GS 106

Questo progetto nasce come studio concettuale di un elicottero veloce, ispirato dalla tecnologia che Sikorsky sta sperimentando da qualche anno sul suo prototipo denominato X2. Questa macchina è al momento il più veloce elicottero al mondo, con una velocità massima raggiunta di 250 kt (nodi).463 km/h.
L’idea della azienda americana di sperimentare un rotore assiale controrotante avanzato, per ridurre il problema della dissimetria di portanza, risale al 1973 con il primo progetto conosciuto con la sigla S59/S69 sul quale veniva sviluppato un nuovo tipo di rotore denominato A.B.C. (Advanced Blade Concept). Vennero costruiti due esemplari, uno dei quali dotato di due motori a getto posizionati su entrambi i lati della fusoliera che fornivano una spinta ulteriore a quella dei rotori, esclusivamente in volo orizzontale ad alta velocità, questo esemplare era capace di raggiungere la velocità massima di 300 miglia orarie, pari a 482 km/h
Il sistema ABC era strutturato in tal modo che la due pale retrocedenti venivano regolate in maniera da offrire una portanza uguale a zero, favorendo solo le due reciproche pale avanzanti per garantire una portanza omogenea in fase di volo traslato. Questo meccanismo era controllato elettronicamente già da allora, tuttavia sussistevano alcuni problemi di stabilità che portarono uno degli esemplari ad essere distrutto in un incidente.
E’ noto infatti che il limite di velocità degli elicotteri è dovuto in primo luogo al fenomeno di dissimetria di portanza tra la pala avanzante e quella retrocedente, quest’ultima infatti è sempre in uno stato di stallo costante che aumenta con l’aumentare della velocità. D’altro canto anche la pala avanzante ha i suoi problemi aerodinamici trovandosi sempre più in prossimità della velocità di Mach. In un elicottero convenzionale monorotore la differenza tra le due pale diventa sempre più evidente man mano che la velocità aumenta, causando problemi notevoli di stabilità, vibrazioni e fatica meccanica dei componenti del rotore. La pala avanzante infatti somma alla sua velocità di rotazione quella di traslazione, dovendo sopportare sollecitazioni meccaniche piuttosto importanti.
Il progetto ABC fu abbandonato agli inizi degli anni 80 per poi essere ripescato con ulteriori miglioramenti nei primi anni duemila con il progetto X2.
Questo ultimo progetto ha raccolto numerosi successi grazie a due elementi molto importanti: nuovi materiali compositi, ed elettronica molto più elaborata di quella dei primi anni settanta. Sono infatti i nuovi materiali che hanno permesso la costruzione di pale con profilo rastremato adatte alle alte velocità e particolarmente resistenti, montante su di un rotore rigido e questo combinato con elettronica e software capaci di gestire con precisione l’angolo di incidenza di ogni singola pala a seconda della sua posizione in relazione alla velocità del velivolo.
La spinta orizzontale per l’alta velocità è data invece da un rotore in coda longitudinale disinseribile con passo variabile, che può essere attivato a seconda delle condizioni di volo. Il rotore di coda funziona come propulsore addizionale, spingendo l’elicottero oltre la velocità convenzionale fino a limiti massimi registrati a bordo dell’X2 di 270 Kts circa.
   
Cì sarebbe molto da dire a proposito della formula a rotori assiali controrotanti, ed un capitolo apposito sarà presto dedicato nella sezione AERODINAMICA ELICOTTERO, bisogna tuttavia evidenziare entrambe le facce di una stessa medaglia circa questo tipo di rotori. I vantaggi di questa formula sono certamente molteplici, primo tra tutti una eccellente distribuzione della portanza sui due rotori che compensa come già detto prima il problema della dissimetria di portanza, il secondo fattore è la silenziosità tipica di questo tipo di elicotteri, quindi l’efficienza aerodinamica specie in condizioni di autorotazione, ed infine l’ottima distribuzione del carico sui rotori per la potenza applicata, giacchè il rotore di coda di un normale elicottero assorbe circa il 30 percento della potenza disponibile, fattore da non trascurare specie per macchine addette al sollevamento di carichi come il KA 32; straordinario elicottero in assoluto e le dimensioni spesso contenute. Lo svantaggio tuttavia di tale sistema è dovuto alla eccessiva complessità del rotore, che richiede una estrema e costante manutenzione proprio per la sua natura costruttiva.
Sikorsky tuttavia sembra aver costruito un rotore molto più compatto ed affidabile, dotato di pale rigidissime, diversamente da qualsiasi elicottero sul mercato, giacchè il fenomeno del flappeggio viene ridotto proprio per la presenza del rotore opposto controrotante, ma anche per ridurre l’escursione verticale che pregiudicherebbe lo spazio di sicurezza tra i due rotori; che nell’X2 sono molto vicini. Sikorsky molto probabilmente porrà sul mercato una serie di macchine potenzialmente interessanti, sia per applicazioni civili che militari.
Ed è proprio per il successo di questo sistema che ho deciso di compiere una serie di studi per disegnare uno o più prototipi commerciali che utilizzino questa formula ed il GS106 qui rappresentato in questa sezione ne è un esempio.
GS106 ARCHITETTURA

