Balística interior - 1º parte

Esta disciplina estudia los fenómenos que se desarrollan en el ánima del cañón desde que se enciende el fulminante hasta que el proyectil abandona la boca, incluyendo presiones internas, torques y otros efectos resultantes mientras el proyectil es forzado a lo largo del ánima, y los efectos sobre ésta (erosión, abrasión, accidentes, etc.). Comprende también los estudios para la construcción del tubo cañón (interna y externamente, particularmente recámara, garganta y ánima en sí), la forma de la vaina, el tipo y peso de la carga, el tipo de fulminante, etc.

A continuación se desarrollaran los conceptos principales de ésta materia:

Encendido: efecto de iniciar la combustión de la carga impulsiva de un arma de fuego; en cartuchos metálicos modernos, proceso en el cual la carga del fulminante es aplastada y detonada por la aguja percutora y la llama resultante enciende la pólvora. En éste punto es importante considerar la forma, dimensiones internas y densidad de carga, ya que una combinación errónea de dichos elementos se traduce en anomalías en el encendido.

Anomalías en el encendido

- Encendido errático: fallas aleatorias de encendido que se presentan en disparos sucesivos; pueden obedecer a varias causas: excesivo espacio de acerrojamiento (headspace), falla o mala colocación del fulminante, aguja percutora, muelle real, en revólveres juego longitudinal del tambor (endplay), etc.
- Encendido excesivo: se produce cuando se utiliza un fulminante muy potente para el cartucho; en este caso, el encendido de la pólvora es demasiado rápido, provocando presiones excesivas y erráticas, que ponen en peligro la seguridad y afectan la precisión.
- Encendido pobre: cuando la potencia del fulminante no es adecuada para provocar el encendido instantáneo de toda la carga impulsiva; puede deberse a un fulminante en mal estado, de material muy duro, o un muelle real débil. Las consecuencias son presiones aleatorias en el ánima o retardos de fuego.
- Encendido prematuro: autoencendido no deseado de un cartucho debido a recalentamiento de la recámara (cañón). Puede suceder fácilmente en armas automáticas livianas en las que, después de áfagas prolongadas, el cañón Desarrollo de la temperatura en el interior del cañónadquiere una elevada temperatura. Si en tales condiciones, se interrumpe el fuego y queda un cartucho en la recámara, es factible que en muy poco tiempo se produzca su encendido espontáneo. Por esta razón, la mayoría de las armas automáticas livianas tienen acción con cerrojo abierto. Algunas con capacidad de fuego selectivo, disparan con cerrojo cerrado en fuego simple y cerrojo abierto en fuego automático. (FG-42)

Pólvoras

Los explosivos son sustancias susceptibles de quemarse vertiginosamente, originando en tal descomposición una gran cantidad de gases a elevada temperatura, los que producen presión con el objeto de obtener el efecto deseado (en nuestro caso, el desplazamiento del proyectil).

Tipos de combustión de una carga impulsiva: toda pólvora cuya combustión culmina antes que el proyectil inicie su movimiento, se denomina pólvora instantánea. Si la combustión termina después que el proyectil ha comenzado su desplazamiento del ánima, se dice que es una pólvora lenta. Esta última es de combustión incompleta, cuando dicha combustión no finalizó todavía en el momento que el proyectil abandona la boca del cañón. Se dice que es combustión estricta, cuando tal combustión se agota en el instante en que el proyectil sale del cañón.

Ritmos de quemado (burning rate): se trata de un índice establecido en forma arbitraria que indica la rapidez con que un determinado propelente se transforma en gas. Esta velocidad está controlada por la composición química, el tamaño, la forma de los granos de polvora y la presión a la que se verán sometidos. Por ejemplo la pólvora IMR 5010 es "muy lenta" y la Bullseye es "más rápida".

