La vitesse initiale d'une balle est un facteur d'importance fondamentale qui détermine sa trajectoire. Par conséquent, il est nécessaire pour le tireur de connaître la vitesse de la balle afin de savoir où viser et comment ajuster son tir.
L'accélération du projectile dans le canon est un domaine clé de la balistique interne. On appelle élément moteur d'une arme ce qui lui apporte l'énergie nécessaire à son fonctionnement.
Les agents moteurs capables d'apporter à une arme l'énergie nécessaire à son fonctionnement sont variés :
C'est la propulsion à l'aide de substances explosives qui est majoritairement utilisée, d'où l'appellation armes à feu. Si ce n'est peut-être pas la plus simple, elle est devenue la plus pratique et permet le fonctionnement aussi bien d'armes de forte puissance que d'autres de faible volume et facilement transportables.
Les substances explosives sont utilisées à des fins de propulsion, selon le régime de la déflagration. La poudre noire, composée de salpêtre (13ème siècle), ou parfois de sodium, de soufre et de charbon de bois, a été utilisée pendant plus de cinq siècles.
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Il faut garder à l'esprit que la poudre noire est d'un usage relativement délicat. En effet, c'est une substance explosive dont la vitesse de transformation est de l'ordre de 900 m/s, soit proche de la limite séparant classiquement les explosifs progressifs fonctionnant dans le mode de la déflagration, dont font partie les poudres, et les explosifs brisants qui, eux, se transforment dans le mode de la détonation.
Aujourd'hui, on utilise des poudres "sans fumée", comme la nitrocellulose. Elles ont un meilleur rendement énergétique. Pour augmenter la stabilité, on ajoute une troisième base, la nitroguanidine.
Les poudres se présentent sous forme de grains de formes variées, dont la surface influence la quantité de gaz se dégageant en un temps donné. L'inflammation de la poudre utilise une amorce placée au culot de l'étui.
Cette amorce produit des flammes incandescentes qui vont enflammer la poudre. En réalité, la combustion de la poudre n'est jamais complète. Des résidus subsistent et peuvent interférer en certains points, notamment sur le culot du projectile.
La combustion de la poudre n'est pas instantanée. L'étanchéité devant être assurée entre le projectile et l'âme du tube, les frottements sont importants. Dans les canons rayés, il existe également des frottements projectiles/rayures.
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Revenons à notre projectile et voyons à quelles sollicitations il est soumis. Ce sont des forces. On la vu, on en fait l'addition (vectorielle) afin d'obtenir une résultante que l'on nommera FR pour force de résistance à l'avancement. Elle sera dirigée vers l'arrière et évidemment opposée à la force FG due à l'action, sur le culot, de la pression engendrée par les gaz, qui est dirigée, elle, vers l'avant.
Notre système de forces résultante est on ne peut plus simple : une force FG ayant tendance à accélérer le projectile vers l'avant et une autre FR qui, elle, aura tendance à le freiner.
Ces deux forces peuvent, à leur tour, être additionnées vectoriellement pour donner une force résultante appliquée au projectile que l'on appellera FP.
À mesure que le projectile avance FG décroît. À un certain moment, très bref, nous avons l'égalité des forces FR et FG.
On constate que, tous les autres paramètres étant fixés, si l'on augmente la section du culot du projectile en ne modifiant pas ou très peu sa masse, on obtient une vitesse à la bouche plus élevée.
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Sur sa trajectoire, la stabilité du projectile est assurée par effet gyroscopique. Précisons que l'accélération de rotation existe dès la prise des rayures. Il n'est point nécessaire que le projectile ait parcouru une distance équivalente à un pas des rayures pour avoir sa vitesse de rotation définitive.
La quantité de mouvement du projectile et des gaz à la bouche de l'arme sont les deux facteurs principaux intervenant dans le phénomène de recul de l'arme. On résout cette difficulté en considérant non plus la vitesse de chacune des tranches de gaz mais celle du centre de gravité de la veine gazeuse. La position du centre de gravité de la veine gazeuse doit être connue puisque c'est sa variation qui donne sa vitesse.
Un certain nombre de facteurs aléatoires inévitables, d’un tir à l’autre (entre tirs), entraînent une variation de la vitesse initiale et affectent le mouvement propre du projectile de manière imprévisible. Le tireur réduira donc au minimum cette variation aléatoire par le choix des munitions qui auront démontré leur régularité et leur groupement au cours des mesures rigoureuses de vitesse. D’où, la nécessité de l’obtention de la stabilité du rechargement. Tous les tireurs avisés le savent.
