Billes et balistique

La mode étant à l'upgrade forcené, voici quelques infos qui pourraient remettre en question quelques idées reçues sur le sujet :)

Billes et canons

En moyenne les billes font 1/10em de mm de moins que le calibre du canon, donc, contrairement à une balle déformable qui force de manière étanche dans un canon sous-calibré, la bille Airsoft est rigide et rebondit d’un bord à l’autre du canon lisse. La fréquence des rebonds, chaotique au début, se réduit et se régularise au fur et à mesure de l’avancement de la bille, jusqu’à un point de stabilisation à partir duquel la fréquence de l'oscillation n’évolue plus (Mais sans disparaître tout à fait car elle est entretenue par le flux d’air passant entre la bille et le canon). Ainsi il est inutile de prolonger un canon au-delà de ce point, vous ne gagnerez rien en précision, voir même en perdrez un petit peu à cause des rebonds inutiles en fin de canon ! Le point de stabilisation dépend de la matière du canon, de son diamètre intérieur et de la sphéricité de la bille.

Une trop grande longueur pose un autre problème : La quantité d'air expulsé par la gearbox n'est plus suffisante pour remplir le canon. Par exemple, la gearbox Marui type 3 du Steyr Aug et son cylindre non percé envoie 22cm3 d'air à chaque tir, de quoi remplir un canon d'à peu près 80 cm de long. Si l'on tient compte des pertes de gaz au niveau du Nozzle et des fuites entre la bille et le canon, au delà de 50-60cm la bille ne sera plus poussée par le gaz et continuera sur sa lancée, dans ce cas précis la dépression provoquée par son déplacement va alors la ralentir par aspiration vers l'arrière ! Ce phénomène est classique sur les réplique à cylindre percé auquel on a ajouté un canon long...

A contrario, un canon trop court n'utilisera qu'une partie du gaz envoyé par la gb. Le rapport entre cylindre de gb et canon est de 13, c'est à dire qu'un déplacement de 1cm du piston = un déplacement de 13cm de la bille dans le canon (pour une gb Marui© type 3). Sachant que la vitesse nominale du piston est atteinte après le premier quart du déplacement, et que le point de stabilisation varie entre 35cm et 50cm suivant la matière du tube et son diamètre, un canon de moins de 25cm n'utilisera pas toute l'énergie de la propulsion et aura donc une portée et une précision plus faible.

Le système Airsoft ne fonctionne pas par pression mais plutôt selon un principe de vases communiquants. La bille immobile n’accumule pas de gaz comprimé derrière elle jusqu’à qu’elle soit expulsée en force du canon, en fait elle va avancer en synchronisation avec le déplacement du piston, avec un léger retard dû à sa masse et aux fuites d'air autour d'elle. Ceci est dû au fait que la bille est sous calibrée et se déplace librement dans le canon. Plus le canon est glissant et de qualité, plus la vitesse et la précision nominale sont atteintes rapidement, utile donc sur une réplique à canon court (Nbb, Gbb, certains Aeg). Plus la bille est lourde, plus la vitesse nominale est atteinte tardivement mais avec une plus grande stabilité, ce qui demande un canon plus long (Sniper).

Voici quelques informations sur les différents types de canons.

• Un canon en aluminium offre une surface peu glissante, chaque touché de la bille va consommer une partie de l’énergie et donner par frottement un effet aléatoire à la bille, d’où une trajectoire assez moyenne. Remarquez, pour les mauvais tireurs c’est bien car ça couvre une plus grande surface :)
• Le traditionnel canon en cuivre donne une bonne glisse, mais il est sensible aux rayures dues aux poussières, et les projections d'huile et de graisse en provenance de la gearbox ont tendance à coller à sa surface, il est donc important de le nettoyer régulièrement pour préserver sa précision. De temps en temps, un petit décapage à l'alcool à brûler lui donnera une nouvelle jeunesse (enlevez le hop-up à ce moment là)...
• Les canons revêtus de Téflon© donnent une glisse parfaite… mais peu durable. Suivant les marques la pellicule de plastique ne dépasse pas 2/100eme de mm et s’use parfois en moins de 2000 tirs en atmosphère poussiéreuse. L’usure n’étant pas homogène à cause des rebonds aléatoires, certaines parties resteront glissantes et d’autres accrocheront la bille, une fois usé le canon Téflon© devient moins précis qu’un cuivre standard... Pour être réellement efficace et durable le canon devrait être en Teflon© massif !
• L’acier inox ou chromé et poli donne une glisse excellente et durable. Réservé aux canons haut de gamme et habituellement chambré en 6,03 ou 6,04 mm, il apporte un supplément de précision sur les 2 premiers tiers de la trajectoire et une portée très faiblement supérieure mais coûte quand même le double d’un canon cuivre standard !
• Le passage d'un canon d'origine (en moyenne 6,15mm) à 6,03 mm ou 6,04 mm est rentable au niveau précision. Par contre le passage de 6.04 mm à 6.03 mm ne profite qu'aux répliques de Sniper dépourvues de hop-up et aux répliques à canon très court + hop up, genre nbb et gbb. Mais la différence est extrêmement minime et n'est perceptible que si vous utilisez des billes de bonne qualité et si vous n'avez pas trop forcé la dose au niveau du hop up. Dans les autres cas il n'y aura aucune différence, à part le prix !
• L’idéal serait un matériau extra dur, dense, à grain fin et poli. Ce matériau existe, c’est l’acier à canon pour RS ! Il n’est pas utilisé en Airsoft pour une question de coût car un tel canon coûterait plus de 150 euros pièce.

