G455 CellCraft

Il CellCraft G455 è una variante del modello madre il G450, di cui conserva in buona parte il 90% delle componenti eccetto che per i rotori che in questa macchina hanno una struttura diversa.
Il G455 nasce principalmente per il soccorso medico e l'impiego nelle forze di polizia, sebbene si sia pensato anche ad una versione civile. La macchina è dotata di quattro elettro-rotori ad anello di diametro inferiore a quello della sorella gemella: la G450. I rotori sono provvisti di due dischi separati a dieci pale in carbonio separate da uno statore intermedio, che funge anche da telaio sul quale sono montati i due motori che azionano ognuno un singolo rotore. Dunque anche in questo caso abbiamo l'impiego di due motori per ogni rotore, ma essi ruotano in senso opposto l'uno rispetto all'altro.
Lo scopo di questo progetto era di ridurre leggermente - per quanto possibile - il diametro degli anelli, ottenendo la stessa spinta e le stesse prestazioni. Una versione derivante da questa ma con una architettura leggermente diversa, non ancora pubblicata sul sito, impiega un sistema di rotori molto simili, si tratta del G555, questa macchina conserva tuttavia la fusoliera del vecchio progetto G500 che invece impiegava rotori simili al modello G445, con elettro-rotori intubati, birotore più compatto ma meno performante in volo stazionario.
Il G455 è provvisto di due unità MPU (Main Power Unit) con una potenza totale pari a 720Kw, la macchina è in grado di gestire la potenza necessaria in base alle necessità della missione in modo da risparmiare energia. A pieno carico in decollo ed in volo ad alta velocità la macchina impiega entrambe le unità MPU alla massima potenza disponibile - in accordo con le condizioni di densità, temperatura ed umidità dell'aria - come avviene con qualsiasi altro tipo di aeromobile; e penso agli elicotteri in modo particolare. Tuttavia diversamente da questi, il G455 come la sua sorella G450, può volare in volo traslato utilizzando anche solo una unità MPU, sopratutto in condizioni di carico leggero, laddove l'energia spesa è superiore a quella necessaria per il volo.
Entrambe le macchine infatti si comportano diversamente quando passano dalla modalità di volo verticale a quella orizzontale. In decollo l'aeromobile richiede una notevole quantità di energia, poiché non si genera alcuna portanza sulle ali, che si comportano come superfici passive, e tutta la spinta è esclusivamente indirizzata ad accelerare una quantità d'aria pari o superiore al peso dell'aeromobile al di sotto di essa, affinché il volo avvenga; terzo principio della dinamica.
In questa condizione infatti sia le unità MPU, sia gli elettro-rotori devono lavorare al massimo delle loro capacità.
Le cose cambiano invece in volo traslato, quando l'aeromobile raggiunge una velocità superiore ai 55 nodi, poiché in quella condizione di volo orizzontale comincia a generarsi la portanza alare, e le superfici alari diventano dinamicamente attive al volo. L'aeromobile si comporta come un aeroplano e la potenza necessaria al volo viene notevolmente ridotta quasi del 50%. Ed è qui che interviene il sistema di controllo dinamico dell'aeromobile, l'AFC, che informa il pilota che l'energia spesa dalle unità MPU è eccessiva e quindi si può tagliare una delle due unità e proseguire il volo solo con una di esse.
Il pilota deciderà a discrezione se intervenire spegnendo o lasciando in funzione l'unità MPU in funzione. Il sistema AFC è anche in grado di intervenire sulla durata della vita delle unità MPU, memorizzando i tempi di funzionamento di ognuna separatamente, facendo in modo di alternarne il funzionamento. Se ad esempio nella missione precedente si è condotto un volo di un'ora utilizzando solo l'unità MPU N°1 ( anteriore) nel volo successivo (qual'ora ci fossero le condizioni come sopra descritto) il sistema di controllo dinamico del volo Utilizzerà solo l'unità MPU numero due (posteriore).

L'AFC è in grado automaticamente di riavviare l'unità dormiente qualora le necessità del volo subissero delle variazioni, come una forte o improvvisa riduzione della velocità prossima alla fase di transizione verticale, e questo senza alcun intervento da parte del pilota. Questi potrebbe tranquillamente continuare a concentrarsi sul percorso di volo e sulle manovre appropriate da eseguire.
L'AFC dunque riporterebbe la situazione automaticamente ad una condizione di equalizzazione della potenza necessaria al volo, riavviando se necessario l'unità MPU dormiente.
Questa strategia tecnologica è stata sperimentata per la prima volta sul modello G445 , poichè i modelli precedenti non permettevano l'alternarsi delle unità MPU in volo, giacchè richiedevano una notevole quantità di potenza anche in volo traslato. Inoltre erano costruiti in buona parte con materiali tradizionali ed erano complesse meccanicamente, queste caratteristiche nell'insieme assorbivano molta potenza, come nei modelli G416 e G440.

