Il rotore di un autogiro è strutturalmente molto simile a quello di un elicottero, le pale di entrambi i rotori sono munite di meccanismi che assicurano gli equilibri aerodinamici e la proporzionale distribuzione della portanza su di esse. In volo, il vento relativo generato proprio dalla velocità di avanzamento che produce l’effetto di AUTOROTAZIONE attraverso la rivoluzione del rotore, produce la portanza, fenomeno che grazie alle proprietà tipiche del rotore e della sua architettura, fa in modo che l’autogiro si comporti proprio come una macchina equivalente ad ala fissa; esattamente alla stessa maniera.

L’autogiro è una macchina in buona sostanza estremamente stabile rispetto ad un aeroplano, esso non richiede un controllo del volo particolarmente assillante per mantenere una velocità ed un assetto costante tale da evitare la fase di stallo. Questo avviene proprio grazie all’eliminazione di effetti tipici della portanza generata su di una superficie fissa. L’autogiro è in grado di conservare perfettamente la sua stabilità anche in condizione di ridotta velocità di traslazione, grazie alle proprietà inerziali del rotore, con l’unico effetto di perdita di quota constante. Situazione che può essere ristabilita o controllata senza difficoltà, attraverso l’azione sulla manetta del motore ristabilendo una spinta sufficiente a guadagnare quota o a correggere l'assetto di volo, o mediante il controllo del passo ciclico, inclinando cioè il rotore nella direzione desiderata per riguadagnare velocità.

La macchina in fase di atterraggio anche in condizioni di notevole perdita di potenza, conserva una estrema stabilità, essa è infatti capace di atterrare ad una velocità ridotta con una traiettoria quasi verticale, come fosse dotata di una specie di paracadute.
Con un autogiro infatti è possibile atterrare con un angolo inferiore ai 30° scivolando lungo una traiettoria di pochi metri prima di aver toccato terra. Questa esperienza è stata parte del mio bagaglio di pilota durante la divertente prova di un autogiro Magni alcuni anni fa, che lasciò in me una notevole impressione positiva verso questa straoridnaria macchina volante.

Vi sono numerosi vantaggi che questo aeromobile è in grado di offrire, poichè esso è particolarmente manovrabile ed al contempo semplice nella sua struttura di base. Il pilota può godere del volo con assoluta tranquillità, grazie alla tipica stabilità di questo velivolo. Dal punto di vista architettonico si tratta di una macchina che gode di una visibilità ampia sia al di sotto che al di sopra del mezzo, poichè non vi sono ali che creano delle aree cieche. Nei migliori esemplari, tra i più recenti, si possono raggiungere velocità apprezzabili, se confrontate a quella di un piccolo aeroplano di uguale categoria.
L’autogiro non è soggetto al fenomeno della coppia che si genera sul corpo della fusoliera per effetto della rotazione del rotore che in un elicottero è collegato alla trasmissione e che ne influenza profondamente il meccanismo di volo. Nell’autogiro il fatto che il rotore della macchina ruoti libero da qualsiasi vincolo al motore, e quindi dalla completa assenza di forze opposte o di coppia, ne fa una macchina volante particolarmente flessibile ed adatta sopratutto al volo sportivo. L'autogiro è apparso in numerosi film mostrando la sua agilità di volo come in 007 oppure in Mad Max.

Il volo in autorotazione è senza dubbio la più naturale condizione fisica per le macchine ad ala rotante. Gli autogiro hanno costruito la loro fortunata vita sulle proprietà di questa dinamica aprendo la strada agli elicotteri. Attraverso il periodo in cui gli autogiro erano al loro massimo tecnologico si sono sviluppati buona parte dei meccanismi che sono stati adottati più tardi sull'elicottero, come il piatto oscillante, le cerniere di flappeggio e di brandeggio, ed il meccanismo del controllo del passo ciclico. Le stesse pale hanno attraversato delle modifiche strutturali e di forma che sono ancora tutt'oggi in corso d'opera. E' tutta questa storia e sopratutto fatta di sperimentazione anche sugli autogiro che permette all’elicottero di utilizzare tali caratteristiche, come ad esempio atterrare in caso di piantata completa di motori, proprio come un autogiro attraverso la manovra di AUTOROTAZIONE.

