I gas alla volata sono i prodotti della combustione della polvere che fuoriescono dalla canna immediatamente dopo il proiettile o la carica di pallini. Anche quando il proiettile raggiunge l’estremità della canna, questi gas possiedono ancora pressione, temperatura e velocità considerevoli.
La loro improvvisa espansione nell’atmosfera produce alcuni dei fenomeni più evidenti dello sparo: onda di pressione, rumore, vampa, rinculo residuo e sollevamento di polvere o detriti. L’uscita deve avvenire in modo il più possibile uniforme attorno al proiettile, perché eventuali asimmetrie possono influenzarne il comportamento durante i primi istanti del volo.
Cosa avviene all’interno della canna
Quando l’innesco avvia la combustione della polvere, si formano gas caldi che aumentano rapidamente la pressione nella camera di cartuccia. Il proiettile comincia a muoversi e viene accelerato lungo la canna.
Durante l’avanzamento aumenta il volume disponibile dietro il proiettile. La pressione raggiunge il proprio valore massimo nel tratto iniziale e successivamente diminuisce, pur continuando a esercitare una spinta utile.
Quando il proiettile supera la volata, la canna non può più contenere i gas. Questi si riversano nell’atmosfera espandendosi rapidamente in direzione longitudinale e radiale.
La pressione residua alla volata
La pressione alla volata è la pressione ancora presente dietro il proiettile nel momento in cui questo abbandona la canna. È molto inferiore al picco raggiunto nella camera di cartuccia, ma rimane sensibilmente superiore alla pressione atmosferica.
La sua entità dipende da numerosi fattori:
- tipo e quantità di polvere;
- vivacità e progressività del propellente;
- capacità interna del bossolo;
- peso e diametro del proiettile;
- pressione sviluppata dalla munizione;
- lunghezza della canna;
- tempo di permanenza del proiettile nel tubo;
- presenza di dispositivi applicati alla volata.
Le cartucce di grande capacità , soprattutto quando abbinate a canne corte, possono conservare una pressione residua relativamente elevata al momento dell’uscita.
Espansione dei gas nell’atmosfera
Finché il proiettile si trova nella canna, i gas sono confinati dietro di esso. Nel momento in cui la base supera la volata, la pressione si scarica improvvisamente e il flusso accelera verso l’esterno.
Nei primissimi istanti può formarsi una complessa successione di onde di espansione e compressione. I gas inizialmente seguono il proiettile, poi si allargano lateralmente formando la caratteristica nube di volata.
Il fenomeno si sviluppa in un tempo estremamente breve, ma può essere osservato attraverso fotografie e riprese ad alta velocità .
L’onda di bocca
L’espansione improvvisa dei gas produce un’onda di pressione, comunemente chiamata onda di bocca. Quando raggiunge l’orecchio viene percepita come una parte importante del rumore dello sparo.
L’intensità dell’onda dipende soprattutto dalla quantità e dalla pressione dei gas liberati. Una canna corta tende generalmente a produrre una pressione di volata maggiore, perché il proiettile esce prima e lascia meno tempo ai gas per espandersi all’interno del tubo.
Gli spazi chiusi, le pareti, le coperture rigide e il terreno possono riflettere l’onda di pressione, aumentando il disagio e il rischio per l’udito.
Rumore dello sparo e boom supersonico
Il rumore complessivo di uno sparo non deriva da una sola sorgente. Può comprendere:
- l’onda di pressione generata dai gas alla volata;
- il rumore meccanico dell’arma;
- l’eventuale onda d’urto del proiettile supersonico;
- le riflessioni prodotte dall’ambiente circostante;
- l’impatto del proiettile sul bersaglio o sul terreno.
Quando il proiettile viaggia a velocità superiore a quella del suono, genera una propria onda d’urto lungo la traiettoria. Questo fenomeno è distinto dal rumore prodotto dai gas alla volata e non viene eliminato intervenendo soltanto sull’espansione dei gas.
La vampa di volata
La vampa di volata è l’emissione luminosa che può accompagnare l’uscita dei gas. La sua intensità varia in relazione alla munizione, alla lunghezza della canna, alle condizioni ambientali e all’eventuale presenza di dispositivi di volata.
