la presión en el cilindro de gas. Durante el segundo período, la presión de los gases propulsores en el cilindro de gas es superior a la presión en el barril.  Entonces, el gas fluye de vuelta desde el cilindro al barril.  El flujo de gas a la atmósfera a través del anillo puede considerarse un flujo crítico debido a la gran relación entre la presión en el cilindro y la presión atmosférica. En la Fig. 2 se muestran las evoluciones de las presiones en el cilindro y en el barril.