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IL COMPENSATORE
DI RINCULO NELLE ARMI A FUOCO.

 

La spiegazione dei fenomeni connessi con il funzionamento delle armi da fuoco presuppone una serie di conoscenze nel campo della fisica e della chimica; l’applicazione di questi principi consente di costruire un modello teorico del fenomeno studiato e di sintetizzarlo mediante formule matematiche. I modelli vengono poi utilizzati a fini essenzialmente pratici, ad esempio per semplificare la produzione, oppure per migliorare le prestazioni; il lavoro di analisi non è, dunque, uno sterile esercizio, ma è un fertile campo per le successive applicazioni pratiche. Sulle riviste specializzate, tuttavia, difficilmente viene alla luce il lavoro del "modellista"; per ovvi motivi di mercato, generalmente viene dato il massimo risalto ad argomenti più appetibili da parte del lettore medio, rinviando ad apposite rubriche gli argomenti più indigesti. Stando così le cose, andiamo ad esaminare il funzionamento dei compensatori, con un occhio alla realtà fisica del fenomeno e con l’altro alle applicazioni pratiche del dispositivo. Il compensatore appartiene ad una grande famiglia di accessori (come il silenziatore, il freno di bocca, il soppressore di vampa, il rinforzatore di rinculo, il ricuperatore di gas etc.), che sfruttano a vari fini l'efflusso dei gas combusti attraverso la volata dell’arma dopo l’espulsione del proiettile, dirigendo o regolando in modo opportuno il getto gassoso. Questo esercita, sulla parete che lo contiene, una spinta orientata in verso opposto al moto della corrente; responsabile degli effetti fluidodinamici è il contenuto energetico dei gas stessi cui competono valori di temperatura e pressione ancora relativamente elevati; nel caso del compensatore, il getto dei gas combusti viene opportunamente deviato, in modo tale da compensare l’impennamento dell’arma dovuto al rinculo. A causa di quest’ultimo, l’arma arretra e ruota intorno al baricentro; poiché essa inizia a rinculare mentre il proiettile è ancora nella parte del compensatore, tutto ciò provoca molte volte, all’atto del superamento della volata, una deviazione del proiettile stesso dalla direzione originaria. Ma torniamo al rinculo, per le armi corte l’impennamento è rivolto verso l’alto, mentre per alcune armi lunghe esso può essere rivolto verso il basso. Nei revolver, nelle semiautomatiche in generale in tutte quelle armi in cui le forze dovute alla pressione dei gas si scaricano direttamente attraverso gli organi di chiusura, sul fusto o sul castello, l’impennamento è dovuto direttamente al moto di rinculo del carrello. I sovietici, molto sbrigativamente, hanno risolto i problema del rinculo, su alcune armi da guerra, realizzando un compensatore particolarmente semplice: affettando la canna come un salame in corrispondenza della volata; in tal modo i gas sfogano verso l’alto mentre il proiettile resta ancora guidato dalla canna fino a metà circa dello sviluppo della sezione ellittica così ottenuta. Tale soluzione ha il pregio della semplicità (e si addice pertanto ad armi rustiche e affidabili quali debbono essere i fucili d’assalto), ma presenta l’indesiderato effetto di una vistosa vampa di bocca (comune, del resto, sebbene in misura minore, anche ad altri tipi di compensatore). Per ovviare a tale inconveniente, i tipi più sofisticati prevedono invece una serie di camere di espansione successive, disposte di seguito alla volata e provviste di finestre di forma opportuna preposte allo sfogo dei gas, oppure una numerosa serie di fori disposti in senso radiale, che fungono anche da spegni fiamma frazionando il flusso di gas in una miriade di micro-getti. Altra forma frequente è quella rappresentata da una serie di fori circolari praticati direttamente sulla porzione terminale della canna, in prossimità della volata. Circa la validità del dispositivo, si può intuitivamente osservare che l’efficacia del getto è condizionata da una circostanza ben precisa; lo svuotamento della canna deve risultare pressoché completo prima che il proiettile abbandoni il compensatore, in modo da sfruttare al massimo l’energia del getto stesso durante l’efflusso in senso trasversale. Se così non fosse, l’efflusso dei gas si svolgerebbe prevalentemente attraverso la volata del compensatore, mentre la reazione trasversale risulterebbe ridotta; a questo proposito i risultati sarebbero ottimali se si riuscisse a chiudere in qualche modo la volata dopo il passaggio del proiettile. Il dimensionamento del dispositivo impone quindi la determinazione di alcune grandezze caratteristiche che condizionano lo svolgimento del fenomeno; anche in questo caso conviene introdurre delle opportune approssimazioni. Si può condurre, allora, un’analisi semplificata dello svuotamento della canna, schematizzando il sistema come un serbatoio il cui volume e la cui luce di scarico coincidono linearmente con l’avanzamento del proiettile; ciò significa ipotizzare una velocità costante del proiettile durante l’attraversamento del compensatore. Si ammette, cioè, che il dispositivo non abbia alcuna influenza sulla velocità del proiettile (mentre in realtà, verificandosi nella camera una ulteriore espansione dei gas, si registra una modesta accelerazione supplementare, presente anche in assenza del compensatore per la semplice espansione dei gas nell’atmosfera). L’analisi semplificata, innanzitutto, permette di individuare un tempo caratteristico, entro il quale il fenomeno dello svuotamento della canna può considerarsi valido; esso rimane sostanzialmente invariato sia in assenza che in presenza del compensatore e dipende dal rapporto tra la lunghezza della canna e la velocità del suono nei gas conosciuti (a sua volta dipendente dalla temperatura degli stessi gas). Nota la temperatura assoluta di combustione del propellente, la temperatura finale dei gas dipende allora, nel caso