Ein Projektil befindet sich im Unterschallbereich , wenn seine Geschwindigkeit niedriger ist als die lokale Schallgeschwindigkeit, das heißt, wenn seine Mach-Zahl kleiner als 1 ist.
Unterschallgeschwindigkeit ist keine universelle und unveränderliche Geschwindigkeit. Die Schallgeschwindigkeit hängt primär von der Lufttemperatur und, in geringerem Maße – insbesondere bei ballistischen Anwendungen – von den Eigenschaften des durchdrungenen Mediums ab.
Im Unterschallbereich bildet sich die für den Überschallflug charakteristische kontinuierliche Stoßwelle nicht aus. Allerdings bleiben die durch die Gase an der Mündung erzeugten Geräusche, die mechanische Funktion der Waffe und der mögliche Aufprallknall bestehen.
Die Schallgeschwindigkeit
Die Schallgeschwindigkeit beschreibt die Geschwindigkeit, mit der sich eine Druckstörung in der Luft ausbreitet. Unter normalen atmosphärischen Bedingungen wird sie oft mit etwa 343 Metern pro Sekunde angegeben, ihr Wert variiert jedoch mit der Temperatur.
In kalter Luft nimmt die Schallgeschwindigkeit ab, in warmer Luft zu. Daher kann ein und dasselbe Projektil bei gleicher gemessener Geschwindigkeit eine leicht unterschiedliche Mach-Zahl aufweisen.
Um den Flugregime korrekt zu bestimmen, ist es daher notwendig, die Geschwindigkeit des Projektils mit der lokalen Schallgeschwindigkeit unter den tatsächlichen Umgebungsbedingungen zu vergleichen.
Die Mach-Zahl
Die Mach-Zahl gibt das Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit des Projektils und der Schallgeschwindigkeit an:
Mach = Projektilgeschwindigkeit ÷ lokale Schallgeschwindigkeit
Allgemein:
- Mach kleiner als 1: Unterschallbereich;
- Mach nahe 1: transsonischer Bereich;
- Mach größer als 1: Überschallbereich.
Der Übergang zwischen diesen Strömungsregimen erfolgt nicht an einer perfekt scharfen aerodynamischen Grenze. Der transsonische Bereich umfasst vielmehr ein Band, in dem einige Bereiche der Strömung um das Projektil Überschall- und andere Unterschallgeschwindigkeit aufweisen können.
Unterschallbereich und transsonischer Bereich
Die Bezeichnung von Munition als Unterschallmunition allein aufgrund ihrer nominellen Geschwindigkeit, die etwas unter der Schallgeschwindigkeit liegt, kann ungenau sein. Abweichungen von Schuss zu Schuss, die Munitionstemperatur und die atmosphärischen Bedingungen können dazu führen, dass manche Geschosse in den transsonischen Bereich gelangen.
Um unter verschiedenen Bedingungen ein echtes Unterschallverhalten zu gewährleisten, wird Spezialmunition typischerweise so konstruiert, dass sie einen gewissen Spielraum über der lokalen Schallgeschwindigkeit aufweist.
Eine Geschwindigkeit, die zu nahe an Mach 1 liegt, kann zu uneinheitlichen Ergebnissen führen: Einige Schüsse bleiben möglicherweise unterschallig, während andere eine wahrnehmbare Stoßwelle erzeugen können.
Warum der Überschallknall entstanden ist
Wenn ein Projektil mit Überschallgeschwindigkeit fliegt, komprimiert es die Luft schneller, als sich die Störungen ausbreiten können. Dadurch entsteht ein System von Stoßwellen, die das Projektil auf seiner Flugbahn begleiten.
Der Durchgang dieser Welle wird als Überschallknall wahrgenommen . Es handelt sich nicht um ein einzelnes Geräusch, das nur beim Überschreiten der Schallmauer entsteht, sondern um eine Welle, die sich kontinuierlich weiterentwickelt, solange das Projektil Überschallgeschwindigkeit erreicht.
Im Unterschallbereich tritt dieses Phänomen nicht auf.
