elicòttero
Indice
Descrizione generale
sm. [sec. XIX; dal francese hélicoptère, dal greco hélix-ikos, spirale+pterón, ala]. Aeromobile caratterizzato dall'impiego di uno o più complessi di pale rotanti (vedi rotore) che forniscono le forze necessarie alla sostentazione e alla traslazione, nonché parte almeno dei momenti aerodinamici utilizzati per il controllo dell'aeromobile. Alcuni dei principi fondamentali dell'elicottero sono stati addirittura anticipati da Leonardo da Vinci che li espose in vari suoi disegni; tentativi di realizzare un elicottero ebbero inizio con il finire del sec. XVIII (Launoy e Bienvenu, 1784) e proseguirono soprattutto a opera di G. Cayley (ca. 1810), E. Forlanini (1878), I. Sikorsky (1907), T. Karman (1915); negli anni Trenta C. D'Ascani, L. C. Bréguet, A. Flettner, E. Focke ottennero i primi veri successi; la definitiva affermazione dell'elicottero si ebbe però quando, nel 1941, I. Sikorsky realizzò e fece volare il suo VS 300, che anticipava in tutte le linee essenziali gli elicotteri monorotori attuali. Da allora l'elicottero si è imposto, data la sua possibilità di impiego su ogni terreno, anche in montagna, soprattutto per trasporti sia in campo civile sia in quello militare. Impiegato, infatti, limitatamente durante il secondo conflitto mondiale, fu poi sfruttato intensivamente a partire dalla guerra di Corea, quando interi battaglioni furono trasportati con questi mezzi su posizioni avanzate e inaccessibili ai mezzi consueti. Con maggior larghezza l'elicottero è stato impiegato nella guerra del Viet Nam. Tipico dell'elicottero è il sostenersi nell'aria, anche con velocità di traslazione nulla, sollevarsi e posarsi verticalmente; ciò è possibile perché la sua sostentazione e la sua traslazione sono ottenute grazie alle forze aerodinamiche prodotte dalla rotazione delle pale costituenti il rotore. Complessi problemi sorgono invece nel volo traslato veloce, in cui il rotore denuncia pesanti limitazioni. Inoltre, il simultaneo manifestarsi di fenomeni di comprimibilità e di stallo nell'elicottero in volo veloce, a causa della composizione della velocità di traslazione con quella che le estremità delle pale hanno per effetto della rotazione, limita considerevolmente la sua capacità di toccare elevate velocità, tanto che quella degli elicotteri moderni non supera il triplo di quella raggiunta dai primi prototipi. La potenza che il motore deve fornire a un elicottero per consentirne il volo è costituita dalla somma di diversi termini: la potenza indotta, legata alle variazioni di quantità di moto che il rotore determina nel flusso d'aria che viene accelerato dalle pale; la potenza di profilo, dovuta alla resistenza aerodinamica cui le pale sono soggette nel loro moto; la potenza parassita, dovuta alla resistenza che fusoliera, carrello e altre parti dell'elicottero (distinte dal rotore) incontrano nel volo traslato. A queste potenze deve poi aggiungersi quella necessaria al rotore anticoppiaresente), quella assorbita dai diversi impianti di volo e quella dispersa nei vari rotismi interposti tra unità motrice e rotore (e altri utilizzatori di potenza). La potenza indotta del rotore risulta massima quando l'elicottero è nelle condizioni di sostentazione a punto fisso, decrescendo quindi all'aumentare della velocità di volo traslato e diventando praticamente trascurabile nelle condizioni di velocità massima. La potenza di profilo cresce leggermente al crescere della velocità di volo, almeno fin tanto che non si raggiungono i limiti dello stallo sulle estremità delle pale retrocedenti e/o di comprimibilità su quelle delle pale avanzanti. La potenza parassita è funzione cubica della velocità, e quelle richieste dal rotore anticoppia e dai vari impianti di bordo possono, almeno approssimativamente, ritenersi costanti al variare della velocità. Sommando, per ciascuna velocità di volo, i corrispondenti valori di ciascuna delle potenze sopra citate si giunge alla determinazione della legge secondo cui varia, in funzione della velocità, la potenza necessaria al volo traslato orizzontale dell'elicottero, e, nota la potenza del motore, si possono determinare i valori della velocità massima in volo orizzontale dell'elicottero, della massima velocità ascensionale (direttamente proporzionale allo scarto tra potenza disponibile e potenza necessaria al volo, e inversamente al peso dell'elicottero) e delle condizioni di massima autonomia oraria e chilometrica. Dato che l'elicottero richiede una cospicua potenza nella sostentazione a punto fisso, la sua massima velocità di salita verrà sempre ottenuta in volo traslato e qualsiasi elicottero avrà conseguentemente due distinte quote di tangenza, di cui quella in volo traslato risulterà sempre più elevata di quella ottenuta nella salita verticale. Nel funzionamento del rotore a quote, rispetto al suolo sottostante, grosso modo dell'ordine del suo diametro si manifesta l'effetto suolo, che comporta cospicue riduzioni della potenza indotta e il parallelo manifestarsi di un'esuberanza della potenza fornita dal propulsore, che però scompare non appena l'elicottero sale fino a trovarsi fuori delle condizioni di effetto suolo. Si può così definire una quota di tangenza a punto fisso in effetto suolo che risulta più elevata di quella fuori effetto suolo.