ideale, solo dalla lunghezza della canna (o, meglio, dal suo volume); in definitiva, a parità di ogni altra condizione, il tempo di svuotamento della canna dipende solo dalla sua lunghezza. Il tempo di attraversamento dei compensatore dipende invece, a sua volta, dal rapporto tra la lunghezza del dispositivo e la velocità finale del proiettile (considerata, per semplicità, costante); a questo punto basta assegnare al compensatore una lunghezza tale da assicurare lo svuotamento della canna prima che il proiettile concluda il percorso all’interno del dispositivo, in modo che i due tempi caratteristici risultino almeno uguali, cioè che al momento in cui l'arma inizia il suo rinculo (benchè minimo o smorzato) il proiettile si trovi proprio al limite esterno del compensatore insomma, lo stia ormai lasciando. Circa la forma delle finestre di sfiato, ovviamente, l’analisi semplificata non può dire nulla; la realizzazione pratica di tali aperture deve comunque provvedere al corretto orientamento dei getti, arrecando il minimo disturbo possibile al transito del proiettile. Cerchiamo ora di precisare meglio l’effetto del compensatore. Lo svuotamento della canna provoca due impulsi; quello principale ha senso assiale, ed è dovuto al flusso dei gas che attraversano la volata della canna; quello secondario ha senso trasversale, ed è dovuto al flusso dei gas che attraversano le finestre del compensatore. Il rapporto tra l’impulso trasversale e quello assiale dipende dai rapporti tra il calibro e la lunghezza della canna, tra le masse della carica di lancio e del proiettile, tra i volumi della canna e della camera di combustione. Gli impulsi sono entrambi proporzionali alla massa dei gas combusti (pari alla massa della carica di lancio); inoltre il primo è proporzionale alla velocità del suono nei gas combusti, mentre il secondo è proporzionale alla velocità del proiettile. Entrambi agiscono con un certo braccio rispetto al baricentro dell’arma e sono suscettibili di provocare (in versi opposti) la rotazione dell’arma rispetto al suo baricentro; la condizione di equilibrio è pertanto rappresentata dall’uguaglianza dei due momenti angolari, ossia dei prodotti tra gli impulsi e i rispettivi bracci rispetto a tale punto. L’effetto del compensatore, allora, risulta tanto più sensibile quanto più vicino al baricentro risulta l’asse della canna e quanto più lontano da questo risulta applicato il dispositivo. Poiché sulla posizione del baricentro dell’arma non è possibile intervenire se non modificando la calciatura, o applicando dei contrappesi alla canna (che tra l’altro contribuiscono ad incrementare il momento d’inerzia dell’intera arma e a ridurne le accelerazioni angolari nel moto di rinculo), ne consegue che, ferma restando la lunghezza della canna, l’unica maniera per garantire la riduzione dell’impennamento è quella di assicurare il corretto dimensionamento del compensatore (che spesso funge anche da contrappeso, pur non essendo questa condizione strettamente indispensabile). Per non appesantire troppo l’arma, il compensatore è spesso realizzato in lega leggera, visto e considerato che i compensatori e freni di bocca sono oggi sempre più comuni. Li si trova anche in edizione "integrale" realizzata dal fabbricante dell’arma, come ad esempio avviene su alcuni sovrapposti da tiro Beretta e Browning o su revolver di vario tipo tra i quali i Taurus. Considerato che l’effetto dinamico del flusso gassoso prescinde completamente da quello, strettamente inerziale, del contrappeso, pur potendo i due effetti essere considerati complementari. Passiamo infine ad alcuni esempi, relativi al munizionamento NATO 9x19, 7.62x51, 5.56x45; per inciso, il rapporto tra la lunghezza minima del compensatore e la lunghezza della canna risulta dipendere dal rapporto tra la velocità finale del proiettile e la velocità di efflusso dei gas. Questo, a sua volta, dipende dai rapporti tra le masse della carica di lancio e del proiettile e tra i volumi della canna e della camera di combustione. Nelle armi che sparano tali cartucce la pressione di bocca (e quindi la temperatura finale dei gas combusti e la velocità del suono nel fluido) cresce passando dall’una alle altre, giacché cresce il rapporto tra le masse della carica di lancio e del proiettile; tale circostanza comporta un conseguente incremento della velocità di efflusso assiale. E interessante allora notare che, al ridursi del calibro e al crescere della lunghezza (espressa in calibri) della canna e della velocità del proiettile, la lunghezza minima del compensatore cresce e cresce anche il suo rapporto con quella della canna stessa, giacché la velocità di efflusso i cresce meno di quanto cresce la velocità del proiettile. Per ovvie ragioni di ingombro, la lunghezza del compensatore deve essere allora contenuta in modo da raggiungere un ragionevole compromesso tra prestazioni e dimensioni complessive. Per concludere, un’ultima osservazione. Spesso il compensatore, grazie ad una opportuna conformazione, funge anche da freno di bocca; poiché l’impulso dovuto all’efflusso assiale dei gas è rivolto in senso contrario al moto dei gas stessi (e se il getto fuoriesce direttamente dalla volata si registra una spinta in culatta), esso tutt’al più può essere neutralizzato deviando i gas verso la culatta, in modo da esercitare una spinta in verso opposto su opportune appendici della volata, cioè indirizzando i gas verso il tiratore, l'effetto razzo che se ne produce tira l'arma verso la direzione del tiro. A meno che non si riesca a sigillare completamente la canna dopo la fuoriuscita del proiettile e a deviare completamente i gas in verso opposto, nulla o poco può, dunque, il freno di bocca contro il moto di rinculo principale già acquisito, dovuto invece all’uguaglianza tra la quantità di moto del proiettile e quella della massa rinculante.

 
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