Een projectiel bevindt zich in het subsonische regime wanneer de snelheid lager is dan de lokale geluidssnelheid, dat wil zeggen wanneer het Mach-getal kleiner is dan 1.
Subsonische snelheid komt niet overeen met een universele en onveranderlijke snelheid. De geluidssnelheid hangt voornamelijk af van de luchttemperatuur en, in mindere mate voor gewone ballistische toepassingen, van de eigenschappen van het medium waar het doorheen beweegt.
In het subsonische regime ontstaat de karakteristieke continue schokgolf die kenmerkend is voor supersonische vluchten niet. Het geluid dat wordt geproduceerd door de gassen bij de loopmond, de mechanische werking van het wapen en het mogelijke inslaggeluid blijven echter wel aanwezig.
De geluidssnelheid
De geluidssnelheid geeft de snelheid aan waarmee een drukverstoring zich door de lucht voortplant. Onder normale atmosferische omstandigheden wordt deze vaak uitgedrukt als ongeveer 343 meter per seconde, maar de waarde varieert met de temperatuur.
In koude lucht neemt de geluidssnelheid af; in warme lucht neemt deze toe. Daardoor kan hetzelfde projectiel een iets ander Mach-getal hebben, terwijl de gemeten snelheid gelijk blijft.
Om het vluchtregime correct te bepalen, is het daarom noodzakelijk om de snelheid van het projectiel te vergelijken met de lokale geluidssnelheid onder de feitelijke omgevingsomstandigheden.
Het Mach-getal
Het Mach-getal geeft de verhouding weer tussen de snelheid van het projectiel en de geluidssnelheid:
Mach = snelheid van het projectiel ÷ lokale geluidssnelheid
In algemene termen:
- Mach kleiner dan 1: subsonisch regime;
- Mach dicht bij 1: transsonisch gebied;
- Mach groter dan 1: supersonisch regime.
De overgang tussen deze regimes vindt niet plaats langs een perfect scherpe aerodynamische grens. Het transsonische gebied omvat namelijk een band waarin sommige delen van de stroming rond het projectiel supersonisch kunnen zijn en andere subsonisch.
Subsonisch regime en transsonisch gebied
Het is mogelijk dat het onjuist is om een projectiel subsonisch te noemen, simpelweg omdat de nominale snelheid iets lager is dan de geluidssnelheid. Variaties tussen afzonderlijke schoten, de temperatuur van het projectiel en atmosferische omstandigheden kunnen ervoor zorgen dat sommige projectielen in het transsonische gebied terechtkomen.
Om onder diverse omstandigheden een echt subsonisch gedrag te behouden, wordt gespecialiseerde munitie doorgaans ontworpen met een zekere marge ten opzichte van de lokale geluidssnelheid.
Een snelheid die te dicht bij Mach 1 ligt, kan inconsistente resultaten opleveren: sommige schoten blijven mogelijk onder de geluidssnelheid, terwijl andere een waarneembare schokgolf genereren.
Waarom de sonische knal is ontstaan
Wanneer een projectiel met supersonische snelheid beweegt, comprimeert het de lucht sneller dan de verstoringen zich kunnen voortplanten. Dit creëert een systeem van schokgolven dat het projectiel tijdens zijn traject begeleidt.
De doorgang van deze golf wordt waargenomen als een sonische knal . Het is niet een enkel geluid dat alleen ontstaat wanneer de geluidsbarrière wordt overschreden, maar een golf die zich continu ontwikkelt zolang het projectiel supersonisch blijft.
In het subsonische regime doet dit fenomeen zich niet voor.
Subsonische munitie en stilte
De afwezigheid van een sonische knal betekent niet dat het schot volledig stil is. Het totale geluid kan onder andere bestaan uit:
- uitzetting van gassen bij de loopmonding;
- stofverbranding;
- beweging van de sluiter of schuif;
- slagwerk en andere mechanische geluiden;
- kogelinslag;
- akoestische reflecties van de omgeving.
Een subsonisch projectiel elimineert alleen het geluid dat gepaard gaat met de schokgolf van het projectiel. Gehoorbescherming blijft daarom noodzakelijk.
Subsonisch projectiel en geluidsdemper
Een geluidsdemper verlaagt de druk en snelheid van gassen voordat ze in de atmosfeer worden vrijgelaten. Hij kan echter de schokgolf die door een supersonisch projectiel tijdens zijn traject wordt gegenereerd, niet elimineren.
De combinatie van subsonische munitie en een geluidsdemper kan daardoor beide belangrijke akoestische componenten verminderen: de waargenomen mondingsontploffing en de supersonische knal.
Mechanische geluiden en impactgeluiden blijven aanwezig. Elk gebruik van fixatiemiddelen moet voldoen aan de geldende regelgeving en de instructies van de vuurwapenfabrikant.
