El Dilema Supersónico

[Tomate©]

Mucho hemos hablado y oído hablar de munición supersónica ó subsónica y de que utilidades tienen o para que se usan en cada caso.
En algunos foros han llegado a plantear que la munición .308 subsónica es más útil que la estándar, (una Barbaridad por donde se lo vea).
Movido por estas lecturas es que quiero traerles el tema para que lo pensemos un poco y para que cada uno pueda portar lo suyo sobre este tema.

Antes de continuar quiero hacer la aclaración:
No voy a hablar de silenciadores y técnicas de silenciamiento, porque es un tema que tengo prohibido por las leyes de mi país (también en el de Uds.).  Así que pido disculpas por ello (por las leyes y por no hablar).  

Les recomiendo este post a quien desee leer mas del tema:

http://www.tirodefensivoperu.com/forum/index.php?topic=1132.0

La velocidad de propagación del sonido en el aire a 0 mts del nivel del mar y 18ºc es de 340 mts./seg. (para los que deseen calcularla a otras temperaturas la diferencia por grado es de 0,6 m/s a 0º y 0 altitud es 331 m/s.)

Para los que quieran jugar con los números les dejo una página que tiene una calculadora de Velocidad del Sonido según altura y otras variables.

http://www.geocities.com/~ala-10/DOC-Atmosfera.htm


Número de Match:
Definimos como el Número de Match (M) al producto de la división entre la Velocidad del Móvil (VM)  y la Velocidad del Sonido (VS) por lo tanto:

M=VM/VS

Notemos que si la VM = VS el Número de Match es igual a uno M=1 mientras la velocidad VM sea inferior a VS tendremos M entre 0 y uno.  




F18 rompiendo la barrera del sonido.



Los que conozcan de aviación recordarán que cuando los aviones de la 2º guerra se arrimaban a la barrera del sonido el piloto perdía control sobre el aparato y esto causó muchos accidentes, incluso aviones no preparados para esto se destruían en una picada que alcanzara estas velocidades (1224 Kms./h.), al acercarse el avión a la velocidad del sonido aparecía una fenómeno conocido como compresibilidad 8esto provocaba que los controles se endurecieran y el avión temblara y se volviera incontrolable, Al acercarse aún mas la resistencia al avance aumentaba de tal manera que se llegó a pensar que había una barrera (de ahí el nombre) del sonido que era imposible de traspasar.



Diferentes esquemas de desplazamiento de las ondas de sonido según la velocidad del móvil.



Pero (siempre hay un pero) se sabía que los proyectiles de cañón volaban por encima de la barrera del sonido, por lo que se siguió buscando la manera de poder traspasarla con un avión, el primero (ofical) fue el Bell X1 y la Bell se basó en una proyectil calibre .50 BMG  (12,7x99) para diseñar el avión "Porque sabemos que las balas .50 BMG vuelan por encima de la barrera del sonido" (según un ingeniero de la empresa).
         


Impresionante fotografía de un F18 atravesando la barrera del sonido, la nube de vapor que se ve alrededor de la nave es la manifestación de la Singularidad de Prandtl-Glauert, se produce una baja abrupta de la presión alrededor del avión que condensa instantáneamente la humedad del aire.


Ahora bien ¿Qué tiene que ver esto con los proyectiles de armas portátiles? Mucho, en principio tenemos que pensar que si para los aviones hay un zona crítica también la habrá para los proyectiles y estos se verán afectados por las velocidades que ronden el valor de la del sonido en el aire.  
Mas concretamente  hay una franja que en la que podemos situar entre los 320 y 360 m/seg a la que se le llama Transónico, esta es la zona donde los proyectiles se comportan bastante mal en cuanto a la estabilidad y por supuesto a la precisión.  Uno de los motivos por los que los fabricantes evitan que sus ingenios ronden estas velocidades, a pesar de que por ejemplo el 9x19 es uno de los que trabajan en este rango, de ahí la relativa falta de precisión intrínseca que se le atribuye al calibre.
En el caso del .22 LR (que también trabaja en este entorno) los fabricantes en la búsqueda de una mejor precisión y prestaciones, o se quedan antes (300 a 320 m/seg)  ó se van de largo en los HV (High Velocity) agregando un plus de potencia para los cazadores (350 a casi 600 m/seg en la CCI Stinger)

Líneas de flujo:

Si tomamos una fotografía de un proyectil en vuelo veremos como el mismo comprime las capas de aire a su alrededor en su vuelo formándose las llamadas líneas de flujo que salen de la punta y de las aristas del proyectil.



