La "potenza" delle armi ad aria compressa

rivisto il 21/2/2006

premessa

Potenza e precisione sono i due elementi che guidano lo sviluppo delle armi in generale e che, nel caso di quelle funzionanti ad aria compressa (ac) focalizzano costantemente l’attenzione degli appassionati.

Ora, se in quanto a precisione le moderne armi ad aria compressa poco o nulla hanno da invidiare alle sorelle maggiori da fuoco, per ciò che riguarda la “potenza” sono ovviamente in netto svantaggio. Per fortuna, però, “tutto è relativo” e dunque, per l’uso che se ne deve fare, i livelli di potenza oggi a disposizione sono ampiamente sufficienti.

Cominciamo proprio a parlare di “potenza”: intanto per un approccio maggiormente scientifico, invece di tale termine utilizziamo quello corretto: Energia Cinetica alla bocca dell’arma (E₀) o semplicemente “Energia”.

L’Energia cinetica è funzione di due fattori: la massa del pallino e la sua velocità, poiché a noi interessa l’Energia alla bocca (E₀), considereremo la velocità del pallino rilevata in quel punto V₀:

Eo = ½ m V_o²

m  espressa in Kg, V_o in metri al secondo; il risultato è in Joules (J).

Ecco che viene subito messa in discussione la cattiva abitudine da parte delle case costruttrici di indicare la sola velocità Vo, senza specificare la massa del pallino utilizzato per misurarla. Si tenga presente che in questi casi le velocità pubblicizzate sono sempre quelle ottenibili con i pallini di peso più basso disponibili sul mercato.

Poichè nel solo calibro 4,5 mm esistono oltre 100 tipi di pallini di peso variante dai 5,52 grani dei Prometheus ai 16,85 degli HN Rabbit magnum, risulta evidente che la sola indicazione della Vo è insufficiente per stabilire con precisione le caratteristiche di “potenza” dell’arma. Ad esempio, una carabina calibro 4,5 mm che sparasse a 250 m/s dei pallini tipo RWS Hobby da 6,95 grs avrebbe una Eo pari a 14 Joules, se sparasse alla stessa velocità dei pesanti HN Silver Point da 11,85 grs ne avrebbe ben 24 !

Per fortuna la recente legge sulla liberalizzazione delle armi di “modesta capacità offensiva” ha reso di uso comune il termine Eo e contribuito a divulgarne il significato.

In questa sede non è mia intenzione descrivere i meccanismi di funzionamento delle armi ad aria compressa, ne differenziare tra armi lunghe e corte, ma solo riportare ad una dimensione concreta il significato del termine “potenza“ (o  meglio “energia”), illustrandone le applicazioni pratiche nei vari tipi di armi e dimostrando, con alcune prove pratiche, come questa, se male sfruttata, possa influenzare  la precisione che l’arma può esprimere.

La velocità limite

Le armi ac, allo stato attuale, hanno tutte a che fare con un ben preciso “limite”: la velocità del suono.

La velocità del suono (circa 340 m/s in determinate condizioni ) segna il confine tra due “mondi”: il sub-sonico ed il super-sonico, i corpi che si muovono ad una velocità inferiore a quella del suono seguono leggi diverse da quelli “supersonici”, così anche le “forme” aerodinamicamente efficienti in campo sub-sonico non lo sono in quello supersonico.

I pallini “diabolo”, tipici delle armi ad ac, hanno una forma particolarmente efficiente in campo subsonico, di conseguenza se sparati entro tale limite mantengono stabilità e precisione,  mentre se la loro velocità entra in campo transonico o supersonico, finiscono inevitabilmente per destabilizzarsi, vanificando la precisione di tiro.

Per garantire dunque la massima precisione di un’arma ad ac  bisogna fare in modo che il pallino venga sparato ad una velocità ben inferiore a quella del suono, ciò per evitare anche il campo di velocità transonico, entro cui le leggi aerodinamiche sono abbastanza "confuse" (o complesse..) ed in cui i pallini possono comportarsi in maniera alquanto erratica.

 In genere la velocità massima entro cui i pallini si comportano in maniera prevedibile è di circa 280 m/s. Tale valore può essere considerato come limite per le springers, mentre nelle pcp, in alcuni casi, si può superare lievemente (fino a circa 300 m/s), in quanto i pallini sparati da queste armi sono soggetti ad uno stress meccanico inferiore rispetto a quelli usciti da una springer e dunque conservano meglio la loro forma originaria, a tutto vantaggio dell'efficienza aerodinamica anche a velocità leggermente superiori (comunque dipende sempre dalla tipologia di pallino).