Durante la discesa verso il suolo in fase di autorotazione il pilota può intervenire per mantenere il giusto numero di giri rotore, mediante correzioni di Collettivo e Ciclico che devono avvenire sempre contro vento. In fase di discesa infatti grazie alle proprieta inerziali del rotore e sopratutto del flusso d’aria che attraversa le pale, proveniente dal basso, è possibile mantere in rotazione il rotore - in quanto la forza aerodinamica che viene esercitata sulle pale è maggiore della resistenza che esse oppongono - si riesce a stabilire che il rotore in questa condizione di volo è in AUTOROTAZIONE.
In termini pratici si verifica uno scambio relativo di risorse. Il pilota in cambio di energia aerodinamica utile a mantenere il rotore in rotazione grazie ad una quota disponibile, e quindi mediante il flusso d'aria che lo attraversa - stabilizzando la discesa verso il suolo attraverso una traiettoria precisa - converte in energia cinetica accumulata (inerzia), le forze che mantengono in rotazione il rotore garantendone il regime nei limiti di sicurezza suggeriti dal costruttore. Il pilota utilizzerà poi l’energia cinetica raccolta per aumentare di nuovo l’angolo di attacco delle pale ed eseguire un atterraggio morbido a pochi metri dal suolo, come se si aprisse un paracadute poco prima dell'impatto per mettere dolcemente i piedi sul suolo senza doverci arrivare troppo veloce.
La manovra di AUTOROTAZIONE viene eseguita nella maggior parte delle occasioni in volo traslato contro vento, tuttavia per meglio illustrare il meccanismo che si genera tra il flusso d’aria ed il rotore, considereremo un esempio di autorotazione in assenza di vento ed in discesa verticale, proprio come avviene con quei piccoli giocattoli che vengono fiondati in alto per poi scendere lentamente al suolo, grazie a piccole palettine, che dopo essersi spiegate spontaneamente poco prima della fase di caduta, entrano in autorotazione fino raggiungere il suolo con grazia, illuminati perfino dai piccoli led colorati. Il meccanismo dell'autorotazione in natura è piuttosto diffuso, ed impiegato dei semi di una pianta tropicale che hanno la forma di una specie di ala che utilizzano questo meccanismo del volo per allontanarsi dalla pianta madre.

In una situazione di autorotazione verticale in assenza di vento, le forze che causano la rotazione delle pale e che agiscono su di esse sono identiche per ogniuna di esse, indipendentemente dalla loro singola posizione sul piano di rotazione, poichè in discesa verticale non vi è traslazione e dunque non si genera il fenomeno della Dissimetria di Portanza, che squilibrerebbe le forze agenti tra la pala avanzante e quella retrocedente, come abbiamo già visto in un capitolo precedente.

Durante la fase di volo in auto rotazione il disco rotore viene diviso in tre regioni distinte.

STALL REGION: E’ l’area inclusa nella prima porzione del disco rotore a partire dal Mast (Zona arancio) . Si tratta della zona dove sono concentrate le articolazioni, le leve e tutti i meccanismi che regolano il movimento della pala. Questa zona copre una superficie del 25% del disco, ed in questa area si generano delle turbolenze e quindi delle resistenze, che riducono l’efficienza del volo in auto rotazione. In realtà in questa area si produce solo una piccola quantità di Portanza come si vede nell'illustrazione in basso, che in piccola parte contribuisce a ridurre la discesa ma vi è anche una notevole Resistenza che ha un valore simile alla Portanza e questo tende a rallentare la rotazione del rotore. La Portanza risultante del rotore (TRT) e cosi la Resistenza (Drag) si trovano dietro l'asse di rotazione della pala, mentre solo la Portanza (Lift) e leggermente in avanti ad esso, mentre il Vento Relativo (Raf) si dispone nella stessa direzione della Resistenza. Le forze sono troppo simili tra solo e questo non è sufficiente a produrre abbastanza Portanza da rendere questa area efficiente per il volo in Autorotazione.

