Peso e Bilanciamento

In questa sezione: Bilanciamento del rotore; Unità di Conversione; Centro di Gravità; Calcolo del Centro di Gravità Longitudinale; Centro di Gravità Longitudinale e Laterale; Distribuzione del Carico; Classificazione delle Masse e dei Carichi; Gestione del Carico; Esercizi su Peso e Bilanciamento.

L’elicottero si comporta come una specie di PENDOLO, in altre parole la fusoliera o il corpo della macchina è letteralmente appeso al di sotto del rotore che è il punto di attacco o fulcro del pendolo. Cosi come un normale pendolo la fusoliera tende a riportarsi nella posizione originale gradualmente dopo ogni oscilazione.
In un elicottero durante il volo la FORZA DI PORTANZA ed il PESO tendono ad equilibrarsi vicendevolmente. Tra la PORTANZA ed il PESO si genera un braccio che riporta il peso PERPENDICOLARMENTE alla FORZA agente nel PUNTO D’ATTACCO. Il BRACCIO tende a portarsi sempre perpendicolarmente grazie alla FORZA DI GRAVITA’ che a sua volta orienta il peso verso il basso e questo perché nel corpo è concentrata la sua massa. L’elicottero dunque per poter volare deve essere perfettamente BILANCIATO. Il bilanciamento del velivolo è una operazione che viene già calcolata in fase di progettazione, ma verrà poi eseguita una ulteriore messa a punto in fase di assembraggio, poichè è necessario sistemare tutti i componenti nella posizione più appropriata. In entrambi i casi verrà stabilito il punto in cui la massa è concentrata e cioè il BARICENTRO o CG (CENTER of GRAVITY).

L'elicottero è un contenitore volante e come tale viene caricato al suo interno di passeggeri e di merci o apparecchiature, esso sostiene dei pesi che devono essere sistemati nella giusta posizione al suo interno, affinchè a bordo si abbia contemporaneamente un corretto bilanciamento, perchè se questo risultasse errato potrebbe precludere la sicurezza del volo, imponendo sulla fusoliera un assetto pericoloso con assetto e comportamento difficili da controllare.

Il comandante è strettamente responsabile del controllo del peso e del bilanciamento del suo elicottero prima del volo, egli deve assicurarsi che il peso della macchina sia conforme con le caratteristiche richieste dal volo, ma anche il carico a bordo deve essere correttamente distribuito. Le procedure di bilanciamento e peso devono attenersi in assoluto a quelle descritte nel manuale di volo, che oltre che le nozioni tecniche relative al velivolo è di per se anche parte del Certificato di Navigabilità (Certificate of Airworthines). Se in ogni caso le condizioni calcolate non corrispondessero a quelle richieste dal manuale di volo il Certificato di Navigabilità sarebbe ritenuto invalido ed anche la copertura assicurativa ti dirà bye bye!

Dunque il peso ed il bilanciamento della macchina devono essere conformi con le direttive dettate dal Manuale Operativo, infatti le limitazioni si possono trovare sia in questo testo sia all'interno del Manuale di volo ed esse devono corrispondere perfettamente.

All'interno dei due testi si possono trovare tutti i dettagli ed i particolari relativi ai vari elementi già presenti o installati a bordo, la loro posizione ed il loro peso. In fase di esame per il conseguimento della licenza commerciale si utilizza un manuale di volo apposito denominato CAP758 che contiene oltre alle informazioni per ricavare il peso ed il bilanciamento, anche quelle relative al calcolo delle prestazioni della macchina, detto manuale in generale si riferisce allo Schweizer 300 per l'esame CPL od al Puma per quello di ATPL e dunque la conoscenza del CAP758 risulta fondamentale.

Unità di Conversione

Prima di addentrarci oltre è importante chiarire alcuni punti tra cui quello che riguarda le unità di misura che purtroppo sono varie. Personalmente non ho mai capito l'utilità di tale varietà di standard cosi diversi tra loro che possono solo portare ad errori, in un settore dove gli errori dovrebbero essere evitati alla base. Ad ogni modo, poichè questo problema esiste e ci si deve convivere sarebbe bene che alcuni valori si piantassero bene nella mente, anche se io consiglio sempre l'uso di un convertitore che garantisce il calcolo con sicurezza matematica. Ci sono molti modi di rappresentare massa e volume e naturalmente in base a ciò che ho scritto poco anzi è necessario utilizzate quelli appropriati. Ad esempio se si guarda al manuale di volo del Bell206 il carburante viene calcolato in Galloni Americani (US Gallons) ma in altri elicotteri esso può essere calcolato in galloni imperiali. Potrebbe accadere che durante il passaggio da una macchina ad una altra che adotasse una differente misura di unità del carburante si rischi di sbagliare nel calcolare l'esatto quantitativo di carburante necessario al volo, rischiando di finire a secco prima del previsto. Ecco perchè bisogna assolutamente attenersi alle indicazioni del manuale di volo.

Come norma generale si utilizzano il Gallone Imperiale, il Gallone Americano e per fortuna a volte anche il Litro. Mentre le unità per misurare la massa sono le Libre (lbs pounds) ed i Chilogrammi (Kg). Spesso risulta utile convertire il volume in peso e viceversa, per fare questo è necessario conoscere il peso specifico del liquido che si deve adottare che viene basato per confronto su quello dell'acqua, che prevede che per un litro di acqua si avrà un unità chilo. Ad esempio, poichè i carburanti in generale hanno una densità inferiore a quella dell'acqua essi risultano più leggeri, come nel caso del JA1 che equivale a 0,79/1, cioè un litro di kerosene aeronautico pesa 790 grammi rispetto ad un litro di acqua che pesa un chilogrammo. Cosi di seguito, un Gallone Imperiale equivale ad 4,54 Litri e ad 1,20 Galloni US, infatti un Gallone US a sua volta corrisponde ad 3,78 Litri. Insomma a parte tutto questo gioco un pò perverso tra unità di misura di vario tipo, ti consiglio di prestare molta attenzione alla sezione del manuale di volo relativa alle specifiche unità di misura adottate per il tuo velivolo, prima di procedere per il calcolo del peso, del bilanciamento e sopratutto dell'autonomia di volo.

Centro di Gravità

Il Centro di Gravità di un oggetto è rappresentato da un punto al suo interno dove la sua massa è concentrata ed il suo peso lo attraversa. Quando un elicottero si trova al suolo a riposo il suo peso agisce verticalmente attraverso il suo Centro di Gravità che è attratto dalla forza di gravità del pianeta e che a sua volta ne stabilisce un peso. Se hai esplorato altri capitoli avrai letto da qualche parte che c'è una enorme differenza tra il peso di un oggetto e la sua massa. Infatti il peso è in relazione alla forza di gravità che agisce sul corpo. Il Peso è dato dal prodotto della Massa per la Gravità. Ad esempio sulla luna un uomo pesa un sesto di quello che peserebbe sulla terra, perchè la massa della Luna è un sesto di quella della Terra e cosi la differenza tra le loro rispettive gravità, mentre la massa del corpo risulterebbe immutata.

Ogni corpo possiede una Massa, un Peso ed un Centro di Gravità in cui essi coincidono. Il CG è solitamente descritto come il punto medio di un oggetto dove il suo peso agisce come punto di bilanciamento, ed in questo punto essi si concentrano in una stazione (posizione) precisa che interseca il corpo lungo l'asse Longituniale e Laterale quando esso è posto in equilibrio. La posizione del CG di un oggetto dipende dalla sua forma, dalla sua densità e dal Campo Gravitazionale esterno. Quando la linea verticale che attraversa il CG giace al di fuori del corpo esso è in una condizione di sbilanciamento che lo porta a capovolgersi od a ruotare, fino a quando non si agisce con un peso posto sul versante opposto per controbilanciarlo.

La barra di sostegno che rappresenta il braccio risulta bilanciata anche se si usano pesi di differente entità, purchè essi vengano piazzati nella posizione appropriata cioè ad una distanza precisa dal Fulcro, che vuole un peso minore a maggiore distanza da esso. La leva rappresentata in figura è una leva di primo genere poichè il fulco è posto tra le due forze che vengono chiamate Interfulcrate. Le leve possono essere Vantaggiose se la forza applicata richiesta è minore della forza resistente; come nel primo e nel secondo caso. Oppure Svantaggiose se la forza applicata è maggiore della forza resistente. O infine come nel terzo caso Indifferente se la forza applicata è uguale alla forza resistente. L'obbiettivo del sistema rappresentato è quello di bilanciare la sbarra in ogni caso, cioè qualunque peso sia applicato per controbilanciare la forza resistente, esso deve poter portare il sistema in perfetto equilibrio. Nell'esempio rappresentato i pesi applicati hanno una differente entità, ma essi sono strettamente correlati con la distanza dal Fulcro che aumenta se il peso applicato diminuisce. In altre parole minore è l'entità del peso applicato, maggiore deve essere la sua distanza dal fulcro della leva affinchè il sistema entri in equilibrio.

