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Estriado es el término para las ranuras helicoidales mecanizadas en la superficie interna del cañón de un arma de fuego para impartir un giro a un proyectil para mejorar su estabilidad aerodinámica y precisión. También es el término (como verbo) para crear tales surcos.
El estriado se mide en velocidad de torsión , la distancia que toma el estriado para completar una revolución completa, expresada como una relación con 1 como base (por ejemplo, 1:10 pulgadas (25 cm)). Una distancia más corta/relación más baja indica un giro más rápido, generando una velocidad de giro más alta (y mayor estabilidad y precisión del proyectil).
La combinación de longitud, peso y forma de un proyectil determina la velocidad de torsión necesaria para estabilizarlo giroscópicamente : los cañones destinados a proyectiles cortos y de gran diámetro, como las bolas esféricas de plomo, requieren una velocidad de torsión muy baja, como 1 vuelta en 48 pulgadas. (122 cm). [1] Los barriles destinados a proyectiles largos y de pequeño diámetro, como las balas de 80 granos y 0,223 pulgadas (5,2 g, 5,56 mm) de resistencia ultrabaja, utilizan velocidades de torsión de 1 vuelta en 8 pulgadas (20 cm) o más rápidas. . [2]
El estriado que aumenta la velocidad de torsión desde la recámara hasta la boca se denomina ganancia o torsión progresiva ; una velocidad que disminuye a lo largo de un cañón es indeseable porque no puede estabilizar de manera confiable el proyectil a medida que viaja por el orificio. [3] [4]
Un proyectil extremadamente largo, como una flechette , requiere velocidades de torsión imprácticamente altas para estabilizarse; En cambio, a menudo se estabiliza aerodinámicamente. Un proyectil estabilizado aerodinámicamente puede dispararse desde un cañón de ánima lisa sin reducir la precisión.
Los mosquetes son armas de ánima lisa y de gran calibre que utilizan munición en forma de bola disparada a una velocidad relativamente baja. Debido al alto costo, la gran dificultad de fabricación de precisión y la necesidad de cargar fácil y rápidamente desde la boca, las balas de mosquete generalmente no encajaban bien en los cañones. En consecuencia, al disparar las balas a menudo rebotaban en los lados del cañón cuando se disparaban y el destino final después de salir de la boca era menos predecible. Esto se contrarrestó cuando la precisión era más importante, por ejemplo al cazar, mediante el uso de una combinación más ajustada de una bola de tamaño más cercano al calibre y un parche. Se mejoró la precisión, pero aún no es confiable para disparar con precisión a largas distancias.
Al igual que la invención de la pólvora, el inventor del rifle de cañón aún no se conoce con certeza. Las ranuras rectas se habían aplicado a las armas pequeñas desde al menos 1480, originalmente pensadas como "ranuras de hollín" para recoger los residuos de pólvora . [5]
Algunos de los primeros intentos europeos registrados de cañones de mosquete con ranuras en espiral fueron los de Gaspard Kollner , un armero de Viena en 1498 y Augustus Kotter de Nuremberg en 1520. Algunos estudiosos alegan que las obras de Kollner de finales del siglo XV sólo utilizaban ranuras rectas, y no fue hasta que recibió ayuda de Kotter que se fabricó un arma de fuego con ranuras en espiral que funcionaba. [6] [7] [8] Es posible que haya habido intentos incluso antes, ya que la inspiración principal de las armas de fuego estriadas provino de arqueros y ballesteros que se dieron cuenta de que sus proyectiles volaban mucho más rápido y con mayor precisión cuando impartían rotación a través de plumas retorcidas.
Aunque el verdadero estriado data del siglo XVI, tuvo que grabarse a mano y, en consecuencia, no se volvió común hasta mediados del siglo XIX. Debido al laborioso y costoso proceso de fabricación involucrado, las primeras armas de fuego estriadas fueron utilizadas principalmente por cazadores recreativos adinerados, que no necesitaban disparar sus armas muchas veces en rápida sucesión y apreciaban la mayor precisión. Las armas de fuego estriadas no eran populares entre los usuarios militares porque eran difíciles de limpiar y cargar proyectiles presentaba numerosos desafíos. Si la bala tenía un diámetro suficiente para atravesar el estriado, se necesitaba un mazo grande para empujarla hacia el interior del orificio. Si, por el contrario, era de diámetro reducido para facilitar su inserción, la bala no encajaba completamente en el estriado y se reducía la precisión.