Hoe kom je aan subsonische munitie?
Een subsonische munitie is zo ontworpen dat het projectiel onder de beoogde omstandigheden onder de geluidssnelheid blijft. Dit resultaat kan worden bereikt door een gecontroleerde combinatie van:
- projectielmassa;
- soort en hoeveelheid drijfgas;
- intern volume van de behuizing;
- werkdruk;
- looplengte;
- kenmerken van het specifieke wapen.
Snelheidsvermindering mag niet worden geïmproviseerd door een standaardlading aan te passen. Ongecontroleerde configuraties kunnen leiden tot onregelmatige verbranding, overdruk of het vastlopen van de kogel in de loop.
Waarom zware kogels worden gebruikt
Veel subsonische munitie maakt gebruik van relatief zware projectielen. Omdat kinetische energie afhankelijk is van zowel massa als snelheid, compenseert een grotere massa gedeeltelijk de snelheidsvermindering.
Een zwaardere kogel kan ook het volgende bieden:
- grotere hoeveelheid beweging;
- hogere energie dan een lichte bal met dezelfde snelheid;
- Betere snelheidsbehoud, indien correct gevormd;
- Betrouwbaardere werking op bepaalde speciaal ontworpen platforms.
Een hoger gewicht resulteert doorgaans in een langere lengte en vereist mogelijk een snellere spoed van de trekken in de loop.
Stabiliteit van subsonische projectielen
De gyroscopische stabiliteit is afhankelijk van de rotatiesnelheid die door de trekken in de loop wordt veroorzaakt. Bij dezelfde spoed zorgt een lagere lineaire snelheid er ook voor dat de rotatiesnelheid van het projectiel afneemt.
Een lang, zwaar projectiel dat met een subsonische snelheid wordt afgeschoten, vereist daarom mogelijk een snellere groeven in de loop dan een kortere kogel.
Onvoldoende stabiliteit kan leiden tot:
- zeer brede rozetten;
- ovale gaten op het doelwit;
- afdrukken of sleutelgaten aan de zijkant;
- lagere effectieve ballistische coëfficiënt;
- Mogelijkheid tot kantelen tijdens de vlucht.
Voordat bepaalde kogels worden gebruikt, is het noodzakelijk om te controleren of ze compatibel zijn met de spoed van de loop.
Luchtweerstand in het subsonische gebied
Zelfs bij snelheden onder de geluidssnelheid ondervindt het projectiel aerodynamische weerstand die de snelheid geleidelijk vermindert.
In het subsonische gebied is er niet dezelfde golfweerstand als bij supersonische schokgolven, maar ze blijven wel degelijk werkzaam:
- drukweerstand op de neuskegel;
- oppervlakte wrijving;
- basisweerstand;
- turbulentie in het kielzog;
- extra weerstand als gevolg van gierbeweging.
De vorm van het projectiel en de regelmaat van de uitlijning blijven daarom belangrijk.
Aerodynamische vorm van het projectiel
Projectielen die ontworpen zijn voor supersonische snelheden zijn niet per se geoptimaliseerd voor het subsonische snelheidsbereik. De neus, lengte en achterkant van de boeg moeten worden beoordeeld in relatie tot het werkelijke snelheidsbereik.
Een sterk taps toelopende vorm kan de snelheid goed behouden, maar moet ook stabiel zijn en compatibel met de loop. Bij sommige subsonische toepassingen is een goede balans tussen massa, lengte, nauwkeurigheid en eindgedrag gewenst.
Tempo di volo
Door de lagere snelheid doet een subsonisch projectiel er over het algemeen langer over om zijn doel te bereiken dan een supersonisch projectiel.
De langere vliegtijd resulteert in:
- langere duur van de zwaartekrachtwerking;
- een meer gebogen traject;
- grotere gevoeligheid voor afstandsfouten;
- grotere blootstelling aan windwerking;
- de grootst mogelijke verplaatsing van een bewegend object.
Deze effecten nemen snel toe met de afstand.
Val van het projectiel
De zwaartekracht werkt in op elk projectiel, ongeacht de snelheid. Een subsonisch projectiel doet er echter langer over om dezelfde afstand af te leggen en wordt daarom over een langere afstand naar beneden getrokken.
Het traject heeft een meer uitgesproken kromming dan dat van een hogesnelheidskogel. Kleine fouten in de afstandsinschatting kunnen daarom aanzienlijke verticale variaties op het doelwit veroorzaken.
Verplaatsing veroorzaakt door de wind
Een langere vluchttijd maakt een subsonisch projectiel over het algemeen gevoeliger voor wind. De afwijking is ook afhankelijk van de ballistische coëfficiënt en de dwarscomponent van de stroming.