Non preoccuparti molto, tra un po entreremo più in fondo alla questione per vedere come si effetuano i calcoli necessari a risolvere il problema della messa in equilibrio di un sistema di questo genere, prima però continuiamo con qualche altro esempio. Immaginiamo di dover sollevare un carico esterno con il nostro elicottero, esso deve essere trasportato dal punto A al punto B e deve essere assolutamente in equilibrio rispetto al punto di ancoraggio, cioè al cavo di sollevamento che è legato al gancio od ai ganci o all'imbracatura che lo sostiengono. Ricaviamo prima di tutto il punto esatto là dove è situato il Centro di Gravità del carico, perchè esso deve coincidere sempre con la verticale del nostro gancio baricentrico, in altre parole esso deve giacere sotto la verticale del Centro di Gravità dell'elicottero che dovrà trasportarlo. Infatti il sostegno o punto di attacco del gancio baricentrico di un elicottero giace esattamente sotto il suo baricentro e deve essere per forza in quel punto!

E' bene chiarire che il CG di un oggetto rappresenta il punto medio in cui è concentrata la sua massa ed i numeri in questo caso si dimostrano quanto mai utili per stabilirne la posizione con precisione, sebbene in qualche caso una piccola correzione viene effettuata comunque, specie quando l'oggetto ha una strana struttura irregolare. In tal caso viene tracciato da parte del costruttore il punto preciso di ancoraggio, che deve coincidere con il suo CG. In altri casi invece ci spossono essere più punti di aggancio che però devono coincidere sempre con il CG del carico, come per esempio accade con un pilone per l'alta tensione, che ha una struttura molto particolare e sul quale si pongono solitamente più punti di ancoraggio o sollevamento.

Nella figura sotto si vede una sorta di collettore che ha due elementi differenziati, uno più grande e corto e l'altro più lungo e sottile, i quali sebbene abbiano la stessa massa non pongono affatto il CG al centro della figura, ma in una posizione precisa che risulta più vicina alla sezione maggiore.

Durante le operazioni di sollevamento di un carico al gancio baricentrico, l'oggetto da sollevare deve essere posizionato in moto tale che il gancio coincida con il suo centro di gravità che in figura è rappresentato dal cerchio a scacchi, ed è chiamato punto di sollevamento. Il carico deve assolutamente essere sospeso ad di sotto del centro di gravità della macchina, in altre parole il Centro di Gravità di entrambi - cioè dell'elicottero e del carico - devono essere attraversati dalla stessa linea che punta verso il basso, cioè verso la terra. Il CG di un oggetto rappresenta una posizione media, li dove la sua massa è praticamente concentrata, ed esso può essere ricavato con un apposita operazione matematica che da come risultato un numero che lo indica, o meglio ne identifica la posizione con una notevole precisione.

Un elicottero ha una forma irregolare, ed una struttura che varia in tutti i suoi punti, per sua naturale architettura ha pesi e masse differenti distribuite sia longitudinalmente che lateralmente su tutta la fusoliera o perfino al di fuori di essa, come il verricello, quando installato. Tuttavia gia in fase di progettazione viene calcolato il suo Centro di Gravità che viene verificato e corretto durante la fabbricazione per essere affinato nella fase di pesatura, quando la macchina presenterà i requisiti di bilanciamento richiesti. Il Centro di Gravità di un elicottero monorotore è contenuto all'interno di uno spazio molto ristretto che giace intorno al rotore principale, poichè questo organo è l'elemento di sollevamento della macchina ma è sopratutto il suo Fulcro.

I vari punti dove le varie masse sono concentrate sono chiamati Stazioni, ed essi rappresentano la distanza rispetto ad un punto stabilito che viene a trovarsi solitamente al di fuori della fusoliera a partire da sinistra verso destra. Infatti se si osserva la figura del Jetty rappresentato, si nota come i numeri aumentino il loro valore man mano che si osserva la fusoliera da sinistra verso destra. La stazione con un valore inferiore è la 1.0, mentre la stazione con un valore maggiore rappresentata qui è quella 341.6. I numeri rappresentano dunque la distanza che esiste dalla stazione 0 e si riferiscono alle unità di misura vettoriali espresse in Inch, o in centrimetri per i numeri racchiusi in parentesi. Le stazioni 106 e 114, rappresentano il limite longitudinale del CG, infatti esse sono in prossimità del mast del rotore, mentre la stazione 107.1 rappresenta esattamente lo snodo dell'articolazione del rotore. La stazione 55.1 rappresenta invece la posizione del pilota.

Calcolo del Centro di Gravità Longitudinale

Un elicottero ha una forma piuttosto irregolare ed i vari componenti e sezioni che lo compongono possono avere un peso diverso tra loro ed un Centro di Gravità proprio, la somma dei loro pesi rappresenta il peso totale della macchina e non è difficile da calcolare, basterà una semplice addizione. Più complesso è invece stabilire la posizione del Baricentro dell'intera macchina con precisione. Senza esagerare nel pretendere di pesare e misurare ogni sezione di un elicottero, mi baserò molto più facilmente su un elemento multitubolare avente varie sezioni e pesi, che compongono una struttura nel suo insieme come raffigurato nell'illustrazione sotto.

Per poter calcolare con precisione il punto dove è concentrata la massa dell'oggetto è necessario misurarlo posizionandolo su di una retta graduata, sia essa in centimentri o inch. Solitamente le misure anglo-sassoni sono quelle più diffuse, dunque meglio abituarci ad usare gli inch per rappresentare le distanze ed i pounds per definirne il peso. Per prima cosa calcoliamo il peso totale dell'oggetto sommando i pesi delle varie sezioni. Le sezioni sono contrassegnate con le lettere A,B,C e D e la somma di esse è di 67.5 lbs; finora facile no?

A questo punto viene il bello, perchè dobbiamo trovare il punto di sollevamento di questa struttura, e cioè il suo Centro di Gravità, ma tutto ciò che conosciamo sono il peso delle varie sezioni e la posizione di ogni singolo baricentro ad esse associato. Dunque ogni singola sezione possiede un proprio Baricentro, che giace lungo la retta che misura la distanza dalla stazione 0 alla stazione 22, questa distanza rappresenta la lunghezza totale dell'oggetto espressa in inch. Il baricentro di ogni sezione corrisponde ad una stazione specifica situata lungo la retta, per cui la sezione A ha il suo baricentro che giace a 2 inch lungo la retta. Cosi via dicendo l'elemento B ha il suo Baricentro sulla stazione 6, la sezione C ha il suo baricentro sulla stazione 12 ed infine la sezione D ha il suo baricentro corrispondente alla stazione 19.

Avendo raccolto queste importantissime informazione dovremmo moltiplicare il peso di ogni sezione per la metà della sua lunghezza, perchè come si vede in figura il Centro di Gravità di ogni sezione giace esattamente al centro di ogniuna di esse, che come abbiamo visto sopra si trovano lungo la retta in determinate stazioni. Dunque la sezione A che misura 4 inch ha il suo Baricentro concentrato ad una distanza sulla retta equivalente a 2 inch (4.5*2=9). La sezione B ha il suo Baricentro che giace lungo la retta corrispondente alla stazione 6, per cui (30.5*6=183), e quindi la sezione C ha il suo Baricentro che giace sulla stazione 12 per cui (25*12=300) ed infine l'ultima sezione, quella D ha il suo baricentro che giace sulla stazione 19, quindi (7.5*19=142.5). I numeri ricavati rappresentano i vari Momenti di ogni singola sezione che vanno sommati per ottenere il Momento dell'intera struttura, proprio come abbiamo sommato i vari pesi delle sezioni per ottenere il peso complessivo. Eseguito il calcolo si otterrà il valore di 767.5 che rappresenta il Momento dell'intero oggetto.

I due dati principali che abbiamo ricavato sono rispettivamente il Peso, che rappresenta la Forza, ed il Momento dell'oggetto. Per ottenere il Braccio o Fulcro dobbiamo applicare la formula seguente:

Arm=Moment/Force

Il Momento è di 767.5 che viene diviso per il peso che è di 67.5 lbs e da come risultato il numero magico di 11.37! Cosa significa? Questo numero magico rappresenta esattamente il punto medio dove la Massa dell'intero oggetto è concentrata lungo la retta che lo misura, in altre parole il suo Baricentro corrisponde alla posizione di 11.37 inc; quello è il suo Fulcro o punto di sollevamento o di appoggio dell'oggetto. Insomma li è concentrato il suo Centro di Gravità. Questo è un esempio molto semplice di come avviene il processo di calcolo del Centro di Gravità di un elicottero.