Elicottero biturbina monorotore con rotore anticoppia di coda (italiano Agusta EH 101).
Agusta
Tecnica: le caratteristiche costruttive
Gli elicotteri moderni sono per la maggior parte del tipo monorotore, con rotore anticoppia in coda; esistono anche elicotteri con due rotori in tandem, disposti uno a prua e uno in coda, oppure muniti di due rotori coassiali controrotanti, di rotori affiancati o di rotori intersecantisi (noti anche come sincrotteri). All'inizio degli anni Novanta, con la certificazione dei primi modelli civili (McDonnell Douglas MD520N ed Explorer) è diventato una realtà operativa il sistema anticoppia NOTAR ( No Tail Rotor, senza rotore di coda) che utilizza la supercircolazione creata dal flusso d'aria generato dal rotore principale contro la trave di coda. Il sistema (più complicato e pesante del rotore di coda, anche se molto più silenzioso) regola intensità e verso della forza generata attraverso un flusso d'aria prodotto da una ventola intubata nella trave di coda e diretto tangenzialmente al flusso principale da un sistema di deflettori collegati alla pedaliera del pilota. Un altro tipo particolare di dispositivo anticoppia è il fenestron, installato su elicotteri di progettazione della francese Aérospatiale, e il suo equivalente fantail proposto su elicotteri di progettazione Boeing/Sikorsky, che consistono entrambi in un piccolo rotore intubato nella deriva. Nei casi sopracitati si è potuto quindi rinunciare al tradizionale rotore di coda, estremamente pericoloso per il personale a terra e durante le manovre a bassissima quota. Negli elicotteri monorotore il rotore anticoppia è necessario per compensare la coppia di reazione, cioè la coppia che il rotore principale esercita per reazione sull'unità motrice. Tale coppia di reazione ha sempre verso opposto a quello di rotazione del rotore, per cui, trasmettendosi dall'unità motrice all'elicottero, tende a provocarne la rotazione su se stesso. Da ciò l'installazione in coda del rotore anticoppia, che fornisce una trazione il cui momento, rispetto al baricentro dell'aeromobile, equilibra quello della coppia di reazione. Gli elicotteri si differenziano anche per le caratteristiche meccaniche dei loro rotori, ma come regola generale si può comunque ricordare che, in tutti gli elicotteri birotori, i rotori hanno versi di rotazione opposti, in modo da equilibrare automaticamente le coppie di reazione determinate dai rotori stessi; questa soluzione permette anche di giungere alla riduzione degli inconvenienti derivanti dal diverso comportamento aerodinamico delle pale avanzanti rispetto a quello delle pale retrocedenti. Le unità motrici adottate dagli elicotteri sono prevalentemente del tipo a turbina; le macchine più anziane e quelle di minor potenza sono però propulse da motori a pistoni. Sia per motivi di sicurezza, sia per poter disporre delle rilevanti potenze necessarie agli elicotteri di maggiori dimensioni, viene adottata anche la formula plurimotore. Pur utilizzandosi, come per l'aeroplano, strutture a guscio, i problemi strutturali dell'elicottero sono però radicalmente diversi sottostando tali veicoli a sollecitazioni in prevalenza di tipo vibratorio. La riduzione delle vibrazioni, che tra l'altro si traduce in minori sollecitazioni per le varie parti dell'elicottero, viene ottenuta sostanzialmente attraverso la tecnica del dosaggio delle rigidezze dei diversi organi ammortizzanti e dell'accurata prevenzione di ogni possibile fenomeno di risonanza. Assai diffuso è, ormai, l'impiego di leghe di titanio e di fibre impregnate. Notevoli i risultati raggiunti per ridurre sensibilmente il rumore prodotto dall'elicottero grazie all'adozione di speciali