Termisk dynamik hos projektiler under urladdning

När ett skjutvapen avfyras bidrar flera fysiska processer till den snabba uppvärmningen av projektilen. Denna termiska energi kommer från den kemiska förbränningen av drivmedel och den mekaniska friktionen mellan kulan och pipväggarna.

Tändning av drivmedel omvandlar fast pulver till högtrycksgaser.
Kulans bas absorberar intensiv värme från det expanderande gasmolnet.
Mekanisk friktion uppstår när kulan tvingas genom geväret för att skapa stabilisering.
Längden på kulans färd genom pipan är vanligtvis mindre än två millisekunder.

Termisk energi fördelas inte jämnt över hela projektilen. Den yttre ytan och basen upplever de högsta temperaturerna, medan den inre kärnan ofta förblir betydligt svalare på grund av den begränsade tiden för värmeledning under eldningssekvensen.

Ballistisk termisk data efter urladdningsfas

Utladdningsfas	Uppskattat temperaturintervall	Primär termisk källa
Förbränning av drivmedel	1 600°C - 2 800°C	Kemisk reaktion
Intern ballistik (Barrel)	200°C - 500°C	Mekanisk friktion
Extern ballistik (Flight)	60°C - 150°C	Aerodynamisk friktion
Påverkan / terminalfas	400°C - 600°C	Kinetisk energiöverföring

Materialsammansättningen spelar en avgörande roll för hur en kula hanterar värme. De flesta moderna projektiler använder en mantel av kopparlegering för att omsluta en mjukare blykärna, som skyddar projektilens integritet under extrema förhållanden.

Bly har en relativt låg smältpunkt på cirka 327°C.
Kopparjackor tål högre temperaturer och förhindrar bly från att smälta in i pipan.
Friktionsrelaterad värme ökar proportionellt när projektilens hastighet ökar.
Typtemperaturen påverkar kulans sluttemperatur; en varm tunna överför mer värme till kammaren innan den ens avfyras.

Under flygfasen sker aerodynamisk uppvärmning när projektilen komprimerar luften framför sig med överljudshastigheter. Men det snabba luftflödet över kulan kan också ge en lätt kylande effekt om den initiala mynningstemperaturen var exceptionellt hög. Vid stöten omvandlas den återstående kinetiska energin nästan omedelbart till värme- och deformationsenergi, vilket gör att temperaturen på fragmenten ökar innan de så småningom svalnar i den omgivande miljön.