Centro di Gravità Longitudinale e Laterale

Prima di proseguire voglio precisare che i valori e le illustrazioni qui riportate non riproducono fedelmente il modello originale di elicottero, ma solo un modello realativo ed i valori attribuiti ai vari punti delle illustrazioni sono approssimativi ed unicamente dimostrativi. Il Datum o riferimento viene piazzato lungo una retta sin già dal costruttore dell'elicottero. Si tratta di un punto immaginario che viene posto nella posizione più conveniente e dal quale iniziano tutte le misurazioni, in genere esso giace al di fuori della fusoliera ed è marcato con il numero zero, ed il motivo della sua posizione è di rendere tutti i valori che partono da quel punto verso destra aventi segno positivo, per facilitare il calcolo del bilanciamento. Tuttavia in alcuni elicotteri esso può perfino trovarsi al di sotto del mast del rotore. Nel Bell 206 il Datum di riferimento si trova appena un inch avanti al vano batteria che si trova nel musetto dell'elicottero, oppure molto più avanti della cappottina nello Schweizer 300.

Si può vedere come nella tabella qui in alto (Bell Jetranger) siano definite le posizioni di qualsiasi elemento a bordo dell'elicottero, con indicazioni precise del peso, riprodotte nella prima colonna (Weight), della posizione longitudinale e della posizione laterale indicata da valori negativi se essa si muove a sinistra della STAZIONE 0, o con valori positivi se essi indicano una posizione longitudinale verso destra. I diagrammi sotto riportati infatti si riferiscono più dettagliatamente all'area di escursione dei CG e della corretta distribuzione totale del peso, sia rispetto al posizionamento LONGITUDINALE sia rispetto a quello LATERALE.

Il manuale di volo di qualsiasi aeromobile - ed in modo particolare di un elicottero - contiene una sezione dettagliata appositamente dedicata a questo problema. Vi sono una serie di diagrammi che mostrano la posizione del BARICENTRO e come calcolarne gli eventuali spostamenti che devono mantenersi nei limiti della tabella di WEIGHT and BALANCE (Peso e Bilanciamento). I grafici in alto rappresentano le escursioni del Centro di Gravità Longitudinale e Laterale, ed essi sono concentrati fisicamente intorno alla zona del rotore.

E' necessario che il pilota si accerti sempre che qualsiasi elemento che venga portato a bordo si trovi all'interno dei grafici e mai al di fuori di essi, questo naturalmente ogni qualvolta si effettui il carico di elementi a bordo, siano essi passeggeri, merci o dispositivi esterni di qualsiasi tipo.
Durante il processo di progettazione e costruzione di un elicottero gli ingegneri lavorano con particolare riguardo al problema del bilanciamento della macchina, in special modo all’interno dell’intera area di carico dell’elicottero, per tracciare una mappa precisa di carico, rappresentata da due diagrammi fondamentali, cosi come la figura in alto mostra. Per poter calcolare il baricentro e le escursioni di carico all’interno del diagramma di peso e bilanciamento, bisognerà per prima cosa effettuare l’operazione di pesata. Questo avviene “posizionando” l’elicottero su di una ORDINATA per stabilire la STAZIONE 0 longitudinale; questo valore si riferisce infatti alla posizione esatta del BARICENTRO della macchina.

L’elicottero verrà sistemato su di una BILANCIA a tre punti dove si potranno leggere rispettivamente i valori indicativi della posizione relativa ai tre assi denominati Q1, Q2, Q3. A questo punto viene rettificata la posizione degli elementi attraverso una verifica mediante una serie di livelle elettroniche di precisione e questo avviene per ogni singolo esemplare prodotto in fabbrica, e questa operazione continuerà ad essere effettuata periodicamente dall'operatore.
E’ interessante sottolineare che il bilanciamento viene eseguito con una leggera escursione opposta al lato del pilota, e cioè verso sinistra e leggermente all’indietro, poiché egli occuperà il posto a sedere di destra in avanti (nella maggior parte degli elicotteri) e quindi sarà necessario compensare quello spostamento con un leggero bilanciamento nelle direzioni opposte, sia laterali che longitudinali, in modo da compensare l’equilibrio naturale della macchina nel suo insieme, quando almeno un solo pilota sarà parte del peso della macchina in volo.
Durante il processo di pesatura il velivolo viene posto ad una distanza dalla STAZIONE 0 per calcolarne l’esatto centro di gravità, che come vedremo spesso si trova lontano dal fulcro. Nella tabella in alto - quella raffigurante il profilo del Jet Ranger - si nota come il CENTRO DI GRAVITA sia al di fuori del fulcro, rappresentato dall'attacco del centro del rotore che giace sulla stazione 107.
In questa fase di pesatura viene registrata la somma dei singoli valori di (Q) (peso) per le relative distanze dal centro di gravità della macchina rappresentate dai valori X1,X2,X3 (ARM, braccio di distanza) che determinano con precisione la posizione del baricentro del velivolo.

Dalla posizione di questi elementi si ottiene anche la tracciatura di due diagrammi, uno rappresentato sul piano orizzontale e l’altro sul piano longitudinale dell'aeromobile. Si utilizza un sistema di coordinate che mostra l’andamento delle masse rispetto a distanze precise, affinché l’aeromobile sia caricato lungo il corso della sua vita in maniera corretta ed efficiente.
E’ di vitale importanza per il pilota conoscere la situazione di carico della macchina su cui vola, affinché sia sempre consapevole della corretta posizione del carico a bordo. Molti incidenti - spesso banali - sono legati al cattivo posizionamento del carico a bordo, che può alterare l’assetto della macchina improvvisamente, già a velocità intorno ai 65 kts, creando non poche difficoltà per il pilota che sarà costretto ad intervenire forzatamente sul trimmaggio del ciclico o addirittura volando mantenendo una posizione innaturale su di esso.
Il COSTRUTTORE rilascia all’interno del manuale una serie di diagrammi di WEIGHT and BALANCE (Peso e bilanciamento) ed attraverso i diagrammi relativi è possibile calcolare con precisione la corretta posizione di carico di ogni singolo elemento presente a bordo, in modo che esso sia sempre contenuto all’interno del confine di escursione baricentrica appropriato.

Un elicottero oltre al proprio peso - che include i vari elementi che lo compongono - deve sostenere anche il peso dell'equipaggio e delle dotazioni di bordo, definite come BOW (Basic Operating Weight) peso operativo di base. Si deve anche aggiungere il peso del carburante che varia nel tempo e talvolta perfino nella posizione, poichè verrà a consumarsi durante il corso del volo, oppure se ne caricherà una quantità specifica; in ogni caso ottenendo il GW (Gross Weight) cioè il peso massimo al decollo. Il GW deve essere uguale od inferiore al peso massimo consentito, diversamente sarà necessario rimuovere uno o più elementi dal carico pagante, o come accade spesso ridurre la quantità di carburante imbarcata. E' importante comprendere che il peso massimo consentito non è un valore costante, poichè dipende da fattori come l'altitudine (densità), la temperatura e l'umidità. La combinazione dei tre elementi determina la Density Altitude, o altitudine di densità, ma anche il consumo progressivo di carburante gioca un ruolo significativo in tal senso nella variazione del peso complessivo dell'aeromobile.

Si può approfondire questo punto nella sezione relativa alla potenza necessaria per verificare se l'elicottero sarà in grado di raggiungere la quota prevista per mantenersi in sicurezza in volo. Infatti attraverso la consultazione dei diagrammi di altitudine/peso è possibile identificare tali limitazioni che sono variabili a seconda delle condizioni atmosferiche che si incontrano lungo l'ascensione. Insomma non è proprio come pianificare una gita in auto. Il pilota ha dunque la necessità non solo di limitare il carico massimo da trasportare, ma anche la sua precisa disposizione all'interno dell'aeromobile sia lungo l'asse longitudinale che laterale rispetto al suo Centro di Gravità.

Dunque l'entita del peso e la sua posizione sono egualmente importanti e punti cruciali di analisi pre-volo. Il peso massimo della macchina che abbia anche un carico esterno sotto il gancio baricentrico, spesso è maggiore del peso che si raggiungerebbe con i passeggeri ed in questo caso la soluzione ottimale sarebbe - oltre che impiegare la giusta quantità di carburante a bordo - quella di rimuovere le portiere, ma questo potrebbe comunque creare uno squilibrio sull'assetto laterale della macchina con il tempo, specie se essa è dotata di serbatoi laterali che intanto si svuotano in maniera differente lungo il tragitto.