accorgimenti nella progettazione della macchina: per esempio smussando le estremità del bordo d'attacco delle pale (o addirittura realizzando pale con estremità a freccia, come sul Sikorsky S 67 Black Hawk); insonorizzando le prese d'aria dei turbomotori; orientandone opportunamente gli scarichi; riducendo la velocità delle estremità delle pale; aumentando il numero e la superficie delle pale stesse; in alcuni casi adottando rotori di coda quadripala, con pale non disposte a 90º l'una rispetto all'altra, ma a 60º e a 120º, per ridurre l'entità dei fenomeni di battimento. Per ciò che riguarda la propulsione, qualsiasi rotore, per poter funzionare in maniera efficiente, deve fornire, in condizione di volo stazionario, delle trazioni abbastanza rilevanti rispetto ai massimi valori ottenibili nell'esecuzione di evoluzioni e di volo traslato (indicativamente tra la metà e un terzo): come conseguenza risulta impossibile, per la quasi totalità degli elicotteri, poter giungere in volo ad accelerazioni superiori a 2 ~3 volte quella di gravità; analoga limitazione si riscontra conseguentemente anche nei carichi, per cui la struttura deve essere opportunamente dimensionata. I carichi ciclici determinati dal funzionamento del rotore e i sempre presenti fenomeni vibratori rendono inoltre l'elicottero molto sensibile a fenomeni di fatica e impongono una copiosa serie di esperienze e di prove sia per l'accertamento di una soddisfacente resistenza a fatica dell'elicottero, nel suo complesso e nei suoi singoli elementi, sia per determinare i termini della durata di “vita a fatica” delle varie parti. Tra i fenomeni vibratori tipici dell'elicottero vi è quello della risonanza a terra: questo, che è un pericoloso fenomeno vibratorio divergente, ha spesso determinato l'adozione di carrelli d'atterraggio relativamente rigidi. Vengono dunque utilizzati carrelli retrattili a ruote gommate, dotati di particolari ammortizzatori, sulla quasi totalità dei tipi destinati a velocità abbastanza elevate; i carrelli fissi, eventualmente a pattini, rimangono una caratteristica di macchine non troppo veloci, destinate a un servizio piuttosto rustico (lavoro e soccorso aereo, impiego bellico, ecc.). Gli elicotteri destinati a operare su distese liquide sono di regola muniti, ove già non siano di tipo anfibio, di galleggianti d'emergenza, che si gonfiano con estrema rapidità durante la discesa che precede l'ammaraggio di emergenza. Per migliorare le doti degli elicotteri vengono spesso adottati brevi moncherini di ala, che, offrendo una certa portanza nel volo traslato veloce, permettono di “scaricare” il rotore, migliorando l'efficienza del veicolo, dato che il rotore non è un organo idoneo a produrre un'adatta portanza nel volo veloce. Le congenite limitazioni del rotore impediscono, comunque, di migliorare sensibilmente i limiti di velocità massima: un notevole progresso si avrà quando sarà messa a punto la tecnica, in fase di sperimentazione, di utilizzare due rotori coassiali controrotanti, per eliminare parte almeno degli inconvenienti conseguenti allo stallo delle pale retrocedenti nel volo veloce (tecnica A.B.C., da Advancing Blade Concept, concetto della pala avanzante), nonché quando saranno perfezionati i rotori rigidi. Anche i classici rotori articolati possono fornire migliori prestazioni agli effetti della velocità attraverso un approfondito studio aerodinamico delle pale e la sostituzione delle tradizionali cerniere metalliche con cuscinetti elastomerici. Risultato dei progressi citati è che l'elicottero moderno, anche se esteriormente simile ai suoi predecessori, è in grado di offrire prestazioni e affidabilità sensibilmente migliorate.