Een zwaar, aerodynamisch efficiënt subsonisch projectiel presteert wellicht beter dan een licht, inefficiënt projectiel, maar dat neemt niet weg dat de windkracht en -richting zorgvuldig moeten worden geëvalueerd.
Snelheid en energie
Kinetische energie wordt uitgedrukt door de volgende relatie:
Energie = ½ × massa × snelheid²
Omdat de snelheid in het kwadraat staat, leidt een verlaging ervan tot een aanzienlijke vermindering van de energie. Het gebruik van zwaardere projectielen compenseert dit effect slechts gedeeltelijk.
Een subsonische munitie mag daarom niet als gelijkwaardig aan de overeenkomstige supersonische munitie worden beschouwd wat betreft energie, traject of eindgedrag.
Quantità di moto
Impuls is afhankelijk van het product van massa en snelheid. Een zwaar projectiel kan zelfs bij subsonische snelheden een aanzienlijke impuls behouden.
Impuls en energie zijn echter verschillende grootheden. Geen van beide beschrijft, op zichzelf beschouwd, de penetratie, expansie of uiteindelijke effectiviteit volledig.
Terminal gedrag
Veel traditionele expanderende kogels zijn ontworpen om te werken binnen een specifiek snelheidsbereik. Als de inslag plaatsvindt bij een te lage snelheid, kan de expansie verminderd of zelfs helemaal uitblijven.
Projectielen die specifiek zijn ontwikkeld voor gebruik onder de geluidssnelheid kunnen de volgende eigenschappen hebben:
- geoptimaliseerde frontholtes;
- dunnere of gesegmenteerde vachten;
- geometrieën die ontworpen zijn om bij lage snelheid te openen;
- specifieke materialen en constructies.
Het gedrag moet worden geëvalueerd aan de hand van fabrikantgegevens met betrekking tot de verwachte inslagssnelheid.
jachtgebruik
Subsonische munitie kan aanzienlijke beperkingen met zich meebrengen bij de jacht. De lagere snelheid resulteert in een meer gebogen baan, een langere vliegtijd en minder beschikbare energie.
Het is noodzakelijk om het volgende in overweging te nemen:
- soorten en grootte van wilde dieren;
- effectieve afstand;
- restenergie;
- expansiecapaciteit van het projectiel;
- nauwkeurigheid van de wapen-munitiecombinatie;
- toepasselijke wetgeving;
- mogelijkheid tot onmiddellijke en verantwoorde ruiming.
Subsonische munitie moet niet alleen gekozen worden vanwege het lagere geluidsniveau.
Hoe werken semi-automatische wapens?
Halfautomatische wapens gebruiken een deel van de energie van het schot om de vuurcyclus te voltooien. Een subsonische kogel kan onvoldoende gas of impuls genereren om het systeem correct te activeren.
Het volgende kan zich voordoen:
- Het sluiterluik gaat niet open;
- onvolledige uitstoting;
- het niet doorvoeren van het volgende schot;
- cyclusblokkering;
- Onregelmatige werking tussen de opnames.
Sommige wapens zijn specifiek ontworpen of geconfigureerd voor subsonische munitie. Alleen combinaties die door de fabrikant als compatibel zijn verklaard, mogen worden gebruikt.
Looplengte
De lengte van de loop kan de snelheid beïnvloeden die de munitie zelf bereikt. Een langere loop geeft de gassen meer tijd om druk uit te oefenen op het projectiel, hoewel het resultaat afhangt van het type drijfgas en de totale lading.
Een subsonische cartridge in een bepaalde loop kan de geluidssnelheid benaderen of overschrijden als deze in een andere loop of onder andere omgevingsomstandigheden wordt gebruikt.
De conditie moet op het specifieke wapen worden geverifieerd met behulp van een chronograaf.
Munitietemperatuur
Temperatuur kan de verbranding van het kruit en de mondingssnelheid beïnvloeden. Een projectiel dat zich dicht bij de geluidsdrempel bevindt, kan bij lage temperaturen subsonisch blijven en bij stijgende temperatuur transsonisch of supersonisch worden.
De mate van variatie hangt af van het drijfgas en de configuratie van de patroon. Om consistente resultaten te verkrijgen, is het raadzaam grote temperatuurverschillen tussen testen en gebruik te vermijden.
Condizioni atmosferiche
Omdat de geluidssnelheid verandert met de temperatuur, hangt de classificatie van het projectiel ook af van de omgeving.
Ook de omstandigheden spelen een rol:
- luchtdichtheid;
- aerodynamische weerstand;
- vliegtijd;
- val;
- drijft mee met de wind;
- Gyroscopische stabiliteit.
Een ballistiekcalculator moet gebruikmaken van atmosferische gegevens die overeenkomen met de locatie en het tijdstip van de test.
