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Autorotazione

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In questo capitolo vediamo come anche per l'elicottero sia possibile "planare" senza motore e quali sono i problemi che si vengono a generare in particolari condizioni operative abbastanza tipiche.
Parliamo di
  • AUTOROTAZIONE
  • EFFETTO SUOLO
  • RISONANZA AL SUOLO
 

L'autorotazione

 

 

Come l'aereo in caso di guasto al sistema di propulsione l'elicottero è in grado di planare al suolo senza subire danni.

Durante il volo normale il rotore funziona grossolanamente come un ventilatore che "spinge verso il basso e all'indietro" l'aria, generando così una portanza (verso l'alto) e una trazione (in avanti).
Il motore trasmette una coppia (forza che fa girare) al rotore e c'è bisogno del rotorino anticoppia per garantire che siano le pale a girare e non la fusoliera.

 

Quando si ha un'avaria al sistema di propulsione o al rotore anticoppia il pilota "stacca" il rotore in modo che sia libero di girare e plana verso il suolo.
In questa condizione il flusso dell'aria arriva dal basso e viene deviato all'indietro, generando comunque una portanza ma non più una trazione.
In questa fase di volo non vi è coppia tra il motore ed il rotore da compensare, e quindi il rotorino di coda non serve (e non potrebbe comunque funzionare visto che tutta la trasmissione è stata isolata).

In pratica quando il pilota risolve che la situazione è tale da non poter più contare sulla propulsione per riportare al suolo il velivolo, procede "staccando" il rotore dalla trasmissione e quindi portando al minimo il passo collettivo.
In queste condizioni, col passo ciclico diretto in avanti, l'elicottero quindi si trova in condizione di volo traslato in discesa.
Per capire quello che succede occorre valutare a questo punto il flusso su tre zone diverse del rotore..
La zona centrale, circa sino al 20/25% del raggio del rotore, il flusso è tale che l'angolo di incidenza si trova ad essere talmente elevato da far si che la pala sia in stallo.
Da quel punto sino al 70/75% del raggio del rotore (zona AUTOROTATIVA) il regime del flusso è tale, visto l'alto angolo di incidenza dovuto alla bassa velocità di avanzamento della pala che si trova in una zona del rotore vicina al centro, da far si che la risultante totale delle forze aerodinamiche (portanza e resistenza) sia tale da essere leggermente inclinata in avanti, producendo una "trazione" che mantiene la rotazione del rotore.
Sul resto della pala (zona ANTIROTATIVA) si genera il resto della portanza che tiene in volo l'elicottero.
In questo modo il pilota può planare, traslando in avanti e ad alta velocità di discesa, sino in prossimità del suolo.
Agendo sul passo collettivo farà in modo da mantenere costante il numero dei giri del rotore (aumento il passo diminuisce il numero dei giri, diminuisco il passo aumenta il numero dei giri).
Giunto a pochi metri dal suolo effettuerà una richiamata sia sul passo ciclico che sul collettivo, sfruttando l'inerzia di rotazione del rotore per generare la portanza necessaria a fermare la discesa.
In pratica, se seguita bene, la manovra porta l'elicottero a posarsi al suolo con velocità di discesa e di traslazione prossima allo zero mentre le pale raggiungono l'incidenza di stallo e non hanno più la velocità per sostenere il velivolo.

AUTOROTAZIONE

RICHIAMATA IN RITARDO

AUTOROTAZIONE CORRETTA

AUTOROTAZIONE SULLA NEVE

  1. Il pilota realizza di non poter proseguire il volo con l'ausilio del motore e comincia la manovra di autorotazione: disconnette la trasmissione lasciando libero il rotore, porta il passo collettivo al minimo e il ciclico in avanti.
     

  2. Durante la planata, agendo sul passo collettivo, il pilota mantiene costante il numero di giri del rotore. Col passo ciclico manovra per raggiungere  (controvento) il punto scelto per l'atterraggio
     

  3. Il pilota richiama l'elicottero tirando indietro il passo ciclico, questa manovra porta ad un aumento del numero giri del rotore.
     

