Investigating T-finned Barrels for Machine Guns: Enhancement in Heat Dissipation and Flexural Rigidity along with Weight Reduction

Investigación de barriles con aletas en T para ametralladoras: mejora en la disipación de calor y la rigidez a la flexión junto con la reducción de peso

Este trabajo de innovación de diseño está relacionado con el diseño y la comparación de las características termoestructurales de un cañón de ametralladora liviano. En comparación con las piezas de contrapeso de perfil más grueso utilizadas tradicionalmente en los cañones de ametralladoras, se concluyó que estos cañones tienen un peso más liviano, una mejor capacidad de disipación de calor y una mayor rigidez a la flexión. Estos barriles no tienen problemas de rigidez como los barriles de lápiz con aletas; tampoco tienen peso adicional, como en el caso de barriles de perfil más grueso (barras H). Para llevar a cabo el análisis, se modelaron dos modelos de barriles de la misma longitud de 5.56 × 45 mm, utilizando el software Solidworks 15. El análisis posterior con el solucionador multifísico ANSYS 14.5 simuló la condición de cocción, que es un estado casi estable alcanzado después de disparar durante 600 disparos (para municiones de 5,56 × 45 mm). Es un requisito técnico habitual que se espera de cada ametralladora duradera, antes de cambiar el cañón. Los resultados que muestran el flujo de calor máximo se transportaron al banco de trabajo de análisis estructural para medir la deformación longitudinal en ambos barriles bajo la gravedad. Los resultados concluyeron que los barriles con aletas en T, incluso después de tener menos material, por lo tanto, menos peso, mostraban mejores características de disipación de calor y significativamente menos deformación longitudinal, por lo tanto, mejor rigidez a la flexión y al mismo tiempo mejor retención de precisión que las barras en H sin aletear convencionales.

1. Introducción

Una diferencia prominente entre un rifle y su contraparte de ametralladora es su cañón pro-archivo. Debido a la capacidad de disparo de alta tasa de supresión durante una larga duración, los cañones de las ametralladoras adquieren intrínsecamente un perfil más grueso para una mayor disipación del calor. Este perfil más grueso, de hecho, resulta en la adición de peso, que es el primer problema que este trabajo de investigación pretende tratar.

A lo largo de la duración del disparo, la temperatura de la superficie del cañón aumenta continuamente y después de disparar una cantidad específica de munición, la temperatura alcanza un valor suficientemente alto hasta un límite llamado temperatura de cocción. Es la temperatura a la que la línea de cromo comenzaría a evaporarse y las paredes del cañón se calientan hasta tal punto que, a medida que la siguiente ronda se encamina, el calor fluye a través del casquillo y autoencendido del propulsor [1]. Para el caso que se considera aquí, el barril está perforado para municiones de la OTAN de 5,56 × 45 mm y la correspondiente temperatura media de cocción llega a ser de alrededor de 1.000 K [2, 3]. Así, los barriles de las ametralladoras deben disipar el calor a una velocidad mayor que sus contrapartes de rifle. Por lo tanto, el aumento de la capacidad de disipación de calor se convierte en la segunda preocupación del diseño del barril.