Unterschallmunition und Stille
Das Fehlen eines Überschallknalls bedeutet nicht, dass der Schuss völlig geräuschlos war. Das Gesamtgeräusch kann Folgendes umfassen:
- Ausdehnung der Gase an der Mündung;
- Staubverbrennung;
- Bewegung des Verschlusses oder Schiebers;
- Schlaggeräusche und andere mechanische Geräusche;
- Einschlag der Kugel;
- akustische Reflexionen der Umgebung.
Eine Unterschallmunition eliminiert lediglich die Schallkomponente, die mit der Stoßwelle des Geschosses verbunden ist. Gehörschutz ist weiterhin erforderlich.
Unterschallprojektil und Schalldämpfer
Ein Schalldämpfer reduziert Druck und Geschwindigkeit von Gasen, bevor diese in die Atmosphäre gelangen. Er kann jedoch die Stoßwelle, die von einem Überschallprojektil entlang seiner Flugbahn erzeugt wird, nicht eliminieren.
Die Kombination aus Unterschallmunition und Schalldämpfer kann somit beide Hauptkomponenten des Schalls reduzieren: die wahrgenommene Mündungsdetonation und den Überschallknall.
Mechanische Geräusche und Aufprallgeräusche bleiben bestehen. Jegliche Verwendung von Rückhaltevorrichtungen muss den geltenden Vorschriften und den Anweisungen des Waffenherstellers entsprechen.
Wie man Unterschallmunition erhält
Eine Unterschallmunition ist so konstruiert, dass das Geschoss unter den vorgesehenen Bedingungen unterhalb der Schallgeschwindigkeit bleibt. Dieses Ergebnis kann durch eine gezielte Kombination folgender Faktoren erreicht werden:
- Projektilmasse;
- Art und Menge des Treibstoffs;
- Innenvolumen des Gehäuses;
- Betriebsdruck;
- Lauflänge;
- Eigenschaften der jeweiligen Waffe.
Die Geschwindigkeitsreduzierung sollte nicht improvisiert durch Modifizierung einer Standardladung erfolgen. Nicht geprüfte Konfigurationen können zu unregelmäßiger Verbrennung, Überdruck oder einem Stillstand des Geschosses im Lauf führen.
Warum werden schwere Geschosse verwendet?
Viele Unterschallmunitionen verwenden relativ schwere Geschosse. Da die kinetische Energie sowohl von der Masse als auch von der Geschwindigkeit abhängt, kompensiert eine Erhöhung der Masse teilweise die Verringerung der Geschwindigkeit.
Ein schwereres Geschoss kann außerdem Folgendes bieten:
- größere Bewegungsmenge;
- höhere Energie als eine leichte Kugel mit der gleichen Geschwindigkeit;
- Bessere Geschwindigkeitsbeibehaltung bei richtiger Formgebung;
- Zuverlässigerer Betrieb auf speziell dafür entwickelten Plattformen.
Das höhere Gewicht führt im Allgemeinen zu einer größeren Länge und kann eine schnellere Zugteilung erfordern.
Stabilität von Unterschallprojektilen
Die Kreiselstabilität hängt von der durch die Züge im Lauf erzeugten Rotationsgeschwindigkeit ab. Bei gleicher Steigung verringert eine Reduzierung der linearen Geschwindigkeit auch die Rotationsgeschwindigkeit des Projektils.
Ein langes, schweres Geschoss, das mit Unterschallgeschwindigkeit abgefeuert wird, erfordert daher möglicherweise eine schnellere Dralllänge als eine kürzere Kugel.
Unzureichende Stabilität kann zu Folgendem führen:
- sehr breite Rosetten;
- ovale Löcher auf der Zielscheibe;
- seitliche Abdrücke oder Schlüssellöcher;
- niedrigerer effektiver ballistischer Koeffizient;
- Mögliche Überschläge während des Fluges.
Vor dem Einsatz bestimmter Geschosse muss deren Kompatibilität mit der Laufsteigung überprüft werden.
Luftwiderstand im Unterschallbereich
Selbst unterhalb der Schallgeschwindigkeit stößt das Projektil auf einen aerodynamischen Widerstand, der seine Geschwindigkeit zunehmend verringert.
Im Unterschallbereich gibt es nicht denselben Wellenwiderstand wie bei Überschallstoßwellen, aber sie wirken weiterhin:
- Druckwiderstand an der Nasenspitze;
- Oberflächenreibung;
- Basiswiderstand;
- Nachlaufturbulenzen;
- zusätzlicher Widerstand aufgrund der Gierbewegung.