Presión

Presión en el ánima: la que ejercen los gases de la combustión contra las paredes del ánima, la culata y la base del proyectil durante el recorrido de éste por el ánima. La presión en el ánima tiene dos valores importantes: la presión máxima y la presión residual; se debe agregar la forma de la curva (relaciones presión-tiempo), cuya integral es el trabajo de los gases contra el proyectil. Lógicamente, para una misma arma y cartucho, la presionen ánima dependerá del peso de la carga y las características de la pólvora, del asentamiento de la bala en la vaina, del tipo de fulminante utilizado, del desgaste del ánima y de posibles variantes en la bala. En laboratorio, la presión en el ánima se mide disparando un cartucho en un cañón de prueba o pesado.. Hay dos grandes métodos generales para medir esta presión: el que mide solamente la presión máxima (crusher), y el que permite determinar la forma de la curva (trasductor balístico).

La presión en el ánima se representa por una curva que muestra la evolución de la presión de los gases desde que se inicia la combustión y durante el recorrido del proyectil en el ánima. Permite observar las condiciones y características de la combustión de la carga de pólvora. Tienen diferentes formas según la pólvora sea progresiva o degresiva.

Presión máxima: valor máxima instantáneo dela presión en el ánima generada por los gases de la combustión de la pólvora. Además del valor en sí, importa la relación tiempo, es decir, en que momento se produce. En armas largas, la presión máxima puede oscilar normalmente entre los 3.000 y los 4.000 kg/cm2, estando la mayoría en los 3.500 kg/cm2 (5,56x45, 3.500; 7,62x51, 3.500, 30-06, 3.500; 7,92x33, 3.000; .303,3.000; 7,65x54, 4.000). Para armas cortas, los valores son menores (9x17,1.500. 9x19, 3.000; .38 SW, 1.800: .38 SPL, 1.500; .357, 2.500; 7,65 Browning, 1.800).
Un cartucho de fogueo para arma larga genera aproximadamente 1.000kg/cm2

Presión residual: la presión remanente en el ánima cuando el proyectil abandona la boca; es de importancia y se aplica en el diseño de armas semiautomáticas, porque debe tener un valor máximo seguro para permitir la apertura del cerrojo; influye asimismo en el retroceso del arma. También presión en la boca.

Métodos para medir la presión

* Crusher/crusher gage: uno de los sistemas para medir la presión en el ánima, utilizado desde fines del siglo pasado; consiste en un cilindro pequeño (de tamaño normalmente dentro del cm) de cobre (Koper crusher) para presiones altas, o de plomo (lead crusher) para presiones bajas, de dimensiones conocidas, que se utiliza en pruebas de laboratorio y con cañones especiales (v. Pressure barrel). El cañón está perforado a la altura de la recámara, coincidente con una perforación que deber tener la vaina, para que los gases actúen sobre el crusher. Sometido a la presión del disparo y de acuerdo con su aplastamiento, cotejada con tablas, se puede determinar solamente el valor dela presión máxima a que fue sometido; este valor no es absolutamente preciso, porque las tablas están confeccionadas midiendo deformaciones a presiones estáticas, y además la imprecisión aumenta en las presiones muy altas, cuando el crusher está en sus límites de compresión. Esta presión se expresa en CUP (Koper units of pressure) o LUP (lead units of pressure), llamadas también psi crusher, unidades que reemplazan a las clásicas kg/cm2 o lb/pulg2, sin que exista una relación directa con éstas. Su mayor utilidad es como valor de comparación con una carga conocido, segura. El crusher está siendo reemplazado por el transductor balístico.

* Transductor balístico (ballistic transducer): uno de los instrumentos modernos para medir presiones en el anima; los más comunes son el cristal piezoeléctrico y el de tensión.. En el primero se utiliza la propiedad de los cristales de cuarzo de emitir una corriente eléctrica de valor proporcional al de la presión a la que son sometidos; en este sistema el cañón de prueba está perforado para permitir que la cabeza del sensor apoye contra la vaina, y los gases actúan sobre el cristal a través de un pistón por la deformación de la vaina. En el de tensión, se arrollan alrededor del cañón dos bobinas de alambre, las que sufren la dilatación del mismo; esta dilatación hace variar el diámetro de los alambres y por lo tanto la resistencia a la corriente generada, o la variación en la corriente, son llevados a un osciloscopio que las registra en función del tiempo o sea del recorrido del proyectil en el ánima. El osciloscopio puede estar asociada a una máquina fotográfica o mantener la imagen por un tiempo prolongado, y aún superponerse los registros de varios disparos para realizar comparaciones.