I manuali di volo contengono i diagrammi gia descritti per poter stabilire posizione e peso di qualsiasi elemento a bordo, ma hanno anche delle figure precalcolate che aiutano il pilota ad effettuare il calcolo in maniera più rapida ed altrettanto sicura, come per esempio per l'imbarco di passeggeri, dei loro bagagli e del carburante. L'elicottero per poter volare ha bisogno di almeno un pilota a bordo, e se i serbatoi sono pieni il suo peso deve raggiungere un valore minimo accettabile, come per esempio sul JetRanger che deve essere almeno di 200lbs, ed in questo caso si aggiungono delle zavorre per raggiungere detto valore.

Una situazione tipica può essere quella di dover spostare un determinato peso dal compartimento bagagli alla zona dei sedili posteriori, poichè il peso è ancora valido ma non la distribuzione al di sotto del CG dell'elicottero che risulta essere fuori il diagaramma.

Problema N°1

Abbiamo una situazione in cui una parte del carico presente nel bagagliaio deve essere spostata nell'abitacolo posteriore passeggeri in un punto preciso e cioè alla stazione 45.5, dunque il problema è: Quanto peso deve essere riposizionato per portare la macchina in equilibrio?

Per poter iniziare è importante acquisire i dati necessari ad effettuare il calcolo, e cioè il peso dell'elicottero, che nel nostro caso sarebbe di 2680 lbs, ma dobbiamo anche conoscere il Centro di Gravità della macchina che giace a 48 inch dal Datum, mentre il limite anteriore dove vogliamo riposizionare il nostro carico è a 45.5 inch, inoltre sappiamo che il peso che deve essere spostato e che si trova nel vano bagagli è a 38 inch dal CG, ma purtroppo ne ignoriamo l'entità che dobbiamo assolutamente trovare.

La cosa migliore da fare è cominciare a descrivere la situazione corrente, moltiplicando il Peso della macchina per il suo CG ottenendo il relativo Momento.

Momento= Peso * CG

Dunque 2860*48= 137280

La stessa operazione va effettuata per descrivere la nuova situazione, in altre parole laddove vogliamo sistemare il peso una volta stabilita la sua entità dunque:

2860*45.5=130130

Abbiamo cosi ottenuto i relativi momenti, quello che descrive l'attuale situazione (137280) e quello che descrive la nuova situazione (130130). E' intuitivo immaginare che bisogna fare la differenza tra i due momenti per ottenere il momento relativo allo spostamento tra i due gia calcolati, quindi:

137280-130130=7150

A questo punto conosciamo il momento di spostamento e sappiamo che il sedile posteriore che giace sulla stazione 45.5, dove vogliamo posizionare il nostro peso è distante 38 inch dal vano bagagli, ma ancora ignoriamo il valore del peso da trasferire nella nuova posizione. Tuttavia abbiamo tutte le informazioni necessarie per ricavarlo, prima di tutto il Momento di Spostamento (7150) che verrà diviso per la posizione in cui il nostro peso giace (38 inch) ci dirà di quanti lbs esso deve essere rimosso.

7150/38=188.15

Il risultato di queste due operazioni ci ha fornito il valore preciso di peso che equivale a 188 lbs che verrà rimosso dalla posizione nel vano bagagli distante 38 inch a quella nell'abitacolo posteriore, nella zona del sedile centrale posteriore, corrispondente alla stazione 45.5.

Problema N°2

Proviamo a fare l'operazione inversa, e cioè vogliamo conoscere la distanza su cui posizionare un determinato peso. Abbiamo un elicottero con un peso di 4384 lbs, il limite di CG è a 67inch, mentre l'attuale CG è a 69inch, il problema è che abbiamo 180lbs ad una distanza dal Datum di 82inch, quindi il problema è: Di quanti inch deve essere spostato il carico di 200lbs?

Anche in questo caso iniziamo con il descrivere l'attuale situazione e la nuova situazione, calcolando il peso rispettivamente per l'attuale CG e poi per il nuovo CG, come segue:

attuale situazione 4384*69=302496 e quindi la nuova situazione 4384*67=293728

Anche qui si procede con l'ottenere il Momento di spostamento (Moment Shift) facendo la differenza tra i due momenti già calcolati:

302496-293728=8768 (momento di spostamento) (moment shift)

Diversamente dal primo problema, dove abbiamo diviso il momento di spostamento per la distanza per ottenere il peso da spostare, qui dividiamo questo valore ottenuto per il peso da spostare ottenendo la distanza, semplice no?

Moment shift 8760/200 (peso da spostare in nuova posizione) = 43.8 inch!

Riepilogando, come prima cosa bisogna descrivere matematicamente la situazione attuale e poi quella nuova, calcolando i momenti di ogniuna, una volta ricavati questi si fa la differenza e si ottiene il momento di spostamento (Moment Shift) che potrà essere utilizzato per ottenere la nuova posizione su cui spostare il peso, oppure il peso preciso da posizionare su quella data stazione; insomma meno difficile di quanto credevi all'inizio, vero?

Distribuzione del Carico

Il limitato campo di escursione del baricentro di un aeromobile lo rende estremamamente suscettibile a variazioni della posizione e del peso del carico a bordo, in modo particolare per gli elicotteri perchè l'escursione del comando ciclico può mostrarsi limitata ed il pilota non sarà in grado di controllare l'assetto della macchina. Infatti il limite di azione del comando ciclico risulterà eccessivo e dovrà essere spostato eccessivamente in avanti se il peso della macchina si trovasse arretrato rispetto al suo naturale CG, oppure viceversa il pilota dovra trattenere a se, all'indietro il ciclico, se il peso dell'elicottero risultasse troppo in avanti rispetto al suo CG naturale, e questo è il principale motivo per il quale prima di ogni volo sarà necessario calcolare il peso carburante, (Zero Fuel Weight) perchè questo elemento imbarcato lungo il corso del volo si riduce con il suo consumo ed influnza la posizione del CG, che può risultare diversa alla fine del volo di come appariva in origine prima dell'inizio della missione. Le condizioni di bilanciamento della macchina possono essere sostanzialmente tre:

Centro di Gravità Arretrato (Aft CG)

Un elicottero che avesse il suo Centro di Gravità arretrato rispetto all'asse virtuale che coincide con il naturale Baricentro, volerebbe con il muso leggermente alto sull'orizzonte e la fusoliera investirebbe il vento relativo quasi con un angolo retto, con un aumento della resistenza già a bassa velocità. Inoltre gli stabilizzatori posteriori non riuscirebbero a fare il loro lavoro ed il pilota sarà costretto a mantenere il ciclico in avanti oltre la naturale escursione per quella modalità di volo, oltre al fatto che egli deve considerare gli effetti del vento relativo e di raffiche anteriori che sarebbero un vero problema per mantenere assetto e velocità costanti. Un ulteriore problema sarebbe dovuto allo stress causato al rotore, che dovrà sopportare momenti torcenti per i quali non è stato progettato.

Una precisazione va però fatta a proposito di due elicotteri in modo particolare, l'AW139 ed l'UH60 che in hovering risultano bassi sulla coda, come se il loro Centro di Gravità fosse arretrato, e questo non è dovuto ad una cattiva escursione del loro baricentro, ma piuttosto per la naturale inclinazione in avanti del mast del rotore, poichè si tratta di macchine pensate per la velocità e lo scopo di questa soluzione ingengeristica sta nel fatto che si vuole che l'elicottero sia perfettamente livellato in volo traslato.

 

Centro di Gravità Neutro

Si tratta di una condizione in cui la macchina è perfettamente bilanciata, ma non per questo si trova nella sua condizione ottimale di volo, infatti il muso è leggermente basso, circa 3° sull'orizzonte, oltre al fatto che le prestazioni non sono quelle che ci si aspetta sopratutto in volo traslato, perchè anche in questo caso il rotore non riuscirà ad essere abbassato in avanti sull'orizzonte come il pilota desiderebbe. Rimane comunque il fatto che questa situazione di bilanciamento risulta all'interno dell'escursione naturale del velivolo ed il consumo di carburante è il più vantagioso, inoltre è confortevole per i passeggeri e non richiede un estenuante lavoro di ciclico per variare l'assetto del velivolo.

 

Centro di Gravità in Avanti

In questa situazione il muso è in avanti perchè il suo Centro di Gravità si trova oltre il Baricentro naturale della macchina verso il muso, la fusoliera è completamente esposta al vento relativo in tutte le sue componenti e questo richiede maggiore potenza, ma gli stabilizzatori funzionano meglio è producono una deportanza che spinge la coda verso il basso. Questa condizione non permette di raggiungere elevate velocità a differenza di quanto si possa credere, perchè la resistenza del velivolo è maggiore delle condizioni precedenti, ed anche in termini di prestazioni esse vengono ridotte, poichè c'è bisogno di una maggiore spinta ed il consumo risulta più elevato e poi non è nenache molto confortevole per i passeggeri che si troverebbero tutto il tempo in una posizione innaturale, tuttavia è considerata la più stabile.