Tecnica: il pilotaggio
Il mezzo impone che sia possibile controllare correttamente, sia pure entro limiti generalmente non troppo estesi, modulo e verso delle forze e dei momenti aerodinamici prodotti dal rotore (e dal rotore di coda, se presente); per ottenere questo risultato il pilota può variare il valore della trazione fornita dal rotore agendo sul comando del passo collettivo, mentre la direzione della trazione viene ottenuta controllando l'orientamento del rotore mediante il comando del passo ciclico, cioè facendo variare il passo delle pale durante la rotazione (il passo ciclico, in condizioni di volo stazionario, è identico per tutte le pale e ha valore medio nullo). Poiché, inoltre, il punto d'applicazione della trazione del rotore è sempre situato a una certa quota sopra il baricentro dell'aeromobile, ogni variazione di direzione della trazione, almeno nel caso dell'elicottero monorotore, risulta accompagnata anche dalla comparsa di momenti di beccheggio (se la trazione viene inclinata in avanti o indietro) e di rollio (se la trazione viene inclinata lateralmente); nel caso di elicotteri birotori in tandem, per quanto riguarda i momenti di rollio il problema non varia rispetto all'elicottero monorotore; i movimenti di beccheggio vengono ottenuti, invece, aumentando la trazione del rotore anteriore e diminuendo quella del rotore posteriore e viceversa. Nel caso invece di elicotteri birotori affiancati i momenti di beccheggio vengono ottenuti come negli elicotteri monorotore; si ottengono i momenti di rollio facendo variare in maniera antisimmetrica la trazione dei due rotori. Gli elicotteri con rotori coassiali si comportano, per quanto riguarda momenti di beccheggio e di rollio, come i monorotore. Il controllo del momento d'imbardata negli elicotteri monorotore è ottenuto facendo variare la trazione del rotore anticoppia; negli elicotteri birotori in tandem è ottenuto inclinando verso destra la trazione di un rotore, e verso sinistra quella dell'altro; negli elicotteri con rotori affiancati si esegue inclinando in avanti la trazione di un rotore e indietro quella dell'altro; negli elicotteri con rotori coassiali controrotanti è realizzato fornendo più potenza a un rotore (aumentandone il passo collettivo) e riducendo la potenza fornita all'altro (diminuendone il passo), in modo che le loro coppie di reazione non si facciano più equilibrio. Su tutti gli elicotteri il pilota dispone solo di una barra centrale (simile a quella degli aeroplani) per il comando del passo ciclico, i cui movimenti nel piano longitudinale determinano la comparsa di componenti di trazione pure nel piano longitudinale, mentre i movimenti nel piano trasversale determinano la comparsa di componenti laterali di trazione. Il comando del passo collettivo si ottiene agendo su una leva, posta a sinistra: sollevando la leva il passo aumenta, diminuisce abbassandola; la leva porta anche la manetta per governare la potenza fornita dal motore, dato che un aumento della trazione fornita dal rotore esige sempre un aumento della potenza a questo fornita e viceversa. I momenti di imbardata vengono comandati da una pedaliera. Poiché nel complesso descritto si hanno solo quattro comandi indipendenti (passo ciclico longitudinale, passo ciclico laterale, passo collettivo, controllo di imbardata), e viceversa un elicottero in volo possiede sei gradi di libertà (traslazione secondo tre assi ortogonali e rotazione attorno ai medesimi), è inevitabile che alcuni movimenti dell'elicottero esigano l'impiego di più di uno dei quattro comandi menzionati. Questa proprietà e l'intrinseca scarsa stabilità (che si cerca almeno in parte di correggere con impennaggi orizzontali e verticali e con particolari accorgimenti nell'architettura del rotore) sono le cause della maggiore difficoltà di pilotaggio dell'elicottero nei confronti dell'aeroplano. Caratteristica peculiare dell'elicottero è la capacità di eseguire discese in autorotazione: è però essenziale che le manovre necessarie per entrare in autorotazione (staccare la frizione che collega il motore al rotore e ridurre il passo collettivo di quest'ultimo) vengano eseguite in tempi sufficientemente brevi (pochissimi secondi), onde impedire che il rotore, frenato dalla resistenza aerodinamica delle pale e non ricevendo più potenza dal motore, cali di giri eccessivamente, finendo successivamente per arrestarsi. La minima velocità di discesa in autorotazione non si ottiene peraltro nella discesa verticale, ma per velocità sulla traiettoria grosso modo valutabili attorno ai 20 m/s, dato che in queste condizioni il rotore richiede una potenza nettamente inferiore a quella che occorrerebbe nel caso di traiettoria verticale. Le velocità di discesa che si hanno in autorotazione, dell'ordine dei 10 m/s, sarebbero peraltro ampiamente sufficienti a provocare la distruzione dell'elicottero nell'impatto con il terreno; il pilota deve quindi frenare