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Análisis Schlieren de alta velocidad de la cinemática del proyectil y la dinámica del chorro de boca en una pistola Airsoft impulsada por CO2

Autores: Priscariu, Emilia-Georgiana; Strtil, Sergiu; Rou, Raluca Andreea; Dumitrescu, Oana; Drgan, Valeriu

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Análisis Schlieren de alta velocidad de la cinemática del proyectil y la dinámica del chorro de boca en una pistola Airsoft impulsada por CO2


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Mecánica

Palabras clave

Fenómenos de flujo transitorio
Descarga de proyectiles
Sistemas balísticos a pequeña escala
Imagen schlieren a alta velocidad
Velocimetría de imagen schlieren
Aerodinámica de campo cercano

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Entender los fenómenos de flujo transitorio que acompañan la descarga de proyectiles es esencial para mejorar la seguridad, eficiencia y previsibilidad de los sistemas balísticos a pequeña escala. A pesar de los extensos estudios numéricos sobre flujos de boca de fuego y formación de choques, la visualización experimental y los datos cuantitativos sobre el acoplamiento entre ondas de presión, estructuras de chorro y movimiento del proyectil siguen siendo limitados. Este trabajo aborda esta brecha empleando imágenes de schlieren de alta velocidad y velocimetría de imágenes de schlieren (SIV) para investigar la aerodinámica de campo cercano de un proyectil tipo airsoft propulsado por un chorro de CO2. Se analizaron tres configuraciones ópticas: un sistema de espejo único Toepler, un tipo Z sin borde de cuchilla y un tipo Z con borde de cuchilla, para evaluar su sensibilidad y adecuación para resolver características acústicas y turbulentas. La velocidad medida de las ondas de presión concéntricas (~355 m/s) coincide con la velocidad local teórica del sonido, validando la calibración óptica. El seguimiento del proyectil arrojó una velocidad media de 71 +/- 1.6 m/s, con análisis de arrastre y energía cinética que confirmaron una desaceleración significativa cerca de la boca de fuego debido a la interacción chorro-proyectil. El análisis SIV proporcionó información adicional sobre la velocidad de convección de las estructuras de chorro coherentes (~75 m/s), fluctuaciones de velocidad tangencial (+/-0.8 m/s) y distribución de vorticidad a lo largo del límite del chorro. Los resultados demuestran que incluso configuraciones de schlieren compactas, cuando se acoplan con análisis de imágenes cuantitativos, pueden capturar la dinámica esencial de flujos compresibles no estacionarios, proporcionando una base para el desarrollo de diagnósticos futuros y la modelización de interacciones chorro-proyectil.

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