طراحی و شبیه سازی اجزای یک تفنگ گازی سبک و ساخت یک نمونه اولیه کوچک

رفتار مکانیکی مواد به ویژه فلزات معمولا وابسته به سرعت بارگذاری و یا نرخ کرنش است. از این رو در بررسی مسائل دینامیکی (سرعت بارگذاری سریع) شناخت رفتار و مشخصات ماده در این شرایط مورد نیاز است. تاکنون ماشین استانداردی برای آزمایش های دینامیکی مواد ساخته نشده است و مراکز پژوهشی به تناسب نرخ های کرنش متفاوت اقدام به طراحی و ساخت ماشین مورد نیاز خود نموده اند. برای نرخ های کرنش بالاتر از از تفنگ های گازی استفاده می شود. این تفنگ ها معمولاً نوعی پرتاب کننده هستند که برای پرتاب جرم هائی معین با سرعت مشخص مورد استفاده قرار می گیرند. پرتاب این جرم ها برای آزمایش و ارزیابی مقاومت ابزارهای زرهی در مقابل برخورد پرتابه ها با آن ها انجام می گیرد. بسته به جرم و سرعت های مورد نیاز، شکل و مکانیزم تفنگ های گازی بسیار متنوع است. این تفنگ ها عموماً در مفاهیم، قطعات و مکانیزم هایی مشترک هستند که اهم آن ها عبارتند از: (1) نیروی رانش که معمولاً از آزاد سازی یک سیال متراکم مانند هوا، هلیم، نیتروژن و یا هیدروژن تأمین می گردد. (2) مخازن نگه داری و انتقال سیالات پر فشار و لوله های شوک. (3) واحد رها سازی سیال پر فشار مانند شیرها و دیافراگم ها. (4) سابوت (5) سیستم سابوت گیر برای جدا سازی گلوله از سابوت پس از خارج شدن مجموعه سابوت-گلوله از لوله. (6) سیستم انحراف سنج برای اندازه گیری میزان انحراف گلوله پس از شلیک. (7) پایه هدف برای نگه داری هدف در مقابل گلوله. (8) سیستم های اندازه گیری مانند سرعت سنج، دوربین سرعت بالا، فشار سنج و غیره. هدف از انجام این پژوهش طراحی و شبیه سازی تفنگ گازی با توانایی شلیک جرم 100 گرمی تا سرعت 1500 متر بر ثانیه است. به همین منظور و همچنین برای بهینه سازی خصوصیات تفنگ گازی ابتدا شبیه سازی برای گازهای مورد استفاده یعنی هوا، نیتروژن و هلیوم انجام می شود. این شبیه سازی می تواند به صورت آیزنتروپیک و یا با استفاده از نرم افزار فلوئنت باشد و مدل استفاده شده به صورت گاز ایده آل صحیح است. سپس اثر چند پارامتر مهم مانند حجم مخزن، قطر و طول لوله پرتابه، فشار گاز در پشت و جلوی پرتابه و جرم آن مورد مطالعه قرار می گیرند. در ادامه با توجه به ابعاد انتخاب شده برای مخزن و لوله پرتابه و نیز فشار گاز مورد نظر و با استفاده از روابط تحلیلی و کدهای استاندارد و نرم افزارهای طراحی و شبیه سازی کَتیا (catia) اَنسیس (ansys)، اِل اِس داینا (ls-dyna) و پی وی اِلیت (pv-elite) طراحی کامل دستگاه انجام می شود.