THE EFFECT OF RIFLING NUMBER AND TWIST RATE ON THE MUZZLE VELOCITY AND DISPERSION OF BULLETS IN SMALL ARMS

Öz

Small arms are systems in which the interaction between ammunition and barrel design directly affects ballistic performance, and projectile stability and hit accuracy depend on critical barrel geometric parameters. In this study, the effects of barrel geometry—specifically the number of rifling lands/grooves and the twist rate—on projectile velocity, stability and shooting accuracy were examined experimentally on a semi-automatic rifle platform using 7.62×51 mm M118 ammunition. Six different barrel configurations manufactured by the cold-forging method (rifling: 4, 5, 6; twist: 255 mm and 305 mm; barrel length: 508 mm; material: 32CrMoV12-10) were tested; for each barrel two groups and five shots per group were fired, yielding a total of 60 shots. Muzzle velocities were measured with a chronograph, and the x–y coordinates of shot impacts were recorded to compute group centers, mean deviations and accuracy and dispersion values expressed in MOA. Mean muzzle velocities were found to range from 776.50 to 783.90 m/s, and no clear or direct effect of rifling count and twist rate on initial muzzle velocity could be observed; however, barrel geometry produced significant differences in dispersion and accuracy. In particular, the 4-land/groove configuration with a 305 mm twist exhibited the lowest dispersion (0.256 MOA) and highest accuracy (0.300 MOA), while 5–6 land/groove and/or short-twist (255 mm) configurations showed wider dispersions and occasional decreases in accuracy; these findings indicate that a higher rifling count may increase barrel-projectile friction and induce small deviations at shot exit. In conclusion, optimization of rifling count and twist rate in light weapon barrel design plays a critical role in projectile dispersion and accuracy, and careful selection of these parameters can contribute to improved ballistic performance and offer practical benefits for manufacturing processes.

Anahtar Kelimeler

• Small Arms
• Rifling
• Methods of Rifling
• Twist Rate
• Ballistic Performance
• Accuracy and Precision Analysis.

HAFİF SİLAHLARDA YİV-SET SAYISI, HATVE DEĞERİNİN ÇEKİRDEĞİN İLK HIZINA ve DAĞILIMINA ETKİSİ

Öz

Hafif silahlar, mühimmat ve namlu tasarımının etkileşimi nedeniyle balistik performans üzerinde doğrudan etkili olan sistemlerdir ve mermi stabilitesi ile isabet doğruluğu, namlu geometrisinin kritik parametrelerine bağlıdır. Bu çalışmada, 7,62×51 mm M118 mühimmatı kullanan yarı otomatik bir tüfek platformunda namlu geometrisinin (yiv‑set sayısı ve hatve oranı) mermi hızı, stabilitesi ve atış doğruluğu üzerindeki etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Soğuk dövme yöntemiyle üretilmiş altı farklı namlu konfigürasyonu (yiv‑set: 4, 5, 6; hatve: 255 mm ve 305 mm; namlu boyu: 508 mm; malzeme: 32CrMoV12‑10) üzerinde, her namlu için iki grup ve her grupta beş atış olmak üzere toplam 60 atış gerçekleştirilmiş; mermi ilk hızları kronograf ile ölçülmüş ve atış noktalarının x–y koordinatları kullanılarak grup merkezleri, merkez sapmaları ile MOA cinsinden doğruluk ve dağılım değerleri hesaplanmıştır. Ortalama ilk hızlar 776,50–783,90 m/s aralığında bulunmuş olup, yiv‑set sayısı ve hatve oranının ilk çıkış hızına doğrudan ve belirgin bir etkisi gözlenmemiştir; bununla birlikte namlu geometrisi dağılım ve doğruluk üzerinde anlamlı farklılıklar üretmiştir. Özellikle 4 yivli ve 305 mm hatveli konfigürasyon en düşük dağılım (0,256 MOA) ve yüksek doğruluk (0,300 MOA) değerlerini vererek mermi stabilitesini artırırken, 5–6 yivli ve/veya kısa hatveli (255 mm) konfigürasyonlar daha geniş dağılımlar ve zaman zaman doğrulukta düşüşler sergilemiştir; bu sonuçlar, fazla yiv setinin namlu‑mermi etkileşiminde sürtünme ve küçük sapmalara yol açabileceğini göstermektedir. Sonuç olarak, hafif silah namlu tasarımında yiv‑set ve hatve optimizasyonu mermi dağılımı ve doğruluğu üzerinde kritik bir rol oynamakta olup, bu parametrelerin dikkatli seçimi hem balistik performansın iyileştirilmesine hem de üretim süreçlerine uygulanabilir katkılara işaret etmektedir.