Architettura del velivolo

Il G455 cosi come il G450 e successivi rispondo perfettamente al criterio che per anni ho inseguito, in termini di design complessivo, come lo sviluppo di una nuova cellula completamente rivisitata e per niente legata alle forme classiche, che si ripetono costantemente nel settore aeronautico, pur mantenendo degli ottimi risultati per quanto riguarda il coefficiente di resistenza di forma, che risulta senza dubbio eccellente.
Il muso molto pronunciato in avanti delle due macchine oltre a migliorare la penetrazione aerodinamica, occupa uno spazio che è stato ceduto all'alloggiamento della unità MPU numero uno: quella anteriore. All'interno dello stesso alloggiamento sono ospitate anche le unità ESC per il controllo dei motori anteriori e l'Inverter della unità MPU numero uno.
Il guscio anteriore che ospita anche il pannello strumenti contiene i sistemi di controllo elettronico del volo come il più importante: l'AFC (Automatic Flight Control). Questo dispositivo è presente sin dai primi progetti, quello del G150 ed anche del birotore fisso, il DDRH/DDVL.
Nella zona della coda invece è installata l'altra unità MPU; la numero due, in quel punto sono sistemati anche i carrelli posteriori ed alcuni sistemi di gestione della potenza erogata dalle unità, come gli Inverter digitali e le unità ESC che sono collegate ai motori.
L'abitacolo dell'aeromobile è molto ampio, ed è completamente vetrato, eccetto che per una piccola zona sulla parte superiore, che per necessità strutturali contiene il telaio di acciaio che sostiene il cockpit; i cupolini di vetro e le porte ad ali di gabbiano. La capienza massima di trasporto è di cinque posti a sedere incluso il pilota e le poltrone sono di tipo Smarth Chair cioè con camera pneumatica e comandi integrati. La forma a goccia della fusoliera permette anche una visuale ottima al di sotto della macchina, tanto da sembrare completamente aperta all'esterno. Al di sotto del piano dell'abitacolo vi sono i serbatoi cellulari. Si tratta di speciali serbatoi indipendenti ma collegati tra loro con un sistema idraulico che ne garantisce il riempimento e lo svuotamento automatico. Questa soluzione permette di ottenere che i serbatoi che possano occupare poco spazio ma contenere una importante quantità di carburante distribuita in più cellule, ma sopratutto di essere sicuri, poiché in caso di impatto, una speciale valvola posta su ognuno di essi, chiude il carburante e lo isola dal circuito di alimentazione automaticamente.

Quando operavo come pilota di elicotteri, uno delle cose spiacevoli e faticose da fare era di portare i velivoli in Hangar a mano, spingendoli dopo aver assicurato i pattini con delle piccole ruote. Spesso le macchine essendo pesanti e piene di carburanti era impossibile muoverle da soli. In altre occasioni ci si serviva di carrelli elettrici, che sollevavano l'elicottero e lo spostavano facilmente da un punto all'altro. Quando cominciò la progettazione del primo G150 una delle cose che volli affrontare e risolvere era la limitazione del movimento a terra, così pensai che dotare le ruote del carrello di atterraggio di motori elettrici autonomi sarebbe stata la soluzione ideale al movimento autonomo a terra del velivolo.
I carrelli di atterraggio dunque sono elettrici e questo sistema viene impiegato sin dal primo G150, che però richiedeva la potenza ausiliaria della unità MPU. Con il modello G445 i carrelli divenivano autonomi e permettevano lo spostamento dell'aeromobile al suolo in totale silenzio ed autonomia senza più bisogno di una unità MPU in funzione, ma semplicemente attraverso l'uso della batteria di servizio di bordo. Questa soluzione permette alla macchina di essere mossa autonomamente senza l'ausilio di trattori esterni e di personale a terra, specificamente addestrato a compiere la manovra di traino. Il pilota può gestire il velivolo portandolo al di fuori dell'hangar prima dell'avviamento semplicemente con il comando direzionale ed in totale silenzio. L'aeromobile può muoversi in avanti con una velocità non superiore ai 30 km/h e perfino in retromarcia, per effettuare un posizionamento perfetto.
Attraverso l'utilizzo della Flight Card - un dispositivo elettronico appositamente progettato - è possibile perfino telecomandare il velivolo dall'esterno, compiendo la manovra a terra in tutta sicurezza. Tuttavia l'uso della FC in caso di manovra a terrà limiterà molto la velocità massima di movimento, mantenendola a quella non superiore al passo d'uomo.
Sistemi di stabilità dinamica del volo AFC
Il sistema di controllo automatico del volo, è assolutamente indispensabile in questo tipo di aeromobile, poiché esso ne garantisce la stabilità dinamica in volo. Gli aeromobili multi-rotore infatti per loro natura sono estremamente instabili, perché i rotori interferiscono tra loro nella produzione di turbolenze e nella costante variazione di coppia tra essi. Questi due fenomeni non sono facilmente controllabili manualmente e sono stati in buona parte causa degli insuccessi di alcuni progetti del passato che hanno visto prototipi di multi-rotore attraversare lo scenario della sperimentazione aeronautica.
Il sistema di controllo del volo, è un dispositivo composto da due unità gemelle, che interagiscono parallelamente, regolando alla perfezione ed in modo costante la potenza necessaria che le unità MPU devono produrre per i sistemi e sopratutto per gli elettro-rotori. Gli elettro-rotori sono gestiti anch'essi dal sistema AFC che ne regola in tempo reale la velocità singolarmente, in modo da mantenere in equilibrio la coppia e l'assetto della macchina perfettamente equilibrato e livellato.