  4. Sfruttando l'inerzia del rotore il pilota agisce sul passo collettivo e inizia la "flare".
    La manovra deve essere adeguatamente coordinata perché non esiste alcuna possibilità di "riprendere", il rotore deve esaurire la sua inerzia quando il carrello tocca il suolo.
     

  5. L'elicottero tocca il suolo nel momento in cui il rotore non ha più l'inerzia per continuare a sostenerlo

 

Autogiro


 
L'autogiro è un velivolo, ideato da Juan da la Cierva, che sfrutta un rotore libero, in tutto simile a quello dell'elicottero, in perenne autorotazione per sostenersi, mentre utilizza un motore con una comune elica, normalmente spingente, per generare la trazione.
Non avendo una coppia motore/rotore non ha bisogno del rotorino anticoppia, pertanto adotta un timone verticale simile a quello dei velivoli ad ala fissa per la manovra attorno all'asse di imbardata.
Ovviamente non può volare a punto fisso o decollare in verticale, ma decolla con una breve rincorsa e può atterrare quasi in verticale.

 

Curva dell'uomo morto

Per operare con sicurezza il rotore deve sempre trovarsi in condizioni di velocità di traslazione e/o quota tali da poter entrare in autorotazione e completare la manovra di richiamo senza danni.
Se a punto fisso o lento occorre che sia abbastanza alto, se invece ha raggiunto una velocità sufficiente basta avere il minimo di quota per reagire ed eseguire la manovra di richiamo.
Il diagramma che si utilizza per rappresentare queste condizioni prende il pittoresco nome di "CURVA DELL'UOMO MORTO" per ricordare che fuori dai limiti tracciati le possibilità di sopravvivenza in caso di guasto sono molto molto basse.
Una tipica curva dell'uomo morto è tracciata a lato.
  • Qui l'area bianca D è quella entro la quale le caratteristiche di quota e velocità permettono di eseguire la manovra di autorotazione e richiamata.
     
  • Nella zona A la velocità è bassa e la quota non è sufficiente.
     
  • Nella zona B seppure la velocità sia sufficiente la quota è troppo esigua per poter eseguire la richiamata e soprattutto per "frenare" - il pilota si troverà a terra prima di aver avuto il tempo di reagire.
     
  • Nella zona C la velocità e la quota sono basse, l'elicottero non entrerà in autorotazione, ma il carrello e la struttura sono in grado di assorbire l'energia dell'impatto senza danni ai passeggeri..
     

Effetto suolo

Il rendimento del rotore cambia fortemente se l'elicottero si trova in prossimità del suolo.
Quando tra le pale e il terreno la distanza è sufficientemente bassa, tra il rotore e il suolo si genera una specie di "cuscinetto d'aria" che aumenta fortemente l'efficienza del rotore, permettendo all'elicottero di sostentarsi più facilmente che non in aria libera.

In pratica si impedisce la formazione di grandi vortici d'estremità, riducendo la resistenza indotta.
Quello che quindi è un fenomeno positivo, però, può diventare un problema quando sotto l'elicottero la superficie non è omogenea, ad esempio in atterraggio su una piattaforma sospesa (il ponte di una nave o il tetto di una casa) o in hovering in prossimità di un terreno in pendenza (capita spesso nelle operazioni di soccorso in montagna).

Risonanza al suolo

Quando l'elicottero è appoggiato sul terreno, può succedere che lo sbilanciamento del rotore dovuto al'avanzamento di una pala e all'arretramento dell'altra, permesso dalla cerniera di ritardo, provochi una variazione del centro di gravità del rotore.

In volo questo accade normalmente ma essendo la struttura libera di oscillare in aria, non si innesca alcun particolare fenomeno.
Quando invece i pattini sono appoggiati al suolo le oscillazioni vengono impedite e si trasformano in vibrazioni che possono entrare in risonanza con la struttura dell'elicottero e del carrello.
Se questo avviene la soluzione è dare gas e decollare istantaneamente, pena quello che si vede nelle due clip qui sotto.
A lato invece un inizio di "ground resonance" risolto dal pilota con il decollo immediato.

 

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