Anahtar Kelimeler

• Hafif Silahlar
• Yiv-Set
• Yiv-Set Açma Metotları
• Hatve Oranı
• Balistik Performans
• Doğruluk ve Dağılım Analizi.

Kaynakça

1. 1. U. Rivera, L. Aviles, A. Gonzalez, P. Meza, W. Angel, “Internal ballistics of polygonal and grooved barrels: A comparative study”, Science Progress, Vol. 104, Issue 2, Pages 1-23, 2021.
2. 2. Z. Wei, Y. Cheng, Z. Wang and Y. Lin, “Simulation Study on the Impact Response of Barrels with Different Rifling Profiles during Bullet Engraving”, Modelling and Simulation in Engineering, Vol. 2022, Issue 1, Pages 1-18, 2022.
3. 3. C. Shen, K. Zhou, Y. Lu, J. Li, “Modeling and simulation of bullet-barrel interaction process for the damaged gun barrel”, Defence Technology, Vol. 15, Issue 6, Pages 972-986, 2019.
4. 4. O. Özgüder, M. Özbay, H. Adin, “Namlu İçi Balistik Davranışın Sonlu Elemanlar Yöntemiyle Analizi”, DÜMF MD, Cilt 8, Sayı 3, Sayfa 609–620, 2017.
5. 5. Ç. Susantez, “Vallier-Heydenreich Metodu ile Silahların Namlu İç Balistiğinin İncelenmesi”, Savunma Bilimleri Dergisi, Cilt 19/1, Sayı 37, Sayfa 73–94, 2020.
6. 6. Ç. Şahin, A. Özdemir, “Namlularda Değişken Yiv-Set Eğrisinin Kararlılık Faktörü ve Set Torkuna Etkisi”, Manufacturing Technologies and Applications, Cilt 2, Sayı 1, Sayfa 1–13, 2021.
7. 7. B. Özcan, M. S. Seyis, U. Şeker, A. Kurt, “Analysis of the Internal Ballistic Process of a 9x19 mm Pistol Barrel Using the Finite Element Method and Experimental Validation”. Enginoscope, Vol. 1, Issue 2, Pages 116-135, 2025.
8. 8. H. A. Gezer, T. Engin, “The inspection of effect of propellant granule geometry on gun interior ballistics”, Sakarya University Journal of Science, Vol. 20, Issue 2, Pages 251–257, 2016.

9. 9. H. O. Şehitoğlu, Ü. M. Şahin, “Fişeğin Gelişiminin Küçük Silahlara ve Harekât Ortamına Çoklu Etkisi”, Savunma ve Güvenlik Araştırmaları Dergisi, Cilt 2, Sayı 1, Sayfa 95-116, 2025.
10. 10. M. Akçay, M. A. Yükselen, “Namlu Malzemesi Isıl Karakteristikleri Homojen Olmayan Silah Namlularının İç Balistik Çevrim Sırasında Zamana Bağlı Isıl İncelenmesi”, Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi, Cilt 34, Sayı 2, Sayfa 75-81, 2014.
11. 11. D. Sürmeli, S. Neşeli, “Mermi Namlu Çıkış Hızı ve Enerjisini Etkileyen Parametrelerin Optimizasyonu”, Journal of Selcuk-Technic, Cilt 19, Sayı 3, Sayfa 156-169, 2020.
12. 12. Heard, B. J., “Handbook of firearms and ballistics 2nd ed.”, Pages 158-164, Wi̇ley-Blackwell, New Jersey, 2008.
13. 13. “Barrel rifling twist rate”, https://www.guns.com/news/2019/10/04/barrel-rifling-twist-rate, Temmuz 15, 2025.
14. 14. Alkılınç, Ö., “Namlularda atış ömrünü etki̇leyen sert krom ve oksi̇dasyon kaplama parametreleri̇ni̇n karşılaştırılması”, Yüksek Lisans Tezi, Marmara Üniversitesi, İstanbul, 2021.
15. 15. Carlucci, D. E. and Jacobson, S. S., “Ballistics: Theory and Design of Guns and Ammunition”, 3rd ed., Pages 3-5, CRC Press, Boca Raton, 2018.
16. 16. Farrar, C. L. and Leeming, D. W., “Military Ballistics: A Basic Manual”, Pages 1-5, Brassey's Publishers Ltd, Oxford, 1983.
17. 17. Das, P. K., Das, L. P., and Das, D. P., “Science and Engineering of Small Arms”, Pages 57–61, CRC Press, Oxon, 2022.
18. 18. Zivkovic, S., “Profiling of mandrel for rotary forging”, Journal of Production Engineering, Vol. 17, Issue 1, Pages 59–62, 2014.
19. 19. MKE, “7.62 mm x 51 M118 Fişek”, https://www.mke.gov.tr/Urunler/762-mm-x-51-M118-Fisek/158, Mayıs 21, 2025.