Un proiettile si trova in regime subsonico quando la sua velocità è inferiore alla velocità locale del suono, cioè quando presenta un numero di Mach minore di 1.
La condizione subsonica non corrisponde a una velocità universale e immutabile. La velocità del suono dipende soprattutto dalla temperatura dell’aria e, in misura più limitata per l’impiego balistico ordinario, dalle caratteristiche del mezzo attraversato.
Nel regime subsonico non si forma la caratteristica onda d’urto continua associata al volo supersonico. Rimangono però il rumore prodotto dai gas alla volata, il funzionamento meccanico dell’arma e l’eventuale suono dell’impatto.
La velocità del suono
La velocità del suono rappresenta la rapidità con cui una perturbazione di pressione si propaga nell’aria. In condizioni atmosferiche ordinarie viene spesso indicata approssimativamente come 343 metri al secondo, ma il valore cambia con la temperatura.
In aria fredda la velocità del suono diminuisce; in aria calda aumenta. Di conseguenza, uno stesso proiettile può avere un numero di Mach leggermente diverso pur mantenendo la medesima velocità misurata.
Per determinare correttamente il regime di volo occorre quindi confrontare la velocità del proiettile con la velocità locale del suono nelle condizioni ambientali effettive.
Il numero di Mach
Il numero di Mach esprime il rapporto tra la velocità del proiettile e quella del suono:
Mach = velocità del proiettile ÷ velocità locale del suono
In termini generali:
- Mach inferiore a 1: regime subsonico;
- Mach vicino a 1: regione transonica;
- Mach superiore a 1: regime supersonico.
Il passaggio tra questi regimi non avviene attraverso un confine aerodinamico perfettamente netto. La regione transonica comprende infatti una fascia nella quale alcune zone del flusso attorno al proiettile possono essere supersoniche e altre subsoniche.
Regime subsonico e regione transonica
Definire subsonica una munizione soltanto perché la sua velocità nominale è leggermente inferiore a quella del suono può risultare impreciso. Le variazioni tra colpi, la temperatura della munizione e le condizioni atmosferiche possono portare alcuni proiettili nella regione transonica.
Per mantenere un comportamento realmente subsonico nelle diverse condizioni, le munizioni specifiche vengono normalmente progettate con un certo margine rispetto alla velocità locale del suono.
Una velocità troppo vicina a Mach 1 può produrre risultati poco uniformi: alcuni colpi possono restare subsonici, mentre altri possono generare un’onda d’urto percepibile.
Perché nasce il boom sonico
Quando un proiettile viaggia a velocità supersonica, comprime l’aria più rapidamente di quanto le perturbazioni possano propagarsi. Si forma così un sistema di onde d’urto che accompagna il proiettile lungo la traiettoria.
Il passaggio di questa onda viene percepito come uno schiocco o boom sonico. Non si tratta di un singolo rumore prodotto soltanto al superamento della barriera del suono, ma di un’onda che si sviluppa continuamente mentre il proiettile rimane supersonico.
Nel regime subsonico questo fenomeno non si verifica.
Munizione subsonica e silenziosità
L’assenza del boom sonico non rende lo sparo completamente silenzioso. Il rumore complessivo può comprendere:
- espansione dei gas alla volata;
- combustione della polvere;
- movimento dell’otturatore o del carrello;
- percussione e altri rumori meccanici;
- impatto del proiettile;
- riflessioni acustiche dell’ambiente.
Una munizione subsonica elimina soltanto la componente sonora legata all’onda d’urto del proiettile. La protezione dell’udito rimane necessaria.
Proiettile subsonico e moderatore di suono
Un moderatore di suono riduce la pressione e la velocità dei gas prima che vengano liberati nell’atmosfera. Non può invece eliminare l’onda d’urto generata da un proiettile supersonico lungo la traiettoria.
L’associazione tra munizione subsonica e moderatore può quindi ridurre entrambe le principali componenti acustiche: la detonazione percepita alla volata e lo schiocco supersonico.
Rimangono comunque i rumori meccanici e quello prodotto dall’impatto. L’eventuale utilizzo di dispositivi di moderazione deve rispettare la normativa vigente e le indicazioni del produttore dell’arma.