Las primeras armas militares prácticas que utilizaron rifles con pólvora negra fueron los retrocargadores, como la pistola Queen Anne .
Para obtener el mejor rendimiento, el cañón debe tener una velocidad de torsión suficiente para estabilizar el giro de cualquier bala que razonablemente se esperaría que disparara, pero no mucho más. Las balas de gran diámetro proporcionan más estabilidad, ya que el radio más grande proporciona más inercia giroscópica , mientras que las balas largas son más difíciles de estabilizar, ya que tienden a ser muy pesadas y las presiones aerodinámicas tienen un brazo ("palanca") más largo sobre el que actuar. Las velocidades de torsión más lentas se encuentran en armas de fuego de avancarga destinadas a disparar una bola redonda; Estos tendrán tasas de torsión tan bajas como 1 en 72 pulgadas (180 cm), o un poco más largas, aunque para un rifle de avancarga multipropósito típico, una tasa de torsión de 1 en 48 pulgadas (120 cm) es muy común. El rifle M16A2 , que está diseñado para disparar balas trazadoras L110 y balas NATO SS109 de 5,56 × 45 mm , tiene un giro de 1 en 7 pulgadas (18 cm) o calibre 32. Los rifles AR-15 civiles se encuentran comúnmente con calibres de 1 en 12 pulgadas (30 cm) o 54,8 para rifles más antiguos y 1 en 9 pulgadas (23 cm) o calibres 41,1 para la mayoría de los rifles más nuevos, aunque algunos se fabrican con 1 en 7 pulgadas ( 18 cm) o tasas de torsión de calibre 32, las mismas que las utilizadas para el rifle M16. Los rifles, que generalmente disparan balas más largas y de menor diámetro, generalmente tendrán tasas de torsión más altas que las pistolas, que disparan balas más cortas y de mayor diámetro.
Se utilizan tres métodos para describir la tasa de torsión:
El método más común, tradicionalmente hablando, expresa la tasa de torsión en términos del "recorrido" (longitud) requerido para completar una revolución completa del proyectil en el cañón estriado. Este método no proporciona una comprensión fácil o directa de si la velocidad de torsión es relativamente lenta o rápida cuando se comparan orificios de diferentes diámetros.
El segundo método describe el 'recorrido estriado' requerido para completar una revolución completa del proyectil en calibres o diámetros de orificio:
¿ Dónde está la tasa de torsión expresada en diámetros de orificio? es la longitud de torsión necesaria para completar una revolución completa del proyectil (en mm o pulgadas); y es el diámetro del orificio (diámetro de las tierras, en mm o pulgadas).
El recorrido de torsión y el diámetro del orificio deben expresarse en una unidad de medida consistente, es decir, métrica (mm) o imperial (pulg).
El tercer método simplemente informa el ángulo de las ranuras con respecto al eje del orificio, medido en grados.
Los dos últimos métodos tienen la ventaja inherente de expresar la velocidad de torsión como una relación y permiten comprender fácilmente si una velocidad de torsión es relativamente lenta o rápida incluso cuando se comparan orificios de diferentes diámetros.
En 1879, George Greenhill , profesor de matemáticas en la Real Academia Militar (RMA) de Woolwich , Londres, Reino Unido [9] desarrolló una regla general para calcular la tasa de torsión óptima para balas con núcleo de plomo. Este atajo utiliza la longitud de la bala y no necesita tener en cuenta el peso o la forma de la nariz. [10] La Fórmula de Greenhill del mismo nombre , todavía utilizada hoy en día, es:
donde es 150 (use 180 para velocidades de salida superiores a 2800 f/s); es el diámetro de la bala en pulgadas; es la longitud de la bala en pulgadas; y es la gravedad específica de la bala (10,9 para balas con núcleo de plomo, lo que anula la segunda mitad de la ecuación)
El valor original de era 150, lo que produce una tasa de torsión en pulgadas por vuelta, cuando se da el diámetro y la longitud de la bala en pulgadas. Esto funciona a velocidades de aproximadamente 840 m/s (2800 pies/s); por encima de esas velocidades, se debe utilizar una de 180. Por ejemplo, con una velocidad de 600 m/s (2000 pies/s), un diámetro de 0,5 pulgadas (13 mm) y una longitud de 1,5 pulgadas (38 mm), la fórmula de Greenhill daría un valor de 25, lo que significa 1 vuelta en 25 pulgadas (640 mm).
Las fórmulas mejoradas para determinar la estabilidad y las tasas de torsión incluyen la regla de torsión de Miller [11] y el programa McGyro [12] desarrollado por Bill Davis y Robert McCoy.