 

Peso

Il Peso non è altri che l'effetto che la Forza di Gravità ha su di un corpo, e la forza di gravità dipende dalla massa e dalle dimensioni del pianeta che attrae a se l'oggetto in questione. Il Peso si ottiene divindendo la Massa per l'Accellerazione di Gravità che nel nostro caso di terrestri è un valore costante equivalente a 9,80 m/s². L'accellerazione è normalmente considerata avere un valore di un G, cioè di una unità di gravità per l'appunto. Se non ricordi questo argomento puoi visitare la sezione di Fisica di Base.

E' risaputo a questo punto della tua esplorazione di questo sito, che qualsiasi aeromobile voglia andare in volo avente un suo preciso Peso Massimo al Decollo (massa), che rappresenta il massimo consentito per distaccarsi dal suolo, non potrà superare questo valore, sebbene in alcuni casi questo avviene per imbarco di carburante in aggiunta, ma è una operazione non consentita perchè il peso eccessivo della macchina creerebbe danni strutturali, oltre al problema della limitata potenza disponibile, inoltre esso non rimane affatto costante come risultava sulla bilancia da fermo, bensi subisce delle notevoli variazioni dovute a fluttuazioni della forza G (gravitazionale) che sono prodotte da accellerazioni verticali della macchina e che ne possono aumentare o diminuire il peso per un breve lasso di tempo, sufficiente a creare seri danni o perfino distruggere il velivolo.

Il manuale di volo rappresenta la legge, questo significa che se il pilota non si attiene alle limitazioni ed alle raccomandazioni da esso prescritte egli sta palesemente violando la legge. Infatti in caso di incidente oltre alla persecuzione legale, l'assicurazione del velivolo si avvarrà del diritto di non liquidare i danni. Quindi per la tua sicurezza vola sempre nei limiti del manuale operativo e di volo. Un aeromobile in volo con eccessivo peso massimo al decollo dovrà resistere alle pericolose sollecitazioni prodotte dalle turbolenze, che aumenteranno il peso del velivolo artificialmente e che non daranno tregua alla struttura della macchina, creando possibili danni costosi se va bene; definitivi se invece le cose vanno male.

Alcuni effetti sul sovra-peso dell'aeromobile includono fattori multipli come una Ridotta Capacità di Accellerazione che porta il pilota a percorrere una maggiore distanza sia per il decollo che per l'atterraggio, costretto oltretutto a mantenere una velocità maggiore di quella raccomandata in queste manovre per poter sostenere il volo in questa condizione.

Diminuzione di Prestazioni in Decollo, per esempio la difficoltà o peggio l'impossibilità di superare ostacoli che si trovino intorno l'area di decollo. Un altro fattore importante è la Riduzione della Distanza percorribile, perchè l'aumento di peso richiede un conseguente aumento di potenza e quindi di consumi, oltretutto la difficolta maggiore starebbe nella gestione della macchina a causa di una Ridotta Escursione dei Comandi di Volo, e purtroppo anche un ritardo dei tempi di reazione del velivolo rispetto all'input sul comando dato inizialmente per la manovra in corso. Infine, cosa dire dei Danni Strutturali prodotti da torsioni, tensioni, flessioni e frizioni tra i vari componenti della fusoliera? Oppure delle pale, gli alettoni, i pattini o i carrelli di atterraggio? Insomma tutto questo porta notevoli problemi di controllo della macchina in volo che devono assolutamente essere considerati per il livello di rischio che essi includono.

Per esempio in caso di Autorotazione le cose si metterebbero male, perchè un eccessivo peso complessivo dell'elicottero ti metterebbe in seria difficoltà in fase di decellerazione, e se questa fase della manovra non riuscisse alla perfezione rischieresti di stressare i pattini o i carrelli in modo permanente, perchè in fase di atterraggio la macchina toccherebbe il suolo con un peso maggiore artificialmente incrementato dall'accellerazione di gravità. In elicotteri di medie e grandi dimensioni il problema potrebbe diventare serio, perchè i motori non riuscirebbero a mantenere immediatamente il numero di giri sul rotore che potrebbero scadere al di sotto del limite minimo, creando un problema molto serio alle pale che perderebbero la loro rigidità nel momento meno opportuno.

Gli elicotteri vengono pesati in diverse occasioni, in primo luogo nel momento in cui entrano in servizio dalla casa costruttrice, ma esso può essere ripesato se viene trasferito da un paese non EASA in uno EASA, poichè deve seguire una nuova certificazione. Le procedure comunque prevedono una pesatra ogni quattro anni per ogni esemplare, oppure ogni volta che la macchina subisce una modifica, in altre parole la Massa ed il Centro di Gravità dell'elicottero devono essere periodicamente ristabilite.

Il peso degli equipaggiamenti a bordo deve subire anche esso una ricalibratura che avviene ogni due anni, ed ogni peso ottenuto (Reaction Mass) deve occupare una posizione precisa a bordo dell'aeromobile, inoltre la loro somma viene aggiunta alla massa della macchina e quindi nell'insieme divisa per il momento totale per ottenere il Centro di Gravità del velivolo.

Oggi vengono utilizzati diversi metodi di pesatura. Per esempio per piccoli elicotteri si usa la pesatura a ponte, in ogni per ottenere il peso viene comunque musurata la forza di attrazione della gravità che è esercitata su ogni singolo carrello di atterraggio o nel caso di macchine equipaggiate con pattini attraverso l'impiego di tre supporti (Jacks) in grado di fornire il peso della macchina con precisione su ogniuno dei tre punti su sui la macchina viene appoggiata. E' interessante il fatto che la procedura di pesatura avviene in un hangar chiuso, con ambiente ed aria controllati artificialemente e senza aria condizionata, ponendo l'elicottero su di un piano perfettamente livellato sostenuto da tre Jack, uno nella zona posteriore e due nella zona anteriore, come si vede in figura.

 

Problema N°3

Facciamo un esempio di calcolo di pesatura utilizzando i dati relativi ad un JetRanger, il nostro obbiettivo è di calcolare il Centro di Gravità Longitudinale con possibile precisione, e cioè il braccio in cui la massa è concentrara rispetto alla linea di Datum. Per poter effettuare il calcolo del CG con precisione abbiamo bisogno di una serie di informazioni, come i pesi e le distanze a cui essi sono posizionati.

L'elicottero è stato appoggiato delicatamente su tre supporti, i jack, che vengono regolati in modo tale da mantenere la macchina perfettamente livellata. I jack, sono tre. Due vengono posizionati anteriormente ad una distanza dal Datum di 1.4 metri (55.16 inches) mentre il jack posteriore viene messo al centro sulla posizione laterale 0 ad una distanza di 3.23 metri(127.5inch) dalla linea di Datum.

Ogniuno degli Jack registra un peso in quel dato punto - per essere più precisi - il Jack anteriore destro (+) si trova a 55.16inch dal Datum e sulla linea laterale +16,62 ed esso supporta un peso di 413lbs, mentre il suo opposto sul lato a sinistra (-) - che si trova anch'esso sulla stazione 55.16 - ma sulla stazione laterale -17 registra un peso di 402lbs, ed infine il jack posteriore che giace lungo l'asse longitudiale a 127.5inch e sulla stazione laterale 0 registra un peso di 831lbs, per questo il peso totale dell'aeromobile è pari a 1646lbs.

Nel nostro calcolo misureremo le stazioni, cioè le distanze dalla linea di Datum in metri piuttosto che in inch. A questo punto siamo a conoscenza delle informazioni fondamentali per risolvere il dilemma relativo al calcolo del Centro di Gravità Longitudinale del nostro caro "Jetty". Per prima cosa bisogna calcolare i momenti, rispettivamente quello anteriore e quello posteriore. La somma dei pesi sugli Jack anteriori è di 815lbs (402+413) dunque applichiamo la formula che ci aiuterà a calcolare il momento anteriore, e cioè:

Momentum=Weight * Arm

Da qui ricaviamo i due momenti come segue: Momento anteriore = 815lbs*1.4m = 1141! Il momento posteriore segue esattamente la stessa sequenza e cioè: Momento anteriore = 831*3.23m = 3083!

Poichè il Centro di Gravità dell'elicottero è localizzato in un punto preciso e si riferisce al peso totale della macchina, di cui conosciamo il valore pari a 1646lbs, ma abbiamo due momenti, quello anteriore e quello posteriore che diventerà uno solo, quello totale. Per questo essi dovranno essere sommati tra loro per ottenere un momento totale, dunque: 1141+3083=4224! Ci siamo ormai, perchè a questo punto applicheremo la formula per calcolare il Centro di Gravita:

Center of Gravity = TotalMoment / TotalWeight che significa: 4224/1646=2.56m!

