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Bladerunner

28 luglio 2009 1 commento

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UN VELIVOLO CHIAMATO ELICOTTEROanti_torque

Il termine elicottero deriva dal greco Helix (elica) e Pteron (ala). Infatti la grande elica che sormonta la cabina di pilotaggio è composta da due o più pale, sagomate come le ali di un aereo. La portanza per vincere la forza di gravità, viene generata dalla rotazione delle pale, montate sull’albero rotore (chiamato rotore di testa o rotore orizzontale o rotore principale) e collegate ad un motore. Questa rotazione risolve un problema ma ne crea un altro: per effetto del terzo principio della dinamica (ad ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria), la carlinga dell’elicottero inizia a ruotare su se stessa in senso contrario a quello delle pale.

Per evitare questo comportamento, si applica una forza opposta alla rotazione, calibrata per compensare il fenomeno. I metodi usati sono generalmente due:

  • Una piccola elica sulla coda dell’elicottero (il rotore di coda o rotore verticale), montata in posizione verticale, su un braccio distante dal rotore di testa.
  • Un altro rotore in asse con il rotore di testa, di uguale dimensione, che ruota in senso opposto.

tail_rotorcoaxial_rotorLa prima soluzione è la più usata nella pratica perchè offre una grande prontezza nei comandi, e una realizzazione più semplice. Gli svantaggi sono una maggiore tendenza all’instabilità e un maggiore spreco di energia.

Il secondo sistema ha una migliore stabilità di volo, un migliore utilizzo della potenza dei motori, una forma più compatta per l’assenza del rotore di coda. Gli svantaggi sono una minore prontezza nei comandi, una minore velocità di crociera, una elevata rumorosità. La soluzione del rotore coassiale si può realizzare anche con due rotori posti agli estremi dell’elicottero (rotori a tandem), come nel caso del famoso Chinook CH-47, un gigante lungo 30 metri (pale comprese)

 

tandem_rotorMa una volta in aria, come fa a muoversi il nostro elicottero? Anche qui i sistemi usati sono diversi, ma tutti devono produrre una forza opposta alla direzione del movimento. Il metodo migliore è inclinare il rotore principale in modo da spingere l’aria nella direzione voluta: se ad esempio si inclina in avanti (spinta indietro), l’elicottero si muoverà in avanti. L’inclinazione può avvenire nelle quattro direzioni avanti, indietro, sinistra, destra. Per questo l’elicottero riesce a muoversi anche in retromarcia e a scivolare di lato, come vediamo nelle operazioni di salvataggio o di sorveglianza.

Per finire, possiamo sfruttare a nostro vantaggio la naturale tendenza dell’elicottero a ruotare su se stesso, e ottenere un ulteriore movimento. E’ sufficiente aumentare o diminuire la forza che compensa la rotazione, per girare in un senso o nell’altro. Il sistema con rotore di coda, usa la maggiore o minore spinta dell’elica verticale; il sistema coassiale sfrutta la differenza di spinta tra i due rotori.

 

TUTTO QUI ?

Ho semplificato al massimo il concetto di elicottero, per farvi comprendere i principi di base che sollevano dal suolo questi meravigliosi aeromobili. In realtà la teoria di volo è molto più complessa, sia per la tecnica di realizzazione dei rotori, sia per la fisica che regola l’aerodinamica dell’ala rotante, sia per il pilotaggio. A questo si aggiunge l’interazione con l’atmosfera e con gli oggetti vicini, il meccanismo di autorotazione e i sistemi giroscopici. Mi scuso per questa estrema semplificazione, ma se lo vorrete pubblicherò un articolo più completo in base alle vostre curiosità. Scrivete!

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COME FUNZIONA BLADE RUNNER

L’elicottero in prova usa il sistema del doppio rotore coassiale, con una variante originale. La spinta in avanti-indietro è ottenuta con un piccolo rotore di coda “orizzontale” che può girare in senso orario o antiorario. In pratica la coda viene spinta in su o in giù dal flusso d’aria generato: se la spinta è verso il basso, l’elicottero va in avanti; se la spinta è verso l’alto fa marcia indietro. I due rotori di testa, variano la loro velocità di rotazione in modo indipendente ma coordinato: in questo modo l’elicottero può girare in senso orario o antiorario attorno al suo asse.