Fantástica imagen de un proyectil de rifle SBT (Spitzer  Boat Tail) cola de bote, surcando el aire a velocidad supersónica.



En la imagen superior se observan claramente las líneas de flujo que salen del proyectil en su partes mas singulares (punta, ranura de engarce, y borde final) la configuración de "cola de bote" ha conseguido proyectiles mas estables y de mayor alcance.  
Se observa la zona de baja presión que se forma en la parte trasera del proyectil,  con una leve turbulencia del aire (rizos suaves) producto de la cola de bote.
Cuando mas cerrado es el ángulo que comprende a una de las prolongaciones de la línea de flujo con el eje longitudinal del proyectil mayor es la velocidad de este. Por el contrario cuanto menor velocidad mas "abiertas" son estas líneas.





Aquí entran el concepto de aerodinámica de proyectiles, ya hablamos de esto alguna vez, pero voy a reiterar a grandes rasgos y si alguien lo pide lo explicamos un poco mas extensamente.
Para los tiempos de vuelo de un proyectil de arma corta (1/12 segundos o menos) cualquier forma es factible al igual que cualquier diámetro de proyectil lo es, pero para los proyectiles de rifle cuyos tiempos de vuelos son superiores al 0,5 segundos ya debemos empezar a jugar con la forma, diámetro y aerodinámica de la punta si queremos máximo rendimiento.  





Imagen tomada con la técnica de "Shadowgraph" de un proyectil de arma corta y un pequeño perdigón esférico (arriba a la izquierda).



En la imagen de arriba podemos observar las líneas de flujo de cada proyectil y la zona de turbulencias que se genera al final según la terminación del proyectil, los invito a ver la armonía de las líneas de la imagen del proyectil de 7,62 NATO comparadas con la turbulencia de las de estos dos proyectiles.



Bonita imagen de una punta de rifle a 2 Match en colores.



Notemos que la punta de la imagen superior no es del tipo Boat Tail y se puede apreciar claramente que la zona de turbulencia en la parte trasera es mucho mas agresiva que la de las que tienen esta configuración Boat Tail, esa zona de turbulencia que marcamos en todas las imágenes, genera una zona de baja presión en la cola del proyectil que lo frena y genera vibraciones perniciosas penalizando así el alcance y la precisión.  

Como se baja la Velocidad:
¿Para que queremos bajar esta velocidad? Como dijimos antes uno de los motivos es la precisión y el otro es la supresión del sonido del disparo evitando el estampido sónico que el proyectil produce al romper la barrera del sonido. Esto se busca con fines militares u operacionales tácticos con empleo de supresores o silenciadores.

Hay varias maneras de conseguir que una munición opere a velocidades menores a la del sonido. La mas común es bajar la carga propelente del proyectil y así reducimos su velocidad y las prestaciones de energía del mismo por consecuencia, esto se aplica en los casos de cartuchos de rifle que funcionan a 2 Match ó más.  
En los proyectiles de armas cortas que están al borde de VS muchas veces con aumentar un poco el peso de la punta ya tengo una merma considerable en la velocidad en boca que queda por debajo VS.
   
Si queremos aprovechar la máxima energía del proyectil pero sin ser sónico o supersónico debemos hablar de  velocidades cercanas a los 340 m/s, para tomarnos un margen podemos fijar la velocidad ideal en 320 m/seg. Para que nuestro proyectil no supere o iguale a la velocidad del sonido.

Para saber el rendimiento de un proyectil un buen parámetro es medir su energía,  la formula de energía cinética es: Ec=1/2 m * (V.V) (un medio de masa por velocidad al cuadrado)

Al tener la velocidad fijada en 320 m/s la única variable que queda en la fórmula es la masa del proyectil, ya que masas= peso/gravedad y en balística sobre la superficie de la tierra podemos considerar a la gravedad como constante (incluso algunos autores redondean en 10 m/seg2 en lugar de los 9,8 m/seg2 por todos conocida.