Finalmente, ci siamo, ora sappiamo che il Centro di Gravità del nostro "Jetty" sorge approssimativamente a 2,56m dalla linea di Datum. Sottolineo il termine "approssivativamente" perchè il calcolo del Centro di Gravità in realtà non fornisce un valore precisissimo al millesimo di millimetro, ma si avvicina ad oltre il 90%, abbastanza per essere considerato attendibile in ogni caso.

Problema N°4

Proviamo a questo punto a calcolare la posizione del Centro di Gravità di un elicottero provvisto di carrelli di atterraggio che sostituiscono i Jack, e che abbia un peso maggiore del nostro "Jetty" ma utilizzando questa volta le misure anglosassoni in piedi (ft) invece che in metri.

Anche qui abbiamo le informazioni fondamentali che sono rappresentate dalle distanze e dai pesi che si esercitano su ogniuno dei tre punti di appoggio, rappresentati dai tre carrelli di atterraggio del nostro immaginario HH3F. Quindi dalla linea di Datum ad una distanza di sei piedi (6ft) abbiamo il carrello anteriore che sostiene un peso complessivo in quel punto di 2182 libre (lbs). Quindi proseguendo lungo la linea dal Datum ad una distanza di 17 piedi giungiamo all'altezza dei due carrelli di atterraggio posteriori, ogniuno dei quali sostiene un peso di 4960 libre (lbs). Il peso totale dell'aeromobile è dunque pari a 22024 libre.

Il primo passo consiste nel calcolare i momenti separatamente, rispettivamente quello anteriore e quello posteriore, quindi applicando la formula appropriata, moltiplicando il peso locale per la distanza:

2182(lbs)*6(ft)=13092(Frw Mom) ed a seguire il momento posteriore, quindi: 9920(lbs)*17(ft)=168640(Aft Mom)

Conosciamo già il peso totale dell'elicottero ma per ottenere il Centro di Gravità della macchina è necessario ricavare il Momento Totale, addizionando i due momenti tra loro, quello anteriore e quello posteriore ottenendo 181732 che verrà diviso per il peso totale come segue:

181732(Tot Mom)/22024(Tot Weight) = 8.25(ft) avanti dalla linea di Datum. Questo è il Centro di Gravità approssimativo del nostro HH3F!

Carico

Risolto il problema di come calcolare il bilanciamento dell'elicottero, nasce un nuovo dilemma, e cioè come caricarlo? Come le variazioni del carico modificano la massa complessiva della macchina lungo il corso della missione? Il carburante è senza dubbio il primo responsabile di ciò che muta lungo il volo, perchè esso viene consumato lungo il tempo in cui i motori funzionano, e questo è il primo problema da affrontare. Per meglio calcolare e comprendere queste costanti variazioni di massa e quindi peso trasportabile e momenti, bisogna suddividere la massa totale dell'elicottero in sottogruppi che abbiano uno specifico significato.

Solitamente il peso attuale dovrebbe essere il punto di riferimento iniziale, quindi oltre a pesare il carico imbarcato sarebbe appropriato pesare anche i passeggeri, ma se si hanno meno di 6 passeggeri si può utilizzare una stima verbale, e cioè chiedere o valutare in base ad eseperienza acquisita sul campo, il peso di ogniuno dei passeggeri, in modo da poter effettuare il calcolo del Peso e Bilanciamento in modo corretto per risolvere la missione con successo.

Poichè abbiamo diversi elementi a bordo, alcuni rappresentano masse costanti come gli organi meccanici, motori, e la fusoliera stessa, mentre altri sono variabili come il consumo di carburante che diminuisce lungo il volo, oppure il carico ed i passeggeri che possono variare a secondo dello scopo della missione, sarà necessario differenziare le masse tra loro in specifiche categorie come lo schema riportato al di sotto.

Classificazione delle Masse e dei Carichi

L'elicottero ha un peso prima del decollo che è differente da dopo l'atterraggio. Il carburante diminuisce lungo il volo ed i momenti relativi cambiando modificando il Centro di Gravità, inoltre le possibilità di carico sono varie e dipendono dalla natura della missione e poi ci sono gli equipaggiamenti e l'equipaggio ed infine il carico pagante. Tutte queste voci vengono classificate secondo una serie di masse differenziate che nell'insieme compongono la massa finale della macchina. Esse sono rispettivamente: (Schema delle definizioni delle Masse)

Basic Empty Mass (Massa Peso a Vuoto)

Si tratta del peso a vuoto della macchina ma completamente equipaggiata in versione standard, in altre parole secondo lo schema di Peso e Bilanciamento stabilito prima che l'elicottero entrasse in servizio. Sostanzialmente si tratta del peso della fusoliera, dei suoi componenti meccanici come motori, rotori, carrelli e strumentazione più gli equipaggiamenti integrati come gli estintori, gli ossigenatori etc, ma a questa massa vengono inclusi anche il carburante non utilizzabile che rimane in una parte del fondo del serbatoio ed i fluidi non consumabili che sono confinati in un circuito chiuso, come gli olii.

Dry Operational Mass (Massa Operativa)

Naturalmente questa include la BEM come sopra descritta ma ad essa vengono aggiunti l'equipaggio, i loro bagagli, le attrezzature utili per la missione, attrezzature di emergenza, catering, manuali e materiale cartaceo, il verricello etc.

Area Load (Carico su Area)

E' sostanzialmente la massa del carico distribuita su una determinata area dell'aeromobile, questa voce è inclusa nella massa operativa.

Operating Mass (Massa Operativa)

Molto semplice, è praticamente costituita dalla DOM più il carburante, ma non include il Carico Pagante.

Traffic Load (Carico Pagante)

Le cose qui sono un pochino diverse dal resto delle Masse qui elencate. Il Traffic Load o Carico Pagante è rappresentato dalla massa che deve essere trasportata dal punto A al punto B. Include i passeggeri, i loro bagagli, oppure il carico, come merci etc. Esso si può anche ricavare sottraendo lo Zero Fuel Mass dal DOM. Ovviamente la massa del Carico Pagante (Traffic Load) deve essere attentamente pesata ed inserita nel calcolo di Peso e Bilanciamento poiche essendo variabile e diponibile in aree precise dell'aeromobile, richiede una attenta valutazione affinche il Centro di Gravità dell'elcottero sia perfettamente all'interno dell'aerea Longitudinale e Laterale stabilita dal manuale di volo.

Disposable Load (Carico variabile)

Si riferisce alle masse che lungo il corso della missione possono variare, come il numero di passeggeri, il carburante e gli olii consumabili.

Zero Fuel Mass (Massa Complessiva a Zero Carburante)

E' il peso dell'aeromobile al di sopra del quale ogni incremento di peso deve unicamente consistere dal solo carburante, in altre parole tutta la macchina eccetto il carburante! Lo scopo è quello di stabilire quanto carburante può essere imbarcato a bordo tenendo presente che l'elicottero è gia stato caricato del carico pagante. E' una voce molto utile per gli aerei perchè hanno i serbatoi del carburante nelle ali, ed il pilota deve trovare un equilibrio tra i pesi che ha già imbarcato e quello del carburante che deve ancora caricare.

Maxumum Structural Mass (Massa Massima Strutturale)

Ho già descritto all'inizio di questo capitolo come la massa di un corpo pur rimanendo inalterata fa del suo peso un elemento che può variare artificialmente durante il corso del volo, causato dalle manovre che si compiono, come virate, cabrate, richiamate etc. Detto questo, si tratta della Massima Capacità Strutturale dell'aeromobile, e cioè la capacità della struttura di sopportare i carichi assegnati nelle varie aree e componenti che costituiscono la macchina, come ad esempio il pavimento, o il supporto del gancio baricentrico e del verricello. Viene stabilita solo se non c'è differenza tra la Massa Strutturale in Rullaggio massima, la Massa Strutturale in Decollo massima, e la Massa Strutturale in Atterraggio massima. In poche parole l'aeromobile non deve dover sostenere un peso artificiale o indotto superiore al massimo consentito che possa arrecare danni strutturali di qualsiasi tipo che si possono generare durante accellerazioni angolari in volo o a terra mentre in movimento.