 

BLADE RUNNER A NUDO

flappingrotor_bladesDa appassionato di tecnologia, ho voluto guardare da vicino la struttura di questo elicottero. Iniziamo dai rotori coassiali. Sono del tipo a quattro pale, inclinate per generare la giusta portanza, fissate ad un anello in plastica che le protegge dagli urti accidentali. Le pale sono connesse all’albero rotore con cerniere basculanti, a coppie di due. Questo accorgimento è fondamentale per la “compensazione passiva” delle turbolenze aerodinamiche.

Il risultato, coperto da brevetto internazionale, è una notevole stabilità di rotazione con pochissime parti in movimento.

Dopo aver rimosso la carlinga, di plastica leggerissima, si può accedere ai componenti meccanici ed elettronici che controllano i rotori. La batteria ricaricabile ai Polimeri di Litio è posta in verticale nella parte anteriore. A fianco, sempre in verticale, trova posto la scheda dell’elettronica. Si tratta di un circuito stampato a doppia faccia che integra le funzioni di ricevitore, controllo dei motori, regolazione e alimentazione per la batteria. L’antenna ricevente è costituita dai pattini di sostegno (sagomati a V rovesciata) dell’elicottero.

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Tra batteria e scheda, trova posto l’albero rotore con il gruppo ingranaggi, sulla sommità. I due motori sono cablati in verticale ed azionano ognuno un diverso alberino, connesso al relativo gruppo di pale.tail_motor

Il rotore di coda è costituito da un micromotore con l’elichetta protetta da un anello in plastica. Gli anelli che circondano le eliche hanno la duplice funzione di evitare incidenti (al velivolo e alle persone) e di rendere più “morbide” le reazioni ai movimenti.

 

Tutta la struttura di Blade Runner pesa 50 grammi. Questo lo rende molto sensibile al vento e ne sconsiglia l’uso all’aria aperta. Anche un condizionatore d’aria o un ventilatore possono compromettere la stabilità di volo, quindi: attenti alle correnti d’aria!
Chi vuole osservare da vicino l’origine di Blade Runner, può visitare il link http://www.proxflyer.com/

 

MESSA IN OPERA

package

L’elicottero è un RTF (Ready To Fly, pronto al volo). All’interno dello scatolone troviamo Blade Runner, il telecomando con l’ antenna, l’alimentatore carica batterie e un manuale di istruzioni essenziale ma ben realizzato. Dovremo sciogliere con delicatezza i legacci di imballaggio che fissano i pattini e il rotore di coda, liberare i due rotori coassiali e rimuovere le protezioni in carta velina.

rc_chargerchargeplugDopo avere estratto tutti i pezzi, procuriamoci una batteria da 9 volt (non inclusa) per il radiocomando, inseriamola con la giusta polarità, avvitiamo l’antenna ed estraiamola completamente. Siamo già pronti al primo volo!
Il radiocomando serve anche per caricare la batteria del modello con un ingegnoso sistema: si connette l’alimentatore di rete al radiocomando; si estrae il cavetto di energia dal vano accanto alla pila da 9 volt; si inserisce il cavetto nel connettore sotto l’elicottero (l’inserimento avviene solo in un verso, usare delicatezza e non forzare). In fase di carica sia il radiocomando che l’elicottero devono essere spenti (interruttore in posizione OFF).

Prima di effettuare la carica è bene consumare l’energia presente nella batteria, facendo un volo di prova a bassa quota. Quando i motori perdono potenza si può procedere alla ricarica. Il LED del radiocomando ci segnala con vari lampeggi lo stato di carica: dopo circa 20 minuti smette di lampeggiare, ad indicare che la batteria è carica. Si può scollegare il cavetto di carica e l’alimentatore di rete. A piena carica, il tempo di volo medio è di 5 minuti, tanti, per un modello così piccolo.