Die Form des Projektils und die Regelmäßigkeit seiner Ausrichtung bleiben daher wichtig.
Aerodynamische Form des Projektils
Für Überschallgeschwindigkeiten ausgelegte Projektile sind nicht zwangsläufig für den Unterschallbereich optimiert. Spitze, Länge und Heckform müssen im Hinblick auf den tatsächlichen Geschwindigkeitsbereich bewertet werden.
Eine stark konische Form kann die Geschossgeschwindigkeit gut beibehalten, muss aber auch stabil und mit dem Lauf kompatibel sein. Bei manchen Unterschallanwendungen ist ein gutes Gleichgewicht zwischen Masse, Länge, Präzision und Endflugverhalten von Vorteil.
Tempo der Lautstärke
Aufgrund ihrer geringeren Geschwindigkeit benötigt ein Unterschallprojektil im Allgemeinen länger, um sein Ziel zu erreichen als ein Überschallprojektil.
Die verlängerte Flugzeit führt zu Folgendem:
- längere Wirkungsdauer der Schwerkraft;
- stärker gekrümmte Flugbahn;
- größere Empfindlichkeit gegenüber Entfernungsfehlern;
- stärkerer Windeinwirkung ausgesetzt;
- größtmögliche Verschiebung eines sich bewegenden Ziels.
Diese Effekte nehmen mit zunehmender Entfernung rapide zu.
Fall des Geschosses
Die Schwerkraft wirkt auf jedes Projektil unabhängig von seiner Geschwindigkeit. Ein Unterschallprojektil benötigt jedoch länger, um dieselbe Strecke zurückzulegen, und wird daher über eine längere Distanz nach unten gezogen.
Die Flugbahn weist eine stärkere Krümmung auf als die eines Überschallgeschosses mit hoher Geschwindigkeit. Kleine Fehler bei der Entfernungsschätzung können daher erhebliche vertikale Abweichungen am Ziel verursachen.
Durch den Wind verursachte Drift
Die längere Flugzeit macht das Unterschallprojektil im Allgemeinen windempfindlicher. Die Abdrift hängt außerdem vom ballistischen Koeffizienten und der Querkomponente der Strömung ab.
Ein schweres, aerodynamisch effizientes Unterschallgeschoss mag zwar besser abschneiden als ein leichtes, ineffizientes, aber das entbindet uns nicht von der Notwendigkeit, Windstärke und -richtung sorgfältig zu beurteilen.
Geschwindigkeit und Energie
Die kinetische Energie wird durch folgende Beziehung ausgedrückt:
Energie = ½ × Masse × Geschwindigkeit²
Da die Geschwindigkeit quadratisch ist, führt ihre Verringerung zu einer signifikanten Energieabnahme. Der Einsatz schwererer Projektile kann diesen Effekt nur teilweise kompensieren.
Eine Unterschallmunition sollte daher nicht als gleichwertig mit der entsprechenden Überschallmunition hinsichtlich Energie, Flugbahn oder Endverhalten angesehen werden.
Quantità di moto
Der Impuls hängt vom Produkt aus Masse und Geschwindigkeit ab. Ein schweres Projektil kann selbst bei Unterschallgeschwindigkeit einen beträchtlichen Impuls beibehalten.
Impuls und Energie sind jedoch unterschiedliche Größen. Keine von beiden beschreibt, isoliert betrachtet, vollständig das Eindringen, die Ausdehnung oder die Endwirkung.
Terminalverhalten
Viele herkömmliche Deformationsgeschosse sind für einen bestimmten Geschwindigkeitsbereich ausgelegt. Erfolgt der Aufprall mit zu geringer Geschwindigkeit, kann die Expansion vermindert sein oder ganz ausbleiben.
Für den Unterschallbereich entwickelte Geschosse können Folgendes aufweisen:
- optimierte vordere Hohlräume;
- dünnere oder segmentierte Felle;
- Geometrien, die für ein Öffnen bei niedriger Geschwindigkeit ausgelegt sind;
- Spezielle Materialien und Konstruktionen.
Das Verhalten muss anhand von Herstellerangaben zur zu erwartenden Aufprallgeschwindigkeit bewertet werden.
