Efectos de los supresores de sonido en la velocidad de salida, la guiñada de la bala y la resistencia
Se ha publicado poco sobre si los supresores de sonido afectan el vuelo de la bala y cómo lo hacen, incluida la velocidad, el desvío de la bala y la resistencia. Estos parámetros se compararon para cuatro balas diferentes disparadas desde un .300 Winchester Magnum bajo cuatro condiciones de boca diferentes (sin dispositivo y tres supresores diferentes). Si bien no se observaron efectos en todos los casos, los resultados indican que los supresores de sonido pueden tener el efecto de reducir significativamente la orientación y el arrastre de la bala, y también pueden tener pequeños efectos en la velocidad de salida. Los resultados sugieren además que las balas con propensión a guiñar demuestran reducciones significativas en guiñada y arrastre cuando se disparan a través de un supresor simétrico de dos etapas en lugar de sin supresión o con un diseño convencional de agujero de ratón / deflector K.
INTRODUCCIÓN
La mayoría de los estudios sobre supresores de sonido para armas pequeñas se han centrado en la reducción de la intensidad del sonido [1, 2, 3]. Desde la transición a diseños basados en deflectores, que no tocan el proyectil [3], a menudo se ha asumido que los efectos de los supresores de sonido en el vuelo de la bala son insignificantes. En el presente estudio, se investigaron los efectos de los supresores de sonido en el vuelo de la bala; Los resultados muestran que los efectos supresores sobre la velocidad de salida, el arrastre y la guiñada pueden no siempre ser insignificantes.
Hay informes anecdóticos de efectos supresores sobre la precisión y la dinámica de vuelo, así como hipótesis no probadas sobre los mecanismos responsables. La balística de transición no se comprende bien en general, pero se cree en la mayoría de los casos (incluidos los supresores), que las presiones desiguales en diferentes puntos del proyectil pueden afectar la dinámica de vuelo al introducir imprecisiones, desvíos y variaciones de velocidad. Existe cierta preocupación de que los supresores también puedan afectar estos aspectos del vuelo de bala. Se ha demostrado en cañones más grandes que las distribuciones desiguales de presión cerca de la boca del cañón están bien correlacionadas con la guiñada máxima del proyectil al principio del vuelo [4]. Una pregunta común es si los supresores influyen en el desvío de la bala y en qué medida, lo que también influiría en la resistencia de la bala, ya que el coeficiente de resistencia total tiene una dependencia cuadrática del ángulo de ataque [5, Eq. 1]. Los supresores de sonido para armas pequeñas emplean diferentes enfoques de ingeniería para la reducción del sonido. Un supresor de dos etapas gestiona el disparo de la boca del arma de fuego en dos pasos distintos:
1) contiene la descarga de alta presión que sigue a la bala y 2) ralentiza la liberación de los gases a la atmósfera. Las dos tareas se gestionan secuencialmente dentro de cada uno de dos volúmenes separados conectados por una sola apertura.
Por el contrario, un supresor convencional gestiona estas tareas de forma simultánea y progresiva a través de una serie de cámaras definidas por deflectores que segmentan el volumen del supresor. El «K-deflector» es un diseño popular llamado así por su geometría de sección transversal. El «agujero de ratón» en el deflector adyacente al agujero de la trayectoria de la bala está destinado a mejorar el rendimiento; sin embargo, rompe la simetría cilíndrica del supresor, aumentando así la posibilidad de una distribución desigual de la presión. No se han informado los efectos, si los hay, de estos diferentes diseños sobre balística de transición y externa.
MÉTODO
Se seleccionaron cuatro condiciones de sujeción de la boca para las pruebas:
1) ningún dispositivo
2) el diseño de dos etapas Predator Cougar 8 ”(Acadian Armament, Lafayette, LA)
3) el diseño de dos etapas Predator Cougar 6” (Acadian Armament, Lafayette, LA) )
4) el diseño del deflector Silencerco Omega 30 K (West Valley City, UT).