Al contrario delle armi da fuoco, in cui è possibile (entro certi limiti) variare la Vo di un dato proiettile agendo sulla quantità o sulla tipologia di polvere contenuta nel bossolo, sulla armi ad aria compressa, in cui l’impianto propulsivo è generalmente fisso, si agisce sul peso del pallino: data una certa Eo (che con una buona approssimazione diamo per costante), la Vo sarà inversamente proporzionale al peso (massa) del pallino.

Poiché nel nostro paese le springers sono ancora notevolmente più diffuse delle pcp, utilizziamo il valore di 280 m/s per simulare delle situazioni limite di energia, che rappresentano in qualche maniera la “potenza massima” erogabile da queste armi, per ogni calibro.

Posta dunque questa velocità come quella massima e considerando il peso massimo dei pallini disponibili attualmente sul mercato, nei calibri più comuni, è possibile individuare i valori massimi di Eo per ognuno di essi. Lo scopo è quello di ri-portare ad una dimensione concreta e reale una caratteristica delle armi ad aria compressa che viene spesso, per diversi motivi, distorta.

Per ogni calibro sono stati presi in considerazione i 5 pallini più pesanti disponibili sul mercato internazionale e si è calcolata la Eo che svilupperebbero se sparati alla Vo di 280 m/s:

Da queste tabelle risulta evidente come la scelta è obbligata: chi vuole maggior “potenza” deve necessariamente rivolgersi ad armi camerate per calibri maggiori, poiché solo questi sono disponibili in pesi tali da “acquietare” gli impianti meccanici più esuberanti.

Prendiamo il caso del comune calibro  4,5 mm: la Eo massima di cui può disporre un’arma, considerando che il pallino più pesante disponibile sul mercato attuale è il Dae Sung da 15 grani, è pari a 38,1J. Questo valore è raggiungibile però solo con armi tipo PCP, le springers difficilmente “digeriscono” in tal calibro pallini di peso superiore ai 10-11 grani e conseguentemente la Eo max ottimale si può posizionare tra i 26 ed 29 J. Addirittura, secondo alcuni specialisti, nelle springers in questo calibro non è consigliabile superare i 23/24 J, in quanto nella maggior parte di esse le reazioni allo sparo diventano eccessive e contribuiscono ad inficiarne la precisione. Aggiungerei infine due considerazioni riguardo i pallini più pesanti elencati: gli HN Silver Point sono a punta conica e dunque non particolarmente efficienti soprattutto sulle lunghe distanze, i Dae Sung sono a testa tonda e molto efficienti, ma non sono ancora disponibili in Italia, bisogna acquistarli all’estero e farseli spedire (sono piuttosto costosi), inoltre sono di una misura poco adatta alle canne europee, essendo leggermente surdimensionati.

Le armi in questo calibro disponibili nel nostro paese e che erogano le Eo maggiori sono le Diana 48/52/54 (23/24J), la Diana 350 Magnum (26/27J), la Gamo 1250 (circa 30J), la Wehirauch HW 900 (25/26J), risulta catalogata anche la Webley & Scott Patriot (26/27J), ma non è più importata.

I pallini disponibili in calibro 5,5 mm vanno dagli 8,5 grani dei Prometheus ai 30 grani dei Dae Sung, mentre un peso medio può essere considerato il Superdome della RWS (14.4gr). In questo calibro possiamo distinguere due fasce principali di peso, entro cui sono situati i migliori prodotti disponibili: la fascia “media” (14-16 grani) e quella “pesante” (20 – 22 grani)  e dunque i costruttori tendono a realizzare delle armi con Eo tali da permettere di sparare pallini di questo peso alle massime velocità.

Vediamo qualche esempio:

Alcuni pallini  a “testa tonda” della prima fascia (14-16 gr),  sparati sempre alla Vo di 280 m/s, danno i seguenti risultati:

La stessa tabella, compilata per i pallini della fascia “pesante” è:

E’ così possibile individuare le due classi principali di Eo per le armi in calibro 5,5 mm: la prima è 35-40J, la seconda 52-54J .