Maximum Taxi Mass (Massa Massima in Rullagio)

Si riferisce al peso massimo al quale l'aeromobile può essere in grado di muoversi autonomamente con la sua propria potenza, prima della fase di decollo. E' anche rappresentata dal TOM (Take Off Mass) più il carburante necessario a compiere la manovra di rullaggio (Taxiing Fuel) o di corsa pre-decollo, perchè quel carburante necessario a compiere questa manovra sarà in fase di consumo e dunque la macchina sarà più leggera rispetto all'avviamento dei motori, ma più pesante del TOM perchè dopo il decollo quella porzione di carburnte non esiste più fisicamente nei serbatoi. Per quanto riguarda gli elicotteri però c'è da chiarire un punto importante, perchè nella maggior parte dei casi il rullaggio è considerato già decollo, perchè la macchina viene posta in volo e quindi si terrà conto della quantità di caburante facente riferimento al TOM, mentre per gli elicotteri dotati di carrello si potrà considerare l'MTM come valore di calcolo della massa complessiva. Poichè le complicazioni devono essere sempre più agiunte piuttosto che sottratte, devo specificare se secondo EASA esiste anche la Maximum Structural Taxi Mass, che sarebbe la massa massima permissibile che ha l'elicottero nel momento in cui inizia a rullare, che è tutto sommato già parte della MTM.

Takeoff Mass (Massa complessiva in decollo)

Si tratta della somma della DOM (dry Operational Mass) più il carico consumabile o variabile che è chiaramente rappresentato dal carburante che è necessario utilizzare per compiere la manovra di decollo, che ovviamente non deve superare il peso massimo disponibile. Ovviamente questa quantità di carburante - e quindi di peso - limità il peso del carico pagante e si tiene in conto dal momento esatto in cui si inizia il decollo fino al livellamento dell'elicottero in quota di crociera. Anche in questo caso bisogna essere più precisi specificando che esiste anche la Maximum Structural Take Off Mass (Massa Massima Strutturale in Decollo) MTOM che si riferisce alla massa massima totale permissibile all'inizio della fase di decollo e che non deve mai essere superata ina alcun caso.

In-Flight Mass (Massa complessiva in volo)

E' la massa complessiva che l'elicottero ha una volta in volo in uno specifico momento. Sembra ovvio, ma è in realtà importante perchè ad esempio il pilota può alzarsi in volo con una IFM nei parametri, ma poi decide di aggiungere un carico esterno come una benna che aumenta il peso complessivo in volo, modificandone il valore iniziale e forse perfino superando il peso massimo (T/oM) consentito della macchina. A questo punto il parametro più adatto a questa circostanza sarebbe il Maximum Structural In-Flight Mass with External Load (Massa Massima Strutturale in volo con Carico Esterno) che parla da se immagino.

Landing Mass (Massa Complessiva in Atterraggio)

Anche in questo caso è intuitivo capire a cosa si riferisce questo parametro, infatti l'elicottero fin dalla sua accenzione, attraverso il decollo, il volo, l'avvicinamento e l'atterraggio finale ha perduto del peso consistente in termine di carburante, che è l'unica variabile certa da calcolare, e dunque pesa molto meno, considerato che se si tratta poi di un biturbina ben carico e che ha percorso un lungo tragitto il carburante bruciato e quindi il peso consumato ha un valore importante. Ovviamente anche in questo caso viene tenuta in considerazione la struttura della macchina e quindi il Maximum Structural Landing Mass (Massa Massima Strutturale in Atterraggio), MSML.

Maximum Landing Mass (Massa Massima in Atterraggio)

Cosi come il MSML ha lo scopo di prevenire un eccessivo carico sulla struttura dell'aeromobile in fase di atterraggio - quando il peso complessivo del velivolo risulterebbe maggiore di quello consentito in quelle date condizioni - il MLM assolve alla stessa funzione perche un cattivo calcolo del peso danneggerebbe diversi componenti della macchina, come per esempio i pattini od i carrelli che in caso di cedimento strutturale produrrebbero un rollio laterale dell'elicottero con conseguenze catastrofiche per gli occupanti.

Un esempio banale per capire meglio l'importanza del MLM potrebbe essere quello in cui un elicottero parte dalla valle per raggiungere una vetta, avente a bordo un numero di passeggeri ed i loro bagagli a seguito, una determinata quantità di carburante necessaria anche al rientro e delle condizioni di aria tiepida ed assenza di vento in quota. Questa situazione potrebbe essere rischiosa per l'elicottero, perchè l'eccessiva massa complessiva potrebbe rendere l'atterraggio faticoso a quella quota, dove i motori respirano con più affanno e minore potenza a causa della minore densità dell'aria, e poi operando ad una temperatura elevata per quella quota riducendo le prestazioni nel complesso della macchina. La soluzione sarebbe una sola: Ridurre il carico pagante! Ecco perchè questo parametro insieme al carburante imbarcato risultano tra i più importanti nel valutare il peso e la massa complessiva di un aeromobile.

Per fare un riassunto di quanto è stato detto possiamo basarci su uno schema semplificato che stabilisce che il DOM (Dry Operational Mass) ed il TL (Traffic Load) non cambiano mai durante il corso del volo, inlcuso i passeggeri a bordo, che non certo dimagriscono lungo il tragitto. A proposito per quanto riguarda i passeggeri che rappresentano il carico utile, ci si riferisce al Manuale Operativo dove vi sono tabelle relative alla età ed al peso medio, che vengono calcolate a seconda del numero di passeggeri imbarcati. Quello che invece subisce variazioni come è stato detto più volte è il carico con massa variabile e cioè il carburante che oltre a modificare la massa complessiva dell'elicottero ne altera anche il Centro di Gravità. Il Centro di Gravità si ottiene dividento il Momento Totale per il Peso Totale e poichè in atterraggio abbiamo un peso ed un momento diversi, avremo di conseguenza anche un diverso CG.

Dunque la massa del carburante deve essere stabilita in base alla Densità attuale, in altre parole quella che si sta registrando al momento della missione, se non la si conosce ci si riferisce al Manuale Operativo. Lo scopo della Massa Massima in Decollo ed Atterraggio serve a preservare la macchina da eventuali danni strutturali, ma anche per determinarne le prestazioni e le limitazioni, oltre che per motivi di natura aerodinamica come quelli relativi alla Portanza ed alla Resistenza che agiscono in antagoniscmo sia sulla fusoliera che sulle pale. Infatti i fattori che influenzano questi elementi sono la Pressione che diminuisce in quota, cosi come la Temperatura, ma per gli elicotteri bisogna tenere a mente che il decollo richiede una potenza disponibile tale da poter evitare gli ostacoli intorno al campo di decollo, come alberi od edifici.

Vengo chiamato per una missione da compiere con il mio vecchio e caro "Jetty", ed il mio problema è di trasportare delle persone, ma in base alla rotta da seguire devo calcolare il carburante necessario da caricare a bordo, per poter stabilire se posso caricare tutti e quattro i passeggeri che hanno chiesto il servizio di Helitaxi.

Il primo problema da risolvere è quello di trovare il MTOM (Maximum Take Off Mass) cioè il massimo peso al decollo possibile, che in accordo con il manuale di volo del mio vecchio Jetty è di 3200lbs. Questo è il peso oltre il quale io non posso eccedere, in altre parole all'interno dei 3200lbs devo farci entrare carburante e passeggeri. Il MTOM è composto dal DOM (Dry Operation Mass) cioè dalla macchina in se incluso il carburante non utilizzabile ed i liquidi raccolti in un circuito chiuso come gli olii, quindi si deve aggiungere il Carburante ed infine il Payload o Traffic Load che nel nostro caso è rappresentato dai Passeggeri.

Consulto il manuale di volo, guardando nella sezione Weight & Balance per verificare le masse che ho bisogno di conoscere e la loro posizione, esse infatti mostrano le distanze e le masse di ogni posizione per le varie configurazioni. Per esempio se si intende volare senza gli sportelli posteriori o si vogliono rimuovere tutte le portiere, oppure se si intende rimuovere i comandi a sinistra per utilizzare il posto anteriore per un passeggero etc.

A questo punto procedo cominciando a fare una serie di sottrazioni che mi porteranno alla fine a ricavare il peso massimo disponibile per poter imbarcare i passeggeri. Infatti comincio con il sottrarre al MTOM il mio peso che equivale a 185lbs ed il BEM (Basic Empty Weight), cioè il peso a vuoto della macchina (inclusa in carburante non usabile ed olio) che è di 1875lbs. La somma dei due è pari a 2060lbs che vanno sottratti ai 3200lbs che rappresentano il MTOM.

Avrò come risultsto 1140lbs che rappresentano la massa imbarcabile composta dal carburante e dai passeggeri, in altre parole questo è il peso massimo disponibile che devo gestire per imbarcare il primo e poi i secondi. E' ovvio che comincio con il carburante di cui ho bisogno per compiere la missione, e non parlo solo di una tratta, ma anche di quello che mi serve per il rientro alla base perchè non avrò la possibilità di fermarmi per rifornirmi, dopotutto sto operando in una zona rurale. L'elicottero in ZFM(Zero Fuel Mass) è tecnicamente ancora perfettamente all'interno dell'escursione del CG, dunque partendo da questo punto comincio a calcolare il TF(Traffic Load) e cioè capire quanti passeggeri posso portare con me.