Come si ottiene una munizione subsonica
Una munizione subsonica viene progettata affinché il proiettile rimanga al di sotto della velocità del suono nelle condizioni previste. Il risultato può essere ottenuto attraverso una combinazione controllata di:
- massa del proiettile;
- tipo e quantità di propellente;
- volume interno del bossolo;
- pressione di esercizio;
- lunghezza della canna;
- caratteristiche della specifica arma.
La riduzione della velocità non deve essere improvvisata modificando una carica ordinaria. Assetti non verificati possono causare combustione irregolare, sovrapressioni o l’arresto del proiettile nella canna.
Perché si utilizzano proiettili pesanti
Molte munizioni subsoniche utilizzano proiettili relativamente pesanti. Poiché l’energia cinetica dipende sia dalla massa sia dalla velocità, l’aumento della massa permette di compensare in parte la riduzione della velocità.
Un proiettile più pesante può inoltre offrire:
- maggiore quantità di moto;
- energia superiore rispetto a una palla leggera alla stessa velocità;
- migliore conservazione della velocità, se dotato di forma adeguata;
- funzionamento più affidabile in alcune piattaforme progettate specificamente.
Il maggiore peso comporta generalmente una lunghezza superiore e può richiedere un passo di rigatura più rapido.
Stabilità dei proiettili subsonici
La stabilità giroscopica dipende dalla velocità di rotazione impressa dalla rigatura. A parità di passo, riducendo la velocità lineare diminuisce anche la velocità di rotazione del proiettile.
Un proiettile lungo e pesante lanciato a velocità subsonica può quindi richiedere una rigatura più rapida rispetto a una palla più corta.
Una stabilità insufficiente può produrre:
- rosate molto ampie;
- fori ovali sul bersaglio;
- impronte laterali o keyhole;
- coefficiente balistico effettivo inferiore;
- possibile ribaltamento durante il volo.
Prima di utilizzare determinati proiettili è necessario verificarne la compatibilità con il passo della canna.
Resistenza dell’aria nel regime subsonico
Anche sotto la velocità del suono, il proiettile incontra una resistenza aerodinamica che ne riduce progressivamente la velocità.
Nel regime subsonico non è presente la stessa resistenza d’onda associata alle onde d’urto supersoniche, ma continuano ad agire:
- resistenza di pressione sull’ogiva;
- attrito superficiale;
- resistenza della base;
- turbolenza della scia;
- resistenza aggiuntiva dovuta all’imbardata.
La forma del proiettile e la regolarità del suo assetto rimangono quindi importanti.
Forma aerodinamica del proiettile
I proiettili progettati per velocità supersoniche non sono necessariamente ottimizzati per il regime subsonico. Ogiva, lunghezza e boat-tail devono essere valutati in relazione al campo di velocità effettivo.
Una forma molto affusolata può conservare bene la velocità, ma deve anche risultare stabile e compatibile con la canna. In alcune applicazioni subsoniche viene privilegiato un buon equilibrio tra massa, lunghezza, precisione e comportamento terminale.
Tempo di volo
A causa della velocità inferiore, il proiettile subsonico impiega generalmente più tempo per raggiungere il bersaglio rispetto a uno supersonico.
Il maggiore tempo di volo comporta:
- maggiore durata dell’azione della gravità;
- traiettoria più curva;
- maggiore sensibilità agli errori di distanza;
- maggiore esposizione all’azione del vento;
- maggiore spostamento possibile di un bersaglio mobile.
Questi effetti aumentano rapidamente con la distanza.
Caduta del proiettile
La gravità agisce su qualsiasi proiettile indipendentemente dalla velocità. Un proiettile subsonico, però, impiega più tempo a percorrere la stessa distanza e viene quindi attratto verso il basso per un intervallo maggiore.
La traiettoria presenta una curvatura più accentuata rispetto a quella di un proiettile supersonico ad alta velocità. Piccoli errori nella valutazione della distanza possono quindi produrre variazioni verticali importanti sul bersaglio.
Deriva causata dal vento
Il maggiore tempo di volo rende generalmente il proiettile subsonico più sensibile al vento. La deriva dipende anche dal coefficiente balistico e dalla componente trasversale della corrente.
