Caratterizzazione della penetrazione di proiettili ad alta velocità in acqua e progettazione di un apparato di verifica a fuoco delle armi di piccolo calibro = Characterization of high velocity projectiles penetration into water and design of a light weapons test device

Dal momento in cui ho iniziato ad interessarmi di balistica terminale mi ha sempre affascinato la caratterizzazione della penetrazione di corpi solidi ad alta velocità in acqua. Occorre preliminarmente sottolineare come lo studio degli armamenti non debba essere inteso come un interessamento alle modalità di recare offesa alla libertà dei popoli, bensì come puro interesse scientifico in un campo in cui la letteratura spesso offre pochi contributi. Questo ambito risulta di particolare attenzione poiché, sebbene la letteratura offra una pletora di teorie relative all’impatto di corpi ad alta velocità contro bersagli solidi,l’impatto di corpi solidi dotati di elevata velocità contro fluidi è ancora oggi un problema aperto. Il primo approccio alla problematica risale al 1877 e si deve all’austriaco F. Uchatius; lo stesso allestì un apparato sperimentale semplice che dimostrava come fosse possibile sparare in acqua con un fucile e come la penetrazione del proietto nella stessa fosse molto limitata rispetto al moto dell’ogiva in aria. La prima formalizzazione analitica del fenomeno si deve a B. J. Noonan e H. K. Steves , che nel 1970 individuarono l’equazione generale che governa il fenomeno. Per addivenire alla formalizzazione di B. J. Noonan e H. K. Steves tuttavia era stato trascurato il ruolo giocato nel fenomeno dalla cavitazione. A tal proposito, il lavoro di Chen-Xing Jiang e di Feng-Chen Li, nel 2014 ha reso disponibile una trattazione analitica del fenomeno che tiene nella dovuta considerazione anche l’effetto prodotto dalle bolle di cavitazione generate dal moto del proietto nel fluido. L’approccio seguito in questo lavoro è stato quello di confrontare i risultati analitici dell’impatto ad alta velocità di munizioni di varia tipologia contro l’acqua con i risultati sperimentali ottenuti attraverso l’allestimento di un apposito apparato strumentale e l’impiego di una camera ad elevato frame-rate. A valle dell’attività analitica e sperimentale, è stato elaborato un metodo di simulazione numerica che consentisse, una volta validato, di ottenere celermente i dati di penetrazione in acqua di corpi di varia forma. In questo lavoro si è fatto uso di un particolare metodo di simulazione numerica del tipo meshless, la Smoothed Particle Hydrodynamics. La stessa, originariamente impiegata per simulare problemi di astrofisica ha successivamente trovato applicazione nella meccanica dei corpi solidi e fluidi attraverso l’utilizzo di tecniche di tipo statistico volte ad individuare le espressioni analitiche delle variabili fisiche di una distribuzione nota di elementi. A valle della raccolta e del confronto tra i risultati sperimentali, le simulazioni numeriche e le determinazioni analitiche, si è proceduto all’attività di tipo progettuale. In particolare, è stato progettato un apparato atto a consentire le verifiche di funzionamento a fuoco con l’impiego di vari tipi di munizioni. L’approccio ingegneristico seguito ha quindi consentito, soddisfatta la curiosità scientifica e validato un modello di caratterizzazione del fenomeno, di porre le basi per la progettazione di uno strumento di lavoro per il collaudo di apparati di difesa.