I magnifici quattro: test con elastomeri di 4 diametri

Mi sono sempre chiesto quali possano essere le differenti prestazioni balistiche di un fucille subacqueo ( ed in particolare di un rollergun) usando elastici di diversa sezione. Già in passato mi ero cimentato in alcune  prove. In questa circostanza, grazie alla disponibilità di Itio Alemanni che mi ha fornito una serie di elastici di differenti diametri di uguale mescola, ho potuto condurre un test che spero possa essere utile per inquadrare meglio la questione.

E’ da premettere che il test ha uno scopo puramente “osservazionale” e pertanto non si prefigge di raggiungere conclusioni su quale diametro sia ottimale rispetto ad un altro. Probabilmente, anzi, non esiste un diametro migliore di un altro. Esistono forse condizioni in cui un diametro può avere una resa migliore rispetto ad un altro. 

Vediamo un pò come ho condotto il test.

Innanzitutto vi presento gli elastici di diverso diametro oggetti del test.

 

 

Si tratta di una mescola a mio avviso “reattiva” (termine ormai di uso comune, che indica più delle sensazioni personali che dei parametri specifici dell’elastomero).

Gli elastici hanno un foro interno che permette di caratterizzare l'elastico sia con diametro esterno che con uno interno.

Tali diametri sono stati misurati tramite metodica computerizzata in autocad.

Ciò  mi ha permesso di registrare variazioni submillimetriche difficilmente apprezzabili con una misurazione diretta.

 

 

Gli elastici sono stati quindi tagliati tutti in spezzoni di 50 cm (qui, con tutta la buona volontà ho comunque potuto registrare una mia certa imprecisione con una variazione di +/- 0,5 cm rispetto alla misura desiderata di taglio ). Ogni spezzone quindi poteva variare rispetto agli altri al massimo di un cm.

 

Gli elastici sono stati legati con il medesimo materiale e la medesima tecnica.

 

 

Alla fine della procedura di taglio/legatura ho ottenuto 8 spezzoni ( uguali a due a due ) con minime variazioni di lunghezza gli uni rispetto agli altri ( al massimo, come dicevo, un centimetro).

 

 

Gli elastici sono stati quindi testati per ricavare il relativo ciclo di scarico al fine di misurare direttamente  l’energia da essi immagazzinata.

Ho scelto di sottoporre ogni elastico ad un allungamento di 95,5 cm (di seguito spiegherò il perchè).

Tale allungamento corrisponde ad un fattore di 303%. Infatti, se dallo spezzone di 50 cm, sottraiamo 3 cm necessati per ottenere le due legature, otteniamo che la lunghezza da legatura a legatura è di 47 cm. Il rapporto 95,5 / 47 è 2,03 e tale rapporto è convenzionalmente indicato come 303%.

Il ciclo di scarico è stato calcolato dopo solo tre minuti dall’allungamento dell’elastomero.

Ho scelto tale arco temporale per simulare un tiro che viene effettuato subito dopo il caricamento come avviene, ad esempio, nel tirosub.

E’ importante dire che il ciclo di scarico è stato ottenuto con la medesima strumentazione e nella medesime condizioni ambientali ( Temperatura circa 30°C).

Ecco i risultati delle misurazioni sperimentali relativi ai vari spezzoni.

 

 

Non ho ricavato il ciclo di carico perchè ho proceduto all'allungamento dell'elastomero in un solo movimento, simulando il caricamento di un fucile e pertanto rendendo il ciclo di scarico quanto più veritiero possibile alla realtà del fucile subacqueo. Ciò che salta subito agli occhi è l’isteresi degli elastici derivabile dal calo dei Kg dopo tre minuti.

Per il fattore di allungamento testato l’isteresi ha un comportamento simile tanto per gli elastici più spessi quanto per i più sottili.

Il grafico che segue riporta il volume della parte sottoposta ad allungamento della coppia di elastici , espresso in cm^3, rispetto al diametro esterno dell'elastico.

 

 

E’ interessante notare di pari passo, nel grafico che segue, come vi sia una relazione direttamente proporzionale, a pari fattore di allungamento, tra volume dell’elastico ed energia immagazzinata.

 

 

Osservando bene il grafico si nota però un andamento non perfettamente rettilineo nel rapporto tra volume ed energia immagazzinata ( a pari fattore di allungamento).

In linea di massima però si può affermare che il quantitativo di energia immagazzinata è comunque volume dipendente ( oltre che logicamente fattore di allunagamento dipendendente).