Si se utiliza una velocidad de torsión insuficiente, la bala comenzará a girar y luego a girar; Esto generalmente se ve como "ojo de cerradura", donde las balas dejan agujeros alargados en el objetivo cuando golpean en ángulo. Una vez que la bala comienza a desviarse, se pierde cualquier esperanza de precisión, ya que la bala comenzará a desviarse en direcciones aleatorias a medida que precede .
Por el contrario, una velocidad de torsión demasiado alta también puede causar problemas. La torsión excesiva puede provocar un desgaste acelerado del cañón y, junto con las altas velocidades, también induce una velocidad de giro muy alta que puede provocar roturas de la camisa del proyectil , lo que provoca que los proyectiles estabilizados con giro de alta velocidad se desintegren en vuelo. Los proyectiles hechos de monometales prácticamente no pueden alcanzar velocidades de vuelo y giro tales que se desintegran en vuelo debido a su velocidad de giro. [13] La pólvora sin humo puede producir velocidades de salida de aproximadamente 1.600 m/s (5.200 pies/s) para proyectiles estabilizados por giro y los propulsores más avanzados utilizados en cañones de tanques de ánima lisa pueden producir velocidades de salida de aproximadamente 1.800 m/s (5.900 pies/s). . [14] Un giro mayor al necesario también puede causar problemas más sutiles con la precisión: cualquier inconsistencia dentro de la bala, como un vacío que cause una distribución desigual de la masa, puede verse magnificada por el giro. Las balas de tamaño insuficiente también tienen problemas, ya que es posible que no entren en el estriado exactamente de forma concéntrica y coaxial con respecto al ánima, y una torsión excesiva exacerbará los problemas de precisión que esto causa.
Una bala disparada desde un cañón estriado puede girar a más de 300.000 rpm (5 kHz ), dependiendo de la velocidad de salida de la bala y la velocidad de torsión del cañón .
La definición general del giro de un objeto que gira alrededor de un solo eje se puede escribir como:
donde es la velocidad lineal de un punto en el objeto en rotación (en unidades de distancia/tiempo) y se refiere a la circunferencia del círculo que realiza este punto de medición alrededor del eje de rotación.
Una bala que coincida con el estriado del cañón de disparo saldrá de ese cañón con un giro:
donde es la velocidad de salida y es la velocidad de torsión. [15]
Por ejemplo, una carabina M4 con una velocidad de torsión de 1 en 7 pulgadas (177,8 mm) y una velocidad de salida de 3050 pies por segundo (930 m/s) le dará a la bala un giro de 930 m/s / 0,1778 m = 5,2. kHz (314.000 rpm).
Una velocidad de rotación excesiva puede exceder los límites diseñados para la bala y la fuerza centrífuga resultante puede hacer que la bala se desintegre radialmente durante el vuelo. [dieciséis]
Un cañón con sección transversal circular no es capaz de impartir giro a un proyectil, por lo que un cañón estriado tiene una sección transversal no circular. Normalmente, el cañón estriado contiene una o más ranuras que recorren su longitud, dándole una sección transversal que se asemeja a un engranaje interno , aunque también puede tomar la forma de un polígono , generalmente con esquinas redondeadas. Dado que el cañón no tiene una sección transversal circular, no se puede describir con precisión con un solo diámetro. Los orificios estriados pueden describirse por el diámetro del orificio (el diámetro a través de las tierras o puntos altos en el estriado) o por el diámetro de la ranura (el diámetro a través de las ranuras o puntos bajos en el estriado). Las diferencias en las convenciones de nomenclatura de los cartuchos pueden provocar confusión; por ejemplo, los proyectiles del .303 británico en realidad tienen un diámetro ligeramente mayor que los proyectiles del .308 Winchester , porque el ".303" se refiere al diámetro del orificio en pulgadas (la bala es .312), mientras que el ".308 " se refiere al diámetro de la bala en pulgadas (7,92 mm y 7,82 mm, respectivamente).
