La recente pubblicazione di un video (v. in basso) relativo a nuovi test in volo del Sikorsky S-97, che arriva a breve distanza dal rilascio ufficiale di un'animazione di una variante del SB-1 “Defiant” per il Joint Multi-Role dell'Esercito americano (JMR) nonchè Future Vertical Lift (FVL), è una buona occasione per parlare di possibili evoluzioni dell’elicottero, non solo per l’impiego militare da attacco ed assalto.
L’elicottero è un mezzo eccezionale per ogni finalità strategica, in virtù della sua totale libertà di movimento, ma tutti sanno che i suoi limiti maggiori sono essenzialmente la scarsa velocità e una ridotta autonomia.
Il motivo della limitata autonomia è di facile comprensione: una forma aerodinamica poco efficiente sul fronte della resistenza, e il dover sfruttare la stragrande maggioranza della potenza motrice solo per il sostentamento del peso sono evidenti a chiunque.
Ma l’aerodinamica di un elicottero è argomento complicatissimo, e se i progettisti da almeno 60 anni (cioè sin dalla nascita del Fairay “Rotodyne”) si cimentano nella sperimentazione delle più fantasiose soluzioni è proprio perchè la golosa opportunità operativa che l’elicottero offre è qualcosa di difficilmente rinunciabile.
Se dal punto di vista civile, il perseguimento di questo obiettivo sta dimostrando di non valere gli investimenti profusi, dal punto di vista militare, la possibilità di poter compiere un certo tipo di operazioni tattiche con modalità oggi impossibili passa sopra ad ogni logica di convenienza commerciale e spinge sulla ricerca della soluzione dell’annoso problema da risolvere: dare velocità ed autonomia all’elicottero.
Il problema dell’autonomia in parte si risolve indirettamente già tramite l’incremento della velocità, perché se questa arriva a valori tali da permettere di sostenere il peso dell’aeromobile con un paio di semiali, si può sgravare l’impianto motopropulsivo dell’oneroso compito di dover provvedere a vincere il peso dell’aeromobile, riducendo i consumi in modo consistente.
E allora il vero obiettivo progettuale da perseguire è il superamento delle attuali cause “endemiche” che limitano la velocità degli elicotteri.
In primo luogo occorre sapere che esiste un fenomeno per cui le pale del rotore sviluppano una forza verticale (detta “portanza” e che si oppone al peso) asimmetrica. Questo in buona sostanza impedirebbe all’elicottero di volare, e pertanto si sono sviluppate due principali alternative di pensiero per trovare la soluzione.
Il problema deriva dal fatto che le pale, durante il loro moto di rotazione descrivono certamente una circonferenza, ma che va analizzata come se si trattasse di due semicirconferenze contigue. Nella prima semicirconferza le pale “avanzano” (perché ruotando vanno nella stessa direzione in cui si sta muovendo l’elicottero), mentre nella seconda semicirconferenza “retrocedono” (in quanto la loro rotazione le porta nel senso opposto al moto dell’elicottero). La composizione delle forze che si sviluppano sulle pale in rotazione, con il movimento di traslazione dell’elicottero, porta ad avere una maggior portanza sulla pala che “avanza” ed una minore su quella che “retrocede”.
La prima possibilità di risoluzione del problema, comunemente impiegata sulla stragrande maggioranza degli elicotteri in produzione, dotati di un solo rotore per asse di trazione1 permette di “recuperare” la portanza persa dalla pala che retrocede mediante la continua modifica del suo angolo di calettamento sul mozzo (che viene aumentato) per poi fare la correzione opposta quando la stessa pala si troverà ad avanzare ruotando nell’altra semicirconferenza. Tutto questo porta a problemi notevoli di stabilità, vibrazioni e fatica meccanica dei componenti del rotore e, notizia peggiore di tutte, tutte queste grane aumentano proprio all’aumentare della velocità!
La seconda alternativa (in verità cronologicamente sarebbe la prima in quanto già sperimentata da Corradino D'Ascanio nel 1929) sarebbe anche la soluzione apparentemente più semplice al problema: montare due rotori coassiali controrotanti. Una soluzione molto gradita ai russi che da decenni la usano sui loro Kamov.
In casa Sikorsky2 la strada del doppio rotore controrotante arriva nel 1973 con il prototipo XH-59A (foto) sul quale veniva sviluppato un nuovo tipo di rotore denominato “A.B.C.” (Advanced Blade Concept).
Il sistema “A.B.C.” aggiungeva anche la regolazione delle due pale retrocedenti in modo da offrire una portanza uguale a zero, per ridurne la loro resistenza aerodinamica ad ulteriore beneficio della velocità e dell’autonomia.
Il periodo storico in cui avvenivano questi primi esperimenti Sikorsky che hanno portato all’S-97, la concorrente Bell si concentrava sullo sviluppo dei convertiplani sviluppando l’XV-15, padre dell’attuale AW-609 per risolvere il problema del binomio velocità/autonomia dell’elicottero.