La vampa può derivare da differenti fenomeni:
- emissione luminosa dei gas ad alta temperatura;
- presenza di particelle incandescenti;
- combustione di residui di propellente;
- riaccensione di gas combustibili a contatto con l’ossigeno atmosferico.
Una fiammata evidente non significa necessariamente che tutta la polvere sia uscita dalla canna senza bruciare. Anche i gas già prodotti possono generare luminosità e una combustione secondaria quando incontrano l’aria esterna.
Lunghezza della canna e gas alla volata
La lunghezza della canna esercita una notevole influenza sulla pressione residua. In una canna più lunga i gas dispongono generalmente di maggiore spazio e tempo per espandersi prima dell’uscita del proiettile.
Una canna corta può quindi determinare:
- maggiore pressione alla volata;
- rumore più intenso vicino al tiratore;
- vampa più evidente;
- maggiore sollevamento di polvere e detriti;
- possibile riduzione della velocità del proiettile;
- azione più intensa dei dispositivi di volata.
Il comportamento dipende però dall’intera combinazione tra calibro, propellente, proiettile e lunghezza effettiva della canna.
La corona di volata
La corona è la superficie lavorata all’estremità della canna attorno al foro d’uscita. La sua geometria deve permettere ai gas di liberarsi in modo uniforme attorno alla base del proiettile.
Una corona danneggiata, deformata o lavorata in modo asimmetrico può provocare uno scarico irregolare. Se i gas esercitano una forza maggiore su un lato della base mentre il proiettile sta lasciando la canna, possono indurre una piccola perturbazione e influenzare la precisione.
Per questo la corona deve essere protetta da urti, abrasioni e operazioni di pulizia improprie.
La fase di balistica intermedia
Il breve intervallo compreso tra l’uscita del proiettile e la completa separazione dai gas viene studiato dalla balistica intermedia, detta anche balistica di transizione.
In questa fase il proiettile non è più guidato dalla canna, ma si trova ancora immerso in un flusso gassoso irregolare e ad alta velocità . Le forze aerodinamiche esterne iniziano contemporaneamente ad agire sul corpo del proiettile.
Una buona simmetria della corona e dell’espansione dei gas contribuisce a rendere più regolare il passaggio dalla balistica interna alla balistica esterna.
Effetti sulla stabilità del proiettile
All’uscita dalla volata, il proiettile può presentare piccole oscillazioni attorno al proprio asse di volo. Questi movimenti dipendono principalmente dalla sua forma, dalla rotazione impressa dalla rigatura e dall’allineamento con l’anima della canna.
Un’espansione asimmetrica dei gas può aumentare le perturbazioni iniziali. L’effetto è normalmente molto piccolo, ma può assumere rilevanza nelle armi e nelle munizioni destinate al tiro di precisione.
Freno di bocca
Il freno di bocca utilizza aperture laterali o orientate per deviare una parte dei gas. La reazione generata dal cambiamento di direzione del flusso contribuisce a ridurre il rinculo percepito e, in alcuni modelli, il rilevamento della volata.
La deviazione laterale e posteriore dei gas può però aumentare notevolmente il rumore e la pressione percepiti dal tiratore e dalle persone vicine. Può inoltre sollevare polvere, terra e piccoli detriti quando l’arma viene impiegata vicino al terreno.
Forma, dimensioni e orientamento delle camere determinano il comportamento del dispositivo.
Rompifiamma
Il rompifiamma è progettato principalmente per ridurre la visibilità della vampa. Distribuisce e miscela i gas con l’aria in modo da limitare la concentrazione della combustione secondaria davanti alla volata.
Non svolge necessariamente la stessa funzione di un freno di bocca, anche se alcuni dispositivi combinano parzialmente entrambe le caratteristiche.
Moderatore di suono
Il moderatore di suono offre ai gas una serie di volumi nei quali espandersi e raffreddarsi prima di raggiungere l’atmosfera. In questo modo riduce la pressione del flusso in uscita e attenua l’onda sonora prodotta alla volata.
Il dispositivo non elimina tutti i rumori associati allo sparo. Rimangono il rumore meccanico dell’arma, quello dell’impatto e, con munizioni supersoniche, l’onda d’urto generata dal proiettile durante il volo.