Jagdnutzung
Unterschallmunition kann bei der Jagd erhebliche Einschränkungen mit sich bringen. Die geringere Geschwindigkeit führt zu einer stärker gekrümmten Flugbahn, längerer Flugzeit und reduzierter verfügbarer Energie.
Folgendes muss berücksichtigt werden:
- Arten und Größe von Wildtieren;
- effektive Reichweite;
- Restenergie;
- Expansionsvermögen des Geschosses;
- Genauigkeit der Waffen-Munitions-Kombination;
- anwendbare Rechtsvorschriften;
- Möglichkeit einer sofortigen und verantwortungsvollen Keulung.
Unterschallmunition sollte nicht allein aufgrund ihres geringeren Geräuschpegels gewählt werden.
Funktionsweise von halbautomatischen Waffen
Halbautomatische Waffen nutzen einen Teil der Energie des Schusses, um den Schusszyklus abzuschließen. Bei Unterschallmunition kann es vorkommen, dass nicht genügend Gas oder Impuls erzeugt wird, um das System ordnungsgemäß zu aktivieren.
Folgendes kann eintreten:
- Verschluss öffnet nicht;
- unvollständiger Ausschluss;
- Fehler beim Zuführen des nächsten Schusses;
- Zyklusblock;
- Unregelmäßiger Betrieb zwischen den Schüssen.
Manche Waffen sind speziell für Unterschallmunition konstruiert oder konfiguriert. Es dürfen nur vom Hersteller als kompatibel deklarierte Kombinationen verwendet werden.
Lauflänge
Die Lauflänge kann die Mündungsgeschwindigkeit der Munition beeinflussen. Ein längerer Lauf gibt den Gasen mehr Zeit, Druck auf das Projektil auszuüben, wobei das Ergebnis von der Art des Treibmittels und der Gesamtladung abhängt.
Eine Unterschallpatrone kann in einem bestimmten Lauf die Schallgeschwindigkeit erreichen oder sogar überschreiten, wenn sie in einem anderen Lauf oder unter anderen Umgebungsbedingungen verwendet wird.
Der Zustand muss an der jeweiligen Waffe mit einem Chronographen überprüft werden.
Munitionstemperatur
Die Temperatur kann die Pulververbrennung und die Mündungsgeschwindigkeit beeinflussen. Munition nahe der Schallschwelle kann bei Kälte unterschallig bleiben und mit steigender Temperatur transsonisch oder überschallig werden.
Das Ausmaß der Abweichung hängt vom Treibmittel und der Patronenkonfiguration ab. Um konsistente Ergebnisse zu erzielen, sollten signifikante Temperaturunterschiede zwischen Test und Anwendung vermieden werden.
Atmosphärische Bedingungen
Da sich die Schallgeschwindigkeit mit der Temperatur ändert, hängt die Klassifizierung des Projektils auch von der Umgebung ab.
Die Bedingungen beeinflussen ebenfalls:
- Luftdichte;
- Luftwiderstand;
- Flugzeit;
- fallen;
- treibt im Wind;
- Kreiselstabilität.
Ein ballistischer Rechner muss atmosphärische Daten verwenden, die mit dem Ort und der Zeit des Tests übereinstimmen.
Natürlich Unterschallmunition
Manche Patronen erreichen normalerweise Geschwindigkeiten unterhalb oder nahe der Schallgeschwindigkeit, insbesondere bei Verwendung schwerer Geschosse und relativ niedrigem Druck.
Andere Patronen werden auch als Unterschallpatronen angeboten. Diese Bezeichnung garantiert jedoch nicht die gleiche Geschossgeschwindigkeit in allen Waffen: Lauflänge, Fertigungstoleranzen und Temperatur können Abweichungen verursachen.
Der Fall des .22 Long Rifle
Im Kaliber .22 Long Rifle gibt es Standard-, Hochgeschwindigkeits- und Unterschallmunition. Manche Standardmunition kann in bestimmten Läufen und unter bestimmten Bedingungen Unterschallgeschwindigkeit erreichen, während andere die Schallgeschwindigkeit erreichen oder überschreiten kann.
Das Verhalten muss unter Berücksichtigung der jeweiligen Waffe und der Umgebungstemperatur überprüft werden. Schon geringfügige Geschwindigkeitsänderungen können über das Auftreten oder Ausbleiben von Überschallknallen entscheiden.