A pesar de las diferencias en la forma, el objetivo común del estriado es lanzar el proyectil con precisión al objetivo. Además de impartir giro a la bala, el cañón debe sujetar el proyectil de forma segura y concéntrica a medida que avanza por el cañón. Esto requiere que el estriado cumpla una serie de tareas: [4]
El estriado no puede comenzar inmediatamente delante de la recámara. Puede haber una garganta sin estriar delante de la recámara, por lo que se puede colocar un cartucho sin empujar la bala hacia el estriado. Esto reduce la fuerza necesaria para cargar un cartucho en la recámara y evita dejar una bala atascada en el estriado cuando se retira de la recámara un cartucho sin disparar. El diámetro especificado de la garganta puede ser algo mayor que el diámetro de la ranura y puede ampliarse con el uso si el gas de pólvora caliente derrite la superficie interior del cañón cuando se dispara el rifle. [17] Freebore es una longitud de diámetro de ranura de un cañón de ánima lisa sin tierras delante de la garganta. Freebore permite que la bala pase de fricción estática a fricción deslizante y gane impulso lineal antes de encontrar la resistencia del impulso de rotación creciente. Freebore puede permitir un uso más eficaz de los propulsores al reducir el pico de presión inicial durante la fase de volumen mínimo de balística interna antes de que la bala comience a descender por el cañón. Los barriles con una longitud de ánima libre que excede la longitud estriada han sido conocidos por una variedad de nombres comerciales, incluido el de paradoja . [18]
Uno de los primeros métodos para introducir el estriado en un cañón preperforado era utilizar un cortador montado en una varilla de sección cuadrada, torcida con precisión en una espiral del paso deseado, montada en dos orificios fijos de sección cuadrada. A medida que el cortador avanzaba a través del cañón, giraba a un ritmo uniforme gobernado por el paso. El primer corte fue superficial. Las puntas de corte se ampliaron gradualmente a medida que se realizaban cortes repetidos. Las hojas estaban en ranuras en una clavija de madera que se llenaban gradualmente con trozos de papel hasta obtener la profundidad requerida. El proceso se finalizaba echando un trozo de plomo fundido en el cañón, retirándolo y utilizándolo con una pasta de esmeril y aceite para alisar el orificio. [19]
La mayoría de los rifling se crean mediante:
Los surcos son los espacios que se recortan, y las crestas resultantes se denominan tierras . Estas tierras y ranuras pueden variar en número, profundidad, forma, dirección de torsión (derecha o izquierda) y velocidad de torsión. El giro impartido por el estriado mejora significativamente la estabilidad del proyectil, mejorando tanto el alcance como la precisión. Por lo general, el estriado es una velocidad constante a lo largo del cañón, generalmente medida por la longitud del recorrido requerido para producir un solo giro. Ocasionalmente, se encuentran armas de fuego con un giro de ganancia , donde la velocidad de giro aumenta desde la recámara hasta la boca. Si bien los giros de ganancia intencionales son raros, debido a las variaciones de fabricación, un ligero giro de ganancia es, de hecho, bastante común. Dado que una reducción en la velocidad de torsión es muy perjudicial para la precisión, los armeros que están mecanizando un cañón nuevo a partir de una pieza de fogueo estriada a menudo miden la torsión cuidadosamente para poder poner la velocidad más rápida, sin importar cuán pequeña sea la diferencia, en el extremo de la boca.
Las armas de fuego originales se cargaban desde la boca forzando una bala desde la boca hasta la recámara. Ya sea que se use un ánima estriada o lisa, se necesitaba un buen ajuste para sellar el ánima y proporcionar la mejor precisión posible del arma. Para aliviar la fuerza requerida para cargar el proyectil, estas primeras armas usaban una bola de tamaño pequeño y un parche hecho de tela, papel o cuero para llenar el viento (el espacio entre la bola y las paredes del orificio). El parche actuaba como una guata y proporcionaba cierto grado de sellado a presión , mantenía la bola asentada sobre la carga de pólvora negra y mantenía la bola concéntrica al orificio. En los cañones estriados, el parche también proporcionaba un medio para transferir el giro del estriado a la bala, ya que el parche está grabado en lugar de la bola. Hasta la llegada de la bola Minié de base hueca , que se expande y obtura al disparar para sellar el orificio y enganchar el estriado, el parche proporcionaba el mejor medio para lograr que el proyectil se enganchara en el estriado. [20]
En las armas de fuego de retrocarga , la tarea de asentar el proyectil en el estriado la realiza la garganta de la recámara . El siguiente es el ánima libre , que es la parte de la garganta por la que viaja el proyectil antes de que comience el estriado. La última sección de la garganta es el ángulo de la garganta , donde la garganta pasa al cañón estriado.