Un proiettile subsonico pesante e aerodinamicamente efficiente può comportarsi meglio di uno leggero e poco efficiente, ma non elimina la necessità di valutare attentamente intensità e direzione del vento.
Velocità ed energia
L’energia cinetica è espressa dalla relazione:
Energia = ½ × massa × velocità²
Poiché la velocità è elevata al quadrato, la sua riduzione produce una diminuzione significativa dell’energia. L’utilizzo di proiettili più pesanti compensa soltanto in parte questo effetto.
Una munizione subsonica non deve quindi essere considerata equivalente alla corrispondente munizione supersonica per energia, traiettoria o comportamento terminale.
Quantità di moto
La quantità di moto dipende dal prodotto tra massa e velocità. Un proiettile pesante può mantenere una quantità di moto rilevante anche a velocità subsonica.
Quantità di moto ed energia sono però grandezze differenti. Nessuna delle due, considerata isolatamente, descrive completamente penetrazione, espansione o efficacia terminale.
Comportamento terminale
Molti proiettili espansivi tradizionali sono progettati per funzionare all’interno di un determinato intervallo di velocità. Se l’impatto avviene a velocità troppo bassa, l’espansione può risultare ridotta o assente.
I proiettili specificamente sviluppati per l’impiego subsonico possono adottare:
- cavità frontali ottimizzate;
- mantelli più sottili o segmentati;
- geometrie studiate per aprirsi a bassa velocità;
- materiali e costruzioni dedicate.
Il comportamento deve essere valutato utilizzando dati del produttore riferiti alla velocità d’impatto prevista.
Impiego venatorio
Le munizioni subsoniche possono presentare importanti limitazioni nell’attività venatoria. La minore velocità determina una traiettoria più curva, maggiore tempo di volo e riduzione dell’energia disponibile.
È necessario considerare:
- specie e dimensioni del selvatico;
- distanza effettiva;
- energia residua;
- capacità espansiva del proiettile;
- precisione della combinazione arma-munizione;
- normativa applicabile;
- possibilità di ottenere un abbattimento immediato e responsabile.
Una munizione subsonica non deve essere scelta soltanto per la minore rumorosità.
Funzionamento delle armi semiautomatiche
Le armi semiautomatiche utilizzano una parte dell’energia dello sparo per completare il ciclo di funzionamento. Una munizione subsonica può sviluppare una quantità di gas o un impulso insufficienti per azionare correttamente il sistema.
Possono verificarsi:
- mancata apertura dell’otturatore;
- espulsione incompleta;
- mancata alimentazione del colpo successivo;
- blocco del ciclo;
- funzionamento irregolare tra colpi.
Alcune armi sono progettate o configurate specificamente per munizioni subsoniche. Devono essere utilizzate soltanto combinazioni dichiarate compatibili dal produttore.
Lunghezza della canna
La lunghezza della canna può modificare la velocità sviluppata dalla stessa munizione. Una canna più lunga offre ai gas più tempo per esercitare pressione sul proiettile, anche se il risultato dipende dal tipo di propellente e dall’intero caricamento.
Una cartuccia subsonica in una determinata canna potrebbe avvicinarsi o superare la velocità del suono se utilizzata in una canna differente o in condizioni ambientali diverse.
La condizione deve essere verificata sulla specifica arma mediante un cronografo.
Temperatura della munizione
La temperatura può influenzare la combustione della polvere e la velocità iniziale. Una munizione prossima alla soglia del suono potrebbe rimanere subsonica in condizioni fredde e diventare transonica o supersonica quando la temperatura aumenta.
L’entità della variazione dipende dal propellente e dalla configurazione della cartuccia. Per ottenere risultati costanti è opportuno evitare forti differenze di temperatura tra verifica e impiego.
Condizioni atmosferiche
Poiché la velocità del suono cambia con la temperatura, la classificazione del proiettile dipende anche dall’ambiente.
Le condizioni influenzano inoltre:
- densità dell’aria;
- resistenza aerodinamica;
- tempo di volo;
- caduta;
- deriva al vento;
- stabilità giroscopica.