 Sono disponibili anche due pallini di peso decisamente superiore:

che individuano una ulteriore fascia situata tra i 73-76J. E’ evidente come per le armi  che trovano in questa ultima classe di potenza, la scelta del pallino è limitata esclusivamente a due modelli: i Dae Sung o i Rabbit Magnum (entrambi però pallini di difficile reperibilità) ed anche per questo non molto comune.

Si può aggiungere che mentre nella prima fascia è ancora possibile trovare qualche “springer” (Theoben Eliminator, Webley & Scott Patriot, Theoben Dual Magnum, Whiscombe JW 65 e JW 80), le altre sono dominio assoluto delle pcp.

Gli altri calibri

Il calibro 5,0 mm (.20”) ed il 6,35 mm (.25”) meritano un discorso a parte. Entrambi hanno subito un periodo di dimenticanza da parte dei grandi produttori di armi ad aria compressa, ma qualche anno fa, soprattutto per merito dello statunitense Robert Beeman (colui che per primo ha intravisto l’enorme potenzialità commerciale delle delle armi ad aria compressa europee sul mercato USA, fondando l’omonima ditta e collaborando con i produttori nella definizione delle specifiche tecniche delle armi che importava oppure addirittura partecipando attivamente alla loro progettazione, come nel caso del Beeman R1 alias Weihrauch HW 80), sono stati rivalutati ed oramai tutti i maggiori produttori offrono armi così camerate.

 Il 5,0 mm, assolutamente sconosciuto in Italia (risultano al momento catalogate due sole armi in questo calibro), è invece molto comune negli USA, dove è nato e dove storicamente viene utilizzato sulle armi “quasi-giocattolo” Benjamin – Sheridan, ma sta prendendo piede anche in Gran Bretagna in quanto si adatta molto bene alle caratteristiche delle armi di libera vendita in quel paese (il cui limite di Eo è circa 16J ). E’ un calibro molto efficiente e dall’ottimo valore di densità sezionale, in quanto a parità di peso con un 5,5 offre una minore sezione frontale.

Il 6,35 mm è più anziano, in Gran Bretagna  erano prodotte armi ad aria compressa in questo calibro già molti decenni fà (nella vecchia classificazione anglosassone era indicato come “bore n.3”), poi per via delle scarse prestazioni delle armi così camerate, dovute sia alla bassa potenza che erano in grado di erogare, sia al peso elevato di questi pallini, seguì un periodo di dimenticanza.

La recente rivalutazione di questo calibro, promossa come accennato da Robert Beeman, è iniziata dapprima con la disponibilità di grosse springers, potenti abbastanza da sparare questi pesanti pallini a velocità quantomeno accettabili (ma purtroppo quasi sempre imprecise e di difficile “gestione” per via delle reazioni esagerate allo sparo e della qualità delle canne non sempre all’altezza di quelle camerate in calibri più comuni) quindi, più proficuamente, con l’avvento delle armi pcp.  I cacciatori per primi si resero immediatamente conto delle notevoli doti di questi “pallettoni”, soprattutto in relazione alla loro eccezionale efficacia sulle prede.

Con la recente disponibilità delle armi ad aria precompressa, il “quarto di pollice” ha poi definitivamente consolidato la propria presenza nel panorama dei calibri “comuni”, in quanto le potenze disponibili nelle armi con questo impianto meccanico sono ampiamente sufficienti per spingere questi pallini alle massime velocità possibili, senza reazioni fastidiose e permettendo di sfruttarne appieno le caratteristiche e le notevoli qualità. A questo punto ci si aspetta soltanto un maggiore impegno sia da parte dei produttori di canne che soprattutto da quelli di pallini, per avere a disposizione armi di precisione paragonabile a quella che possono esprimere in altri calibri.

In attesa che Diana e Wheirauch inseriscano nel catalogo italiano armi in 5,0 mm (tra le full power, nelle libere non avrebbe senso), chi volesse potrebbe provare l’ebrezza del 6,35, già disponibile su alcuni modelli dei costruttori menzionati, oltre che nella eccezionale Theoben Rapid 12/250: una carabina pcp da 70J nella recente versione MKII, a caricamento singolo successivo, dotata di un caricatore da 12 colpi ed una potenza di fuoco…pardon…d’aria, veramente fuori dal comune.