Il GS106 è un elicottero a sei posti molto compatto. Ha le dimensioni ed il peso di un Bell407 ma è dotato di un rotore principale assiale controrotante a tre pale rastremmate in fibra di carbonio ed anima di acciaio. I rotori sono di tipo rigido e le pale sono sospese su delle piattaforme flessibili fuse in cuscinetti elastomerici ad escursione limitata. Questo tipo di rotore infatti è in grado di compensare il movimento di flappeggio grazie alla variazione controllata elettronicamente dell’angolo di attacco di ogni singola pala durante la rotazione. L’intero sistema di articolazione è coperto da un guscio che riduce notevolmente le turbolenze che si formano intorno alla meccanica, aumentando l’efficienza aerodinamica del sistema rotore.
Entrambi i rotori sono controllati da un dispositivo elettronico di stabilità dinamica capace di regolare l’angolo di incidenza di ognuna delle pale in relazione alla posizione ed alla velocità di rotazione del rotore, in modo da compensare il fenomeno di dissimetria di portanza tra la pala avanzante e quella retrocedente.
I comandi della macchina sono di tipo Fly-by-Wire, soluzione già presente in tutti i protopiti progettati, alcuni dei quali presentati su questo sito come il DDRH (1996). Questo sistema permette una risposta immediata riducendo notevolmente i ritardi dinamici causati sia dall’effetto di precessione giroscopica tipico dei rotori degli elicotteri, sia dai sistemi idraulici che ritardano la risposta dall’intervento iniziale del pilota; inoltre i sistemi elettrodinamici sono molto più leggeri, compatti ed affidabili.

L’elicottero può volare in tre modalità differenti: Elicottero convenzionale, utilizzando solo i due rotori principali per operazioni normali, che non richiedono l’impiego di ulteriore potenza e velocità. In questa modalità la macchina è particolarmente silenziosa poiché non dotata di rotore anticoppia, che è responsabile dell’aumento di rumore negli elicotteri convenzionali. In questa fase di volo il rotore di spinta è disattivato e rimane bloccato.
La seconda modalità è quella che permette al pilota di aumentare la velocità fino ad un limite preciso, utilizzando il rotore posteriore che fornisce una ulteriore spinta aumentando la velocità fino ai 180 kts. In questa condizione di volo il rotore principale agisce ancora attivamente attingendo potenza dai motori in accordo con quello posteriore di spinta.
La terza modalità viene invece attivata automaticamente al di sopra dei 180 kts, poiché la potenza distribuita sui rotori da parte del motore viene notevolmente ridotta in modo tale che l’elicottero voli quasi completamente in autorotazione, sfruttando la massima potenza sul rotore di spinta posteriore. Questa opzione permette un risparmio considerevole di carburante oltre che una velocità di traslazione piuttosto interessante per un elicottero fino ad un limite di 250 kts/h (463 Km/h).
La macchina è dotata di sistema digitale di monitoraggio attraverso tre display principali, rispettivamente per la navigazione, per il sistema di motori ed infine per il GPS e la gestione della radionavigazione. Il velivolo è configurato a sei posti, incluso il pilota con quattro poltroncine nella zona posteriore ed una a destra anteriore per i passeggeri. Il carrello di atterraggio è di tipo retrattile completo e rientra interamente nel vano posteriore, ed in una scatolatura anteriore.
La macchina è dotata di piattaforma autostabilizzante, anche se le caratteristiche intrinseche della sua architettura la rendono naturalmente stabile, tuttavia nelle versioni disegnate per il soccorso aereo o il lavoro aereo, questo dispositivo si mostra particolarmente efficace e di aiuto al pilota. Un ulteriore dispositivo elettronico è in grado di identificare campi magnetici prodotti da cavi segnalando la loro posizione al pilota per una maggior sicurezza in volo. Grazie alle caratteristiche intrinseche di velocità, il velivolo è strumentato IFR e certificato per tali operazioni potendo operare ad una quota massima di circa 5000 metri (15000 ft), inoltre è dotato di proiettore ad infrarosso che scanziona l’ambiente anteriormente alla macchina attraverso una apposita telecamera posizionata nel musetto anteriore, proiettando immagini monocromatiche su di una porzione del lunotto anteriore, facilitando anche operazioni notturne che possono essere piuttosto complesse ed impegnative.
Nonostante il mio lavoro di designer aeronautico mi porti da anni a progettare macchine alternative all’elicottero, bisogna riconoscere che le macchine ad ala rotante sono ancora piene di sorprese e probabilmente ci saranno ulteriori sviluppi nel futuro, anche se personalmente continuo a credere vivamente in una formula ibrida, che includa motore generatore e rotori elettrici, come il DDRH, i progetti EJ's e la serie CellCraft.
     
©Gino D'Ignazio Gizio