La garganta suele tener un tamaño ligeramente mayor que el proyectil, por lo que el cartucho cargado se puede insertar y quitar fácilmente, pero la garganta debe estar lo más cerca posible del diámetro de la ranura del cañón. Al disparar, el proyectil se expande bajo la presión de la recámara y se obtura para adaptarse a la garganta. Luego, la bala viaja por la garganta y se engancha en el estriado, donde está grabado, y comienza a girar. Grabar el proyectil requiere una cantidad significativa de fuerza, y en algunas armas de fuego hay una cantidad significativa de ánima libre, lo que ayuda a mantener bajas las presiones de la recámara al permitir que los gases propulsores se expandan antes de que sea necesario grabar el proyectil. Minimizar el ánima libre mejora la precisión al disminuir la posibilidad de que un proyectil se distorsione antes de entrar en el estriado. [21] [22]
Cuando el proyectil se introduce en el estriado, adquiere una imagen especular del estriado, a medida que las tierras empujan el proyectil en un proceso llamado grabado . El grabado adopta no sólo las características principales del orificio, como las superficies y las ranuras, sino también características menores, como rayones y marcas de herramientas. La relación entre las características del calibre y el grabado del proyectil se utiliza a menudo en balística forense .
Las ranuras más utilizadas en el estriado moderno tienen bordes bastante afilados. Más recientemente, el estriado poligonal , un retroceso a los primeros tipos de estriado, se ha vuelto popular, especialmente en las pistolas . Los barriles poligonales suelen tener vidas útiles más largas porque la reducción de los bordes afilados del terreno (las ranuras son los espacios que se recortan, y las crestas resultantes se llaman tierras) reduce la erosión del barril. Los partidarios del rifling poligonal también afirman mayores velocidades y mayor precisión. El estriado poligonal se ve actualmente en pistolas de CZ , Heckler & Koch , Glock , Tanfoglio y Kahr Arms ( solo serie P ), así como en la Desert Eagle .
Para piezas de artillería de campaña, el concepto de alcance extendido y calibre total (ERFB) desarrollado a principios de la década de 1970 por Dennis Hyatt Jenkins y Luis Palacio [23] de la Space Research Corporation de Gerald Bull para el obús GC-45 reemplaza el bourrelet con pequeñas protuberancias, que encajan perfectamente en las tierras del cañón. [24] [25] Las armas capaces de disparar estos proyectiles han logrado aumentos significativos en su alcance, pero esto se compensa con una precisión significativamente menor (3-4 veces), por lo que no fueron adoptadas por los ejércitos de la OTAN. [26] A diferencia de un proyectil más estrecho que el calibre del arma con sabot , los proyectiles ERFB utilizan el calibre total, lo que permite una carga útil mayor. Algunos ejemplos son el G5 sudafricano y el PzH 2000 alemán . ERFB se puede combinar con purga base .
Un giro de ganancia o estriado progresivo comienza con una velocidad de giro lenta que aumenta gradualmente a lo largo del orificio, lo que resulta en muy poco cambio inicial en el momento angular del proyectil durante las primeras pulgadas del recorrido de la bala después de que ingresa a la garganta . Esto permite que la bala permanezca esencialmente intacta y ajustada a la boca de la caja. Después de activar el estriado en la garganta, la bala se somete progresivamente a un momento angular acelerado a medida que es impulsada por el cañón. La ventaja teórica es que al aumentar gradualmente la velocidad de giro, el par se imparte a lo largo de un orificio mucho más largo, lo que permite que la tensión termomecánica se distribuya sobre un área más grande en lugar de centrarse predominantemente en la garganta, que normalmente se desgasta mucho más rápido que otras piezas. del cañón. El estriado Gain-twist se utilizó antes y durante la Guerra Civil estadounidense (1861-1865). Los revólveres Colt Army y Navy empleaban estriados de giro ganador. Sin embargo, el estriado con ganancia por torsión es más difícil de producir que el estriado uniforme y, por lo tanto, es más caro. El ejército ha utilizado el rifle de ganancia por giro en una variedad de armas como el Cañón Gatling M61 Vulcan de 20 mm utilizado en algunos aviones de combate actuales y en los más grandes Cañón GAU-8 Avenger Gatling de 30 mm utilizado en el jet de apoyo aéreo cercano A10 Thunderbolt II. En estas aplicaciones, permite una construcción más ligera de los cañones al disminuir las presiones de la cámara mediante el uso de tasas de torsión iniciales bajas, pero garantizando que los proyectiles tengan suficiente estabilidad una vez que salen del cañón. Rara vez se utiliza en productos disponibles comercialmente, aunque especialmente en el Smith & Wesson Modelo 460 (X-treme Velocity Revolver). [27]
