CAPITOLO 18 I SISTEMI DELL AUTOGIRO Di autogiri ne esistono di tutti i tipi e la gamma spazia dalle costruzioni amatoriali ai velivoli certificati. Parimenti è altrettanto vasta la gamma dei sistemi impiegati nei vari progetti. Per assicurare l idoneità al volo del vostro velivolo è importante che comprendiate a pieno il progetto ed il funzionamento dei vari sistemi impiegati in esso. SISTEMA DI PROPULSIONE Attualmente, la maggior parte degli autogiri, utilizza motori alternativi, installati in configurazione propulsiva, che trainano un elica a velocità fissa o costante. Di solito i motori utilizzati per gli autogiri di costruzione amatoriale sono motori automobilistici o simili di provata efficacia adattati all uso aeronautico. Solo alcuni autogiri amatoriali utilizzano motori ed eliche certificati FAA. I motori automobilistici, come altri tipi di motori adattati per l installazione su autogiro, operano ad alti giri, risulta quindi necessario l utilizzo di riduttori per diminuire l impulso in uscita verso l elica. I primi autogiri utilizzavano motori aeronautici già disponibili con eliche trattive. Vi sono ancora autogiri amatoriali così configurati, possono montare motori certificati o non certificati. E anche possibile l utilizzo di turbo-eliche o motori da jet ma non risulta ci siano attualmente autogiri con queste dotazioni. SISTEMA ROTORE SISTEMA ROTORE SEMIRIGIDO Qualsiasi rotore adatto all autorotazione è utilizzabile sull autogiro; ciononostante, quello semi-rigido con testa oscillante è il più utilizzato, data la sua semplicità. Eccone una tipica configurazione (Fig. 18-1): Piastre di testa: supportano il collegamento tra il blocco di testa ed il blocco cuscinetti, attraverso il perno di oscillazione di flappeggio. Blocco di testa: provvede al collegamento tra le pale, ad esso ancorate mediante i mozzi ad asta, alle piastre di testa, in modo che sia garantito il sottocarico 1. Mozzo ad asta: supporta il collegamento tra pala e blocco di testa, garantendo l angolo di pre-cono 2, determinato in fase progettuale in base alle stime del peso delle pale, della velocità del rotore e del carico a cui il rotore sarà sottoposto. Blocco cuscinetti: assicura la libera rotazione del rotore intorno al bullone perno attraverso il Piastre di testa Blocco di testa Mozzo ad asta Blocco cuscinetti Bullone Perno Laterale Bullone d oscillazione Bullone Perno Tubo di torsione Bullone perno avanti-indietro [Fig. 18-1] Il sistema semi-rigido a testa oscillante è comune alla maggior parte delle costruzioni amatoriali. Il movimento del mozzo e delle pale rotore è ottenuto attraverso il bullone d oscillazione quale tutta la struttura dell autogiro è sospesa al rotore. Perni di rotazione avamnti-indietro e laterale : costituiscono il giunto di collegamento tra il Bullone Perno e la struttura portante dell autogiro, disegnato in modo da garantire adeguata libertà di orientamento del piano rotore rispetto alla struttura portante. Tubo di torsione: è in frapposto tra il giunto di collegamento edil blocco cuscineti, per collegare la testa del rotore alla catena di comando del passo ciclico e garantire così il contorllo di beccheggio e di rollio. SISTEMA ROTORE TOTALMENTE ARTICOLATO Il sistema rotore totalmente articolato si trova solo su alcuni autogiri. Come per i sistemi rotore degli elicotteri, il sistema articolato permette la variazione in volo del passo delle pale. Questo sistema 1 Sottocarico- Caratteristica progettuale che fa si che la distanza, tra l asse del mast rotore ed il centro di massa di ogni pala rotore, resti costante quando le pale oscillano. Questo previene che la velocità del rotore sia influenzata dall effetto di Coriolis. Il sottocarico è spiegato nel Capitolo 3 Aerodinamica del volo, Effetto di Coriolis (Legge di conservazione del Momento Angolare) 2 Pre-cono deflessione angolare verso l alto delle pale rispetto al mozzo. 18-1
risulta molto più complesso della testa oscillante dato che necessita di cerniere che permettono il flappeggio delle singole pale e che permette inoltre il passaggio o il ritardo delle singole pale indipendentemente. [Fig. 18-2] Quando utilizzato su un autogiro il rotore totalmente articolato è estremamente simile a quello di un elicottero come spiegato nel Capitolo 5 Sistemi dell elicottero, sistema rotore principale. Uno dei vantaggi principali dell utilizzo di un rotore totalmente articolato negli autogiri, è quello di poter effettuare il decollo saltato. Le caratteristiche rotore richieste per poter eseguire un decollo saltato sono: avere un comando del passo collettivo, pale con una sufficiente inerzia ed un sistema di prerotazione capace di prerotare ad un numero di giri equivalente al 150% del numero di rpm normali di volo. L