Le coefficient balistique d'une balle est la mesure de sa capacité à se déplacer dans l'air avec une résistance minimale. Cette résistance s'appelle la traînée aérodynamique, et son effet le plus significatif est de réduire la vitesse de la balle et d’augmenter de ce fait son temps de vol.
Une augmentation du temps de vol augmente la chute verticale de la balle par rapport à sa ligne originale de départ, et donc elle augmente également la correction verticale ou l'ajustement exigé pour atteindre des cibles à différentes distances.
La dispersion balistique dépend principalement de la qualité du fusil et des munitions.
Les informations sur les conditions d’environnement doivent être fournies par le tireur ou par son observateur. Les divers éléments de cette information sont plus ou moins importants, selon / en fonction de la distance de la cible et de l'importance relative de l'effet de chaque élément de la trajectoire.
La vitesse initiale, le coefficient balistique, la distance, les conditions de vent et la vitesse de la cible (dans le cas d'une cible mobile) ont des effets relativement grands tout au long de la trajectoire depuis l’arme jusqu’à la cible et doivent donc être connus le plus exactement.
L'humidité relative affecte les performances d’une balle parce qu'elle affecte la densité de l'air dans lequel la balle vole. L’humidité relative à un plus grand effet sur la densité d'air à température élevée qu'à basse température, mais même à 32°C, la différence de densité entre l'air complètement sec et l'air complètement saturé est seulement de 0,1%.
D'après le Dr Boris Karpov, du laboratoire de recherche de l'armée américaine, 1944, on utilise couramment aujourd'hui le coefficient balistique (BC ou G), qui représente non seulement les caractéristiques de la forme et du poids de la balle mais aussi tenir compte de la résistance réelle de l'air à une vitesse déterminée. Les modèles de calcul actuels se basent sur des projectiles standardisés qui sont au nombre de 8, de G1 à G8. L’idée est de ne pas devoir refaire des calculs fous pour chaque nouveau projectile mais de se « raccorder » à un des projectiles standardisés.
Le coefficient balistique est la performance d’une ogive lors du tir, à maintenir sa vitesse, sa trajectoire, sa résistance aux vents latéraux et sa résistance dans l’air. Si l'ogive maintient bien la vitesse initiale, elle ira plus loin puisqu'elle décélérera moins vite. Ainsi sa résistance engendrée par la traînée sera minime.
En Europe, le coefficient est de 0,000 à 1,0. Un coefficient de 0,250 sera moins efficace qu’un coefficient de 0,550. En conclusion, plus le coefficient balistique est élevé, plus l'ogive ira loin avec une trajectoire plus tendue qu’avec une ogive qui aurait un coefficient balistique plus bas.
Au contact de l'air et des forces le contraignant dans son avancée vers la cible lointaine, le projectile dévie de sa trajectoire dans le sens de sa rotation. Il est clair qu'un projectile capable de conserver la stabilité tout au long de son vol ira plus loin et sera plus précis. C'est la capacité d'une ogive d'être le plus stable possible au passage de la vitesse supersonique vers la zone transsonique.
La charge idéale ou charge de tir est celle qui permet de tirer le meilleur parti d’une arme donnée en tenant compte de la valeur de la chambre où vient se loger l’étui de la cartouche mais aussi de l’état d’usure du canon. Son équilibre et sa précision découlent d’un choix raisonné des composants utilisés.
Comme le rechargement permet de disposer à volonté d’une très large plage de vitesses initiales et d’un vaste choix de composants, il est possible de régler la cartouche pour obtenir une excellente précision. Cela peut passer par le choix d’une poudre différente, par celui d’une longueur hors tout de la cartouche (et ipso facto de l’enfoncement de la balle dans l’étui) adaptée à la configuration de la chambre et du canon, par des changements de type d’amorce.
| Facteur | Description | Influence sur la Vitesse |
|---|---|---|
| Quantité de poudre | La quantité de poudre dans la cartouche. | Augmente la vitesse initiale. |
| Longueur du canon | La longueur du canon de l'arme à feu. | Augmente la vitesse jusqu'à un point optimal. |
| Coefficient balistique | Mesure de la capacité de la balle à se déplacer dans l'air. | Maintient la vitesse et la trajectoire. |
| Conditions environnementales | Vent, humidité, température. | Affectent la densité de l'air et la trajectoire. |
| Rotation du projectile | Stabilité du projectile assurée par effet gyroscopique. | Maintient la stabilité en vol. |
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