negli ultimi metri della discesa aumentando il passo collettivo. Questa manovra di richiamata, per quanto semplice, richiede che la quota a cui viene eseguita sia valutata con notevole precisione, dato che una richiamata eseguita a quota troppo ridotta non consentirebbe di rallentare sufficientemente la discesa dell'elicottero, mentre una richiamata compiuta a quota troppo elevata porterebbe a un'eccessiva diminuzione dei giri del rotore e quindi a una successiva caduta dell'elicottero non più arrestabile. Poiché l'esecuzione delle manovre di entrata in autorotazione e di richiamata finale comportano inevitabilmente perdite di quota di una certa entità, e poiché l'energia necessaria per mantenere in moto il rotore durante la discesa in autorotazione deve necessariamente essere parte di quella, cinetica e potenziale, posseduta dall'elicottero, si può giungere a definire una curva, detta “dell'uomo morto”, che indica entro quali limiti di quota e di velocità occorre mantenersi per poter eseguire con successo la manovra di autorotazione. Il diagramma citato comprende anche un ramo di curva che indica come il volo ad alta velocità a quote molto ridotte si riveli estremamente pericoloso, dato che la notevole potenza richiesta per vincere le resistenze passive dell'elicottero (preponderanti nel volo veloce) determina, nel caso in esame, una perdita di quota estremamente rapida, che il pilota non ha normalmente il tempo di impedire.
Tecnica: gli elicotteri civili
Nel campo civile l'utilizzazione dell'elicottero resta limitata dagli elevati costi di acquisto e di gestione, nonostante la progressiva diminuzione degli oneri di manutenzione delle macchine moderne. Si va peraltro diffondendo l'uso degli elicotteri nel settore executive, grazie a macchine molto più confortevoli di quelle delle generazioni precedenti e progettate specificatamente per tale impiego. Non si è invece ancora arrivati alla diffusione dell'elicottero tra il vasto pubblico, come era stato preconizzato negli anni Quaranta, con la parziale esclusione del biposto Robinson R22 che, grazie alla sua estrema semplicità e al costo relativamente ridotto, nel corso degli anni Ottanta conosce un'ampia diffusione anche in settori nuovi per questo tipo di veicolo. Alla fine degli anni Novanta l'elicottero presenta tre tendenze principali di sviluppo. Nel campo degli elicotteri medio/grandi, e in quelli, comunque, dedicati al trasporto di passeggeri o eliambulanza, va affermandosi la tendenza agli elicotteri plurimotori, in grado di fornire adeguati margini di sicurezza in caso di arresto accidentale di una delle unità di potenza. In questo caso la maggior parte degli elicotteri continua a utilizzare due motori, e l'uso di configurazioni trimotori (EH Industries EH101) è limitato a causa dell'alto costo di sviluppo e di esercizio. Per i tradizionali elicotteri bimotori è ormai consolidata la tendenza all'escalation delle potenze installate le quali, a parità di modello, sono pressoché raddoppiate dall'inizio degli anni Novanta, grazie alla disponibilità di adeguate unità propulsive. È inoltre molto attiva la ricerca nel campo relativo al miglioramento dei livelli di comfort interno, con l'ambizioso obiettivo di eguagliare quella offerta dai turboelica impiegati nei trasporti regionali. Accanto al segmento delle macchine plurimotore dedicate al trasporto, il mercato del lavoro aereo e degli impieghi speciali ha visto affermarsi una nuova generazione di elicotteri monomotori, che comunque beneficiano dell'aumentata affidabilità delle nuove generazioni di propulsori. Anche in questo caso le nuove realizzazioni utilizzano una potenza quasi raddoppiata dell'unità propulsiva. Infine, il segmento degli elicotteri con motore alternativo, confinati all'uso per addestramento e per impieghi a basso valore aggiunto (ispezione di linee elettriche, metanodotti, agricoltura), accanto ai modelli più tradizionali, vede ormai consolidata la linea di prodotto Robinson, che ha affiancato il modello R44 a quattro posti al celeberrimo biposto R22. Insostituibile, e sempre in espansione, appare invece il ruolo dell'elicottero nell'impiego quale eliambulanza, i cui ridottissimi tempi di intervento costituiscono un importante fattore nella limitazione dei danni provocati dagli incidenti. La difficoltà o l'impossibilità dell'intervento in condizioni di maltempo o nelle ore notturne costituisce una pesante limitazione all'impiego di tali mezzi, anche se una serie di progetti dedicati mira a permettere le operazioni in ogni condizione meteorologica. In aumento inoltre gli impieghi speciali: oltre ai tradizionali campi quale il trasporto di materiali in montagna, lo spargimento di sostanze e l'agricoltura, spiccano un uso sempre maggiore nella lotta al crimine e le operazioni di lavoro aereo che prevedono il trasporto di operatori appesi a speciali gondole, per esempio per la manutenzione delle linee elettriche.