utilizzo di pale con una grande inerzia potenziale è desiderabile nell elicottero ed è necessario per il decollo saltato dell autogiro. Non si troverà mai un elicottero il cui sistema mozzo permette rotazioni di oltre il 50% in più di quelle normali per il volo, questa caratteristica identifica la testa rotore di un autogiro adatto al decollo saltato (altrimenti molto simile a quella di un elicottero). PREROTAZIONE Il rotore dell autogiro deve raggiungere la velocità di rotazione atta a creare al necessaria portanza prima del decollo. Sui modelli d autogiro più basici si usa iniziare far girare il rotore a mano, si procede poi al rullaggio con il rotore in avanti in modo che il flusso d aria passi attraverso il rotore accelerandolo fino ai rpm di volo. I più moderni autogiri sono dotati di prerotazione, ossia di un sistema meccanico che fa girare il rotore. La maggior parte degli impianti di prerotazione fanno raggiungere al rotore solo una parte dei giri necessari per il volo, il resto della velocità si raggiunge rullando o nella corsa di decollo. Data [Fig. 18-2] - Il rotore articolato permette al pilota di eseguire le variazioni di passo delle pale necessarie per il decollo saltato [Fig. 18-3] - La prerotazione meccanica utilizzata da molti autogiri utilizza una frizione posta sull albero dell elica ed un albero flessibile che dall elica va al mast rotore. Quando inserita il bendix fa girare la corona dentata posta sul mozzo rotore l ampia gamma di sistemi di prerotazione è necessario familiarizzare con il particolare sistema utilizzato e con le sue tecniche d utilizzo. PREROTATORE MECCANICO I sistemi di prerotazione meccanici sono solitamente azionati attraverso frizioni o con cinghie, una trasmissione, e possono avere un albero di trasmissione che trasmette la potenza dal motore al rotore. Sulla molti autogiri la frizione assorbe potenza che trasmette all albero che a sua volta passa la potenza al rotore attraverso un bendix di tipo automobilistico che agisce su una corona dentata. L impianto di prerotazione degli autogiri che possono fare il decollo saltato è simile al treno d ingranaggi che traina il rotore principale di un elicottero, tuttavia funziona solo quando il velivolo è a terra. Gli autogiri non hanno un sistema anti-coppia come gli elicotteri e serve quindi che il velivolo sia a terra affinché il contatto con la terra stessa compensi la coppia generata dalla prerotazione stessa. Se nel progetto dell autogiro è previsto il decollo saltato, i giri rotore raggiunti prima che il velivolo si stacchi da terra devono essere tali affinché l energia del rotore sopporti il velivolo attraverso la fase di accelerazione del decollo. Questa combinazione dei sistemi rotore e prerotazione utilizza la trasmissione solo quando il velivolo è a terra, la trasmissione viene poi scollegata dal motore e dal rotore durante il volo. PREROTATORE IDRAULICO IL sistema idraulico di prerotazione utilizzato sugli autogiri utilizza la potenza motore per attivare una pompa idraulica che a sua volta aziona un motore idraulico che collegato al rotore con un bendix 18-2
di tipo automobilistico [Fig. 18-4] Questo sistema implica anche l utilizzo di una qualche frizione e di un regolatore di pressione incorporati nel sistema. [Fig. 18-4] Questa prerotazione utilizza cinghie sul mozzo elica per trainare la pompa idraulica, che fa muovere un motore idraulico sul mast rotore PREROTATORE ELETTRICO Il prerotatore elettrico dell autogiro utilizza uno starter automobilistico con un bendix e una corona dentata montata sulla testa rotore a cui trasferisce il moto[fig.18-5] Questo sistema, indubbiamente semplice e di facile utilizzo, dipende troppo da un adeguata alimentazione elettrica. Utilizzare un metodo dall avvio così dolce allevia i problemi derivati dall alta torsione imposta da altri sistemi per iniziare la rotazione del rotore. Questo sistema invia impulsi elettrici allo starter per circa 10 secondi prima di fornirgli energia continuativamente. JET ALLE ESTREMITA Talvolta per prerotare sono stati collocati dei jet alle estremità delle pale, in alcuni casi utilizzati anche per [Fig. 18-5] Il prerotatore elettrico è semplice e facile da utilizzare, ma necessita di adeguata alimentazione elettrica permettere il volo stazionario. Questo sistema non richiede ne trasmissioni ne frizioni. Il vantaggio è che tale sistema non procura stress da torsione alla struttura ed inoltre il rotore può essere spinto durante il volo per aumentare il rateo di salita ed anche per effettuare il volo stazionario STRUMENTAZIONE La strumentazione è generalmente condizionata dalla complessità dell autogiro su cui è installata. Alcuni autogiri raffreddati ad aria o liquido possono avere strumentazioni molto semplici. STRUMENTI MOTORE Tutti, anche i più semplici, motori necessitano, per il funzionamento in sicurezza, di strumenti per il monitoraggio. Temperatura del liquido refrigerante, temperatura delle teste cilindri, temperatura e pressione olio, temperatura aria carburatori, temperatura gas di scarico, tutti questi danno indicazioni dirette del funzionamento del motore e possono essere indicati. Solitamente la potenza del motore è monitorata con un indicatore di rpm o, su autogiri con elica a velocità costante, con la MAP. 18-3