Como es común en los estudios de tarjetas de guiñada, «guiñada» se usa aquí para significar el ángulo de ataque, que técnicamente incluye contribuciones de los ángulos de cabeceo y guiñada en modelos de 6 grados (DOF).
El rifle utilizado en este estudio fue un Remington 700 de fábrica con un cañón de 24 ”con cámara en 300 Winchester Magnum con un giro de 1 en 10”. El cañón se enroscó cuidadosamente para que los accesorios de la boca se indexaran en el ánima en lugar del diámetro exterior del cañón para mantener la concentricidad entre el ánima y el accesorio de la boca en 0,002 ”o mejor.
Antes de completar el diseño experimental incorporando un radar Doppler para mediciones de velocidad y resistencia, se realizó un estudio piloto (15-30 disparos con cada condición de boca) usando tarjetas de guiñada de 45.7 ma 91.44 m con las cuatro condiciones de boca, una precisión OTAN de 7.62×51 mm. rifle, y la bala de 168 granos Sierra MatchKing (SMK) cargada por Black Hills Ammunition (West Valley City, UT). Se utilizó un dispositivo especialmente diseñado para garantizar que las tarjetas fueran normales a la dirección de vuelo dentro de 0,1 °. Después de disparar, las tarjetas de guiñada se digitalizaron con una resolución de 600 píxeles por pulgada. Las imágenes digitales se analizaron con ImageJ (Versión 1.49f, National Institutes of Health) ajustando el perímetro de cada orificio de bala con una elipse para determinar los ejes mayor y menor, que luego se utilizaron con la longitud de la superficie de apoyo de la bala para estimar el viñeta de bala cuando la bala penetró en la tarjeta.
Los resultados del estudio piloto de la tarjeta de guiñada se resumen en la Figura 1. Los resultados sugirieron que los supresores tienen algunos efectos pequeños en la guiñada, pero la guiñada más grande medida fue por debajo de 3 °, la mayoría de las guiñadas medidas fueron por debajo de 2 °, el promedio de guiñada estuvo entre 1 ° y 2 °, y las incertidumbres no proporcionaron un alto nivel de confianza estadística. Es poco probable que estos ángulos de guiñada tan pequeños tengan efectos significativos sobre la precisión o la resistencia, y probablemente estarían cerca del límite de la capacidad del radar Doppler para cuantificar las diferencias de resistencia (alrededor del 1%).
En consecuencia, para el experimento principal, se utilizaron 300 Winchester Magnum y balas más largas y pesadas para optimizar la capacidad de detectar cualquier efecto de guiñada, basándose en el razonamiento de que
1) presiones de boca más altas tenderían a crear mayores desequilibrios de fuerza en el evento de transición,
2 ) los desequilibrios de fuerza en balas más largas tenderían a crear pares de torsión más grandes que inducen una guiñada más grande,
3) las balas más largas tendrían mayores aumentos de resistencia para los mismos ángulos de guiñada debido a áreas más grandes perpendiculares al vector de velocidad.
El sistema de medición por radar Doppler para medir los coeficientes de resistencia en vuelo libre con una precisión cercana al 1% se ha descrito anteriormente [6]. Brevemente, se utiliza una unidad LabRadar (www.mylabradar.com) para medir las velocidades Doppler a intervalos regularmente espaciados desde la boca del cañón hasta 91,44 m (100 yardas).
Trabajos anteriores han demostrado que el cabeceo y la guiñada de la bala se amortiguan rápidamente durante los primeros 91,44 my que aumenta la resistencia debido a una medida relativamente fácil sobre los primeros 45,72 m (50 yardas) [7,8]
La densidad del aire se calculó con la calculadora balística JBM (www.jbmballistics.com) utilizando mediciones de temperatura ambiente, presión y humedad relativa medidas con un medidor meteorológico Kestrel 4500. Luego se calcularon los coeficientes de arrastre usando la Ec. 4 de Courtney et al. [9].
Las velocidades de boca y los coeficientes de arrastre informados se determinaron como los valores medios de 5 a 10 disparos cada uno, utilizando cuatro balas diferentes cargadas de fábrica disparadas en cada una de las cuatro condiciones de boca diferentes descritas anteriormente.
