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:

https://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  (12,7×99) 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 9×19 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 – 9×19 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=)

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