Referat: Karakteristik Senapan Per

Selamat Tahun Baru 2014. Semoga tahun ini menjadi tahun yang lebih baik bagi kita semua dan baik pula bagi perkembangan hobi yang kita cintai bersama ini.

***

Di Indonesia, senapan angin yang populer adalah senapan yang ditenagai oleh prinsip pneumatik. Senapan-senapan pneumatik ini bekerja dengan prinsip pelepasan tenaga udara yang dimampatkan. Baik senapan pompa, gejluk dan PCP semua bekerja dengan prinsip yang sama.
Sangat sulit untuk menemukan senapan per (sping piston) di Indonesia khususnya yang diproduksi di dalam negeri. Bahkan lebih sulit lagi untuk menemukan referensi yang dapat bercerita banyak mengenai senapan berjenis yang satu ini. Cara paling mudah untuk mempelajarinya bagi saya adalah, miliki satu senapan jenis ini lalu mempraktekan apa yang saya baca. Dengan demikian, pengalaman dalam menggunakan senapan jenis inilah yang akan menjadi guru saya. Tentunya dengan membandingkan dengan berbagai referensi dari berbagai sumber di dalam maupun di luar negeri.
Dalam artikel kali ini saya masukkan catatan saya yang saya rangkumkan dari pembelajaran saya mengenai karakteristik senapan per.

Senapan fixed barrel dan senapan break barrel yang saya miliki.

Senapan per sendiri adalah senapan angin yang bekerja dengan cara memukul mimis dengan udara mampat yang dihasilkan dari momentum suatu piston/seher. Senapan ini disebut juga sebagai senapan spring piston atau disebut juga springer. Oleh sebuah per, suatu piston di dalam tabung kompresi dilecutkan dengan kecepatan tinggi untuk kemudian memampatkan kolom udara dan mendorong mimis di depannya.
Senapan per relatif mudah digunakan karena hanya perlu sekali memompa (yaitu pada saat mengokang) dan tidak perlu peralatan tambahan seperti pompa eksternal atau tabung selam scuba seperti pada senapan PCP (gas) maupun peralatan internal yang berat seperti pompa internal pada senapan gejluk. Kerugiannya adalah senapan per menghasilkan suatu gerakan senapan yang unik yang dinamakan recoil di mana gerakan ini membuatnya lebih sulit dikuasai dan menuntut pemasangan rifle scope yang dirancang khusus untuk menerima gaya brutal akibat recoil ini.

Bagian dalam dari sistem pembangkit tenaga (powerplant) jenis senapan spring piston. Dari atas ke bawah dan kiri ke kanan: top hat, per utama, piston, spring guide, dan trigger unit. Diambil dari: http://www.pyramydair.com/blog/2012/02/the-spring-piston-powerplant/

Senapan per berdasarkan mekanisme kokangnya dibagi menjadi dua macam. Yaitu senapan patah laras (break barrel) dan senapan berlaras tetap (fixed barrel). Senapan break barrel adalah jenis rancangan senapan per yang paling efisien dan paling populer. Laras pada senapan jenis ini berfungsi ganda sebagai pengungkit untuk mengokang per senapan. Mimis pada senapan jenis ini langsung dimasukkan ke dalam pangkal laras (breech)  yang akan terbuka pada saat senapan dikokang. Sedangkan senapan fixed barrel adalah jenis senapan yang mana larasnya tidak berfungsi sebagai pengungkit per. Mimis dimasukkan ke dalam senapan jenis ini melalui komponen khusus yang berupa kamar bergeser (sliding chamber) seperti pada Weihrauch HW 77/97 dan Air Arms TX200 maupun piranti tap loader seperti pada BSA Airsporter.