Tecnica: gli elicotteri militari
Nel campo militare, in aggiunta agli elicotteri da trasporto e da ricognizione, si sono ormai diffuse le macchine appositamente progettate per l'appoggio tattico, inizialmente in dotazione solo di poche forze armate, per le operazioni di attacco ed esplorazione, per il movimento di truppe, per compiti di trasporto di rifornimenti, evacuazione di feriti (medevac) e ricerca dispersi. Esempi di tali elicotteri sono gli statunitensi Cobra, già utilizzati nel conflitto del Viet Nam, e Apache, impiegati con successo nella guerra del Golfo contro l'Iraq nel 1991, nonché i russo-sovietici Hind e gli italiani Agusta 129. Per tali tipi di elicottero è ormai previsto non solo il classico impiego controcarro e di supporto ravvicinato ma anche l'uso contro altri elicotteri con impiego di missili aria-aria. Caratteristiche comuni ai nuovi elicotteri da attacco sono un cospicuo armamento, costituito da mitragliatrici e cannoni a elevata cadenza di tiro, di lanciagranate e di missili controcarro per lo più a guida laser; apparecchiature di puntamento estremamente sofisticate; l'adozione di ragguardevoli blindature a protezione dell'equipaggio, dei motori e delle parti vitali della macchina. Determinante importanza nell'impiego di elicotteri di questo tipo hanno le doti di manovrabilità e di accelerazione della macchina. Dopo la guerra del Golfo è poi cresciuta la necessità di equipaggiare gli elicotteri con sofisticata avionica digitale per la trasmissione di dati in maniera automatizzata alle altre unità di combattimento e ai comandi. Dopo alcuni esperimenti, nel 1994 ha effettuato le prime valutazioni operative il McDonnell Douglas AH 64 D Longbow Apache, equipaggiato con il radar millimetrico multifunzione Longbow in grado di fornire prestazioni rivoluzionarie in tema di scoperta del nemico e controllo del tiro e attrezzato in modo da dialogare automaticamente con i sistemi di distribuzione digitale delle informazioni tattiche (JTDIS e TACFIRE). Per quello che riguarda gli elicotteri dedicati a compiti generici, spicca l'NH 90, elicottero europeo medio da trasporto, costruito da un consorzio fatto da Agusta, Eurocopter e Fokker. L'NH 90, nella classe delle 9 t, presenta interessanti caratteristiche, quali la cellula realizzata interamente in materiale composito e i comandi di volo che utilizzano un sistema fly-by-wire. Ha effettuato il primo volo nel 1995. Grazie alla longevità propria della cellula di elicottero, è molto attivo il mercato delle modifiche di vecchi modelli, che attraverso la sostituzione dell'avionica, dei motori e spesso dei gruppi dinamici (trasmissione, mozzo) e del rotore, possono ritrovare prestazioni di tutto rispetto a una frazione del costo di acquisizione di una macchina moderna. Nel campo del trasporto pesante, malgrado i tentativi fatti, appaiono insostituibili i grandi successi del passato: il Boeing CH 47 Chinook o il trimotore monorotore Sikorsky CH 53, che vengono periodicamente ammodernati, con rifacimenti di notevole consistenza e introduzione di nuove tecnologie.