Con todo la mayor energía estaría dada por el peso del proyectil (recordar que Velocidad esta fijada en 320 m/s), lo que nos lleva a que si disparo con los siguientes calibres y pesos de punta:

1 - 9x19 punta de 125 grains.
2 - .357 S&W Mg punta de 158 grains.
3 - .41 Remington Mg. punta de 200 grains.
4 - .45 ACP punta de 230 grains. (Suponiendo que llegue a 320 m/s)
5 - .44 Remington Mg. punta de 240 grains.
6 - .50 AE punta de 325 grains.

Las energías irían aumentando en orden descendente ya que estarían dadas por el orden de los pesos de punta que van de menor a mayor (siempre que hablemos de velocidad constante a 320 m/seg).

Como siempre el tema es largo y espero haberme explicado bien, ojala les guste.

Un abrazo


Saludos desde Rosario, Argentina
Presumiendo ser el 1º Socio Honorario de la S.T. T.D.P
Tomate©
q=)

[ccoello]

Maestro Tomate, mil gracias por este valioso aporte, tenia dudas sobre el detalle de la velocidad y su medición en Match, pero ya aclaré algunas interrogantes al respecto.

Para el caso del tema del Transónico, me parecio muy interesante saber que dependiendo de la velocidad del proyectil y estando en el rango de los 320 y 360 m/seg se presentan variaciones en la precisión, pense que se trataba de factores externos mas específicos como peso, y condiciones ambientales, pero por supuesto que la velocidad prima en este aspecto.

Me parece interesante el tema de la aerodinámica de proyectiles, y como lo has manifestado, y de ser posible, te solicitaría ampliar estos conceptos.

Según puedo entender, los supresores de gases hacen que disminuya la velocidad del proyectil ? entonces, esto hace que el alcance de la munición se acorte .... hummmmm

Mil gracias Adrian por este excelente post, es de la calidad a la cual nos tienes acostumbrados!!!

Un abrazo

[foxtrotvictor]

Muy bien maestro Tomate.

Si me permites, algunas dudas:
La velocidad máxima de los proyectéis es alcanzada a la salida de la boca del cañón de las armas, o aún ganan aceleración durante su trayecto?

Sobre el 9X19mm (el tal calibre que no es el primero en nada, pero que hace todo bien) con cargas propelentes que permitan que esté en la frontera de la VS ( el tal transónico de que hablas), puede haber días en que sea sub-sónico, otros sónico y otros super-sónico, sabiendo que hay factores que influéncian la velocidad del sonido, como es el caso de la temperatura atmosferica?

Um grande abraço.

[LunaDiente]

Como siempre Tomate 100% yo no creia que eso de lo supersonico fuera tan
importante! disparando con unos amigos,rifles de alta presicion en 7.62X51, a
1200 metros calibrados con un telemetro Leica,los proyectiles Norma Diamond
de 168 grains caiian por doquier,en eso llego un amigo, con un Mauser 1909
en 7.65X53(o 54) con miras metalicas y balas Norma de 174 gr. y abatio los blancos!la explicacion que llegamos,fue que,la 7.62X51 se convirtio en subsonica
y perdio estabilidad, mientras, la veterana 7.65X53 no y llegaba precisa!

[Tomate©]

Maestro Tomate, mil gracias por este valioso aporte, tenia dudas sobre el detalle de la velocidad y su medición en Match, pero ya aclaré algunas interrogantes al respecto.

Por nada, me alegro que te haya aclarado algunas dudas y que el tema te interese.

Para el caso del tema del Transónico, me parecio muy interesante saber que dependiendo de la velocidad del proyectil y estando en el rango de los 320 y 360 m/seg se presentan variaciones en la precisión, pense que se trataba de factores externos mas específicos como peso, y condiciones ambientales, pero por supuesto que la velocidad prima en este aspecto.