 

COME SI PILOTA BLADERUNNER

rc_commands

Il radiocomando possiede due levette (stick) per controllare il volo. La levetta a sinistra si muove in su o in giù (alto e basso), quella a destra può muoversi nelle quattro direzioni (avanti, indietro, sinistra, destra). A questo si aggiunge un cursore a slitta (trim), usato per bilanciare la rotazione dei due rotori di testa.

Prima di volare, qualche accorgimento. Il modello va posizionato con la coda verso il pilota. Questo facilita la guida e rende naturale il cambio di direzione. Dopo qualche volo, potremo partire anche con il muso verso di noi, invertendo i comandi della direzione. Un’altra avvertenza importante riguarda la distanza dai muri e dal soffitto. Non vi avvicinate troppo perché rischiate un “effetto risucchio” che fa sbattere il modello. Se dovesse succedere scendete lentamente e allontanatevi. Ricordate di essere delicati nei comandi: avrete un volo lineare e decisamente più divertente.

radiocontrol

 

Adesso possiamo accendere il radiocomando e l’elicottero dai rispettivi interruttori (posizione ON). Dopo aver verificato che l’area di volo sia libera da ostacoli, attiviamo il rotore principale. Portiamo lo stick di quota tutto in basso (down) per innescare i rotori, e con un movimento deciso muoviamolo a metà corsa (up). L’elicottero si alza e possiamo osservare se ruota su se stesso: in questo caso occorre agire sul trim del rotore principale, nella direzione opposta a quella di rotazione. Proviamo a salire e scendere di quota, poi iniziamo a provare la rotazione sinistra (left), destra (right) e infine le direzioni avanti (fwd) e indietro (rev).

Un atterraggio perfetto si ottiene portando gradualmente in basso lo stick della quota e alzandolo leggermente prima di toccare il suolo. Appena toccata terra, portiamo a zero (tutto down) lo stick per evitare “scarrocciamenti” del velivolo. Il raggio d’azione del radiocomando è di circa 20 metri.

 

CONCLUSIONI

Un giocattolo di questo tipo sarebbe stato impensabile fino a qualche anno fa. Il volo di un elicottero è molto difficile da controllare, in particolare quando il modello ha dimensioni ridotte (41 centimetri di lunghezza e 29 centimetri di larghezza). Con Blade Runner la complessità di pilotaggio è domata dall’innovativo sistema di propulsione coassiale e dall’elettronica di controllo. Se volete avvicinarvi all’affascinante mondo degli elicotteri radiocomandati, questo velivolo non vi deluderà.

Ringrazio Nicoshop per avermi trasformato la casa in un campo di volo e vi rimando al link diretto per Blade Runner:
http://www.nicoshop.it/cat102.html

X-zylo

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COSTRUZIONE E FUNZIONAMENTO

In apparenza sembra un giocattolo semplice da costruire, ma i materiali usati e il bilanciamento dei pesi, sono frutto di complesse ricerche. Questo oggetto volante poco più grande del palmo di una mano, è capace di volteggiare a grande distanza senza particolari sforzi. Il suo inventore, Mark Forti, ha realizzato un ibrido tra un giroscopio e un aereo. La parte anteriore (la testa) è appesantita da un anello rigido che si comporta da giroscopio. La parte posteriore (la coda) ha una forma ondulata e sfrutta l’aerodinamica come un’ala di aereo. Quando viene lanciato, X-zyLo ruota e si avvita nell’aria mantenendo a lungo la direzione e l’altezza dal suolo, anche in presenza di vento.

LA FISICA DI X-ZYLO

Il profilo ondulato delle alette di X-zyLo ha un comportamento simile alla doppia ala di un biplano. Quando si muove in avanti, tra le due superfici inferiore e superiore si genera portanza aerodinamica. La portanza è una forza che si oppone alla forza di gravità e nasce dalla differenza di velocità con cui le particelle d’aria attraversano il profilo di un’ala. L’ala è sagomata in modo da costringere ad un doppio percorso l’aria incidente: occorre un tragitto più lungo per attraversare la parte superiore (il dorso) rispetto a quella inferiore (il ventre). Per incontrarsi alla fine dell’ala le particelle d’aria che viaggiano sul dorso dovranno essere più veloci di quelle che viaggiano sul ventre. In base al principio di Bernoulli, a velocità maggiore corrisponde pressione minore. Quindi, la parte superiore dell’ala (velocità maggiore) avrà una pressione minore rispetto alla parte inferiore (velocità minore). L’ala verrà risucchiata e riuscirà a salire.

