EJ440 ElectroJet

L'EJ440 cosi come l'EJ450 fa parte di una serie di progetti derivanti dalla combinazione del EJ110 ed il modello parallelo leggermente più grande: l'EJ150. Entrambi monoposto e progettati tra il 2013 ed il 2014 come alternativa logica dei progetti precedenti a rotore basculante della serie CellCraft ma anche come potenziali progetti specifici con proprie caratteristiche grazie al risultato di sperimentazione attraverso due piccoli quadrirotore a controllo remoto, costruiti nel Gennaio del 2011, (Icarus) e nel febbraio del 2013 (Phegasus) che mi hanno dato la possibilità di verificare attraverso modelli di dimensioni ridotte, parte delle tecnologie che si potranno sviluppare in futuro su macchine in scala maggiore. Al momento sono in corso altri quattro progetti, uno dei quali a controllo remoto per applicazioni civili, dotati di rotori semi basculanti ad arco limitato, ma in tale proposito una apposita sezione verrà dedicata a queste macchine.

Il principio fondamentale sul quale si basano tutti i velivoli EJ (Electro-Jet) rimane comunque lo stesso da sempre in tutti i miei progetti sin dal 1996. Anche in questo caso si promuove avidamente la configurazione che ho battezzato con il termine di ERTLA (Electro-Rotor Transmission Less Aircraft) o TLA (Transmission Less Aircraft), cioè aeromobili non dotati di alcun sistema di trasmissione meccanica. Su questi velivoli non sono presenti organi meccanici come scatole di riduzione; alberi; ingranaggi etc, ma solo rotori elettrici, composti da motori elettrici ad induzione trifase a controllo digitale e di un sistema di gestione del volo automatico chiamato AFC (Automatic Flight Control).
Questo concetto nasce nel 1996 con il mio primo progetto, il G150 CellCraft, un aeromobile quadrirotore ad anelli basculanti, il primo progetto al mondo di velivolo ad elettro-rotori ed il DDRH(DDVL) che era invece un birotore con basculamento ad arco limitato ed anelli rigidi.

Anche con i progetti EJ (Electro-Jet) l'idea di base rimane fedele al concetto ERTLA, essi però si differenziano dagli altri aeromobili per avere una configurazione ad anelli rigidi, solidali con la fusoliera, con architettura a quattro elettro-rotori.

Comportamento

Prima di proseguire oltre è molto importante sfatare alcuni miti, che vedono le macchine multi rotore estremamente stabili; Ciò è assolutamente falso!
Un multi-rotore è estremamente instabile in natura, poiché la rotazione dei quattro rotori (o più) produce quattro coppie differenziate, che si influenzano o "disturbano" a vicenda, rendendo il controllo dell'imbardata praticamente impossibile; se effettuato manualmente. Un ulteriore fattore di instabilità è dato dalla variazione della portanza che si forma su ognuno dei rotori e dalle turbolenze che essi producono, con disturbi ed interferenze aerodinamiche che coinvolgono tutti e quattro i rotori. Nelle prime sperimentazioni avvenute negli anni cinquanta i velivoli a multirotore richiedevano l'impiego di quattro piloti per un controllo efficiente della stabilià che rimaneva sempre piuttosto confinato a voli brevi entro certe limitazioni.

Sin dal primo progetto del G150 nel 1996, mi ero reso conto di questi fenomeni, sebbene li avevo affrontati in buona parte in maniera teorica sia attraverso dei semplici modelli matematici, sia con la costruzione di piccoli prototipi in scala che non erano in grado di volare fissati sul piano di in una piccola galleria del vento auto costruita. La mia unica possibilità di analisi avveniva solo attraverso piccoli motori e rotori auto costruiti che alimentavano dei rotori ed erano fissati ad un certa distanza dal pavimento della piccola galleria del vento, dove iniettavo del fumo di contrasto per osservarne la circolazione e le turbolenze come sopra descritto. Era chiarissimo infatti da quella primitiva sperimentazione che i multi-rotori sarebbero stati difficili da controllare manualmente senza l'ausilio di un sistema autostabilizzante.

Nel 1996 non disponevo di una tecnologia che mi permettesse di sperimentare direttamente questi problemi, come oggi posso fare con i miei piccoli multi rotori a controllo remoto, tantomeno ne potevo immaginare la costruzione o perfino la commercializzazione come avviene da qualche anno. Tuttavia ero assolutamente convinto dello sviluppo di sistemi aeronautici di tipo ERTLA.
I sistemi di controllo digitale, i calcolatori e la miniaturizzazione dei componenti, oltre allo sviluppo che posso immaginare nel prossimo futuro - come ad esempio di motori adatti a questo tipo di velivoli - potrebbero tranquillamente risolvere i gravi problemi di stabilità dinamica e statica di cui i multicopteri o multirotori sono soggetti e fornire la soluzione propulsiva al volo migliori.
Affinché un multi-rotore possa essere gestito in volo è necessario che esso sia dotato di un sistema di stabilizzazione dinamico, capace cioè di mantenere in equilibrio le forze che agiscono attraverso la spinta dei rotori sulla macchina, garantendo un comportamento stabile ed un assetto accetabile, ma anche di poter compiere manovre estreme quando necessario in tutta sicurezza.
Sia i progetti CellCraft, sia i progetti EJ rispondono ovviamente a queste richieste, poiché questi progetti si basano prima di tutto su questa piattaforma tecnologica. Esse sono macchine facilissime da pilotare giacché il sistema AFC corregge ogni eventuale manovra inapropriata o un assetto sconveniente o innaturale, mantenendo l'aeromobile su un piano sempre stabile, permettendo oltretutto ad un pilota esperto di gestirla in maniera molto più flessibile.