Senapan per jenis patah laras. Tipe senapan tradisional dan terpopuler dari senapan per. Untuk mengokangnya kita perlu mematahkan larasnya. Diambil dari: http://www.moxyair.com/break-barrel-air-guns/

Senapan tipe fixed barrel dibagi lagi menjadi beberapa tipe berdasarkan letak lengan pengokangnya (cocking arm). Berdasarkan posisi lengan pengokang terhadap tabung kompresinya senapan per dibagi menjadi senapan underlever (di bawah) seperti pada Weihrauch HW 77/97 atau BSA Airsporter dan senapan sidelever (di samping) seperti pada Diana Mod 54 Air King. Dikatakan terdapat juga mekanisme toplever atau overlever (di atas) walaupun tidak populer dan akan merepotkan pada pemasangan rifle scope. Keuntungan jenis senapan ini adalah posisi laras yang selalu tetap terhadap kamar mimis sehingga dianggap lebih akurat. Kerugian dari mekanisme ini adalah tambahan beban pada total berat senapan akibat penambahan komponen pengokang.

Tipe senapan per laras tetap. Senapan jenis di atas memiliki tuas pengokang yang terletak di bawah kamar kompresi (under lever). Diambil dari: http://www.ukpreppersguide.co.uk/legal-weapons/best-air-rifle-for-survival-in-the-uk/weapons-air-gun-under-lever

Tipe senapan per laras tetap lainnya. Senapan jenis ini memiliki tuas pengokang yang terletak di samping kamar kompresi (side lever). Diambil dari: http://www.archerairguns.info/2012/02/sidelever-breech-kit-upgrade-for-qb78.html

Dari semua jenis senapan per ini, ada kesamaan karakter yang bisa didapati. Kesamaan karakter yang tidak didapati dari senapan angin jenis pneumatik. Beberapa yang bisa saya temui saya catat seperti di bawah ini.

1. Senapan Per mengalami Recoil
Recoil pada senapan per adalah gerakan mundur maju senapan akibat pergerakan piston oleh per. Sesuai dengan Hukum Newton Ketiga tentang aksi reaksi, maka suatu recoil adalah reaksi senapan terhadap gerakan piston dalam tabung kompresi. Gerakan ini terjadi dua kali dalam dua arah yang berlawanan. Gerakan pertama adalah reaksi terhadap gerakan maju piston di mana dirasakan ke arah belakang. Dan gerakan kedua adalah reaksi atas berhentinya piston yang dirasakan ke arah depan. Gerakan unik senapan per ini disebut juga sebagai double recoil.
Recoil ini sulit dibendung oleh penembak dan terjadi sebelum mimis meninggalkan laras. Saat recoil pertama terjadi, mimis bahkan masih belum bergerak. Dan pada saat recoil kedua terjadi, mimis juga belum keluar meninggalkan laras. Akibatnya posisi bidik senapan menjadi berubah dan akurasi bisa sangat terganggu pada pegangan senapan yang tidak tepat.

Ilustrasi recoil pada senapan per. (1) Per dalam keadaan terkokang. (2) Sear pada keadaan terbuka dan piston meluncur maju. (3) Terjadi akselerasi pada piston. Sesuai Hukum Ketiga Newton, timbul gaya reaksi yang mengarah ke belakang dan dirasakan sebagai recoil pertama. Mimis belum bergerak maju. (4) Piston tiba di ujung kamar kompresi dan mengalami deselerasi akibat meningkatnya tekanan udara. Timbul gaya penyeimbang yang dirasakan sebagai recoil kedua. Mimis masih belum pula bergerak. (5) Mimis mulai bergerak maju akibat inersia-nya dilampaui tekanan udara yang terbentuk. Selanjutnya tekanan udara kembali menurun akibat ruang yang tercipta dari majunya mimis dan terutama karena volume ruang yang tercipta akibat piston kembali bergerak mundur. Disarikan dari: http://www.arld1.com/pistonpelletdynamics.html

Recoil ini terjadi dengan daya yang besar dan terjadi dengan dua arah yang berlawanan. Pemasangan dan pemilihan rifle scope yang tidak memperhatikan fakta ini akan menyebabkan pergeseran posisi rifle scope dan bahkan kerusakan pada rifle scope itu sendiri.

