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Questo articolo è stato pubblicato su “SCIENZA E MESTIERI”, la rivista dell’Ordine degli Ingegneri di Trento

La passione per gli elicotteri mi porta a fare una cosa in particolare: quella di importunare chiunque abbia a che fare con questo tipo di macchina. Per questa ragione mi reco spesso in Aeroporto a Mattarello a trovare il com.te Bruno Avi, il com.te Piergiorgio Rosati del 118 ed il com.te Roberto Bezzi della ICARUS Elicotteri. A quest’ultimo (ed alla sua pazienza) devo l’aver approfondito un altro aspetto legato al mondo degli elicotteri: quello del lavoro aereo, l’impiego cioè dell’elicottero per il trasporto di oggetti mediante l’uso del gancio baricentrico.

Se oggigiorno non esistono posti irraggiungibili è proprio grazie a questa speciale modalità di utilizzo dell’elicottero, che non è tuttavia esente da rischi e che richiede perizia e professionalità davvero elevate da parte sia del pilota che del personale che lo coadiuva a terra. Inoltre poter disporre di questo tipo di servizio è vitale per chiunque voglia fare attività edili in quota, specie in un territorio caratterizzato da una orografia montana, come il Trentino.

Prima di passare ad illustrare in dettaglio la tematica, lasciate che vi dica che assistere a queste operazioni è davvero spettacolare, come potrete vedere nelle foto che corredano il presente articolo.

Il primo passo per capire a fondo questo impiego dell’elicottero è quello di esaminare le figure che seguono

Passiamo ad illustrare questo primo diagramma, per un elicottero generico, che porta in ascissa la velocità indicata espressa in nodi, in ordinata l’altezza espressa in piedi. Le zone rosse sono quelle caratterizzate da punti di funzionamento che andrebbero evitati. In particolare l’operare a basse velocità ed altezze elevate espone sia il velivolo che l’operatore ad un forte rischio: se infatti durante l’esercizio dell’aeromobile in una condizione all’interno della zona rossa, dovesse verificarsi un arresto del motore, non sarebbe possibile entrare in autorotazione con la perdita completa del controllo dell’elicottero. L’autorotazione è la manovra di emergenza a diposizione del pilota in caso di arresto del motore: essa sta all’elicottero come la planata sta all’aereo. Proviamo a spiegarla brevemente: anche se il motore si arresta il rotore continua a girare dal momento che il moto gli arriva attraverso un mozzo ruota libera (come quello delle biciclette, per capirsi) ed anche per l’energia cinetica accumulata, dovuta al momento di inerzia del rotore ed alla velocità angolare. Il pilota può allora tramite il collettivo controllare il numero di giri del rotore, sfruttando la gravità ed il flusso indotto che attraversa il rotore dal basso verso l’alto. In sostanza: col motore che fornisce coppia l’aria viene spinta dall’alto verso il basso (il rotore fornisce energia alla corrente), col motore fermo la gravità trascina l’elicottero ma il flusso che ne deriva attraversa il rotore fornendogli energia, interagendo con le pale. Il pilota può allora controllare la discesa dell’elicottero e sfruttare l’energia cinetica residua del rotore per l’atterraggio. Questo però, per particolari ragioni fluidodinamiche, presuppone una componente di velocità orizzontale. Se manca, quindi siamo in hovering, non è detto che si riesca a crearla picchiando la fusoliera, dopo l’arresto del motore. La  situazione senz’altro più gravosa se si sta portando un peso attaccato al gancio o persone (o carichi) in cabina.
Ecco il perché del nome un po’ macabro di questo diagramma. Va tuttavia detto che oggigiorno l’affidabilità dell’elicottero e del motore in particolare, giustificano il rischio che viene considerato minimo.

