Rajoitetun kantaman ja pitkän kantaman luotien kehitys ja stabiliteettitarkastelut (RaKa-Stab vaihe 2, )

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "Rajoitetun kantaman ja pitkän kantaman luotien kehitys ja stabiliteettitarkastelut (RaKa-Stab vaihe 2, 44000 )"

Aune Ranta
8 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 Rajoitetun kantaman ja pitkän kantaman luotien kehitys ja stabiliteettitarkastelut ( vaihe 2, ) Arttu Laaksonen Timo Sailaranta Aalto-yliopisto Insinööritieteiden korkeakoulu Raka-Stab

2 Sisällysluettelo Tutkimuksen tavoite Tutkimuksen toteutuspaikka Tutkimusryhmä Tutkimuksen toteutustapa Rajoitetun kantaman luoti Erittäin pitkän kantaman luoti Loppupäätelmät

3 Tutkimuksen tavoite Selvittää mahdollisuuksia kahden uudentyyppisen luodin kehittämiseksi Luotityypit: Rajoitetun kantaman luoti Erittäin pitkän kantaman luoti 3

4 Tutkimuksen toteutuspaikka Aalto-yliopiston Insinööritieteiden korkeakoulu Sovelletun Mekaniikan laitos Lentotekniikan tutkimusryhmä Aerodynamiikan tutkimusyksikkö 4

5 Tutkimusryhmä Tutkimuksen johtaja Prof Olli Saarela /Aalto Projektipäällikkö Timo Sailaranta /Aalto Tutkijat Rajoitettu kantama: Arttu Laaksonen /Aalto Erittäin pitkä kantama: /Aalto Lisäksi Kyösti Kaarlonen, Juha Karstunen ( ) ja Niina Jäntti /Aalto Tutkimuksen tuki Pekka Lintula ja Heikki Allila /Lapua Nammo Oyj PVTT 5

pitkä kantama: /Aalto Lisäksi Kyösti Kaarlonen, Juha Karstunen (1.3.-15.8.

6 Tutkimuksen toteutustapa Aalto yliopisto: Kirjallisuustutkimus Numeerinen virtaus- ja lentoratasimulointi Nammo Oyj: Koeluotien valmistus ja koeammunta Uusien, aiemmista ratkaisuista poikkeavien luotigeometrioiden löytämiseen pyritään korkean teknologian menetelmin Lähestymistapa uusi maassamme 6

koeammunta Uusien, aiemmista ratkaisuista poikkeavien luotigeometrioiden

7 Rajoitetun Kantaman Luoti 7

8 Rajoitetun Kantaman Luoti Kiväärikaliiperisten luotien kantaman hallittuun säätelyyn on kasvava tarve sekä Puolustusvoimilla että siviilipuolella Tarvealueita ovat mm. Puolustusvoimien harjoituspatruunat, tarkkuuspatruunat sekä tietyt metsästyspatruunat On tärkeää, että luoti on erittäin tarkka haluttuun käyttöetäisyyteen asti, mutta putoaa sen jälkeen nopeasti maahan 8

Puolustusvoimien harjoituspatruunat, tarkkuuspatruunat sekä tietyt metsästyspatruunat On

9 Rajoitetun Kantaman Luoti Tavallisesti luodin lentomatkaa pyritään rajoittamaan tekemällä siitä epästabiili Pyörimistä hidastamalla luoti saadaan kaatumaan, jolloin huomattavasti kasvanut ilmanvastus lyhentää lentomatkaa Kaatuminen mahdollista myös dynaamisen epävakauden kautta Epävakaus aiheutetaan jollakin sopivalla muotoilulla 9

jolloin huomattavasti kasvanut ilmanvastus lyhentää lentomatkaa Kaatuminen

10 Rajoitetun Kantaman Luoti Tutkimuksessa käsitelty Nammo Lapuan prototyyppiluotia (periaate esitetty kuvissa) 10

11 Rajoitetun Kantaman Luoti Tutkittu myös siipirakenteiden vaikutusta pyörimisen vaimenemiseen (Diplomityö 2011, Arttu Laaksonen) 11

12 Rajoitetun Kantaman Luoti Havaittiin erityisesti luodin takaosassa olevien pidennettyjen siipien huomattava vaikutus pyörimisen vaimenemiseen 12

13 Erittäin Pitkän Kantaman Luoti 13

14 Erittäin Pitkän Kantaman Luoti Erittäin pitkän kantaman luotien on pystyttävä tarkkuuden säilyttämiseksi lentämään vakaasti vielä transsoonisella alueellakin ( m/s) Nopeusalueen aerodynaamiset erityispiirteet tekevät tehtävästä erittäin haastavan 14

vielä transsoonisella alueellakin (300-400 m/s) Nopeusalueen

15 Erittäin Pitkän Kantaman Luoti Mahdollisia keinoja lisätä tarkkaa kantomatkaa (ja/tai) a) pienentää ilmanvastusta ja pitää siten nopeus ylisoonisena mahdollisimman pitkään b) suunnitella luoti siten, että transsoonisen alueen ongelmat saadaan minimoitua => Ilmanvastuksen pienentämistä tutkittu paljon vähän tehtävissä 15