Natuurlijk subsonische munitie
Sommige patronen bereiken normaal gesproken snelheden die lager zijn dan of dicht bij de geluidssnelheid liggen, vooral bij gebruik van zware kogels en relatief lage drukken.
Er zijn ook andere patronen verkrijgbaar in specifieke uitvoeringen met de aanduiding 'subsonisch'. Deze aanduiding garandeert echter niet dezelfde mondingssnelheid in alle wapens: looplengte, toleranties en temperatuur kunnen variaties veroorzaken.
De zaak van het .22 Long Rifle-geweer
Voor het kaliber .22 Long Rifle zijn er standaard-, hogesnelheids- en met name subsonische ladingen. Sommige standaardmunitie kan in bepaalde lopen en onder specifieke omstandigheden subsonisch zijn, terwijl andere de geluidsdrempel kunnen benaderen of overschrijden.
Het gedrag moet worden geverifieerd rekening houdend met het specifieke wapen en de omgevingstemperatuur. Zelfs een kleine verandering in snelheid kan bepalen of er al dan niet sprake is van een supersonische knal.
Opladen en veiligheid
Het voorbereiden van subsonische munitie vereist bijzondere voorzichtigheid. Het willekeurig verlagen van een lading biedt geen garantie voor veilige of consistente prestaties.
Onjuist opladen kan de volgende gevolgen hebben:
- mislukte poging;
- variaties met hoge snelheid;
- onvolledige verbranding;
- abnormale drukken;
- kogel tegengehouden in de loop;
- Wapenstoring.
Er mogen uitsluitend officiële en geverifieerde gegevens worden gebruikt, die exact overeenkomen met het gebruikte kaliber, de kogel, het kruit, het slaghoedje en de huls.
De kogel bleef in de loop steken.
Onvoldoende stuwkracht kan ervoor zorgen dat de kogel in de loop vast komt te zitten. Het afvuren van een volgend schot met een geblokkeerde loop kan ernstige schade aan het wapen en persoonlijk letsel veroorzaken.
Als het schot een ongewoon laag geluid of terugslag produceert, moet u onmiddellijk stoppen met schieten, het vuurwapen veilig ontladen en controleren of de loop vrij is door de juiste procedures te volgen.
Chronograafmeting
De meest betrouwbare methode om te bepalen of een projectiel subsonisch blijft, is door de snelheid ervan te meten met een chronograaf.
De test moet meerdere schoten omvatten om te evalueren:
- gemiddelde snelheid;
- maximale en minimale snelheid;
- extreme kloof;
- regelmaat van het laden;
- marge ten opzichte van de geluidssnelheid.
Bij de vergelijking moet rekening worden gehouden met de temperatuur en de lokale geluidssnelheid.
Inschieten met subsonische munitie
Subsonische munitie heeft een andere baan dan supersonische munitie. Door de snelheid, het gewicht en de tijd dat de kogel in de loop blijft, te variëren, kan ook het inslagpunt veranderen.
Het wapen moet daarom worden ingeschoten met de specifieke munitie die wordt gebruikt. Er mag niet van worden uitgegaan dat een inschietresultaat verkregen met een supersonische patroon geldig blijft.
Voordelen van het subsonische regime
De belangrijkste voordelen zijn onder meer:
- afwezigheid van sonische knal;
- vermindering van het algehele geluidsniveau in geschikte configuraties;
- vaak een meer beheerste terugslag;
- mogelijkheid om de overgang van supersonisch naar subsonisch te vermijden;
- Gespecialiseerd gebruik van specifieke wapens en munitie.
Grenzen van het subsonische regime
De belangrijkste beperkingen zijn onder meer:
- een meer gebogen traject;
- langere vliegtijd;
- grotere gevoeligheid voor afstandsfouten;
- een lagere energie in vergelijking met supersonische belastingen;
- mogelijke storing in halfautomatische wapens;
- behoefte aan kogels die compatibel zijn met de spoed van de trekken in de loop;
- mogelijk onvoldoende terminale expansie;
- De prestaties zijn sterk afhankelijk van de specifieke configuratie.
Een vluchtregime met specifieke kenmerken.
Subsonische gevechten gaan niet alleen over het verlagen van de snelheid van een projectiel. Het vereist een evenwicht tussen projectielmassa, druk, drijfgas, looplengte, stabiliteit en het uiteindelijke effect.
Het ontbreken van een schokgolf reduceert een aanzienlijk deel van het geluid, maar verandert de vluchttijd, het traject en de energie ingrijpend. Om subsonische munitie correct te gebruiken, is het noodzakelijk om de werkelijke snelheid, stabiliteit, inschietnauwkeurigheid en compatibiliteit met het wapen te controleren.