2. Vibrasi/Buzz dan Twang
Pada saat per bergerak maju mendorong piston, per itu bukan hanya bergerak maju namun juga akan bergetar atau mengalami vibrasi. Vibrasi ini terjadi sangat cepat dan bahkan dikatakan sulit terlihat oleh kamera berkecepatan tinggi sekalipun. Walaupun tidak terlihat, namun tubuh manusia masih dapat merasakan adanya getaran ini terutama pada tangan dan pipi yang menempel di popor. Gerakan ini kadang kala dirasakan begitu kasar sehingga timbul sensasi nyeri pada tangan dan pipi kita.
Pada saat piston telah mencapai ujung lintasannya yaitu transfer port, maka terjadilah vibrasi lain yang lebih lambat dan dapat tertangkap oleh kamera berkecepatan tinggi.Vibrasi ini menyebabkan senapan bergerak ke sembarang arah dengan acak.

Pada per yang mangalami pemampatan akibat dikokang, seringkali per tersebut mengalami kelengkungan di berbagai bagian (kinking). Bila per ini dibiarkan meregang kembali, maka getaran akan terjadi. Diambil dari: http://www.pyramydair.com/blog/2012/03/resizing-a-mainspring/

Vibrasi terjadi juga saat per bergerak memulur kembali dan pada akhir lintasan per seakan-akan memecuti atau menampar piston. Akibat gerakan per memukul piston ini timbul suara berdenting yang disebut juga sebagai twang.
Beberapa cara digunakan untuk mengurangi getaran ini seperti penggunaan oli stempet/gemuk bernilai kekentalan tinggi pada per utama, menghaluskan komponen per dan piston yang bergesekan, dan pemasangan piston sleeve yang bertujuan merapatkan jarak antara diameter luar per dengan diameter dalam piston.

3. Sensitif terhadap Posisi Pegangan (Hold Sensitive) 
Pada saat recoil terjadi, gaya yang dialami oleh senapan akan menyebabkan senapan bergerak. Pergerakan linier (sepanjang garis lurus) suatu piston akan menyebabkan juga senapan bergerak secara radial (berputar) terhadap titik beratnya. Gerakan berputar senapan ini bertumpu pada pusat berat senapan dan dirasakan seolah senapan hendak mengarah ke atas pada recoil pertama dan menukik ke bawah pada recoil kedua.
Kecepatan gerak radial senapan ini dipengaruhi oleh moment putar senapan. Dikatakan senapan yang memiliki panjang langkah kompresi yang besar (long stroke), massa piston yang berat, dan berat total senapan yang ringan akan lebih mudah mengalami gerakan rotasi ini. Tidaklah mengherankan pada senapan bertenaga besar seperti Diana Mod 350 Magnum, yang memiliki long stroke dan piston yang besar, akan lebih sulit dikendalikan. Senapan jenis magnum ini dikatakan hold sensitive atau sensitif terhadap cara memegangnya.

Gerakan sebuah senapan per terhadap pusat gravitasi-nya (CG, center of gravity) akibat dinamika gaya yang dialaminya dalam siklus menembak. (1) Senapan berada di poros laras pada saat senapan siap ditembakkan. (2) Saat piston berakselerasi, gaya linear yang dimiliki piston menyebabkan juga senapan bergerak secara angular berpusat pada titik beratnya. Pada fase akselerasi, laras akan bergerak lebih tinggi dari poros laras mula-mula. (3) Mimis mulai bergerak maju saat piston mulai melambat (deselerasi). (4) Pada fase deselerasi, laras kembali bergerak turun menuju poros laras mula-mula. (5) Pada saat mimis meninggalkan laras, laras masih bergerak turun. Disarikan dari:  http://www.arld1.com/rifledynamicssmaller.html

Pada senapan per, biasanya tangan pemegang tidak ditempatkan pada titik pusat berat senapan. Hal ini untuk mengantisipasi gerak rotasi senapan. Pegangan senapan yang secara ringan diletakkan jauh di depan titik berat senapan disertai tahanan ringan pada bagian bahu yang menekan popor dikatakan akan lebih stabil dalam mengurangi liarnya rotasi senapan.