Laden und Sicherheit
Die Herstellung von Unterschallmunition erfordert besondere Sorgfalt. Eine willkürliche Reduzierung der Ladung garantiert weder eine sichere noch eine gleichbleibende Leistung.
Unsachgemäßes Laden kann folgende Folgen haben:
- Fehlzündung;
- hohe Geschwindigkeitsschwankungen;
- unvollständige Verbrennung;
- abnormale Druckverhältnisse;
- Kugel im Lauf aufgehalten;
- Waffenstörung.
Es dürfen ausschließlich offizielle und verifizierte Daten verwendet werden, die exakt dem verwendeten Kaliber, Geschoss, Pulver, Zündhütchen und der Hülse entsprechen.
Die Kugel blieb im Lauf stecken.
Unzureichender Schub kann dazu führen, dass das Geschoss im Lauf stecken bleibt. Ein weiterer Schuss mit blockiertem Lauf kann schwere Schäden an der Waffe und Verletzungen verursachen.
Wenn der Schuss ein ungewöhnlich geringes Geräusch oder einen ungewöhnlich geringen Rückstoß erzeugt, sollten Sie das Schießen sofort einstellen, die Waffe sicher entladen und anhand der vorgeschriebenen Verfahren überprüfen, ob der Lauf frei ist.
Chronographenmessung
Die zuverlässigste Methode, um festzustellen, ob ein Geschoss im Unterschallbereich bleibt, ist die Messung seiner Geschwindigkeit mit einem Chronographen.
Der Test muss mehrere Aufnahmen zur Bewertung umfassen:
- Durchschnittsgeschwindigkeit;
- Höchst- und Mindestgeschwindigkeit;
- extreme Kluft;
- Regelmäßigkeit der Verladung;
- Sicherheitsabstand zur Schallgeschwindigkeit.
Beim Vergleich müssen die Temperatur und die lokale Schallgeschwindigkeit berücksichtigt werden.
Einschießen mit Unterschallmunition
Unterschallmunition hat eine andere Flugbahn als Überschallmunition. Durch Variation von Geschwindigkeit, Gewicht und Verweilzeit im Lauf lässt sich auch der Auftreffpunkt verändern.
Die Waffe muss daher mit der jeweils verwendeten Munition eingeschossen werden. Es sollte nicht davon ausgegangen werden, dass ein mit Überschallmunition erzielter Einschuss gültig bleibt.
Vorteile des Unterschallbereichs
Zu den wichtigsten Vorteilen gehören:
- Fehlen eines Überschallknalls;
- Reduzierung des Gesamtrauschens in geeigneten Konfigurationen;
- oft besser kontrollierter Rückstoß;
- Möglichkeit, den Übergang vom Überschall- zum Unterschallbereich zu vermeiden;
- Spezialisierter Einsatz von speziellen Waffen und Munition.
Grenzen des Unterschallbereichs
Zu den wichtigsten Einschränkungen gehören:
- stärker gekrümmte Flugbahn;
- längere Flugzeit;
- größere Empfindlichkeit gegenüber Entfernungsfehlern;
- im Vergleich zu Überschalllasten reduzierte Energie;
- mögliche Fehlfunktionen bei halbautomatischen Waffen;
- Bedarf an Geschossen, die mit der Zugteilung kompatibel sind;
- möglicherweise unzureichende Terminalerweiterung;
- Die Leistung ist stark von der jeweiligen Konfiguration abhängig.
Ein Flugregime mit spezifischen Eigenschaften
Im Unterschallkampf geht es nicht einfach darum, die Geschwindigkeit der Munition zu reduzieren. Es bedarf eines ausgewogenen Verhältnisses zwischen Geschossmasse, Druck, Treibmittel, Rohrlänge, Stabilität und Endflugverhalten.
Das Fehlen einer Stoßwelle reduziert zwar einen erheblichen Teil des Lärms, verändert aber Flugzeit, Flugbahn und Energie grundlegend. Für den sachgemäßen Einsatz von Unterschallmunition müssen deren tatsächliche Geschwindigkeit, Stabilität, Treffpunktlage und Kompatibilität mit der Waffe überprüft werden.