Relación de expansión: La proporción que existe entre la capacidad de la recamara más el cañón (en grains de agua) versus la capacidad de la recamara (en grains de agua).

Densidad de carga: La proporción de la carga de polvora versus la capacidad de la recamara. Esta información se utiliza para establecer las mejores cargas a efectos de obtener encendidos estables sin igniciones erraticas.

Largo del cañón: En balística interior, éste concepto es diferente que el que se usa generalmente, ya que se refiere a la distancia que hay desde la boca del cañón hasta la base de la bala colocada en el cuello de la vaina.

Tiempo de encendido: lapso desde el impacto de la aguja percutora contra el fulminante hasta que hay suficiente presión para que el proyectil abandone la vaina.

Tiempo de percusión: tiempo que transcurre desde que se libera el martillo / percutor hasta que la aguja golpea al fulminante. Es menor en las acciones con recámara cerrada, donde solamente el martillo / percutor deben moverse; mayor en las de recámara abierta, en las que el cerrojo debe desplazarse y atacar un cartucho antes de producir el disparo. Es deseable el menor tiempo a fin de reducir las posibles variaciones de puntería; en algunos fusiles de caza con acción a manivela, la demora puede ser de solo 0,002 segundos; en los fusiles militares standard de repetición, la menor demora la tenía el Gew 98 alemán, con 0,005 segundos; en los semiautomáticos, parece ser el Garand Ml con 0,0022 seg. Para fusiles de tiro al blanco se comercializan mecanismos que permiten mejorar estos valores (speed actino, speed lock), en los que se trabaja reduciendo el recorrido de la aguja percutora o incrementando su peso, un muelle real más potente, una menor caída del martillo, disparadores remontables, etc.

Tiempo de fuego: lapso transcurrido desde la liberación del fiador hasta la llegada del proyectil a la boca del cañón. Es la suma del tiempo de percusión (lock time), del tiempo de encendido (ignition time) y del tiempo de ánima (barrel time). Es un indicador de la máxima cadencia de fuego que puede obtenerse en un arma monotubo; en fusiles militares es de alrededor de 4 milisegundos.

Tiempo de ánima: tiempo que transcurre desde que el proyectil comienza a moverse en la vaina hasta que llega ala boca del cañón, en un fusil Springfield M1903, calibre .30-06, con una bala de 9,7 gramos (150 grains) y una VI de 823 mps (2.700 pps) se ha medido un tiempo de 0,0098 segs., o sea casi un milésimo de segundo.

Autoencendido (Cook off): Éste fenómeno se debe al recalentamiento de la recámara, así como el cañón y produce la deflagración o detonación de la munición antes que se realice el tiro. Se da normalmente en armas automáticas y morteros.

Estampido de boca: ruido violento producido por el disparo, debido a la perturbación atmosférica (onda de choque) en la boca del cañón después de la salida del proyectil, resultante de la expansión de los gases de la pólvora en el aire.

Llama de boca: gases producto de la combustión: monóxido y dióxido de carbono, hidrógeno, metano, carbón libre, etc. que liberados del ánima a alta temperatura entran en violenta combustión con el oxígeno del aire, con la consiguiente producción de llamas. Asimismo por los granos de pólvora que siguen quemando. También fogonazo.

Salto del proyectil (bullet jump): recorrido del proyectil en la garganta del ánima, desde la vaina hasta tomar el estriado; esta distancia es un fracción de la longitud de la garganta. Se ha comprobado que el salto o vuelo libre contribuye a disminuir la presión máxima en el ánima sin afectar la precisión. Para una misma arma y cartucho, depende la forma de la cabeza y profundidad de sentamiento de la bala.