Cara memegang senapan per di mana tangan depan memegang senapan di depan titik pusat beratnya. Pegangan dibiarkan renggang untuk mengijinkan pergerakan senapan terjadi. Diambil dari: http://www.airgunsofarizona.com/hunting/2012/10/hunting-with-spring-piston-airguns/

Senapan jenis fixed barrel dikatakan kurang sensitif terhadap cara pegangnya. Hal ini disebabkan karena tambahan beban yang menyebabkan senapan jenis ini lebih sulit untuk digerakkan oleh gaya radial.

4. Senapan Per Menyebabkan Pembakaran Minyak
Udara yang dimampatkan secara cepat akan menyebabkan timbulnya panas akibat molekul udara yang saling bertubrukan. Pada  kompresi yang tinggi di mana volume udara mula-mula dibandingkan volume udara akhir terjadi dalam perbandingan sekitar 15:1 sampai 22:1, tekanan dapat meningkat menjadi di atas40 bar dan suhu udara dapat mencapai di atas 550 derajat Celcius. Tambahkan setetes minyak di dalamnya maka akan didapatkan suatu pembakaran spontan yang tidak membutuhkan percikan api. Prinsip inilah yang digunakan pada mesin diesel dan didapatkan pula pada senapan per. Fenomena pembakaran spontan ini dinamakan dieseling.
Tergantung jumlah bahan bakar yang tersedia, fenomena dieseling terbagi menjadi beberapa tingkat. Tingkatan yang terkuat adalah combustion dan detonation, di mana detonation adalah fenomena dieseling yang paling kuat. Pada detonation, senapan mengeluarkan suara yang sangat keras, banyak asap, dan bahkan dapat dijumpai kilatan api. Peristiwa detonation ini tidak diinginkan dalam senapan per karena menyebabkan kerusakan dini dari piston, per dan seal. Beberapa peristiwa detonation ekstrim yang pernah dilaporkan bahkan menyebabkan piston kembali terkokang dengan sendirinya akibat piston terlontar kembali ke belakang.

Peristiwa dieseling pada senapan per. Keluar asap pada ujung laras disertai timbulnya suara yang keras. Dieseling terjadi dalam beberapa tingkatan di mana sebagian besar senapan per dirancang untuk mengalami dan memanfaatkan dieseling. Video lebih dapat disimak pada: http://www.youtube.com/watch?v=u8h3v5TbFTQ

Bila terdapat peristiwa yang tidak diinginkan, berarti ada pula dieseling yang diinginkan. Dikatakan senapan per rata-rata mendapatkan manfaat dan tenaganya dari fenomena dieseling ini. Dikatakan dalam percobaan Cardew dengan senapan patah laras HW 35, senapan kehilangan tenaganya sebanyak 45% ketika fenomena dieseling ini dihilangkan melalui suatu perlakuan vakum. Jadi dalam tingkatan tertentu, dieseling ini dibutuhkan dan didukung oleh desain senapan. Dikatakan senapan perjenis sporter hampir semuanya mengalami dieseling. Sedangkan senapan jenis match tidak.
Suatu senapan per bisa seumur masa pakainya mengalami dieseling. Tidak heran setiap kali menembak senapan per dapat tercium bau minyak terbakar dan bahkan terus-menerus mengeluarkan asap halus. Hal ini terjadi karena memang diperlukan hanya sedikit bahan bakar untuk memicu proses ini. Bahan bakar yang dibutuhkan bisa didapatkan dari pelumas dan deposit minyak dalam seal piston. Dikatakan pelumas berbahan dasar petroleum atau minyak bumi mudah mengalami dieseling. Dan seal piston berbahan kulit dapat secara terus menerus memberikan bahan bakar yang dibutuhkan untuk dieseling. Di sisi lain, pelumas berbahan dasar silikon dan seal piston dari teflon/PTFE lebih sedikit menyebabkan dieseling.