Las balas cargadas de fábrica eran Hornady ELD-X de 200 granos (Hornady Inc., Grand Island, NE), 200 ELD-X; el AccuBond Long Range de 190 granos (Nosler, Inc., Bend, OR), 190 ABLR; el Hornady Boattail Hollow Point de 195 granos, 195 H BTHP; y el Sierra MatchKing de 190 granos (Sierra, Inc., Sedalia, MO), 190 SMK, cargado en .300 Winchester Magnum por Black Hills Ammunition (West Valley City, UT).
RESULTADOS
Las velocidades de salida medias y sus incertidumbres se muestran en la Figura 2 para todas las condiciones de prueba. Las velocidades de salida fueron las esperadas para cargas comerciales cercanas a la presión máxima para las especificaciones SAAMI en un cañón de 24 ”para los pesos de bala dados.
Las velocidades de salida para el 200 ELD-X estaban todas dentro de las barras de error entre sí para las cuatro condiciones de boca, lo que sugiere que no hubo variaciones significativas de velocidad con diferentes dispositivos de boca para esa carga.
En contraste, hubo una disminución de aproximadamente 30 pies / s (aproximadamente 1%) entre el dispositivo sin silenciador y el Silencerco Omega para la carga 190 ABLR.
También hubo un aumento pequeño (pero posiblemente significativo) en las velocidades de salida del supresor Predator Cougar de 8 ”para el 195 H BTHP y el 190 SMK en comparación con otras condiciones de salida. En lugar de especular sobre las causas, simplemente observamos que estos cambios en las velocidades de salida pueden ser lo suficientemente grandes como para merecer cuidado al predecir trayectorias de largo alcance. Específicamente, la velocidad de salida utilizada en las predicciones debe medirse con la misma condición de salida para la que se necesita un cálculo de trayectoria preciso.
Los coeficientes de arrastre medios para cada una de las balas en cada una de las condiciones de prueba se muestran en la Figura 3.
Los coeficientes de arrastre para el 200 ELD-X y el 190 SMK son consistentes con los coeficientes balísticos informados por los fabricantes de balas. Los coeficientes de arrastre para el 190 ABLR son un 5-10% más altos de lo que cabría esperar del coeficiente balístico informado por Nosler, pero esto no es sorprendente ya que las partes independientes informan regularmente un 5-10% más de arrastre medido que lo que afirma Nosler [10].
En muchos casos para estas tres balas, las barras de error para diferentes condiciones de boca tienden a superponerse entre sí, lo que sugiere que las diferencias en los coeficientes de arrastre no son significativas. Sin embargo, el coeficiente de arrastre para el 190 ABLR hasta el modelo Predator Cougar de 8 ”con supresión de sonido simétrica de dos etapas es significativamente menor (4% más o menos) que las otras tres condiciones de boca. Además, el coeficiente de arrastre para el 190 SMK hasta el modelo Predator de 6 ”de diseño similar es un 2% más pequeño que sin ningún dispositivo.
Estas pequeñas diferencias de arrastre pueden ser significativas debido a las incertidumbres relativas que a menudo estaban por debajo del 1%.
Tanto los coeficientes de arrastre como las barras de error son mucho mayores para el 195 H BTHP. Las diferencias de arrastre más pequeñas para otras balas son difíciles de atribuir al desvío con confianza, pero para el 195 H BTHP, tanto los aumentos en el arrastre como las variaciones más grandes de arrastre de disparo a disparo parecen atribuibles al desvío por varias razones.
Esta bala demostró disminuciones notables en la resistencia de 45,72 ma 91,44 m en comparación con los primeros 45,72 m desde la boca. Esto se esperaría ya que la gran guiñada en rangos más cortos se amortigua a medida que aumenta la distancia. En segundo lugar, los datos Doppler sin procesar (V vs. t, no mostrados) revelan el comportamiento oscilatorio esperado en su pendiente esperado de los movimientos de conos de bala. En tercer lugar, se observó que los disparos con mayor arrastre golpeaban significativamente más lejos del punto de mira que los disparos con menor arrastre. Por la razón que sea, esta bala tendía a mostrar un desvío significativamente mayor que las otras tres balas en el estudio, y este gran desvío resultó en grandes aumentos en la resistencia de la bala.