Une dernière chose : Ne huilez jamais votre canon ! Le résultat serait comparable à un tube en aluminium recouvert d’une couche de Téflon usé, freinant d’un coté et glissant de l’autre les billes subiront une série d'effets contradictoires et adopteront des trajectoires complètement aléatoires jusqu’à que l’huile soit entièrement évacuée… De plus, avec l'huile le hop-up devient totalement inopérant.

Le Hop-up

Ce dispositif permet de donner de l’effet au projectile et de le faire planer sur une trajectoire plate. En butant sur un joint caoutchouc qui dépasse légèrement au sommet du canon, la bille va tourner vers l’arrière sur son axe horizontal. Cette rotation augmente légèrement la pression de l’air sous la bille et la soutient durant son trajet. Ainsi la trajectoire n’est plus balistique mais tendue sur la première moitié du parcours, si bien sûr le hop-up est correctement réglé...

Le hop-up donne une trajectoire directe plus précise et facile à maîtriser à moyenne distance, mais pose d'autres problèmes :

• Le choc sur le joint absorbe une partie de l'énergie, et la contre rotation de la bille la freine en touchant la paroi basse. La portée sera donc réduite de quelques mètres.
• Il provoque une perte de précision dans la seconde moitié du trajet, car sous l’effet des rebonds aléatoires dans le canon, l’axe de rotation de la bille oscille en augmentant le volume de la traînée. Dès que la vitesse de la bille n’est plus suffisante pour contrer l'effet perturbant de la traînée aléatoire, la bille s’échappe de la ligne droite.
• L’effet hop-up est donc tributaire de la qualité du canon, qui doit être le plus lisse et le plus glissant possible pour ne pas interférer sur la rotation de la bille, mais il dépend aussi de la qualité de la bille car des imperfections de surface ou un centre de gravité mal placé provoqueront une rotation désordonnée et donc un tir imprécis. Dans ce cas extrême il sera préférable de ne pas mettre de hop-up du tout et de vous habituer au tir balistique, vous gagnerez en portée et en précision ! De toutes façons, même avec du bon matériel il vaut mieux peu de hop-up que trop.
• Un avantage important quand même : Bien réglé, le hop-up impose une direction et une valeur de rotation théoriquement égale pour toutes les billes. Sans hop-up, le sens de rotation de chaque bille est aléatoire car il dépend des différents chocs et rebonds à l'intérieur du canon. Dans ce cas là, et bien que cette rotation soit beaucoup plus faible que si elle était due à un hop-up, celle-ci finira par faire dévier légèrement la bille à partir des 2/3 du trajet.
• En résumé : Avec un hop-up bien réglé les tirs sont plus faciles et plus précis jusqu'à mi-distance puis dévient fortement au delà. Sans hop-up, les tirs sont moins faciles mais plus précis jusqu'au 2/3 du vol, puis dévient plus faiblement au delà. A vous de choisir en fonction de votre style de jeu... et de votre réplique :)

Vélocité et précision

Certains upgradent la puissance de leur réplique pour la faire tirer plus loin et plus précisément. Plus loin, certes, et encore pas de beaucoup… mais plus précisément ça reste à voir ! Passer une réplique de 310 fps à 350 fps fait gagner 7 mètres à une bille de 0.25gr, est-ce vraiment indispensable vu les distances de tir pratiquées en Airsoft ? Quant à la précision, c’est une toute autre histoire !

La forme ronde du projectile n’est absolument pas aérodynamique, la bille traîne derrière elle un remous aléatoire qui perturbera tôt ou tard sa trajectoire. Plus la bille est rapide, plus la traînée est importante et plus la déviation finale sera importante aussi. Quand la force perturbante de la traînée devient supérieure à l’inertie résiduelle due à la masse en mouvement, la bille sort de sa trajectoire.

Une augmentation de l’inertie du projectile améliore la précision, car plus une bille est lourde mieux elle résistera aux effets chaotique de la traînée et plus elle restera précise longtemps. De même, il est surprenant de constater que les billes 8mm ont une rotondité et une qualité de surface supérieure aux 6mm habituelles. Leur meilleur qualité de vol associée à une masse plus importante que la 6mm permet de penser que c'est le calibre idéal du sniper, bien que leur trajectoire soit plus lente.

Pour chaque masse de bille et chaque qualité de canon, une vitesse idéale équilibre les deux forces antagonistes : Plus rapide, la bille sera un peu plus précise sur la première moitié du parcours et beaucoup moins sur la deuxième. Plus lente elle sera plus précise, ira un peu moins loin et sera plus sensible aux éléments extérieurs (vent, feuille...). Le tout est de trouver le bon compromis poids / vitesse / canon !

Finalement le seul véritable moyen d’améliorer la précision est d’augmenter à la fois la vélocité ET la masse de la bille, mais dans ce cas la courbe des joules monte en flèche… A réserver aux Snipers donc.

Calcul

Finalement le calcul en Fps ne suffit pas pour définir une norme de sécurité sur un terrain, une limite en joule serait préférable car elle tient compte de l’impact réel et non plus d'une estimation variable suivant le projectile ou la réplique. Vous trouverez ci-contre un tableau de référence des différentes valeurs en joule suivant la bille et sa vitesse.

Et ci-dessous, différents outils concernant le calcul des joules de la vélocité ou de la portée, et d'autres services comme le temps de charge des batteries ou les conversions de mesures Anglaises <-> Françaises.

Arnie's Energy Calculator     Tux Toolkit      AsgCalc     Tableau Excel ci-dessus (complet)     Convertisseur de mesures Online

Bibliographie : Synophysique, de Claude Saint-Blanquet,
Mécanique des fluides et ondes mécaniques, de Lydéric Bocquet