5. Mimis Harus Rapat di Dalam Laras (Skirt Width Sensitive)
Dalam memilih mimis untuk senapan per, faktor dimensi atau ukuran mimis sangat berpengaruh dalam kecepatan dan akurasi senapan ini. Senapan per membutuhkan mimis dengan rok yang relatif besar dan kaku untuk memberikan fungsi penyekatan udara yang baik. Tidak seperti volume udara tekan pada senapan jenis pneumatik, senapan per hanya memiliki sedikit volume udara tekan dalam setiap siklus menembaknya. Konsekuensinya, mimis pada senapan per harus betul-betul menyekat udara yang terbatas volumenya ini untuk menciptakan tekanan optimal bagi mimis untuk melaju. Rok mimis yang terlalu sempit diameternya dan/atau terlalu tipis akan menyebabkan tekanan udara tidak terbentuk optimal dan kecepatan mimis melaju akan menjadi lambat. Dalam beberapa laporan juga disebutkan bahwa mimis yang terlalu kendor, dapat menyebabkan timbulnya detonasi yang dicirikan dengan getaran dan twang yang kasar. Hal ini akan menyebabkan usia pakai senapan menjadi berkurang akibat kerusakan dini pada piston dan per.
Selain ukuran diameter rok mimis, berat mimis juga sangat berpengaruh dalam efesiensi senapan per. Berat mimis yang terlalu ringan menyebabkan sedikitnya enersia yang dibutuhkan untuk menggerakan mimis maju. Tampaknya senapan per lebih menyukai mimis yang berat pada batas-batas tertentu. Dilaporkan juga pada mimis yang terlalu ringan, gejala vibrasi dan twang yang keras akan lebih terasa.
Dari paparan ini diketahui bahwa senapan per sangat sensitif terhadap diameter rok mimis. Untuk menentukan mimis terbaik bagi senapan per yang kita miliki, kita harus mencobanya sendiri dan merasakan bagaimana senapan kita bereaksi terhadap mimis ini.

6. Penempatan Mimis Berpengaruh terhadap Akurasi
Mimis pada senapan angin jenis per tidak diletakkan ke dalam laras dengan menggunakan grendel (bolt). Pada senapan jenis per, mimis biasa ditekan masuk menggunakan bantalan jari. Kedalaman mimis dan posisinya di pangkal laras bisa memberikan perbedaan yang signifikan terhadap akurasi. Salah satu masalah utama pada penempatan mimis yang tidak sempurna adalah fenomena skirt squish.

Dampak peletakkan mimis yang tidak sempurna dalam pangkal laras. Rok mimis tergencet oleh chamber saat breech block tertutup (skirt squish). Bayangkan akurasi yang didapatkan bila mimis meluncur dengan rok yang rusak seperti di atas. Diambil dari: http://www.pyramydair.com/article/How_to_load_pellets_in_airguns_Part_1_spring_piston_guns_November_2010/80

Fenomena skirt squish didapatkan pada senapan per jenis patah laras di mana mimis tidak masuk sepenuhnya dalam laras dan berakibat rusaknya rok mimis ketika breech block atau pangkal laras ditutup. Kerusakan mimis ini menyebabkan struktur pada mimis berubah dan menyebabkan akurasinya terganggu.
Cara terbaik untuk mencegah fenomena ini adalah dengan cara memasukkan mimis lebih dalam ke dalam pangkal laras. Hal ini bisa dilakukan dengan peralatan khusus yang dinamakan pellet seater. Pellet seater sendiri bisa digantikan menggunakan bolpoint yang dilepas tabung tinta dan mata penanya.

Mimis yang diletakkan secara aman di dalam pangkal laras. Sedikit kerugian volume ruang untuk menciptakan tekanan, namun keuntungan bagi akurasi. Diambil dari: http://www.pyramydair.com/blog/2012/05/air-venturi-bronco-with-optional-target-sights-part-3/

7. Panjang Laras adalah Kerugian
Seperti yang disinggung sebelumnya di atas, senapan per bekerja pada volume udara tekan yang sangat terbatas jika dibandingkan dengan senapan jenis pneumatik. Udara tekan yang berekspansi mendorong mimis pada senapan per akan cepat mengalami penurunan tekanan pada jarak tempuh mimis yang pendek. Dikatakan pada senapan pneumatik, mimis akan berakselerasi sepanjang laras apabila tekanan udara dan volumenya cukup. Namun pada senapan per modern, kecepatan maksimal mimis telah dicapai pada sekitar 10 inchi pertama dari panjang laras. Pada percobaan yang dilakukan Cardew pada tahun 1970, dikatakan mimis telah mencapai kecepatan maksimal pada 6 inchi pertama dari pangkal laras. Jika mimis telah mencapai kecepatan maksimalnya, maka sisa panjang laras selanjutnya hanya akan mengurangi kecepatan mimis akibat gesekan atau friksi dari permukaan dalam laras dengan mimis.