Tale relazione segue lo stesso andamento sia se il volume è distribuito in un elastico a sezioni più piccole, sia se è distribuito in sezione maggiori.

Pertanto possiamo affermare che se due elastici più sottili, sono allungati allo stesso fattore di un elastico più spesso (ma volume  pari alla somma dei volumi degli elastici più sottili), le energie restituite saranno tendenzialmente uguali.

Per gli elastici in questione ho calcolato, a titolo di curiosità, che un ipotetico elastico di diametro esterno 20 mm ed interno 3,8 mm, avrebbe lo stesso identico volume di due elastici da 14,5 mm 

 e 3,8 mm e pertanto energie pressocchè uguali.

Sarebbe interessante indagare se l'isteresi complessiva di un elastico spesso rispetto a due più sottili ma di pari volume, sia anche paragonabile specialmente per tempi superiori ai tre minuti.

 

Quello che segue, invece, è il grafico relativo al rapporto Kg applicati / diametro elatico. Esso intercetta lo zero secondo un andamento verosimilmente curvilineo.

 

 

Il rapporto Volume/kg è riassunto nel seguente grafico:

 

 

Con il ciclo di scarico e relativi grafici si è conclusa la prima fase del mio test. Tale fase, diciamo statica, è servita ad acquisire le informazioni per condurre la seconda parte del test che ho definito “dinamica”.

La seconda parte del test è stata infatti condotta in vasca da tiro.

 

Ho montato gli elastici, logicamente in successione, sul mio rollergun XIPHOS 88 (qui in una foto di repertorio).

 

 

Gli elastici montati sul rollergun in questione sviluppavano una corsa di 95,5 cm ( ecco il perchè del fattore di allungamento usato per il ciclo di scarico).

Conducento i test in vasca ho potuto misurare ( col sistema della traccia audio ) la Vmedia a circa 4 mt dal bersaglio.

 

Dico circa 4 mt, perchè grazie all’ausilio di un software (kinovea), ho potuto misurare con precisione la distanza di tiro, rapportandola con esattezza alle misurazioni con traccia audio.

I risultati sono stati stupefacenti, poichè ho potuto ricostruire con pochi tiri, tratti della curva spazio/tempo per ogni elastico usato.

 

 

I dati di base della configurazione di XIPHOS erano i seguenti:

Corsa utile = 88 cm

Asta = 6,5 mm x 106 cm monoaletta

Peso asta =  272 gr

Elastici = 47 +/- 0,5 cm da legatura a legatura

 

Di seguito la tabella dei tiri effettuati ed il relativo grafico 

 

 

LEGENDA:

- Tempo di volo = tempo necessario all'asta per raggiungere il bersaglio ( unità di misura = secondi)

- Distanza = Distanza tra punta asta e bersaglio (unità di misura = metri)

- Bal_int = Tempo di balistica interna misurato tramite analisi della traccia audio (unità di misura = secondi)

- Vmedia_bal_int  = Velocità media raggiunta dall'asta durante la balistica interna e mkisurata da analisi traccia audio (unità di misura = metri/secondo)

- Vmedia = Velocità media dell'asta misurata tramite analisi della traccia audio (unità di misura = metri/secondo)

 

I dati ottenuti sono stati quindi oggetto di relativa modellizzazione con un calcolatore che ho sviluppato in excel e che grazie ad elaborazioni incrociate ho sempre più perfezionato nel corso degli anni.

In tal modo ho potuto “stimare” indirettamente l’energia cinetica iniziale dell’asta e rafforntarla alle misurazioni dirette che ho effetuato.

 

Ecco i relativi grafici:

 

Elastico 14,34 mm

Elastico 14,90 mm

Elastico 16,61 mm

Elastico 17,35 mm

 

In particolare ho riscontrato un’ottima corrispondenza tra l'energia cinetica stimata dell'asta e le energie misurate dal ciclo di scarico dei rispettivi elastici. 

 

 

Infine il grafico che riassume le velocità medie ( a 4 metri misurate con traccia audio) e le velocità massime (stimate) raggiunte con le 4 coppie di elastici:

 

 

Grazie alla stima delle energie cinetiche ho potuto altresì ricavare il rendimento del rollergun in funzione dell’elastomero usato (tra il 42 ed il 48%). Gli elastici più sottili hanno un rendimento lievemente superiore a quelli più spessi, presumo in relazione alle minori velocità raggiunte dall'asta  e quindi ai minori attriti idrodinamici sviluppati.