En general, el los primeros metros cuando el vector velocidad esta a full (máximo valor) todo lo demás pasa a un plano menor, los problemas se hacen visibles por dos factores principales, que son la Velocidad y el Tiempo de vuelo, al disminuir la velocidad las fuerzas negativas como la gravedad, rozamiento, el viento, las condiciones de presión y temperatura empiezan a hacerse sentir, en vuelos largos (mas de un segundo; segundo y medio) hay que considerar el Efecto Coriolis (relativo a la rotación terrestre, 465'11 m/s. en el Ecuador), mientras el proyectil viaja la tierra se mueve y el blanco que está "pegado" a ella también, si bien el proyectil también se mueve porque la masa de aire en la que vuela gira como la tierra pero el proyectil varía menos la trayectoria de lo que se corre el blanco, Pensalo en un proyectil de artillería que viaja 10 segundos al blanco, mientras llega el blanco se te corrió 46,5 metros... en sentido contrario a las agujas del reloj (dependiendo del hemisferio donde estés).
El peso te dará mas o menos alcance y mas o menos velocidad inicial, lo explicamos en otro post, pero una punta mas pesada sale mas lenta del cañón pero tiene mayor alcance y se cae menos, una liviana por el contrario tiene mas velocidad inicial, pero menos alcance y se cae más (no puede mantener la velocidad).      

Me parece interesante el tema de la aerodinámica de proyectiles, y como lo has manifestado, y de ser posible, te solicitaría ampliar estos conceptos.

Ok, aquí hemos visto un pantallazo de diseño, pero lo tomo como un tema para el futuro, en cualquier momento le metemos mano.

Según puedo entender, los supresores de gases hacen que disminuya la velocidad del proyectil ? entonces, esto hace que el alcance de la munición se acorte .... hummmmm

Interpreto que cuando hablás de supresores de gases estás pensando en los compensadores que se ven en las armas de TP y los frenos de boca que se utilizan para frenar el retroceso. Por supuesto que tienen influencia, pero en este caso el costo beneficio favorece, hay compensadores que trabajan espectacularmente y sacrifican una cantidad despreciable de velocidad en boca.
Si te referías a los supresores de ruido, es mas o menos lo mismo que arriba, pero pido licencia para no extenderme en esto.  

Mil gracias Adrian por este excelente post, es de la calidad a la cual nos tienes acostumbrados!!!

Un abrazo

Me alegra que te guste y el agradecido soy yo.
Un abrazo

Muy bien maestro Tomate.

Graziaz!!! q=))

Si me permites, algunas dudas:
La velocidad máxima de los proyectéis es alcanzada a la salida de la boca del cañón de las armas, o aún ganan aceleración durante su trayecto?

Estimado, la velocidad máxima que va a alcanzar el proyectil en todo su trayecto es siempre en la boca del arma, hasta ahí lo aceleran los gases de combustión, después solo comienza a frenarse por el efecto de rotación y caerse por la gravedad (hay otros motivos, pero menos importantes). Te sugiero le des una mirada a este post, ahí esta bien explicado y si no la seguimos.  

http://www.tirodefensivoperu.com/forum/index.php?topic=1076.0

Sobre el 9X19mm (el tal calibre que no es el primero en nada, pero que hace todo bien) con cargas propelentes que permitan que esté en la frontera de la VS ( el tal transónico de que hablas), puede haber días en que sea sub-sónico, otros sónico y otros super-sónico, sabiendo que hay factores que influencian la velocidad del sonido, como es el caso de la temperatura atmosférica?

Si las condiciones que vos mencionás influyen en el comportamiento del proyectil, pero no te olvides que en general estas condiciones también afectan a los demás fenómenos naturales, como ser el sonido viaja a menos velocidad cuanta menos temperatura ambiente hay, las condiciones de humedad, saturación del aire y demás se cumplen para ambas cosas. Por lo que hay un equilibrio que se mantiene, los recargadores sabemos que la munición que en invierno nos parecía medio "flojona" en verano "patea" mas.
No digo que el supuesto que vos planteas en la pregunta no se cumpla, pero debe ser con valores muy cercanos a la velocidad del sonido o con climas muy extremos, ya que estas variaciones son pequeñas a variables de condiciones pequeñas.  

Um grande abraço.

Otro para vos agradezco tu interés.

Como siempre Tomate 100% yo no creia que eso de lo supersonico fuera tan
importante! disparando con unos amigos,rifles de alta presicion en 7.62X51, a
1200 metros calibrados con un telemetro Leica,los proyectiles Norma Diamond
de 168 grains caiian por doquier,en eso llego un amigo, con un Mauser 1909
en 7.65X53(o 54) con miras metalicas y balas Norma de 174 gr. y abatio los blancos!la explicacion que llegamos,fue que,la 7.62X51 se convirtio en subsonica
y perdio estabilidad, mientras, la veterana 7.65X53 no y llegaba precisa!

