The Second Version

17/05/07

Balistica Interna

La balistica interna si occupa dei fenomeni che avvengono all'interno della canna di un'arma da fuoco; senza entrare in trattazioni troppo elaborate, cercherò di spiegare nei dettagli cosa succede.

L'urto del percussore causa la detonazione di una piccola quantità di esplosivo primario contenuta nell'innesco (volgarmente, capsula) della munizione o nel fondello per le munizioni a percussione anulare. A loro volta, l'unda d'urto ed il getto di gas ad alta temperatura prodotti dall'innesco causano la deflagrazione della carica di lancio (volgarmente, polvere anche se si tratta di grani di diversa forma e dimensioni). Nelle cartucce a percussione anulare, ci può essere soltanto una carica d'innesco maggiorata oppure anche una carica di lancio (come deve essere il caso per .22 LR, .22 Mag, .17 HMR). I gas prodotti dalla deflagrazione del propellente si trovano ad alta temperatura, ed essendo confinati in un piccolo, volume, la pressione sale rapidamente a valori molto alti (come in questo esempio; chamber è la camera mentre gas port è la presa di gas che consente il funzionamento del sistema di ripetizione).

La vivacità (o progressività) di un propellente esprimono la sua velocità di deflagrazione: polveri vivaci deflagrano rapidamente producendo un picco di pressione più stretto (ma non sempre più alto), mentre quelle progressive producono un picco più largo e probabilmente più basso.

Una forza notevole viene quindi esercitata dall'interno del bossolo. Ma le pareti del bossolo sono sostenute dalla robusta camera di scoppio; il fondello è sostenuto dall'otturatore - che in certi casi è fisso, mentre in altri a causa della sua massa, della molla di rinculo che lo preme contro la culatta, ed anche di appositi ritegni che ne impediscono l'arretramento prematuro. L'unica parte mobile rimane il proiettile, che quindi viene accelerato in avanti lungo la canna. L'accelerazione dei proiettili è enorme: mediandola su tutta la lunghezza della canna, si ottengono valori di 104 - 106 m/s2.

La pressione nella canna a valle del proiettile quindi decresce, in parte per semplice espansione, visto che il proiettile avanzando lascia un volume sempre maggiore a disposizione dei gas; in parte perchè una frazione dell'energia dei gas viene convertita in energia cinetica del proiettile - ed usata per vincerne l'attrito lungo la canna: soprattutto per le armi rigate, l'intaglio del proiettile nella rigatura richiede uno sforzo considerevole.
Le perdite di pressione per raffreddamento (trasferimento di calore alla canna) invece sono minime perchè il processo è molto rapido: entro pochi millisecondi il proiettile lascia la canna. Il processo è quindi adiabatico.

Quindi, polveri vivaci sono adatte generalmente ad armi con canna corta (pistole); se non ricordo male, con certi propellenti la deflagrazione è completa prima ancora che il proiettile lasci del tutto il bossolo. Invece, polveri progressive vengono usate nei fucili per ottenere velocità iniziali molto alte.

Quando il proiettile esce dalla bocca, i gas residui escono dalla canna producendo il rumore dello sparo e la pressione in canna scende rapidamente al valore atmosferico. I gas di combustione contengono sempre un po' di CO, che a contatto con l'aria può causare una vampa; se c'è ancora molta polvere incombusta la vampa può diventare spettacolare - però significa che si sta sprecando polvere; la luce della vampa può abbagliare il tiratore ed in condizioni di combattimento il nemico avrà un comodo segnale sul quale dirigere il suo fuoco.

Per massimizzare il trasferimento di energia al proiettile, una volta che caratteristiche e massa della carica di lancio siano fissate, ci sono un paio di soluzioni ovvie. Una, ritardare l'apertura dell'otturatore fino all'uscita del proiettile dalla canna. Questo accade spontaneamente con le armi a ripetizione manuale, e con opportune soluzioni tecniche (canna rototraslante e simili) si può ottenere anche per quelle a ripetizione automatica/semiautomatica. I revolver non soffrono il problema dell'otturatore, ma hanno quella fessura fra cilindro e culatta che provoca perdite di gas.

L'altra soluzione ovvia, una volta risolto il problema della chiusura, è allungare la canna. In questo modo, i gas di combustione continuano ad esercitare una forza sul proiettile per un tempo maggiore. In teoria, il massimo trasferimento di energia si avrebbe con una canna tanto lunga che quando il proiettile la lascia la pressione residua all'interno sia pari a quella esterna. In pratica, però, oltre una certa lunghezza di canna la pressione dei gas cala tanto da esercitare una forza trascurabile; gli attriti prendono il sopravvento e si può anche avere un calo di velocità del proiettile. Inoltre, diventa difficile ritardare di così tanto l'apertura dell'otturatore, ed un'arma con la canna molto lunga è ben poco maneggevole. Un costruttore americano di fucili calibro .50 (per competizioni di tiro a lunga distanza, ma anche applicazioni militari - o soltanto per divertimento, se uno ha una proprietà abbastanza ampia...) fornisce i dati di velocità iniziale in funzione della lunghezza di canna: si vede che passando da 17 a 29 pollici l'aumento di velocità è abbastanza ripido, ma dai 29 ai 40 pollici si riduce a malapena 3/4 del valore precedente. 40 pollici sono circa un metro; una lunghezza non esattamente pratica.

Questa discussione è fra i fondamenti di un altro pezzo che spero di poter scrivere presto, che riguarderà la differenza di letalità fra armi automatiche e semiautomatiche.

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