Vibración del cañón (barrel vibration, barrel whip): vibración ocasionada en el disparo, que se puede descomponer en: (1) la producida por el saldo del proyectil, desde la vaina hasta tomar el rayado, y su posterior recorrido por el ánima, incluido el efecto del torque, y (2) el efecto látigo, al abandonar la boca. Esta vibración puede afectar seriamente la precisión en tubos muy livianos o con una marcada disminución de su diámetro externo desde la culata hacia la boca, Es de sentido aleatorio y depende de la rigidez de la montura de la acción en la caja.

Torque:

* Mec: fuerza que produce rotación
* En armas de fuego, reacción del cañón a la rotación del proyectil durante su recorrido por el estriado, que tiende a hacer girar el arma en sentido contrario. Es notoriamente sensible en armas de mano de gran potencia, como así también al algunos fusiles con cañones muy livianos y altas VI.

Retroceso: efecto mecánico, impulso y movimiento hacia atrás de un arma de fuego como consecuencia del disparo. Balísticamente se considera y determina como un vector coincidente con el eje del cañón. Básica y principalmente es un a relación de masas arma-proyectil, y son tres las causas del retroceso:

• Reacción por la aceleración del proyectil desde reposo hasta la velocidad en la boca; es llamado el retroceso inicial, y en general para su cálculo no se consideran ni la fricción del proyectil en el ánima ni el peso (inercia) de la columna de aire en el ánima por delante del proyectil; ocasionalmente y en armas de mano muy potentes, se considera un efecto de la fricción, el torque.
• Reacción por la aceleración de la masa de la carga impulsiva (vena gaseosa) dentro del cañón, a una velocidad que para el cálculo se considera como la mitad de la velocidad en la boca del proyectil.
• Reacción por la salida de los gases detrás del proyectil, que actúa sobre el arma de manera similar a un motor cohete. Para un mismo cartucho y bala, cuanto mayor sea el peso del arma, y si ésta tienen freno de boca, menor será el retroceso; si el arma está bien firme apoyada contra el hombro, parte del peso del tirador se considera agregado al peso del arma. No confundir retroceso con culatazo, que es el efecto que siente el tirador. El retroceso origina el salto de boca. Balísticamente, el retroceso es una energía cinética y se mide en Kgm o pié-libras. Dicha energía de retroceso se puede medir con un aparato especial llamado dinamómetro (dynamometer) o coloquialmente cuna (recoil cradle).

Culatazo (kick, felt/apparent recoil): efecto físico y psicológico que siente el tirador como consecuencia del retroceso del arma al producirse el disparo. Depende de la potencia del arma, pero también en medida apreciable de la forma y firmeza con que se la sostiene, influyendo el peso y conformación del tirador, que tenga cantonera de goma, etc. Para una misma arma, los efectos del culatazo varían de un tirador a otro. Para armas muy potentes reviste importancia la posición de tiro, siendo la de pie la que más amortiguación asegura, y la costado la más peligrosa, coloquialmente, patada; es común que se utilice simplemente el término "retroceso" por culatazo.

Salto de boca (jump, muzzle jump/climb): levantamiento de la boca del cañón de un arma de fuego por el retroceso del disparo. Es debido a la cupla por diferente altura entre el eje del ánima y el punto de apoyo en el tirador (hombro para armas largas, mano para cortas, que generalmente está por debajo de aquel.. Sobre el salto influyen diferentes formas de la caja7marco y de sostener / empuñar el arma; para disminuir sus efectos se colocan compensadores y aún se practican aberturas en la parte superior del cañón, cerca de la boca, para crear un efecto de reacción opuesto a la cupla. El salto de boca se produce principalmente después que el proyectil ha abandonado el cañón y no afecta significativamente la puntería de ese disparo, pero si provoca demoras en volver a apuntar. Debe tenerse en cuenta que parte del movimiento se produce cuando el proyectil está todavía en el ánima y que ese efecto y la vibración del cañón (v.) se suman algebraicamente.