Gracias, me alegra que te guste.
Sinceramente no me cierra mucho a explicación del caso que planteás, a esas distancias extremas (para cualquiera de los dos calibres) creo que hay muchos otros factores que pueden haber creado esta diferencia entre armas, pero como no estuve allí y no quiero ser "criticón" jajajajaja
Pero te invito que pongas ambos calibres y pesos de punta en la calculadora balística de la misma casa Norma y veas que son muy parecidos en ese aspecto, incluso la 7,65x54 (para los Argentinos es 54 jajajajaja) se cae mas... en fin...

http://www.norma.cc/default.asp?Lang=2#  Entrando en el margen superior derecho dice Ballistic ahí podés jugar con todas los pesos de puntas y calibres de la marca o crearte el tuyo.

Lo que nombrás del 7,65x53 ó 54 ha sido motivo de disputa (sobre todo con los Yankees) porque en realidad la vaina mide 53,5 mm. y ellos redondean en 53 y nosotros como buenos Argentinos agrandados redondeamos en 54 jajajaja

Un abrazo



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Tomate©
q=)

[ces07]

Excelente aporte Adrian, como siempre dando catedra con tus aportes, un fuerte abrazo amigo.

[Ratonpt]

Como siempre, un excelente aporte, Gracias Tomate.

Ahora tengo claro, porque en las armas cortas, no es tan importante la forma de la punta.

Me imagino que la nube de condensacion que se forma en los aviones al romper la barrera del sonido, tambien se forma en el proyectil en una escala menor, pero que no se aprecia porque se confunde con los gases del disparo.

[Tomate©]

Gracias ces07 y Ratonpt siempre es un gustazo que les guste lo que escribo y me alegra mucho que lo consideren de utilidad.

Con respecto a la condensación, pienso lo mismo que vos, aunque sinceramente no he visto ninguna foto (o si lo hice no recuerdo) que lo demuestre, fijate que en el avión tampoco es tan grande la aureola del efecto, así que en el royectil debe ser difícil de ver.

Un abrazo Grande.


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[viajero2008]

Muchas gracias maestro Tomate, disipé dudas que tenia y aprendi otras cosas mas, yo tambien quedé "desasnado". saludos

PD: disculpen que copie el término. Espero que lo de desasnado no tenga copyright. saludos

[elgallo48]

Gracias tambien por la informacion Maestro Tomate, siempre aportando conocimiento para la gente de TDP... es algo muy común en ti Maestro.

Y bueno hablando de la barrera del sonido, si me permiten unos chistecitos: 

Cuentan que Jaimito regresa del colegio,  con una gran noticia para su Mama,  y le cuenta : Mama...Mama...sabias que los aviones supersónicos cada vez que salen a volar rompen la barrera del sonido...
no me digas hijo
si Mama, asi nos a contado el profe.
y dime una cosa hijo  ¿ Cuanto gastara la Fap en repararla cada ves no?...Ja Ja Ja

Otra...A los gays también les dicen supersónicos...¿por que?...por que tienen rota la barrera del sonido...Ja Ja Ja.

Saludos.

[ccoello]

Maestro Tomate, .... gracias por las aclaraciones !! 

Buena Gallo , con la de jaimito....

[Tomate©]

Gracias Muchachos!!! siempre es grato que lo que uno escribe les guste.

viajero2008 jajaja mi padre usaba el "desasnar" (desburrar) jajajaja Si pude acercarte algo nuevo, me alegro Artemio. 

Uhhhh!!!! elgallo48 esos chistes son del tiempo de mi abuelita jajajajajaja

Por nada ccoello!!