Un calcolatore balistico deve utilizzare dati atmosferici coerenti con il luogo e il momento della prova.
Munizioni naturalmente subsoniche
Alcune cartucce sviluppano normalmente velocità inferiori o prossime a quella del suono, soprattutto quando utilizzano proiettili pesanti e pressioni relativamente contenute.
Altre cartucce vengono offerte in caricamenti specificamente indicati come subsonici. La presenza della dicitura non garantisce però la stessa velocità in tutte le armi: lunghezza della canna, tolleranze e temperatura possono produrre variazioni.
Il caso del calibro .22 Long Rifle
Nel calibro .22 Long Rifle esistono caricamenti standard, ad alta velocità e specificamente subsonici. Alcune munizioni standard possono risultare subsoniche in determinate canne e condizioni, mentre altre possono avvicinarsi o superare la soglia del suono.
Il comportamento deve essere verificato considerando la specifica arma e la temperatura ambientale. Anche una piccola variazione di velocità può determinare la presenza o l’assenza dello schiocco supersonico.
Ricarica e sicurezza
La preparazione di munizioni subsoniche richiede particolare cautela. Ridurre arbitrariamente una carica non garantisce un comportamento sicuro o regolare.
Una carica non appropriata può causare:
- accensione irregolare;
- variazioni elevate della velocità;
- combustione incompleta;
- pressioni anomale;
- proiettile arrestato nella canna;
- malfunzionamento dell’arma.
Devono essere utilizzati esclusivamente dati ufficiali e verificati, corrispondenti esattamente a calibro, proiettile, polvere, innesco e bossolo impiegati.
Proiettile arrestato nella canna
Una spinta insufficiente può lasciare il proiettile all’interno della canna. Sparare un colpo successivo con l’anima ostruita può provocare danni gravissimi all’arma e alle persone.
Se lo sparo presenta rumore o rinculo insolitamente deboli, è necessario interrompere immediatamente l’attività, scaricare l’arma in sicurezza e verificare che la canna sia libera seguendo le procedure previste.
Misurazione con cronografo
Il metodo più affidabile per determinare se una munizione rimane subsonica consiste nel misurarne la velocità con un cronografo.
La prova deve comprendere più colpi per valutare:
- velocità media;
- velocità massima e minima;
- scarto estremo;
- regolarità del caricamento;
- margine rispetto alla velocità del suono.
Il confronto deve tenere conto della temperatura e della velocità locale del suono.
Azzeramento con munizioni subsoniche
Una munizione subsonica presenta una traiettoria diversa rispetto a un caricamento supersonico. Cambiando velocità, peso e tempo di permanenza nella canna, può cambiare anche il punto d’impatto.
L’arma deve quindi essere azzerata con la specifica munizione utilizzata. Non bisogna presumere che lo zero ottenuto con una cartuccia supersonica rimanga valido.
Vantaggi del regime subsonico
I principali vantaggi comprendono:
- assenza del boom sonico;
- riduzione della rumorosità complessiva nelle configurazioni appropriate;
- rinculo spesso più contenuto;
- possibilità di evitare la transizione da supersonico a subsonico;
- impiego specialistico in armi e munizioni dedicate.
Limiti del regime subsonico
Tra i principali limiti rientrano:
- traiettoria più curva;
- maggiore tempo di volo;
- maggiore sensibilità agli errori di distanza;
- energia ridotta rispetto a caricamenti supersonici;
- possibile funzionamento irregolare nelle armi semiautomatiche;
- necessità di proiettili compatibili con il passo di rigatura;
- possibile espansione terminale insufficiente;
- prestazioni fortemente dipendenti dalla specifica configurazione.
Un regime di volo con caratteristiche specifiche
Il regime subsonico non consiste semplicemente nel ridurre la velocità di una munizione. Richiede un equilibrio tra massa del proiettile, pressione, propellente, lunghezza della canna, stabilità e comportamento terminale.
L’assenza dell’onda d’urto riduce una componente importante del rumore, ma modifica profondamente tempo di volo, traiettoria ed energia. Per utilizzare correttamente una munizione subsonica è necessario verificare velocità reale, stabilità, azzeramento e compatibilità con l’arma.