Se hizo un esfuerzo para ver con qué claridad se podían determinar las frecuencias rápida (nutación) y lenta (precesión) del movimiento de conos de 195 H BTHP a partir de los datos brutos V frente a t proporcionados por el radar Doppler. En el 80% de las transformadas de Fourier, se pudo identificar una posible frecuencia de conificación lenta (precesión) entre 68 Hz y 77 Hz. De manera similar, se podría identificar una posible frecuencia de conificación rápida (nutación) entre 243 Hz y 250 Hz para el 80% de los disparos. La relación señal-ruido de las oscilaciones no es suficiente para cuantificar estas frecuencias con mayor precisión con los datos disponibles, pero una mayor cantidad de disparos probablemente proporcionaría una vista más clara.
La mayor resistencia aerodinámica del 195 H BTHP no es la misma para las cuatro condiciones de boca. Las diferencias de arrastre no son significativas en todos los casos, pero el arrastre está ordenado por rango de mayor a menor para ningún dispositivo, el supresor Omega (deflector K con agujero de ratón), el Cougar de 8 ”(simétrico de dos etapas) y el Cougar de 6” ( simétrico de dos etapas). La menor incertidumbre para el supresor Cougar de 6 ”resulta de variaciones más pequeñas de disparo a disparo y la diferencia entre el coeficiente de resistencia medio para este supresor y el dispositivo sin bozal es estadísticamente significativa.
DISCUSIÓN
Este puede ser el primer informe publicado que compara la transición y la balística externa de estos dos tipos de supresores de sonido.
La relación entre guiñada y arrastre está establecida desde hace mucho tiempo [5, 11], pero los posibles efectos del diseño moderno de supresor sobre la velocidad de la bala y la guiñada no se han informado ampliamente. Los efectos sobre la velocidad de salida son pequeños. Los efectos sobre la guiñada y el arrastre también parecen ser pequeños en los casos en que la bala no tiende a guiñar. Sin embargo, para las balas propensas a la guiñada, los resultados presentados aquí sugieren que un dispositivo de boca de dos etapas puede reducir la resistencia presumiblemente resultante de la guiñada inducida por la transición.
Dado que el aumento de la resistencia aerodinámica puede cuantificarse con una precisión razonable, el ángulo de guiñada máximo podría estimarse si se conociera el coeficiente de resistencia aerodinámica cuadrática. Sin embargo, los fabricantes de balas tienden a mantener esta información en propiedad, y los coeficientes de resistencia cuadráticos solo se han publicado para unas pocas balas de 7,62 mm de estilo match fabricadas por Sierra [5]. Aunque observamos una reducción del 2,3% en la resistencia para el 190 SMK con el supresor simétrico de dos etapas de 6 pulgadas, se desconoce el coeficiente de arrastre de guiñada por encima de M2.2 para esta bala. La extrapolación de la Figura 22 en McCoy [5] sugiere un coeficiente de arrastre de guiñada negativo para las velocidades experimentales aquí, y eso no está justificado.
Se podría considerar si los efectos detectables de guiñada relacionados con el arrastre pueden atribuirse a una estabilidad de bala insuficiente para los modelos 190 ABLR, 190 SMK y 195 H HPBT. Sin embargo, todas las balas probadas tienen una estabilidad giroscópica superior a 1,5 a las velocidades de salida registradas en un cañón giratorio de 1 en 10 ”y las condiciones atmosféricas ambientales. Se cree que la guiñada surge de algún efecto de transición que causa una tasa inicial significativa de alerta en lugar de una estabilidad inadecuada.
Un giro más rápido cambiaría la dinámica de precesión y nutación, pero probablemente no eliminaría el pico más grande de guiñada a través de una mayor estabilidad.