CONTAGIRI ROTORE La maggior parte degli autogiri è dotata di contagiri rotore. Dato che generalmente il pilota non ha il controllo diretto dei giri rotore durante il volo, tale strumento trova la sua massima utilità durante la corsa di decollo, per determinare quando la velocità del rotore stesso è sufficiente a garantire la portanza. Se tale indicatore non è presente, è necessaria molta più abilità da parte del pilota che deve percepire i giri rotore prima del decollo. Alcune manovre in autogiro richiedono inoltre la conoscenza della velocità del rotore. Un esempio è il decollo saltato quando l autogiro è dotato di passo collettivo, in questo caso è necessari avere un energia rotore sufficiente per eseguire la manovra. Quando sono disponibili sia il contagiri rotore che il passo collettivo si può ottenere la miglior efficienza dell operatività del rotore utilizzando i giri rotore praticamente più bassi.[fig. 18-6] [Fig. 18-6] Se presente, un contagiri rotore, risulta molto utile per determinare quando il rotore arriva a un numero di rpm sufficiente per il decollo INDICATORE DI SCIVOLATA/DERAPATA Un filo sul naso dell autogiro ed un inclinometro convenzionale sono sistemi spesso adottati sugli autogiri per aiutare a mantenere un volo coordinato. [Fig. 18-7] ANEMOMETRO La conoscenza della velocità anemometrica è essenziale ed il modo più semplice è avere una lettura da un anemometro progettato per l accurato funzionamento alle basse velocità. [Fig. 18-7] un semplice filo attaccato vicino al naso dell autogiro in posiziona tale da essere visibile per il pilota è uno dei sistemi più spesso utilizzati per indicare la rotazione sull asse di imbardata. Si può utilizzare anche l inclinometro. Per molti autogiri sono stati adattati degli indicatori di velocità del vento. Dove manca l anemometro, ossia in qualche costruzione amatoriale estremamente basica, è necessario che il pilota sia dotato di senso Q ( sensazione dell impatto dell aria contro il proprio corpo) ALTIMETRO Per molti piloti è molto difficile stimare accuratamente la quota rispetto al suole quando distano dal suolo stesso più di qualche centinaio di metri. Un altimetro convenzionale può fornire un buon riferimento quando la quota è tale da ridurre le percezioni umane. STRUMENTAZIONE PER VOLO IFR Gli autogiri che intendano volare in condizione strumentale devono essere adeguatamente dotati di strumenti di volo e navigazione. Proprio come gli aerei. Sono davvero pochi gli autogiri con dotazioni idonee a questo tipo di situazione. La maggior parte degli autogiri non risponde alle caratteristiche di stabilità necessarie per ottenere il permesso di volo IFR pilota solista. Quando si saranno sviluppati autogiri più grandi e avanzati sarà necessario prestare attenzione anche a quanto connesso con il volo IFR. MANOVRABILITÀ A TERRA L autogiro può muoversi a terra in modo simile a quanto fanno gli aerei. Il più comune metodo di controllo a terra è costituito da un ruotino anteriore sterzabile, talvolta combinato con ruote principali fornite di freni differenziali. [Fig. 18-8] L utilizzo di freni indipendenti sulle ruote del carrello principale permette la frenata differenziale, o comunque la differenza di forza frenante sulle due ruote permette di sterzare stretto. Su alcuni autogiri il ruotino anteriore è dotato di freno operato con pedali che sostituisce il freno sulle ruote principali. La limitatezza di questo sistema è connessa 18-4
al fatto che normalmente il ruotino anteriore sopporta solo una piccola parte del peso dell autogiro, riducendo l efficacia di questo sistema frenante. Inoltre in questo caso non è possibile utilizzare freni differenziali del raggio di sterzata a terra aumenta. Durante la movimentazione a terra bisogna dare speciale considerazione alle pale rotore, se ruotano possono costituire un pericolo per coloro e per ciò che è vicino. Molti autogiri hanno un sistema di freno rotore che può essere utilizzato per rallentare il rotore dopo l atterraggio o per fermare le pale quando l autogiro è parcheggiato. Un autogiro non deve mai essere lasciato parcheggiato con le pale libere dato che anche solo un leggero soffio di vento può farle girare o flappeggiare. 18-5