DRIVING REGION: E’ l’area più estesa del disco rotore, essa è anche conosciuta come zona auto rotativa e per nostra fortuna copre un’area compresa tra il 25 ed il 70% della superficie del disco del rotore. Le forze aerodinamiche (TRT-Lift) in questa regione sono inclinate in avanti rispetto all’asse di rotazione della pala.
La dimensione della regione propulsiva, (driving region) può variare con l’angolo di incidenza; il rateo di discesa; ed in numero dei giri. Durante questa fase del volo il pilota agisce sul Collettivo e sul Ciclico in modo da stabilire un equilibrio tra queste due regioni, con l'obbiettivo di mantere il numero di giri necessario in preparazione per la manovra di richiamata (Flare).
Se ad esempio si solleva il comando Collettivo durante la fase di discesa la regione periferica (driven region) aumenterà in estensione. Questa causerà un spostamento dei punti di equilibrio verso il centro del rotore con un conseguente aumento della resistenza prodotto in periferia che si troverà a decellerare. In questa area il vettore che rappresenta la Resistenza è minimo e questo crea la forza che mantiene i rotazione il rotore, infatti l'elevato rapporto Portanza/Resistenza (L/D) mantiene in equilibrio e nei limiti la resistenza di profilo delle pale.

Grazie alle caratteristiche di svergolamento della pala, l’angolo d’attacco alla radice della pala (Zona di Stallo) è maggiore di quello che invece risulta nella zona periferica del rotore, Driven region (Zona Antirotativa).
Risulta chiaro che il beneficio aerodinamico in questa condizione di volo viene prodotto dalla Zona Autorotativa (Driving Region) che permette la discesa sicura e coordinata dell’elicottero, o che produce un volo stabile negli autogiro che però vengono spinti da un vettore orizzontale (elica e motore). Un elicottero in fase di autorotazione non possiede più una spinta artificiale, esso deve piuttosto generare una componente che lo porti in avanti mentre prosegue la sua discesa verso il terreno.
La manovra di autorotazione va eseguita sempre con vento relativo frontale, non solo per un rendimento aerodinamico della spinta che mantiene il rotore in autorotazione, ma soprattutto per poter effettuare con la massima sicurezza la manovra di richiamata conosciuta come FLARE, e quindi effettuare un atterraggio soffice e sicuro sopratutto in condizioni di engine failure (Piantata motore).

L’autorotazione è una manovra sequenziale che risponde a precisi criteri di esecuzione, una buona conoscenza del mezzo, una altrettanto buona esperienza del pilota, ma soprattutto un buon ingresso in questa fase di volo, questa manovra tuttavia non è affatto proibitiva o particolarmente complessa da eseguire, ma richiede molto allenamento.

La maggior parte degli incidenti causati da autorotazione sono avvenuti per un cattivo ingresso in questa fase di volo oppure perchè l'avaria è avvenuta vicino al suolo in fase di avvicinamento o atterraggio, quando cioè non si dispone della velocità sufficiente, (Video).

Tuttavia se il motore smette di funzionare il pilota non viene affatto avvertito in tempo da prepararsi. Uno dei punti più importanti da tenere seriamente in considerazione è di mantenere il rotore sempre al massimo dei giri, poiché se si entra in fase di autorotazione con un regime di rotazione basso sarà difficile recuperare rivoluzione sul rotore nel breve tempo disponibile che si impiega a raggiungere il suolo.

Se infatti il rotore avesse una rivoluzione bassa, in fase di autorotazione potrebbe scendere al di sotto dei limiti minimi, generando un angolo conico molto elevato che ridurrebbe notevolmente la superficie del disco, causando lo stallo delle pale o peggio la rottura di queste e la conseguente caduta libera del velivolo.
Alcuni punti a favore invece sono quelli ad esempio di disporre di un rotore con una elevata inerzia, tale da garantire una considerevole stabilità di rotazione, giacchè in ogni caso esso perderà gradualmente la sua energia cinetica accumulata fin dal distacco dai motori.