Il sistema AFC sin dal suo concepimento, fu pensato per agire su tre differenti livelli. Il primo livello è quello di estrema sicurezza. Esso permette ad un pilota alle prime armi di condurre la macchina in perfetta autonomia. In questa modalità la macchina è in grado perfino di effettuare un decollo automatico con posizionamento in hovering, o di atterrare in automatico da una posizione di hovering autonomamente. Nei progetti CellCraft, l'AFC prevedeva già nel 1996 un ulteriore funzione che oggi chiameremo Tutorial, è cioè la macchina era in grado di insegnare le manovre base anche ad un pilota assolutamente inesperto.
In modalità DUE invece, il pilota ha una maggiore flessibilità e può condurre l'aeromobile in maniera più esperta, potendo compiere manovre anche impegnative, ma sempre all'interno dei parametri di sicurezza, garantendo un volo in ogni condizione piuttosto confortevole e senza accelerazioni estreme.
In modalità TRE invece il pilota esperto può pilotare la macchina oltre le prospettive delle due precedenti modalità, potendo compiere manovre acrobatiche o estreme. Anche in questo caso però, il sistema di gestione del volo AFC impedisce il superamento dei limiti strutturali come ad esempio la VNE, che viene calcolata dalla macchina automaticamente in maniera istantanea durante tutto il corso del volo.

l'EJ440 è particolarmente adatto all'impiego nelle forze di polizia, poiché permette di atterrare anche all'interno di un parcheggio con ostacoli grazie ad un sistema radar che entra in funzione automaticamente durante la fase di atterraggio, capace di individuare ostacoli potenzialmente pericolosi che potrebbero colpire l'aeromobile, fornendo una mappa sullo schermo che il pilota può utilizzare perfino in atterraggio notturno. Questo dispositivo avverte il pilota sia attraverso una rappresentazione grafica degli ostacoli mediante una Obstacle on ground's Map, sia attraverso avvisatore acustico, indicando l'ostacolo attraverso la posizione di orientamento orario rispetto alla prua. Cosicchè: Obstacle 12 at 3, significa ostacolo frontale a tre metri dall'anello del rotore, oppure: Obstacle 6 at 5, significa che l'ostacolo è alle spalle a cinque metri dagli anelli rotore.
Attraverso i numerosi voli effettuati in remoto prima con Icarus, il mio primo quad auto costruito interamente in carbonio nel 2011, e successivamente con Phegasus costruito in Teflon nel 2013, totalizzando un totale di 465 ore di volo, di cui almeno 60 attraverso sistemi di visione remota FPV. grazie a questi due piccoli velivoli ho potuto verificare tutti gli aspetti teorici legati ai miei progetti che erano rimasti in buona parte su carta fino ad allora, riscontrando esattamente quello che era nelle mie aspettative. Il sistema di visione remota FPV infatti, mi ha permesso di simulare il volo a bordo dell'aeromobile, che in tutta verità non mi ha sorpreso molto nel comportamento generale, poiché essendo pilota commerciale di elicotteri ho potuto riscontrare con una certa familiarità, anche con questa tipologia di macchine multi-rotore; sebbene delle differenze siano emerse durante le missioni di volo, poichè gli aeromobili multirotore in alcune manovre sono meno impegnativi di un elicottero, come ad esempio in volo traslato laterale.

In questa manovra viene richiesto un movimento laterale della macchina che deve scivolare lateralmente senza ruotare nella direzione opposta come naturalmente accadrebbe con un elicottero, che richiederebbe una correzione proporzionale, attraverso l'azione di un pedale nella stessa direzione di traslazione, in modo da mantenere un perfetto allineamento della fusoliera perpendicolare alla direzione di moto.