Ma come fa ad essere così stabile il volo del nostro X-zyLo? La risposta è data dalla rotazione del cilindro, che lo rende simile ad un giroscopio. Provate ad afferrare una ruota di bicicletta dal suo mozzo (asse di rotazione), fatela girare e provate a muoverla nello spazio. Vedrete che oppone una forza notevole a qualsiasi spostamento dell’asse di rotazione. La ruota di bicicletta è un giroscopio, come qualsiasi oggetto dotato di una simmetria geometrica e di massa, posto in rapida rotazione. L’effetto giroscopico è ampiamente usato nei velivoli, per aumentare la stabilità di volo e mantenere le traiettorie.

 

COME SI LANCIA

Per un’americano lanciare X-zyLo è molto semplice. Si usa la stessa tecnica di lancio della palla da Football Americano o da Rugby. Un movimento coordinato di rotazione e spinta in avanti, tanto più efficace quanto più è fluido. Per noi “calciofili” questa tecnica di lancio richiede qualche minuto di pratica, ma il divertimento di vedere partire il cilindro volante ha un grande potere di persuasione.

E’ importante rispettare la direzione di lancio del cilindro, indicata da una freccia. La parte liscia (giroscopio) deve andare in avanti, la parte ondulata (ala) deve stare dietro. La regola di base è di imprimere una rotazione adeguata mentre si muove in avanti il braccio; più è veloce la rotazione più è stabile il volo. In questa azione ci si può aiutare muovendo in avanti il corpo, per bilanciare il lancio. Anche i mancini possono lanciare X-zylo senza problemi, l’importante è rispettare sempre l’orientamento testa-coda, il verso di rotazione non conta.

Gli errori più comuni sono dovuti all’inclinazione verso il basso o verso l’alto, che accorcia la distanza percorsa, oppure alla curvatura eccessiva verso destra o sinistra. I primi lanci tendono verso destra (verso sinistra per i mancini) e verso l’alto, ma quasi subito si riesce a controllare il tiro. La rotazione si imprime con un movimento rapido del polso. Dopo alcuni lanci “violenti” al suolo, il movimento diventa spontaneo.

 

COME SI RICEVE

Il bello del gioco è passarsi X-zyLo tra due o più persone. La ricezione è semplice perchè il cilindro scende dolcemente fino a posarsi, curvando leggermente al termine della corsa. Si può afferrare dalla testa, dal bordo, infilare la mano nel “tunnel” che ruota o inventare prese acrobatiche. Nei primi lanci conviene usare la poco elegante presa a due mani, per valutare meglio l’impatto e la curvatura.

RESISTENZA E SICUREZZA

X-zyLo è realizzato in plastica, pesa solo 25 grammi, ma la sua struttura flessibile lo rende molto resistente. Tollera bene le cadute, ma per i primi tempi vi consiglio di non usarlo sull’asfalto. L’ideale è un prato, o un campo di gioco in terra battuta. Quando sarete provetti lanciatori e ricevitori, potrete usarlo ovunque, con una piccola avvertenza: non giocate in luoghi trafficati o affollati, per evitare spiacevoli incidenti.

GIOCHIAMO!

Guardare il volo di X-zyLo mi affascina. La sua eleganza sembra sfidare gli elementi, mentre rotea lontano. Ma è nelle mani dei ragazzi che questo gioco esprime tutta la sua energia. Si possono organizzare gare di lancio, partite a squadre, tiro al bersaglio. Liberiamo la fantasia senza pensare alle leggi della fisica, giochiamo!

Ringrazio Nicoshop per il campione di test e vi rimando al link diretto per X-zyLo: http://www.nicoshop.it/cat073.html