Il rotore di un elicottero e la sua trasmissione sono separati da un dispositivo di sicurezza chiamato Ruota Libera (Free Wheel). Si tratta di un meccanismo che garantisce il disinnesco meccanico tra le due parti qualora il motore/i non adempia al suo compito, il dispositivo sgancerà immediatamente il sistema composto dal gruppo motore/trasmissione disconettendolo dal rotore, impedendone l’arresto, sebbene ancora per un tempo limitato grazie all’energia cinetica accumulata ed all’inerzia utile assieme alle componenti aerodinamiche propriamente gestite per poter effettuare una flare sicura e conveniente.

Descrizione della manovra

L'elicottero è in volo autorotativo quando le uniche componenti che muovono il rotore sono prodotte dal flusso di aria che lo attraversa. La manovra di autorotazione è separata in quattro fasi principali, esse sono: Ingresso (Entry); Discesa (Descent); Richiamata (Flare) ed Atterraggio (Touch Down). Il tuo elicottero non ti dirà mai in anticipo quando il motore o altra causa ne determina la rottura o lo spegnimento a meno che non sarai tu a provorcarne lo spegnimento o la rottura. Durante il mio corso di addestramento negli USA, nella parte terminale della formazione per il conseguimento della mia licenza commerciale FAA, il mio istruttore approfittava di ogni momento di distrazione o di godimento del volo a cui potevo essere soggetto, per infilarmi in una fase di autorotazione senza preavviso. Ricordo che era molto stressante volare con lui, perchè sapevo che avrei trovato sul mio cammino almeno tre autorotazioni per ogni missione.

Quel peridodo molto stressante fu però estremamente formativo, poichè lo scopo del mio istruttore era in buona sostanza di mettermi in una condizione costante di guardia e quindi di reazione spontanea ed automatica che mi sarebbe tornata utile in caso mi fossi trovato immerso in una spiacevole doccia fredda da avaria al motore.

Ricorda che un motore ti pianta nella maggior parte delle volte senza alcun preavviso, e questo può accadere in qualunque instante!

Quando questo accade il pilota si accorgerà di una sensibile rotazione laterale nella direzione opposta a quella di spinta del rotore anticoppia. Questo è il primo sintomo tangibile che qualcosa sta accadendo.

Atterraggio (Touch down)

Questa fase è molto delicata e devo dire - secondo il mio parere molto personale - deve finire per diventare instintiva, come mantenere l'equilibrio in bicicletta. Erano le parole che ascoltavo in cuffia subito dopo il touch down dal mio istruttore. E sono convinto che aveva ragione, anche perchè durante questa ultima parte della fase di autorotazione non si è sempre in grado di valutare la corretta lettura dell'altimetro che non è sempre preciso, sopratutto se non si conosce l'altitudine dell'area su cui si è deciso di atterrare, o si attraversa una zona meterologicamente instabile, per cui la pressione atmosferica varia all'interno di piccole aree e l'altrimetro non sempre risulta perfettamente regolato. Bisogna invece allenare l'occhio a valutare la distanza di flare attraverso un punto di riferimento che ti darà sempre un suggerimento rispetto alla traiettoria richiesta per poter effettuare la Flare e la richiamata per il touch-down finale. Inoltre come già detto prima, l'ingresso della richiamata dipende molto dalla velocità e dall'angolo di planata che si è affrontati, oltre che dalla temperatura e dalla densità presenti in quel momento al suolo. La Flare permette di aumentare il numero di giri sul rotore, dunque è l'inerzia che permetterà al pilota di compiere una richiamata per atterrare dolcemente. Infatti l'ago nell'illustrazione relativo al rotore mostra un valore molto elevato intorno al 107% nella fase finale poco prima della richiamata, con una velocità prossima a zero nodi.