Relazione tra calibro e potenza dell’arma

In termini generali, le armi dello stesso modello, vendute con l’opzione del calibro, non hanno generalmente grosse differenze di Eo se non quelle dovute alla maggior efficienza dei calibri maggiori a parità di impianto meccanico. Ciò significa che in linea teorica se una carabina eroga 23J in calibro 4,5 mm, la stessa arma in 5,5 o in 6,35 potrà averne 24 o 25…ma non è sempre detto, perché l’efficienza dipende da una serie di fattori e di condizioni non sempre verificabili a priori.

Sempre a parità di impianto, si possono invece ottenere delle differenze notevoli di Eo se l’arma viene espressamente progettata e costruita per quel calibro, ottimizzandone le caratteristiche. In questo caso l’efficienza maggiore dei calibri “grossi” è sempre confermata.

La maggior efficienza del calibro 5,5 sul 4,5 ad esempio è molto evidente nelle armi PCP dove, a parità di volume del serbatoio e di Eo, quelle nel calibro maggiore hanno una maggiore autonomia di colpi (ossia per ottenere la stessa Eo l’arma ha bisogno di meno aria).

La scelta del calibro

Quale calibro scegliere allora? Dipende da quello che si richiede all’arma, un calibro “universale” non esiste ancora.. anche se ogni tanto qualcuno afferma il contrario….

Vediamo di dare qualche indicazione più specifica.

Il calibro 4,5 mm è il più comune nel nostro paese e in quelli in cui è presente una grande tradizione di tiro al bersaglio (ad es in Germania), ma non lo è in UK, dove le armi ad ac vengono utilizzate moltissimo per la caccia. In quest’ultimo caso i calibri maggiori sono preferiti per la loro efficacia sulla selvaggina cacciabile (conigli, piccioni, corvidi, etc..), in questo paese infatti, se escludiamo le armi da gara,  la maggior parte delle carabine sono vendute in calibro 5,5 mm.

Ma un calibro maggiore non è solo indicato per la caccia, può essere anche scelto da chi, disponendo di un’arma dalle caratteristiche adeguate, voglia cimentarsi sulle “lunghe distanze”. In questi casi infatti, il maggior coefficiente balistico di questi pallini consente di ottenere dei vantaggi su quelli di calibro inferiore (anche se questa non è una regola, in quanto dipende dallo specifico pallino).

La distanza utile di tiro

Come già illustrato in precedenza, si consideri che la velocità massima a cui può essere spinto un pallino tipo “diabolo” non può superare i 300 m/s se si vogliono mantenere inalterate le caratteristiche di precisione che l’arma può esprimere, soprattutto sulle lunghe distanze. Questo limita di fatto anche il tiro utile, poiché lunghi tempi di volo significano maggior curvatura della traiettoria e maggior influenza del vento trasversale. Inoltre, si tenga presente che le energie disponibili nel nostro caso, anche se relativamente elevate, sono comunque decisamente inferiori anche rispetto a piccoli calibri da fuoco, come un 22LR (una cartuccia 22LR subsonica sviluppa sempre più di 100-120J..).

Indipendentemente dal calibro e dalla Eo, ad eccezione di alcune realizzazioni particolari, la distanza utile di tiro per un’arma ad aria compressa è limitata a 70/80 metri. Poche e particolari armi possono essere utilizzate al limite dei 100 metri.

Note

Il cronografo

Un appassionato che voglia effettuare delle prove di velocità e studiare la relazione tra questa e la precisione, ha bisogno di un cronografo. A questo proposito apro una breve parentesi: non è strettamente necessario spendere una cifra considerevole su questi apparecchi, anche modelli economici come gli Alfa Chrony possono garantire ottimi risultati, purchè siano usati nelle giuste condizioni di illuminazione e con la batteria sempre ben carica. Esiste anche un modello di cronografo che si applica con un elastico sulla canna (CB 625), è molto preciso e consente tra l’altro di ottenere subito la Vo media su una serie di colpi e la relativa Eo se si inserisce il peso del pallino, ma ha due inconvenienti:  primo se non centrato correttamente con l’asse della canna è comune ottenere delle mancate letture o addirittura distruggerlo, secondo, quando viene montato sulle canne di armi basculanti, si danneggia facilmente il supporto dello stesso al momento della chiusura dell’arma, a causa del contraccolpo che subisce.