Tipologie dei Rotori

In questa sezione: Rotore Articolato; Rotore Semiarticolato; Rotore Rigido; Rotore Semirigido.

Gli elicotteri impiegano principalmente tre tipologie di rotori, sebbene da queste vi sono state varie evoluzioni, tuttavia la base strutturale è fondata sui Rotori Semirigidi, Rotori Articolati ed i Rotori Rigidi.

Rotore articolato

Si tratta del sistema più complesso ma è anche il più efficiente tipo di rotore. E' formato da un numero non inferiore di tre pale che sono fornite di CERNIERE DI FLAPPEGGIO indipendenti da quelle di BRANDEGGIO, che come abbiamo visto assorbono sia i momenti flettenti verticali, che quelli orizzontali che si generano sulla pala durante la rotazione, soprattutto in fase di volo traslato.
Le CERNIERE DI FLAPPEGGIO sono alloggiate all’interno di ogni singolo braccio del rotore che sostiene la pala, sono in genere costituite da un perno che permette il movimento verticale della pala entro una limitata escursione, sia verso il basso che verso l’alto.
Le CERNIERE DI BRANDEGGIO invece sono costituite da un secondo perno posto verticalmente, in genere all’interno dello stesso dispositivo di flappeggio, ma dotate di un ammortizzatore che delimita anche in questo caso un preciso arco limitato di rotazione della pala intorno al suo punto di origine sul piano orizzontale, cioè intorno al perno di brandeggio stesso, proprio per smorzare i movimenti flettenti orizzontali, dovuti alla variazione di resistenza in relazione con la modifica del passo della pala, come i valori di portanza generati durante il volo traslato, che causano la DISSIMETRIA DI PORTANZA tra la pala avanzante e quella retrocedente. Nei comuni modelli in miniatura radiocomandati, ad esempio, le pale non sono fissate in maniera rigida al braccio di articolazione, ma attraverso un piccolo perno che ne consente una libertà di movimento con un ampio raggio di rotazione. L'ultima articolazione è quella che riguarda il cambio passo della pala che è presente in tutti e tre le tipologie di rotori. In breve la pala di questo rotore si muove in avanti, all'indierto , sopra , sotto e può ruotare lungo il suo asse longitudinale.

   
 
   
 
       
 

Rotore semiarticolato

Si tratta di un rotore dotato solo di cerniera di flappeggio, mentre il sistema di smorzamento di brandeggio è affidato in genere ad un cuscinetto elastomerico oppure alla stessa elasticità dello snodo della pala, grazie alle caratteristiche meccanico-elastiche del componente.

Questo tipo di rotore produce vibrazioni costanti, specie in effetto suolo perchè le pale si alternano tra due momenti, uno longitudinale ed uno trasversale. Le oscillazioni in genere sono calcolabili per due oscillazioni per giro, per ridurre questo problema e per rendere il sistema più stabile specie in volo stazionario, furono messi a punto una serie di dispositivi conosciuti come bilancieri, che comportandosi come una sorta di giroscopio rendevano il rotore più stabile.
Questo rotore è impiegato sul BellJetranger 206 ed il Robinson R22/R44/R66 dotati anch’essi di rotore semirigido. Nel Bell JetRanger è installato anche un bilanciere centrifugo, un dispositivo composto da due minuscoli braccetti con dei pesi calibrati che assolve al mantenimento accettabile della stabilità del rotore.
Mentre sui Robinson il rotore sebbene di tipo semirigido possiede una cerniera che è leggermente al di sopra del piano di rotazione, anche questo meccanismo migliora la stabilità del sistema e lo rende semplice nella sua struttura. Stabilità

 
 

Rotore semiarticolato con bilanciere

E’ la tipologia forse tra le più diffuse in macchine come il Bell 212, o i vecchi Bell 205 e Bell 204. Il primo impiego di questo tipo di rotore fu sul Bell 30 nella seconda metà degli anni 40. In ogni caso questo tipo di meccanismo è largamente impiegato su alcuni piccoli modelli in scala radiocomandati, e rappresentò l’alternativa da subito al rotore articolato progettato da Sykorsky sul suo VS300, da parte di Arthur Joung che lo inventò sviluppandolo per la Bell Helicopter ed impiegato per la prima volta sul modello 30.

Si trattava di una sbarra trasversale dotata di due pesi alle estremità che provvedeva a stabilizzare il rotore sul piano orizzontale. Il bilanciere Bell non è l’unico dispositivo conosciuto, anche se è presente su modelli in scala radiocomandati con rotore assiale controrotante, in genere posizionato con un angolo di circa 50-60°, sul piano di rotazione delle pale, ma altrettanto importante e famoso è lo stabilizzatore Hiller, che è invece dotato di piccole calettature aerodinamiche alle estremità, oggi largamente diffuso su piccole macchine radiocomandate.
Questo rotore è provvisto solo di due pale rigidamente legate ad un mozzo in comune, ed un bilanciere sospeso attraverso un perno che attraversa il mast e che funge da cerniera di flappeggio. Durante la rotazione in volo traslato, il bilanciere viene controllato dal comando ciclico ed a sua volta influenza l'angolo di attacco delle pale. Infatti alla dimuzione dell'angolo di attacco della pala avanzante corrisponde l'aumento dell'angolo della pala retrocedente, in modo da equilibrare il momento di flappeggio prodotto dalla dissimmetria di portanza tra le due superfici portanti.

   
 
     

Rotore rigido

Si tratta del sistema più antico ed attualmente il più avanzato tecnologicamente grazie allo sviluppo di materiali di nuova generazione, che rendono le pale elastiche ed al contempo resistenti. Questa tipologia di rotore è esente da cerniere di articolazione che sono sostituite da cuscinetti elastomerici fatte di materiali compositi e gomme speciali. In realtà questo dispositivo di smorzamento all’inizio molto primitivo poneva delle limitazioni piuttosto importanti, in particolare in fase di volo traslato. Se infatti il sistema fosse realmente rigido - e cioè letteralmente legato al Mast senza alcuna possibilità di articolare la pala in modo libero - il volo traslato risulterebbe impossibile, come sperimentò agl inizi dello sviluppo dell'autogiro La Cierva.
I materiali compositi odierni permettono invece una leggerezza perfettamente accoppiata ad una elasticità controllata ad una ottima resistenza meccanica, permettendo prestazioni piuttosto interessanti. Ed e per questo che oggi questo rotore è senza dubbio il modello più apprezzabile e più diffuso sopratutto di largo impiego nelle macchine francesi. Durante il check list però bisogna sempre controllare lo stato dei cuscinetti elastomerici che possono mostrare qualche problema in ancipo rispetto alla prevista manutenzione.

 
 
 
   

Come si vede dalla figura, il ROTORE RIGIDO è praticamente privo di cerniere sia di flappeggio che brandeggio, ma di piastre elastiche e pale flessibili ad alta resistenza meccanica, che sono in grado di espletare le stesse funzioni di un rotore articolato. Inoltre l’escursione del baricentro risulta più ampia, è nota infatti una variazione dell’anticipazione sul piatto oscillante dell’effetto di precessione, che è inferiore al valore che per convenzione consideriamo di 90°. I rotori di questo tipo tuttavia non sono adatti a macchine di grandi dimensioni e sono senza dubbio il sistema di articolazione ad oggi più diffuso sugli elicotteri odierni.

©Gino D'Ignazio Gizio