In un multi-coptero questo non è necessario, poiché basterà inclinare il comando direzionale lateralmente, affinché la coppia di rotori di un lato esercitino una spinta maggiore opposta a quelli del lato opposto. Il peso della macchina risulterebbe sbilanciato nella direzione di moto e questo permetterebbe all'aeromobile di traslare lateralmente, senza alcuna correzione di imbardata.
Questo solo un esempio di differenza tra il volo di un elicottero e quello di un multi-rotore con numero di rotori pari che nel nostro caso sono quattro.
Il volo di un aeromobile di questo tipo è senza dubbio estremamente confortevole e non troppo impegnativo e questo accade grazie al sistema di controllo del volo AFC, già concepito nel primo progetto di elettro-rotore: il G150. I piccoli multi rotore oggi largamente in commercio, sono dotati infatti di un dispositivo molto simile che in buona parte funziona sullo stesso principio, garantendo una stabilità perfetta in volo, proprio grazie alla enorme applicazione di elettronica e software. (Leggi Stabilità dei multirotori)

Architettura

L'EJ440 è in buona parte costruito in materiale termoplastico ed alluminio nel corpo centrale, mentre gli anelli dei rotori sono rivestiti da un guscio a due elementi di fibra di carbonio. Il telaio principale è in alluminio preformato e saldato come quello di una carrozzeria automobilistica, mentre i pannelli termoplastici rivestono la struttura portante.
Le congiunzione tra la fusoliera ed i rotori, incluso gli stessi anelli-rotore, sono formati da una struttura in acciaio aeronautico tubolare saldata con macchine a controllo numerico. In modo particolare i due piloni laterali che vanno verso i rotori sono rivestiti con un profilo aerodinamico che genera una discereta portanza in volo traslato.
I due bracci che sostengono gli anelli rotore, uno per lato, sono attraversati dai cavi di alimentazione dei motori ad induzione, e dai cavi ottici che portano informazioni alle unità di controllo digitale dei motori, EMDU (Electric Motor Digital Unit), queste provvedono alla gestione vera e propria della rotazione dei motori in accordo con le informazioni che vengono inviate dall'AFC a quel dato elettro-rotore.
Ogni anello è provvisto di due motori elettrici connessi meccanicamente ad un rotore interamente in carbonio a cinque pale. Il rotore è immerso in un anello di carbonio che lo protegge da ostacoli esterni, e riduce le turbolenze periferiche delle pale, annullando quasi completamente la resistenza indotta che il rotore produrrebbe se fosse esposto all'eterno. L'anello ha una forma aerodinamica appositamente studiata per permettergli di penetrare l'aria con un attrito basso, facendo in modo che il rotore venga perfettamente investito dal flusso aerodinamico in volo traslato.
I pattini di atterraggio si comportano in volo traslato come una sorta di stabilizzatori, ed al contempo data la loro flessibilità, sono in grado di attutire un atterraggio relativamente duro in caso di estrema emergenza.

L'abitacolo è piuttosto capiente, ed ospita tre passeggeri ed un pilota senza restrizioni ma con spazi ampi e larghi. I quattro sedili sono di tipo pneumatico, dunque molto leggeri e derivano tecnologicamente dalla SmartChair progettata per i modelli CellCraft, dunque provvisti dei comandi di controllo direzionale a destra e di potenza a sinistra, entrambi montati su due braccioli laterali. Il bracciolo di sinistra è basculante è permette al pilota di accedere al sedile senza dover scavalcare alcun ostacolo o comando ciclico come avviene sempre con gli elicotteri. Una volta seduto egli può abbassare il bracciolo ed utilizzare la leva di controllo.
L'EJ440 esiste in tre versioni principali, la versione B, progettata per servizio civile, come un esemplare nella veste dei pompieri brasiliani, e nella versione C e D pensate invece per impiego nelle forze di polizia, come nella versione dei Carabinieri e quella della Polizia di Dubai, entrambe fornite di camera ad alta risoluzione e visione termica notturna.

Caratteristiche

L'EJ440 è provvisto di due unità MPU (Main Power Unit) capaci di generare 250Kw (335hp) ognuna, che alimentano gli otto motori da 90Kw di spinta massima cadauno. La macchina è in grado di volare anche con una sola unità MPU se a vuoto con un solo pilota a bordo ad una quota inferiore agli 800 m (2650 piedi) ASL.
La macchina è provvista di una unità batteria di emergenza che garantisce un volo sicuro non superiore ai 5 minuti, abbastanza per permettere al pilota di effettuare un atterraggio sicuro.
L'escursione baricentrica del'EJ440 è molto ampia, esso è dotato di un sistema in grado di pesare a terra la macchina grazie a dei sensori che provvedono a questa misurazione. Il sistema di carico produce una mappa di carico (Load Map) in grado di fornire al pilota informazioni sulla posizione e sulla condizione di carico rispetto al CG del velivolo durante le fasi di carico.
La macchina ha un peso di 987 kg a vuoto ed è in grado di raggiungere una velocità massima di 320 km/h ASL pari a 172 miglia nautiche/h.

Oggi pur nonostante ci sia una grande disponibilità di tecnologia ormai in tutti i settori, sembra ancora difficile delineare un orizzonte nuovo nel settore aeronautico, che permetta lo sviluppo di nuovi aeromobili alternativi agli elicotteri, ma sarà questione di tempo ed il mercato dovrà per forza di cose interessarsi di più a questo tipo di progetti.

   
©Gino D'Ignazio Gizio