mahdollisimman pitkään b) suunnitella luoti siten, että transsoonisen alueen

16 Erittäin Pitkän Kantaman Luoti Dynaaminen vakavuus: pituusvaimennus ja Magnusmomentti ratkaisevia => Magnusmomentti (poikittaismomentti) usein merkittävämpi Transsoonisella alueella tiivistysaaltojen ja rajakerroksen vuorovaikutus aikariippuva, kuten myös epäsymmetriset vanaveden häiriöt => epäsymmetrinen aikariippuva painejakauma peräkartion pinnalla Magnusmomentti epälineaarinen kohtauskulman ja Machin luvun suhteen pienillä kulmilla 16

rajakerroksen vuorovaikutus aikariippuva, kuten myös epäsymmetriset vanaveden häiriöt => epäsymmetrinen

17 Erittäin Pitkän Kantaman Luoti Magnusefektin mallintaminen edellyttää kehittyneitä CFD-menetelmiä (Detached Eddy Simulation) (Doraiswamy 2008) 17

18 Erittäin Pitkän Kantaman Luoti Transsoonisen alueen ongelmien minimointi - Luodin ulkomuodon uudelleensuunnittelu - Tavoitteena ehkäistä/pienentää vanaveden periodisen virtauksen aikaansaamia aerodynaamisia voimia peräkartiolla (Magnusefekti) - Luodin ytimen uudelleensuunnittelu (massajakauma => painopiste ja hitausmomentit) - Tavoitteena pienentää Magnusmomenttia (lyhyt vipuvarsi) sekä poikittaista hitausmomenttia 18

aerodynaamisia voimia peräkartiolla (Magnusefekti) - Luodin ytimen uudelleensuunnittelu (massajakauma =>

19 Erittäin Pitkän Kantaman Luoti Tarkasteltava lennon vaihe Luodin asentohäiriö (kohtauskulma) alkaa kasvaa n. 3 s lennon jälkeen Luodin nopeus = äänen nopeus n. 3 s lennon jälkeen Lentomatka on n m 3 s lennon jälkeen Kiinnostavat lentotilat pienillä kulmilla hieman äänen nopeuden molemmin puolin Esimerkki perän muotoilun vaikutuksesta.50 kaliiberin M33 koeluoti: suora takareuna vs. pyöristetty takareuna (α=2, Ma=0,98, p=5499 rad/s) CFD-laskenta DES-menetelmällä 19

1500 m 3 s lennon jälkeen Kiinnostavat lentotilat pienillä kulmilla hieman äänen nopeuden molemmin puolin Esimerkki

20 Erittäin Pitkän Kantaman Luoti Esimerkki perän muotoilun vaikutuksesta (leikkaus 0,1 mm luodin takareunasta kohti kärkeä): Suora takareuna Pyöristetty takareuna 20

21 Erittäin Pitkän Kantaman Luoti Peräkartion muotoilun vaikutuksia transsoonisella alueella selvitetty DES-menetelmällä (Nammo Lapuan luodit) Magnusmomenttikerrointa voidaan pienentää merkittävästi (parhaimmillaan useita kymmeniä prosentteja) Myös magnusmomentin heilahtelua saadaan vaimennettua, mutta aikariippuvuutta ei saada kokonaan häviämään Muotoilun vaikutus vastukseen pieni (max. ~2%) 21

22 Erittäin Pitkän Kantaman Luoti Ulkomuodon ja ytimen uudelleensuunnittelu Pitkä nokka painevastuksen pienentämiseksi Lyhyt, magnusmomenttia heikentävästi muotoiltu peräkartio Raskasmetalliydin (painopiste siirrettävissä 10-15% taaksepäin) Muutokset kasvattavat vastusta suurilla nopeuksilla vain vähän (suuruusluokka 1%) 22

23 Loppupäätelmät ( ) 23

24 Loppupäätelmät ( ) Rajoitetun kantaman luoti Koeluodin epästabiloitumisen mekanismi selvitetty Ratalaskennat osoittavat kantaman rajoittumisen Siipiluotien laskennassa pidennetty takasiipiluoti osoittautui toimivimmaksi geometriaksi pyörimisen vaimentamisen kannalta 24

25 Loppupäätelmät ( ) Erittäin pitkän kantaman luoti Selvitetty luodeille tyypillisten transsoonisen alueen vakavuusongelmien syynä olevat ilmiöt Selvitetty ja testattu menetelmät olennaisimpien ilmiöiden numeeriseen mallinnukseen Pohdittu keinoja luodin transsoonisen alueen vakavuuden parantamiseksi Selvitetty luodin ulkomuotoon ja painopisteen paikkaan liittyvien keinojen vaikutusta numeerisin menetelmin => todettu laskentatulosten ennustavan parempaa vakavuutta ilman suurta vastuslisää 25

Samankaltaiset tiedostot

TIIVISTELMÄRAPORTTI (SUMMARY REPORT)

2011/802 ISSN 1797-3457 (verkkojulkaisu) ISBN (PDF) 978-951-25-2285-9 TIIVISTELMÄRAPORTTI (SUMMARY REPORT) Rajoitetun kantaman ja pitkan kantaman luotien kehitys ja stabiliteettitarkastelut Tiivistelmä