En resumen, los resultados de las pruebas apoyan que ciertos aumentos de resistencia relacionados con la guiñada están presentes en ciertas balas que son propensas a guiñar. Los métodos utilizados son capaces de respaldar o refutar informes anecdóticos de los efectos de los dispositivos de boca al cuantificar la orientación y el arrastre de la bala sobre rangos de transición y cercanos donde los efectos son mayores.
Estudios adicionales pueden informar si ciertas clases de balas son más propensas a este efecto y dónde el rendimiento balístico puede beneficiarse del uso de un dispositivo de bozal. El trabajo futuro también podría considerar diseños de dispositivos de boca adicionales para identificar mejor las características de diseño específicas que contribuyen a mejorar la guiñada inducida por la transición.
Expresiones de gratitud
Los autores agradecen al Fusilier Complex (Louisiana) por el uso de sus instalaciones de prueba. Este trabajo fue financiado por Acadian Armament y BTG Research; Los autores afiliados participaron en todas las etapas del estudio con libertad científica y académica.
REFERENCIAS
1. Lobarinas E, Scott R, Spankovich C, Le Prell CG. Efectos diferenciales de los supresores sobre los niveles peligrosos de presión sonora generados por los rifles AR-15: consideraciones para los tiradores recreativos, las fuerzas del orden y el ejército. Revista Internacional de Audiología.
2016 55 (sup1): S59-71.
2. Skochko LW, Greveris HA. Silenciadores. Frankford Arsenal Philadelphia, PA Laboratorios de Ingeniería y Desarrollo de Municiones; 1968 Agosto http://www.dtic.mil/docs/citations/AD0847383
3. Pater LL, Shea JW. Técnicas para reducir los niveles de ruido de las explosiones de armas: un estudio experimental. Centro de Armas Navales de Superficie Dahlgren, VA; 1981 Abril http://www.dtic.mil/docs/citations/ADA112290
4. Carlucci DE, Decker R, Vega J, Ray D. Medición de cargas laterales en el ánima y comparación con la primera guiñada máxima. Tecnología de defensa. 2016 12 (2): 106-12.
5. McCoy RL. Las características aerodinámicas de las balas de 7,62 mm coinciden. Laboratorio de Investigación Balística del Ejército Aberdeen Proving Ground, MD; 1988 Dic. Http://www.dtic.mil/docs/citations/ADA205633
6. Courtney E, Morris C, Courtney M. Medidas precisas de los coeficientes de arrastre de vuelo libre con radar Doppler aficionado. Biblioteca de la Universidad de Cornell, Física Popular, arXiv: 1608.06500. 2016 agosto
7. Courtney ER, Courtney AC, Courtney MW. Detección de cabeceo y guiñada y amortiguación en vuelo con cronógrafos ópticos. Academia de la Fuerza Aérea de Colorado Springs, CO; 2012 Nov. http://www.dtic.mil/docs/citations/ADA570911
8. Silton SI, Howell BE. Características aerodinámicas y dinámicas de vuelo de munición de 5,56 mm: M855. Laboratorio de Investigación del Ejército Aberdeen Proving Ground, MD Dirección de Investigación de Armas y Materiales; Mayo de 2010. http://www.arl.army.mil/arlreports/2010/ARL-TR-5182.pdf
9. Courtney E, Courtney A, Courtney M, Experimental Tests of the Proportionality of Aerodynamic Drag to Air Density for Supersonic Projectiles, Proceedings of the 28th International Symposium on Ballistics, septiembre de 2014.
10. BohnenkampE, HackertB, MotleyM, CourtneyM. Comparación de coeficientes balísticos anunciados con medidas independientes. Academia de la Fuerza Aérea de Colorado Springs, CO; Enero de 2012 http://www.dtic.mil/docs/citations/ADA554683
11. McDonaldW, AlgrenT.SierraLoadingManual, 4thed., Sección 4.6.BalisticCoefficient Dependence on Coning Motion, 1995.
Autores: Elya Courtney, Roy Couvillion, Amy Courtney y Michael Courtney
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Michael Courtney, Ph.D. Investigación BTG
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