Il sistema AFC si serve di una serie di sensori, accellerometri ed un girsocopio dinamico parallelo. Questi tre elementi principali gli forniscono informazioni necessarie a stabilire la posizione e l'assetto nello spazio della macchina durante il volo. L'AFC infatti può intervenire su ognuno degli elettro-rotori indipendentemente, regolando la potenza perfino in caso di cattivo bilanciamento del peso a bordo.
Uno dei vantaggi dei sistemi a multi-rotore è la possibilità di disporre di un ampia area di carico, il centro di gravità è molto più ampio di quello di un elicottero, che per il fatto di essere sospeso in un solo punto che è esso stesso il punto di spinta, richiede una attenta procedura di carico e calcolo del peso e del bilanciamento. Un multi-rotore invece è provvisto di quattro punti di spinta e dunque il suo centro di gravità è molto più ampio, tuttavia è staticamente e dinamicamente particolarmente instabile come detto prima. Tuttavia il sistema di controllo del volo e di assetto, l'AFC effettua una equalizzazione della spinta degli elettro-rotori, in modo tale da mantenere l'assetto sempre perfettamente orizzontale. Questo è uno dei vantaggi di questo tipo di velivoli. Dunque si può distribuire il carico a bordo con maggiore flessibilità grazie anche a dei sensori inseriti all'interno dei carrelli di atterraggio che sono in grado di calcolare il peso in ogni punto della macchina, fornendo una mappa di carico che evidenzia le zone più cariche da quelle meno cariche. Questo è un ottimo sistema di ausilio al pilota, che potrà facilmente spostare il carico nella zona più ottimale.
Il controllo del volo tuttavia adotterà sempre e comunque le necessarie correzioni di assetto, aumentando o diminuendo la potenza dei motori nelle quattro aeree di spinta, in modo da mantenere l'assetto sempre perfettamente livellato.
Il G455 e la sua sorella gemella, il G450, sono gli ultimi aeromobili da me progettati e pubblicati qui su questo sito, altri progetti sono stati sviluppati ed altri sono ancora in fase di sviluppo, si tratta tuttavia di macchine aventi le stesse caratteristiche che ho definito con il termine di ERTLA (Electric Rotors Trasmissionless Aircraft) o semplicemente TLA (Trasmission Less Aircraft) e cioè velivoli aerei privi di organi di trasmissione dotati di propulsione elettrica.

Conclusioni

Il G455 come il G450 rappresentano una nuova frontiera nel settore aeronautico e velivoli del genere potrebbero aprire nuove nicchie di mercato, sviluppando nuovi ruoli e compiti ai quali gli elicotteri per limitazioni evidenti non possono assolvere, come il volo ad alta velocità oppure operazioni all'interno di aree ricche di ostacoli, che comprometterebbero la sicurezza dei rotori esterni.
Molte sono le innovazioni pensate su questi progetti, e tante non sono state menzionate in questa esposizione. Il mio sogno è di realizzare almeno una macchina di queste, ed esserne personalmente il collaudatore, ma so che questa possibilità mi sarà negata per mancanza di finanziamenti, che mi potrebbero aiutare in tal senso. Sono tuttavia sicuro che in un prossimo futuro - forse non tanto lontano - ci sarà una sorta di rivoluzione che vedrà velivoli come i CellCraft o perfino gli EJ sullo scenario aeronautico; almeno me lo auguro.
   
©Gino D'Ignazio Gizio