L’ultima figura mostra un tipico abaco che serve a calcolare la prestazione della macchina in termini di carico pagante, cioè il carico che è possibile sollevare, includendo persone, cose e carburante. Essa è influenzata fortemente dalle condizioni dell’aria esterna: in particolare peggiora con l’innalzarsi della temperatura e salendo di quota. In ascissa vediamo il carico pagante, in ordinata invece la quota. Sul piano sono tracciate delle curve di temperatura che mi permettono, per ciascun valore dell’ordinata di trovare quello in ascissa, nota la temperatura esterna, e viceversa. La ragione del decremento di prestazioni risiede nel funzionamento stesso del motore a turbina: la prima parte del motore comprime l’aria con un rapporto di compressione costante, l’aria compressa viene mandata in una camera di combustione nella quale viene bruciato del combustibile allo scopo di aumentarne il contenuto entalpico. Successivamente il gas viene indirizzato verso la turbina dove particolari ugelli fanno in modo da trasformare l’energia di pressione in energia cinetica (ugello convergente divergente che accelera la corrente in maniera adiabatica-isentropica fino a velocità supersoniche). Il gas allora interagisce con le palette della turbina restituendo la sua energia che viene così resa disponibile in termini di coppia all’albero. Tutto il funzionamento del motore è perciò influenzato dalle coordinate termodinamiche dell’aria esterna. In particolare l’alta temperatura richiede un maggiore lavoro di compressione che non è poi più disponibile all’albero principale della trasmissione.

turbina

Va detto che anche la portanza del rotore è influenzata dagli stessi parametri, compresa l’umidità dell’aria.

La figura mostra un esempio di motore a turbina di uso aeronautico. Quello impiegato sugli elicotteri ha due alberi coassiali: su uno sono montati, solidali tra loro, il compressore ed il primo stadio di turbina (detta generatrice di gas), sul secondo la turbina di potenza, collegata al rotore, che elabora in flusso in uscita dalla prima turbina.

Occorre spendere anche qualche parola sul sistema usato per vincolare i carichi: il gancio baricentrico.
nella figura che segue ne vediamo uno, si trova sotto al fusoliera ed è attaccato tramite funi d’acciaio alla struttura portante dell’elicottero, in maniera da trasmettere il carico al mast. Il dispositivo è provvisto di una cella di carico il cui segnale è leggibile dal pilota su un apposito strumento in cabina, in modo da conoscere il peso trasportato. È inoltre presente un sistema di sgancio, anche’esso azionabile dal pilota, posto sul ciclico. Su quest’ultimo si trova anche il comando per muovere lo specchio che permette di vedere al disotto della fusoliera.

Oltre a quanto detto esistono altri fattori di natura operativa che condizionano il lavoro aereo e che possono costituire pericolo:

  • Mancanza riferimenti esterni: può capitare di lavorare in zone molto aperte, sulla sommità delle montagne senza punti di riferimento
  • Prospettiva dello specchio: il pilota si serve di specchi per vedere il carico al disotto della fusoliera, Solo l’esperienza fa sì che la mente del pilota elabori correttamente quanto percepito
  • Vento: la direzione e l’intensità del vento rispetto vanno valutate attentamente, in relazione al lavoro da fare
  • Abbagliamento: la luce del sole ed il suo angolo di incidenza possono causare inconvenienti visivi
  • Nebbia, pioggia neve: le condizioni climatiche possono rendere scarsa la visibilità. Occorre tenere presente che in montagna variano spesso in maniera assai repentina
  • Condensa all’interno dell’abitacolo, ghiacciamento della condensa
  • Tipologia di carico: può essere di varia natura e che, una volta in quota e con velocità non nulle, manifesta un’interazione con l’aria che può non essere trascurabile
  • Rotazione dei carichi: tra in carico e l’elicottero va sempre interposta una girella che impedisca al carico che tende a ruotare, di trasmettere la rotazione alla fusoliera
  • Carico o gancio vuoto che si muove verso la coda: il rateo di discesa va valutato attentamente per impedire che per inerzia vada ad interferire con il rotore di coda
  • Pendolamento del carico: a causa dell’inerzia del carico l’elicottero può essere da esso trascinato in una direzione non voluta, occorre molta abilità per limitare le forze di inerzia ed essere precisi.

Le foto che seguono illustrano alcune tipologie di lavori possibili:

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