Le rainurage désigne le processus de fabrication de rainures hélicoïdales par l'alésage du canon d'une arme à feu. Ces rayures font tourner le projectile sur lui même autour de son axe longitudinal, cette rotation permettant la stabilisation gyroscopique et améliorant du même coup sa stabilité aérodynamique et sa précision.
Un canon de section circulaire n'est pas capable de donner un mouvement de rotation à un projectile, c'est pourquoi les canons rayés ont une section non circulaire. En général, le canon rayé contient une ou plusieurs rainures qui parcourent sa longueur, ce qui lui donne une section qui ressemble à un engrenage, mais il peut également prendre la forme d'un polygone, généralement avec des angles arrondis.
Les rainures sont les creux qui sont usinés, il en résulte des crêtes. Les caractéristiques de ces crêtes et ces rainures peuvent varier, tel que le nombre, la profondeur, la forme, le sens de rotation (à droite ou à gauche), et le taux de rotation. La présence de rayures en hélice améliore considérablement la stabilité du projectile, améliorant ainsi la portée et la précision.
Les rayures sont décrites par leur vitesse angulaire, souvent exprimée grâce au « taux de rotation » qui est la distance que le projectile doit parcourir pour achever un tour complet, par exemple « 1 tour en 10 pouces » (1:10 pouces) ou « 1 tour en 30 cm » (1:30 cm).
Comme la section transversale du canon n'est pas circulaire, il ne peut pas être décrit avec précision avec un diamètre unique. Les alésages de canons rayés peuvent être décrits par le diamètre de l'alésage (le diamètre passant par les crêtes des rayures), ou par diamètre en fond de rayures (le diamètre passant par les creux des rayures). Les différences dans les conventions de nommage pour les cartouches peuvent causer une certaine confusion.
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Plus rarement, certaines armes à feu possèdent des rayures ayant un taux de rotation progressif, ce taux augmentant de la chambre à la bouche du canon. Bien que cette conception soit rare, il est fréquent de noter de légères augmentation de ce taux de rotation à cause des variations de fabrication.
Malgré les différences dans la forme, l'objectif commun des rayures est d'accroitre la précision du projectile. En plus de donner le mouvement de rotation à la balle, le canon doit maintenir le projectile concentrique tout au long de son déplacement à l'intérieur de celui-ci, et ce, en toute sécurité.
Le canon doit être dimensionné de sorte que le projectile soit matricé lors du tir pour s'ajuster à l'alésage. Le diamètre du canon doit être cohérent, et ne doit pas augmenter vers la bouche. Les rayures doivent être régulières sur la longueur de l'alésage, sans changement de section, de largeur ou d'espacement. Le canon doit être lisse, sans rayures perpendiculaires à la direction de l'alésage, afin de ne pas érafler la matière du projectile. La chambre et la couronne doivent faire passer progressivement le projectile dans les rayures.
Dans les armes à chargement par la culasse, l'engagement du projectile dans les rayures se fait par la gorge de la chambre. Ensuite vient le "freebore" qui est la partie de la gorge à travers laquelle le projectile transite vers le début des rainures.
Après le tir, le projectile se dilate sous la pression de la chambre, et l'obture en s'adaptant à la gorge. La balle se déplace alors dans la gorge et engage les rayures, où elle est alors gravée, et commence à tourner. Lorsque le projectile est estampé dans les rayures, il prend la forme négative des rayures, les sommets des rayures gravant le projectile. Cette gravure inclus les marques des creux et des sommets des rayures mais également les marques des défauts mineurs des rayures, tel que les marques d'outils.
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Pour de meilleures performances, le canon doit avoir un taux de rotation suffisant pour stabiliser les balles qu'il tirera, mais pas beaucoup plus. Les balles de grand diamètre ont une plus grande stabilité, mais un plus grand diamètre donne une plus grande inertie gyroscopique. Les balles longues sont plus difficiles à stabiliser, car elles ont tendance à avoir un centre de gravité centrée vers l'arrière, si bien que la pression aérodynamique dispose d'un plus grand bras de levier pour les faire basculer.
Si un taux de rotation est insuffisant, la balle prendra du lacet puis commencera à basculer, les balles laissera un trou allongé dans la cible (trou de serrure). À l'inverse, un taux de la rotation trop élevé peut également causer des problèmes.
Une rotation excessive peut provoquer une usure accélérée du canon, et aussi induire une vitesse de rotation du projectile très élevée, qui peut désintégrer en vol des projectiles à haute vélocité. En effet, toute hétérogéneité au sein de la balle, comme un vide qui entraîne une répartition inégale de la masse, entraine des problèmes de précision qui sont amplifiés par la rotation.
En 1879, George Greenhill, un professeur de mathématiques à l'Ecole Royale Militaire à Woolwich, Londres a mis au point une règle empirique pour le calcul du taux de rotation optimal pour les balles au plomb. La formule est la suivante :
C = 150 (prendre 180 pour les vitesses de bouche supérieur à 2 800 pied/s)
D = diamètre de la balle en pouce
L = longueur de la balle en pouce
d = densité de la balle (10,9 pour des balles en plomb
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La valeur initiale de C était de 150, ce qui donne un taux de rotation en pouces par tour, avec un diamètre D et la longueur L de la balle en pouces. Cela fonctionne à des vitesses d'environ 840 m/s (2800 pied/s); au dessus de ces vitesses, un C doit être pris égal à 180.
Les rayures du canon ont été inventées à Augsbourg, à la fin du XVe siècle et en 1520, August Kotter, un armurier de Nuremberg, améliore cette invention. Que le canon soit rayé ou lisse, un bon ajustement du projectile au diamètre du canon était nécessaire pour assurer l'étanchéité des gaz propulseurs et fournir la meilleure portée et la meilleure précision possibles.
Pour diminuer la force nécessaire pour charger le projectile, ces armes utilisaient un projectile de diamètre plus petit que celui de l'alésage du canon et une pièce de tissu, de papier ou de cuir - la bourre - était nécessaire pour remplir le jeu entre la balle et les parois du tube.
Dans un canon rayé, cette pièce fournissait également un moyen de communiquer la rotation à la balle, puisque la pièce était gravée plutôt que de la balle.
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