Tecnica: la ricerca
Lo sviluppo della tecnica elicotteristica ha continuato le tendenze già delineate alla metà degli anni Novanta: aumento delle prestazioni, diminuzione dei costi operativi e ampliamento delle missioni con lo sviluppo e l'installazione di equipaggiamenti specifici per il tipo di missione. Per quanto concerne le prestazioni, la tendenza è installare unità sempre più potenti, allo scopo di migliorare, oltre che le prestazioni in generale, anche quelle in caso di avaria a una delle unità propulsive (prestazioni OEI, One Engine Inoperative) sia attraverso l'imposizione di limiti di potenza temporanei più elevati (limiti dei 30 minuti, dei due minuti e mezzo e dei 30 secondi) per sopperire alle condizioni di emergenza, sia attraverso l'uso di dispositivi FADEC, che permettono l'ottimizzazione delle prestazioni del motore e la sua protezione automatica da usi non corretti. Negli elicotteri dotati di strumentazione di tipo EICAS, in caso di emergenza, gli strumenti si riconfigurano automaticamente per evidenziare al pilota la possibilità di impiego di questi margini temporanei. Dal punto di vista meccanico, la migliore qualità nella realizzazione delle scatole di riduzione (trasmissione principale e trasmissione rotore di coda) ha permesso il costante incremento degli intervalli di tempo tra gli interventi di revisione, abbassando in maniera sensibile i costi di manutenzione. Nel campo delle trasmissioni, il vero cuore dell'elicottero, è invece attiva la ricerca di soluzioni meccaniche che permettano di risparmiare peso e spazio occupato, principalmente attraverso la riduzione del numero di stadi di riduzione, ma anche attraverso l'adozione di sistemi di lubrificazione di elevata sofisticazione. Per quanto concerne i mozzi, i progetti adottano in maniera più o meno completa rotori rigidi, nei quali i movimenti della pala (cambio passo, flappeggio e brandeggio) avvengono tramite la deformazione elastica di elementi rigidi detti cuscinetti elastomerici. In alcuni casi, per esigenze di comfort (riduzione del livello vibratorio) per lo smorzamento dell'oscillazione di brandeggio è preferito, comunque, l'uso di tradizionali elementi oleodinamici. La ricerca è comunque molto attiva soprattutto per diminuirne il costo di realizzazione. Nel campo dei rotori è ormai affermato l'uso di materiali compositi nella fabbricazione delle pale, mentre il metallo permane solo in quegli elicotteri per i quali il basso costo rappresenta l'obiettivo principale. Di notevole importanza gli studi sul controllo del rotore, allo scopo di migliorarne le prestazioni e diminuirne rumore e vibrazioni. La ricerca ha come obiettivo l'allargamento del regime di rotazione di impiego, al presente confinato dal 96% al 104% del regime nominale di rotazione, per meglio adattarsi alle diverse esigenze operative. A questo scopo è necessario migliorare sensibilmente sia il controllo del flappeggio delle pale, sia l'erogazione di potenza. Nel primo caso le realizzazioni sperimentali utilizzano attuatori supplementari che operano in parallelo ai tradizionali comandi di passo ciclico, allo scopo di applicare alla pala leggi per il controllo del flappeggio considerevolmente più complesse. Nel secondo caso è previsto l'uso di comandi fly-by-wire per incrementare i margini di controllo e adattare sia l'autorità dei comandi sia le stesse leggi di controllo alle varie fasi del volo e alle condizioni istantanee, quali particolari combinazioni di potenza/velocità di rotazione del rotore, in modo da prevenire scadimenti della velocità di rotazione nel campo dei regimi proibiti.
Tecnica: l'avionica
Anche per gli elicotteri l'elettronica sta rivoluzionando le modalità operative. È fortissima la spinta all'allargamento dei margini per il volo strumentale, da sempre una sorta di tallone d'Achille delle macchine ad ala rotante, penalizzate dai problemi di stabilità e di formazione di ghiaccio. È inoltre molto attiva la ricerca sull'allargamento delle modalità di volo a vista, spesso l'unico possibile per le particolari modalità operative, attraverso l'uso di amplificatori di luce denominati Night Vision Goggles (NVG, occhiali da visione notturna) e, per il campo militare, dalla fusione di sensori attivi nel campo dell'infrarosso (FLIR, Forward Looking Infra Red, infrarossi per la visione anteriore) e radar digitali millimetrici. Ormai di vasta diffusione la strumentazione di tipo EFIS, facilmente adattabile alle varie tipologie di missione e meno sensibile alle vibrazioni e, soprattutto, l'uso di sistemi di navigazione satellitare che consentono all'elicottero un'effettiva parità con il mezzo ad ala fissa, parità fino a ora negata dalla difficoltà di ricezione delle radioassistenze a bassa quota. Allo scopo di migliorare gli aspetti legati alla sicurezza sono inoltre in fase di sviluppo specifiche versioni di dispositivi ACAS e TAWS.