8. Per Mengalami Keausan dan Kelemahan
Senapan per tidak memiliki banyak seal untuk menjalankan fungsinya. Namun bagian yang rentan mengalami keausan akibat penggunaan jangka panjang (menahun) adalah pada bagian per utama (main spring). Kecepatan keausan ini akan didapati lebih cepat lagi apabila senapan dibiarkan terkokang lama tanpa ditembakkan. Dalam penyimpanan tidak disarankan untuk membiarkan senapan per dalam kondisi terkokang. Kondisi per yang lemah akibat keausan menyebabkan kecepatan mimis menjadi lambat.
Untuk mengatasi kelemahan per ini, jenis senapan yang menggunakan per gas telah beredar di pasaran. Pada jenis senapan ini, sebuah pegas yang terbuat dari tabung yang diisi gas menggantikan fungsi per keong/logam konvensional. Teknologi ini diadaptasi oleh Crosman sebagai NP (Nitro Piston) atau Gamo sebagai IGT (Inert Gas Technology). Penggunaan pegas bertenaga gas ini menjamin kekuatan per tidak akan menurun jika terkokang dalam waktu lama.
Namun permasalahan lain seperti ketahanan seal gas dan kerasnya recoil pada pegas jenis ini tidak serta merta membuat teknologi ini lebih unggul dan langsung dianut oleh semua pabrikan ternama. Per logam masih mendapat tempatnya di pengguna dan perancang senapan karena mudahnya pemeliharaan, murah dan karakteristik recoil yang dapat diantisipasi. Bahkan senapan terbaik dan relatif baru seperti Air Arm TX200 dan Walther LGV masih dirancang menggunakan per konvensional.

Gambar perbandingan penggunaan per konvensional (kiri) dan per gas (kanan) bagi senapan per. Suatu komponen mirip shock breaker menggantikan fungsi per logam tradisional untuk mendorong piston. Diambil dari:  http://www.airgunsofarizona.com/CrosmanNitroPiston.htm

Konsistensi adalah Kunci
Setelah mendapatkan paparan informasi seperti di atas, maka dapat disimpulkan perilaku menembak pada senapan per sangatlah dinamis. Senapan tidak akan pernah mau diam karena karakteristik senapan jenis ini memang begitu. Usaha untuk memperbaiki performa senapan ini tidak akan benar-benar menghilangkan gerakan senapan pada saat ditembakkan. Maka yang harus menyesuaikan diri adalah si penembak. Penembak harus dapat membuat setiap gerakan ujung laras dalam siklus menembaknya konsisten untuk mendapatkan grouping yang rapat.
Dalam menembak senapan per, kita tidak membuat senapan ini diam dengan menahannya sekuat mungkin menggunakan badan kita maupun alat bantu lain. Alih-alih kita membiarkannya bergerak sesuai perilaku alaminya dan kita hanya mengarahkan pergerakannya sekonsisten mungkin dengan pegangan yang renggang. Salah satu teknik yang terkenal untuk menguasai gerakan recoil senapan jenis ini adalah artilery hold.
Dalam menembak sebuah senapan per diperlukan praktek disiplin menembak yang lebih ketat agar ukuran group kita kecil dan sangat memungkinkan untuk nitik. Bagaimana mempraktekan settled in, melakukan kontrol pernafasan dan kontrol picu, dan mendisiplinkan diri untuk melakukan follow through. Istilah-istilah baru yang akan makan banyak tempat untuk dipaparkan dalam artikel ini. Mungkin akan saya rangkumkan lagi pada artikel selanjutnya.
Semoga berguna. Terbuka untuk masukan dan pertanyaan.