Ho deciso che per la missione ho bisogno di un totale pari a 60 US gal di carburante, che pesano 348lbs che devo sottrarre al TL che è di 1140lbs meno 348lbs diventano 792lbs. Questo è il mio peso massimo disponibile per poter caricare i miei passeggeri esso è il valore di Traffic Load o di carico pagante. I miei quattro passeggeri hanno un peso medio di circa 78kg a persona che però io porto ad 80kg per ogniuno, che fanno in quattro 320kg pari a 705lbs. Perfetto ci sono! Posso partire per la mia missione, ho più di 80lbs liberi che risparmierò molto volentieri a bordo per tenermi abbastanza leggero per la missione.

Troverai una serie di esercizi più estesa in questa sezione Esercizi Per Carico e Bilanciamento, dove potrai analizzare meglio vari casi di carico e bilanciamento, gli esercizi riportati in questa sezione sono in buona parte quelli che troveresti nei test EASA per il conseguimento della licenza di Pilota Commerciale.

Gestione del Carico

Lo spazio a bordo di un aermobile viene attentamente organizzato e spesso ci si riferisce a quello che si occupa sul pavimento, poichè quella è l'aria di supporto del peso caricato ed è anche sottoposta a stress meccanico più o meno importante. In entrambi i casi, sia il carico che i passeggeri devono essere perfettamene distribuiti su questa superficie, e ci sono moltissime ragioni che non sono legate solo alla natura della masse, ma anche alle vie di accesso da pare del personale al carico che è stato legato in modo tale da non subire movimenti durante il volo, e questo è importante anche da un punto di vista della sicurezza, per poter intervenire in caso di emergenza.

In alcuni casi come sistemi di legaggio o di sicurezza possono essere utilizzate le stesse cinture di sicurezza presenti a bordo, infatti i problemi nascono per quegli aeromobili che possono essere impiegati sia per trasporto passeggeri che per trasporto merci e richiedono una differente configurazione ad ogni occasione, e sembra strano a dirsi ma EASA prevede una apposita certificazione per questo, in altre parole qualsiasi modifica di configurazione a bordo può essere fatta solo da un pilota certificato anche per questo compito - anche se basterebbe studiare le procedure ed il manuale di volo con le raccomandazioni relative - ma se EASA ha richiesto questo standard di addestramento significa che evidentemente qualche caso verificatosi in precedenza ha imposto questa soluzione come unica.

Comunque rimane confortante sapere che in piccoli aeromobili come un BELL407 o piuttosto un ECUREIL o altri elicotteri tra i più diffusi e versatili di questa classe, basterà rimuovere i sedili a bordo per riconfigurarlo, poichè queste macchine sono state progettate già per soddisfare un ruolo anche alternativo al trasporto passeggeri, ed i punti di fissaggio dei sediti sono in genere gli stessi dove si applicano tensori, cinghie e ganci per fissare il carico sul pavimento.

Ricordati che il pavimento della cabina non può sopportare più di un certo peso, infatti come vedremo nella sezione relativa alla Struttura ed ai Sistemi gli elicotteri cosi come gli aerei sono sottoposti a continui fattori di stress, come torsioni, compressioni, flessioni, vibrazioni e fattori meccanici importanti. Insomma quello che si deve tenere a mente è che si tratta di macchine incredibili ma molto delicate, ed è utile guardare al tuo elicottero come ad una cavallo, un animale possente ma al contempo molto delicato.

Dunque il peso caricabile sulla piattaforma della cabina non potrà sostenere oltre un certo peso - calcolato in pounds (lbs) - su di una suprficie espressa in (feet²) piedi quadrati. Quindi maggiore è la superficie che un elemento va ad occupare meglio sarà è il suo peso distribuito sulla superficie del piano di sostegno. Il giochetto del fachiro lo insegna. Infatti sono tantissimi i chiodi che sostengono l'intero peso del folle e che non gli procurano alcun fastidio perchè il suo peso viene frazionato su un numero elevato di supporti, per cui ogni chiodo (supporto) riceve solo una piccola quantita o frazione del peso totale del fachiro, quindi maggiore è il numero dei chiodi minore è il peso che ogniuno di essi sostiene. Certo le cose si metterebbero diversamente se questo pazzo si stendesse sua una fila di quattro chiodi.....ahiiii....perchè il peso del suo corpo sarebbe distribuito solo su quattro o poco più - numero di supporti - che dovranno sostenere una enorme quantità di peso e le conseguenze sarebbero visibili nei colori accesi della schiena dell'uomo e nell'assordante suono della sua voce.

Per poter stabilire il tuo carico, bisognerà dividere il carico per l'area sulla quale lo si vuole porre, verificando che la pressione di carico non superi quella stabilita dal manuae di volo per superficie quadrata, che insomma esso non sia superiore a quello massimo sostenibile dal pavimento su di una superficie quadrata, insomma essere sicuro che il contenitore ed il suo contenuto che devi imbarcare in cabina siano ben compatibile con il pavimento dell'elicottero.

Volendo fare un esempio pratico: Immaginiamo di dover caricare un pallet con dimensioni pari a 36X48 inch a bordo di un elicottero che abbia il limite di carico pari a 160 lb/feet², il contenitore dovrà essere a sua volta riempito di materiale e prima di imbarcarlo dobbiamo essere certi che la quantità di attrezzature e materiali vari che conterrà, non superino un per superiore a quello consentito sul pavimento dell'elicottero. Il peso massimo sostenibile dal pavimento secondo il manuale è di 169 lb/feet², vale a dire che non è possibile porre un peso maggiore su ogni piede quadrato di superficie a bordo.

Calcolata l'area del pallet che è espressa in piedi (feet) moltiplicando cioè il Lato1 per il Lato2 della base di esso, (36X48=1728) divideremo il risultato per 144 che è un valore costante da tenere a mente per tutti questi tipi di calcolo. Il risultato di questo (1728/144=12) calcolo si riferisce al peso sulla superficie che sosterrà il pallet espressa in piedi quadrati (feet²).

La superficie ricavata (12lbs/feet²) verrà moltiplicata per il peso massimo sostenibile dal pavimento, sottraendo ad esso il peso del contenitore e delle cinghie di bloccaggio. Il risultato sarà relativo al peso massimo consentito che il pallet potrà contenere (169X12=2028). Questo significa che il peso massimo che può essere caricato in questo contenitore non deve superare i 2028lbs complessivi. Infatti avremmo che con questo carico il peso sarà pari a 12lbs per piede quadrato, in questa circostanza dovremmo anche sottrarre il peso del pallet e delle cinghie per fissarlo al pavimento. Se il pallet da solo pesa 50lbs e le cinghie hanno un peso complessivo di 33lbs, verranno sottratti 83lbs ai 2028lbs che diverranno 1945lbs.

Nel mondo reale però sarà più probabile che il calcolo avverrà in modo automatico, conoscendo attraverso la consultazione del manuale operativo ed il manuale di volo con esattezza l'entità del carico sostenibile su quell'area del pavimento, facendo attenzione che il peso complessivo di esso sia sempre inferiore al limite consentito dalla struttura.

A bordo il carico viene assicurato con dei tensori, delle cinghie che vengono agganciate ad appositi supporti presenti sul pavimento, lo scopo è di provvedere al perfetto ancoraggio del carico, che non deve per nessun motivo muoversi dalla posizione stabilita, perchè il CG della macchina sarebbe compromesso e ci si troverebbe in una situazione difficile da gestire dal punto di vista del controllo in volo. Ma vi è anche il fattore sicurezza interno, perchè il carico potrebbe danneggiare un supporto, una parete o rompere un portellone dell'elicottero con conseguenze immaginabili.

Per concludere, non bisogna mai dimenticare che si vola su una specie di bilancia, un sistema suscettibile al peso complessivo ed alla sua posizione, che nell'iniseme deve risultare appositamente calcolato, perchè la stabilità del volo dipende sopratutto da questo fattore oltre che da altri di non minore importanza. Il Peso ed il Bilanciamento non va mai sottovalutato o fatto in maniera approssimativa, e per quanto mi riguarda, per il mio compito in questa sezione, sarebbe bene studiare i vari esercizi che ho posto nella pagina apposita (Esercizi Per Carico e Bilanciamento) oltre alla raccomandazione di calcolare varie configurazioni che potrebbero dimostrarsi possibili sul vosto velivolo, anche perchè non si sa mai, meglio anticiparsi un po il lavoro.

©Gino D'Ignazio Gizio