Un abrazo



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Tomate©
q=)

[RONNIE_GLOCK25]

Ahora bien ¿Qué tiene que ver esto con los proyectiles de armas portátiles? Mucho, en principio tenemos que pensar que si para los aviones hay un zona crítica también la habrá para los proyectiles y estos se verán afectados por las velocidades que ronden el valor de la del sonido en el aire. 
Mas concretamente  hay una franja que en la que podemos situar entre los 320 y 360 m/seg a la que se le llama Transónico, esta es la zona donde los proyectiles se comportan bastante mal en cuanto a la estabilidad y por supuesto a la precisión.  Uno de los motivos por los que los fabricantes evitan que sus ingenios ronden estas velocidades, a pesar de que por ejemplo el 9x19 es uno de los que trabajan en este rango, de ahí la relativa falta de precisión intrínseca que se le atribuye al calibre.
Con todo la mayor energía estaría dada por el peso del proyectil (recordar que Velocidad esta fijada en 320 m/s), lo que nos lleva a que si disparo con los siguientes calibres y pesos de punta:

1 - 9x19 punta de 125 grains.
2 - .357 S&W Mg punta de 158 grains.
3 - .41 Remington Mg. punta de 200 grains.
4 - .45 ACP punta de 230 grains. (Suponiendo que llegue a 320 m/s)
5 - .44 Remington Mg. punta de 240 grains.
6 - .50 AE punta de 325 grains.

Las energías irían aumentando en orden descendente ya que estarían dadas por el orden de los pesos de punta que van de menor a mayor (siempre que hablemos de velocidad constante a 320 m/seg).

Como siempre el tema es largo y espero haberme explicado bien, ojala les guste.

Un abrazo


Saludos desde Rosario, Argentina
Presumiendo ser el 1º Socio Honorario de la S.T. T.D.P
Tomate©
q=)

felicitaciones Adrian, debo confesar que me llamo mucho la atencion el tema de la imprecision que se le atribuye a los calibres arriba mencionados, pero despues de las consultas respectivas y confirmacion tuya , se dice que estas variables de presicion pueden varias en tan solo milimetros, pero son reales en definitiva hay distintos comportamientos y lo que nos favorece tal como lo describes es el peso de la punta para contrarestar este efecto , de verdad muy agradecido una vez mas tu ladrillo cof,cof,cof, digo tu articulo esta muy bueno , gracias por compartirlo

[Tomate©]

felicitaciones Adrian, debo confesar que me llamo mucho la atencion el tema de la imprecision que se le atribuye a los calibres arriba mencionados, pero despues de las consultas respectivas y confirmacion tuya , se dice que estas variables de presicion pueden varias en tan solo milimetros, pero son reales en definitiva hay distintos comportamientos y lo que nos favorece tal como lo describes es el peso de la punta para contrarestar este efecto , de verdad muy agradecido una vez mas tu ladrillo cof,cof,cof, digo tu articulo esta muy bueno , gracias por compartirlo

Estimado, cuando se habla de "imprecisión intrínseca" estamos hablando de pequeñas diferencias, entre calibres mas precisos y otros quizás menos precisos, son pequeñas diferencias en entre ellos (medidas en milímetros o cms. según distancia) Por ejemplo la Otan (NATO) habla de 150 mm. a 100 metros para el 9x19 NATO en 11 disparos (se descarta el peor) como estándar de precisión aceptable, personalmente he visto agrupaciones de 60 mm con los once disparos y el común son 100 mm. por otra parte hay firmas de customización de armas que garantizan 1 MOA a 50 mts con Pistolas Sistema 1911. Lo que serían unos 14,5 mm (29 mm a 100  mts.). Por otra parte el común de los tiradores no puede hacer una agrupación de este tenor con continuidad ni en sus sueños más optimistas.

Por otra parte la fortaleza del 9x19 no radica en su precisión sino en sus dimensiones y características que lo han hecho el calibre militar de armas portátiles por excelencia (a excepción de los fusiles de asalto) por más de 100 años, polivalente, utilizado en pistolas y subfusiles, buena potencia poco peso por unidad y dimensiones reducidas. Quizás en lo personal tengo ciertas objeciones a su uso policial, pero ese es otro tema.  

¿Con que "ladrillo" no? jajajajajajajaja  

Un abrazo


Saludos desde Rosario, Argentina
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Tomate©
q=)

[henryedson]

interesante información, felicitaciones eh, estuvo explicada a mi parecer lo mas simple posible para el buen entendimiento, ahora llevo conmigo algo mas para cultura general y para practicarlo, gracias.