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Análise integrada da balística interna e intermediária em um fuzil de assalto 5,56: ensaio experimental, modelagem numérica e simulação CFD

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dc.creator CRUZ, Jonas Luiz da Silva
dc.date.issued 2026-02-03
dc.identifier.citation CRUZ, Jonas Luiz da Silva. Análise integrada da balística interna e intermediária em um fuzil de assalto 5,56: ensaio experimental, modelagem numérica e simulação CFD. 2026. 118 f. Dissertação. (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2026. pt_BR
dc.identifier.uri https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4377
dc.description.abstract A detailed understanding of internal and intermediate ballistics is a fundamental requirement for the development of long-barreled firearms that balance performance, safety, and acoustic comfort. Within this context, the present work proposes an integrated approach to characterize the firing dynamics of a 5.56 mm Assault Rifle. The research began with an in-depth theoretical review, establishing the mathematical formulation necessary to describe the thermodynamic and kinematic phenomena associated with the transient compressible flow of combustion gases, which govern the projectile’s movement inside the barrel. The numerical modeling of the internal ballistics was implemented in the Matlab/Simulink environment, solving the governing equations using the 4th-order Runge-Kutta method. The validation of this model was anchored in an experimental testing campaign instrumented with HPI GP6 piezoelectric transducers, allowing the acquisition of the chamber pressure curve. The comparison between the numerical results and empirical data attested to the code’s ability to faithfully reproduce the actual ballistic behavior, showing adequate agreement in peak pressure and muzzle velocity values. In a subsequent stage, the validated data from the firing pressure curve provided the basis for a Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis using the Ansys Fluent software. This simulation employed dynamic meshes to simulate the projectile’s movement as a function of the pressure acting on its base. Furthermore, native solver models were used to account for real gas behavior. This approach allowed for the visualization and analysis of intermediate ballistics phenomena in a compressible flow regime, an experimental evaluation of which would require a complex and high-cost experimental apparatus. Thus, this work consolidates a robust analysis methodology with direct application in the Research and Development (R&D) of small arms, providing essential data for the design of complex components such as sound suppressors and muzzle brakes. pt_BR
dc.language por pt_BR
dc.publisher Universidade Federal de Itajubá pt_BR
dc.rights Acesso Aberto pt_BR
dc.subject Balística interna e intermediária pt_BR
dc.subject Dinâmica dos fluidos computacional (CFD) pt_BR
dc.subject Simulação numérica pt_BR
dc.subject Ansys fluent pt_BR
dc.subject Matlab/Simulink pt_BR
dc.subject Escoamento compressível transiente pt_BR
dc.title Análise integrada da balística interna e intermediária em um fuzil de assalto 5,56: ensaio experimental, modelagem numérica e simulação CFD pt_BR
dc.type Dissertação pt_BR
dc.date.available 2026-03-16
dc.date.available 2026-04-16T13:19:47Z
dc.date.accessioned 2026-04-16T13:19:47Z
dc.creator.Lattes http://lattes.cnpq.br/0135107142727118 pt_BR
dc.contributor.advisor1 CAMACHO, Ramiro Gustavo Ramirez
dc.contributor.advisor1Lattes http://lattes.cnpq.br/6194277568885657 pt_BR
dc.contributor.advisor-co1 RESEK, Thiago Junqueira
dc.description.resumo A compreensão detalhada da balística interna e intermediária é um requisito fundamental para o desenvolvimento de armamentos longos que conciliem desempenho, segurança e conforto acústico. Inserido neste contexto, o presente trabalho propõe uma abordagem integrada para caracterizar a dinâmica de disparo de um Fuzil de Assalto 5,56 mm. A pesquisa partiu de uma revisão teórica aprofundada, estabelecendo o equacionamento matemático necessário para descrever os fenômenos termodinâmicos e cinemáticos associados ao escoamento compressível transiente dos gases de combustão, que regem o movimento do projétil no interior do cano. A modelagem numérica da balística interna foi implementada em ambiente Matlab/Simulink, solucionando as equações governantes através do método de Runge-Kutta de 4ª ordem. A validação deste modelo foi ancorada em uma campanha de ensaios instrumentada com transdutores piezoelétricos HPI GP6, permitindo a aquisição da curva de pressão na câmara. O confronto entre os resultados numéricos e os dados empíricos atestou a capacidade do código em reproduzir com fidelidade o comportamento balístico real, apresentando adequada concordância nos valores de pico de pressão e velocidade de boca. Em etapa subsequente, os dados validados da curva de pressão do tiro subsidiaram uma análise de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) no software Ansys Fluent. A simulação em questão empregou malhas dinâmicas para simular o movimento do projétil em função da pressão atuante em sua base. Além disso, modelos nativos do solver foram utilizados para contemplar o comportamento de gás real. Esta abordagem permitiu visualizar e analisar fenômenos da balística intermediária em regime de escoamento compressível, cuja avaliação experimental exigiria o emprego de um aparato experimental complexo e de alto custo. O trabalho consolida, assim, uma metodologia de análise robusta, com aplicação direta em Pesquisa e Desenvolvimento (P&D) de armamentos leves, fornecendo subsídios essenciais para o projeto de componentes complexos, como supressores de ruído e freios de boca. pt_BR
dc.publisher.country Brasil pt_BR
dc.publisher.department IEM - Instituto de Engenharia Mecânica pt_BR
dc.publisher.program Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia Mecânica pt_BR
dc.publisher.initials UNIFEI pt_BR
dc.subject.cnpq CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA pt_BR


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