In entrambi i casi il progetto è stato abbandonato per molti anni, prima di essere ripreso, ma con importanti differenze fra un’azienda e l’altra.
La Sikorsky (oggi stella della “galassia Lockheed-Martin”) lo ha ripreso agli inizi anni 2000 con il prototipo X2 quando nuove tecnologie e nuovi materiali hanno permesso la costruzione di pale altamente resistenti e dal profilo rastremato adatte alle alte velocità, montante su di un rotore rigido. Ma l’idea di progetto, per quanto perfezionata, era sostanzialmente invariata. Rispetto ai prototipi iniziali del ’73 la funzione originariamente svolta da due piccoli jet laterali è ora svolta da un’elica spingente in coda, dotata di passo variabile3. Questa è disinseribile mediante frizione quando non si ha bisogno di una componente longitudinale di velocità (per esempio, quando si deve stare fermi sollevati dal suolo in “hovering”). Questa scelta è assolutamente più razionale dell’idea originale di far uso di jet, perché le velocità massime raggiungibili, ed i profili di missione ipotizzabili sono tali da rendere più efficiente l’uso di spinta turboelica. Con l’X2, che è l’evidente diretto precursore di quello che dovrebbe essere l’S-97, furono registrate velocità di 270 Kts circa, che è circa il doppio di quello realizzabile con gli elicotteri convenzionali, anche se occorre considerare le dimensioni abbastanza esigue del prototipo.
La Bell, al contrario, abbandonò totalmente lo sviluppo dell’XV-15 (foto), e c’è da augurarsi che le problematiche progettuali che hanno fatto scegliere la strada dell’abbandono, descritte in un ottimo libro pubblicato dalla NASA, non siano state trasportate sull’AW-609, vista la sostanziale identicità degli elementi-chiave del progetto.
Una cosa, infatti, tristemente accomuna gli esperimenti fatti sia da Sikorsky che da Bell: l’aver perso almeno un prototipo per aver affidato ad elettronica e software la correzione di certe problematiche “hardware” indotte da scelte progettuali forse troppo ardite o non del tutto prudenti…Del resto, si sa, ogni soluzione atta a generare dei vantaggi rischia di nascondere da qualche parte anche delle contropartite considerevoli ed occulte e che si possono rivelare inaspettatamente e nel peggiore dei modi.
Il rischio, se di rischio si vuol parlare, è che “fra i due litiganti, il terzo ci goda”.
Magari non nel concorso a cui l’S-97 parteciperà, ma forse nell’effettivo futuro della macchina ad ala rotante veloce.
Infatti, nello stesso periodo in cui Sikorsky sviluppava l’X2 e Agusta-Westland (oggi Leonardo) cercava di ultimare l’AW-609, altri rispettabili costruttori proponevano idee meno complesse e di efficacia forse superiore.
Boeing-VERTOL (rispolverando il glorioso nome Piasecki) ha mostrato l’X-49 “Speedhawk” (foto), che in buona sostanza propone una cellula di Sikorsky SH-60 dotata di semiali ed elica intubata posteriore a flusso vettorabile.
Bell, con il suo convertiplano V-280 “Valor” propone ancora una cellula di Sikorsky SH-60 con una architettura di sostentamento aerodinamica e propulsiva epurata di certi difetti evidenziati sia dall’esperieza XV-15 che V-22 Osprey.
Airbus Helicopter - fu Eurocopter - ha sviluppato l’X3 in contemporanea con il Sikorsky X2 (e il nome scelto per il suo dimostratore tecnologico, non lascia dubbi in merito all’essere in palese sfida)
I vantaggi della formula scelta per l’S-97 sono certamente molteplici.
Non è dato sapere quali possano essere gli svantaggi che possano costituire la contropartita della sua architettura, ma quello che pare abbastanza certo è che di tanti progetti sviluppati dai vari costruttori in un lasso di tempo e con un impiego di risorse tali da permettere di trovare la cura a molte malattie, l’S-97 è forse il primo progetto (e chissà che non resti anche l’unico) a diventare una realtà.
Leggi anche: "AW-609: Quando Finmeccanica ti accarezza..."
Note:
1 - Quindi non nel caso di elicotteri bi-rotore come ad es. il CH 47 “Chinhook” che ha due rotori , ma avendo due assi di trazione si comporta come se fosse costituito da due elicotteri monorotore “saldati” assieme
2 - Igor Sikorsky, fondatore dell’omonima azienda era ucraino, poi naturalizzato statunitense
3 - Negli elicotteri convenzionali la traslazione si realizza mediante inclinazione del rotore, L’inclinazione così ottenuta del piano di rotazione del rotore ha una componente orizzontale, che per quanto piccola ne permette gli spostamenti longitudinali e laterali.
(foto: Lockheed Martin / web / U.S. Army / NASA / Boeing)