Classi di prestazione
La spinta all'impiego di unità propulsive sempre più potenti deriva, oltre che dalla ovvia necessità di aumentare le prestazioni in generale, anche da quella di soddisfare le norme operative che, attraverso le JAR-OPS 3, sono state imposte all'intero settore del trasporto pubblico. Applicando gli standard derivati dall'Annesso 6 alla convenzione di Chicago, gli elicotteri vengono divisi in tre classi di prestazione. Alla Classe 1 appartengono tutti quegli elicotteri certificati in categoria A che, nel caso di arresto di uno dei motori in una qualunque fase del volo sono in grado o di continuare il volo o di atterrare nel punto da cui sono decollati (questo ovviamente se l'arresto avviene immediatamente dopo il decollo). Alla Classe 2 appartengono tutti gli elicotteri certificati in categoria A che, nel caso di arresto di uno dei motori si comportano come gli elicotteri di Classe 1, tranne che per due ristrette finestre temporali, immediatamente dopo il decollo e immediatamente prima dell'atterraggio, nel corso delle quali l'arresto di uno dei motori comporta necessariamente un atterraggio di emergenza. Alla Classe 3 appartengono tutti gli altri elicotteri, compresi i monomotori. La certificazione in categoria A (o equivalente) garantisce che l'arresto di un motore non ha alcun effetto sulle altre unità propulsive. Secondo la JAR-OPS 3 per l'impiego sulle aree popolate od ostili (aree dove risulta impossibile effettuare un atterraggio di emergenza in condizioni di sicurezza, quali boschi e montagne) è obbligatorio l'impiego di un elicottero in Classe 1 e 2, mentre l'uso di eliporti sopraelevati o su piattaforme petrolifere rende obbligatoria la Classe 1. Dalla definizione delle classi appare evidente che uno stesso elicottero che opera in Classe 1 può, all'aumentare del carico utile, della quota o della temperatura ambiente transitare nella Classe 2 o, in casi estremi, addirittura nella Classe 3.
Diritto
Il regime giuridico degli elicotteri è simile a quello degli aeroplani e degli altri aeromobili. Il principale obbligo consiste nella iscrizione al Registro Aeronautico Italiano, tenuto dal Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti, dalla quale derivano a carico del proprietario particolari diritti e doveri di carattere amministrativo. L'iscrizione deve avvenire entro otto giorni dal rilascio del certificato di navigabilità.
Problemi di sicurezza
Gli indicatori di sicurezza per gli elicotteri risultano essere nettamente peggiori rispetto a quelli relativi agli aeromobili ad ala fissa, con un rateo di incidenti mediamente 10 volte superiore e in assenza di tendenze al miglioramento consolidate. Ciò è dovuto, oltre all'intrinseca complessità del mezzo, anche al tipo di operazioni, che si svolgono a spesso bassa e a bassissima quota, in presenza di ostacoli e in condizioni atmosferiche proibitive. Tali peculiarità rendono difficile l'applicazione tout-court delle metodologie sviluppate per l'aviazione da trasporto (a cominciare da apparati quali ACAS e TAWS che necessitano di adattamenti specifici), che comunque rimangono valide nelle loro linee generali. Di spicco la definizione di sistemi HUMS (Health and Usage Monitoring System, impianto di controllo dell'uso e della salute) basati sull'installazione di vari tipi di sensori (soprattutto accelerometri) in grado di captare, attraverso appositi registratori, i livelli vibratori dei vari componenti meccanici. Dall'analisi di tali vibrazioni, e della loro evoluzione, si cerca di determinare le avarie incipienti, anche se i risultati ottenuti non hanno dato i risultati sperati.
Bibliografia
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