Il moderatore modifica inoltre peso, bilanciamento, armoniche e condizioni di uscita dei gas. Il suo impiego deve rispettare la normativa vigente e le indicazioni del produttore dell’arma.
Effetto dei gas sul rinculo
Il rinculo deriva dalla conservazione della quantità di moto del sistema. Oltre al movimento del proiettile, contribuisce anche la massa dei gas che viene espulsa ad alta velocità .
Dopo l’uscita del proiettile, i gas continuano quindi a esercitare un effetto sull’arma. I dispositivi di bocca possono modificare questo contributo deviando il flusso in direzioni differenti.
La sensazione percepita dal tiratore dipende anche dal peso dell’arma, dalla geometria del calcio, dalla posizione di tiro e dalla durata temporale dell’impulso.
Sollevamento di polvere e detriti
Quando la volata si trova vicino al terreno, l’espansione dei gas può sollevare polvere, sabbia, foglie o piccoli detriti. Il fenomeno può disturbare la visibilità , rivelare la posizione del tiratore e proiettare particelle verso le persone circostanti.
I freni di bocca con aperture laterali o inclinate possono accentuare questo effetto. È quindi necessario mantenere libera e sicura l’area attorno alla volata prima dello sparo.
Gas alla volata nelle armi a canna liscia
Nei fucili a canna liscia i gas agiscono sulla borra, che trasferisce la spinta alla carica di pallini e contribuisce a realizzare la tenuta all’interno della canna.
Quando la carica lascia la volata, i gas si espandono dietro la borra e la rosata. La borra viene rapidamente rallentata dalla resistenza aerodinamica, mentre i pallini proseguono lungo la traiettoria.
Un’espansione regolare e una volata in buone condizioni contribuiscono alla corretta uscita della carica, ma la formazione della rosata dipende anche da strozzatura, borraggio, caratteristiche dei pallini e configurazione della cartuccia.
Gas alla volata nelle armi corte
Nelle armi corte, la ridotta lunghezza della canna comporta generalmente pressioni residue più elevate rispetto a quelle che la stessa cartuccia potrebbe sviluppare in una canna più lunga.
Questo può tradursi in rumore e vampa più intensi. Nei revolver una parte dei gas fuoriesce anche dallo spazio tra tamburo e cono di forzamento, generando un flusso laterale particolarmente pericoloso per mani e oggetti posti in prossimità .
Temperatura dei gas e sicurezza
I gas e le particelle espulsi dalla volata presentano temperature elevate e possono causare danni a persone, oggetti e materiali infiammabili posti nelle vicinanze.
La volata deve essere sempre orientata in una direzione sicura. Non bisogna avvicinare mani, strumenti o altri oggetti all’estremità della canna, anche quando l’arma sembra scarica, senza aver prima eseguito tutte le procedure di sicurezza previste.
Occhi e udito devono essere protetti con dispositivi adeguati durante ogni attività di tiro.
Interpretare correttamente i fenomeni alla volata
Rumore, fiammata e intensità dell’onda di pressione non rappresentano da soli una misura precisa della potenza della cartuccia o della velocità del proiettile. Sono influenzati dalla pressione residua, dalla lunghezza della canna, dal propellente, dall’ambiente e dai dispositivi installati.
Una fiammata intensa può accompagnare una munizione poco adatta a una canna corta, ma non permette di determinare direttamente quanta polvere abbia completato la combustione. Analogamente, un forte rumore non indica necessariamente una maggiore energia del proiettile.
L’ultimo passaggio prima del volo libero
L’uscita dei gas alla volata rappresenta il passaggio conclusivo della balistica interna e l’inizio della balistica intermedia. In pochi istanti, il proiettile lascia la guida della canna e viene investito dal flusso dei gas prima di proseguire nel volo libero.
Pressione residua, geometria della corona, lunghezza della canna e dispositivi di bocca determinano il modo in cui i gas vengono liberati. Un’espansione uniforme contribuisce alla precisione, mentre una corretta gestione del flusso può ridurre rinculo, vampa o rumore in funzione delle caratteristiche del dispositivo utilizzato.
