Dopo più di 500 anni, vola l'elicottero 2.0 di Leonardo Da Vinci

Lo avrete sicuramente visto decine di volte nelle rappresentazioni che cercano di essere realistiche: un grosso veicolo con una grande spirale, fatta girare da uno o più omini con un meccanismo tipo macina del mulino L’elicottero di Leonardo da Vinci è stato per secoli uno dei classici progetti del genio toscano su cui gli esperti scuotevano la testa aggiungendo: “Però è un’intuizione del futuro…”. E invece, tre settimane fa un drone a quattro rotori (un quadricottero) che utilizza lo stesso concetto, la vite aerea, ha volato senza problemi. Il nuovo Da Vinci è Austin Prete, un laureato dell’Università del Maryland che ha portato a termine il progetto ELICO, che aveva vinto nel 2020 la design competition promossa tra le Università di tutto il mondo dalla Vertical Flight Society e sponsorizzata da Leonardo Helicopters (link al contest).


figura 1

La competition aveva come tema la progettazione e lo sviluppo di un prototipo virtuale di un veicolo moderno basato sulla vite aerea. ELICO aveva vinto il primo premio nella categoria riservata ai laureati con un progetto di quadricottero per un passeggero con guida totalmente autonoma (ELICO). Rispetto alla vite aerea di Leonardo, quelle di ELICO sono più allungate e più aperte (vedi figura 1) e naturalmente sono quattro. Il successo che i quadricotteri hanno avuto e stanno avendo nel mercato dei droni consiste nel metodo di controllo del volo. Per cambiare direzione e per avanzare, i quadricotteri variano leggermente la velocità di uno o più rotori, facendo inclinare il velivolo. Quindi è razionale che per sperimentare le viti aeree ci si sia orientati a utilizzare soluzioni collaudate. Sulla base del concept generale di ELICO, Austin Prete, che faceva parte del team originale vincitore della competition, ha sviluppato un piccolo drone utilizzando comunissime componenti commerciali per droni. Lo ha chiamato Crimson Spine lo ha presentato alla conferenza Transformative Vertical Flight della Vertical Flight Society (San Jose, California) alla fine di gennaio. Le viti aeree sono costruite sulla base di un modello digitale con acciaio, alluminio e plastica, che ne forma la superficie elicoidale (vedi figura 2).

Il comportamento di volo di Crimson Spin è uguale a un normale quadricottero hobbistico, ma la cosa importante è perché vola. Innanzitutto, dalle prove è emerso che a parità di giri la spinta generata dalla vite aeree è molto più alta, anche del 70% superiore. Di contro, probabilmente perché i rotori a spirale sono più pesanti, a parità di giri la potenza necessaria per muoverli è maggiore.


figura 2

La cosa veramente interessante è però il meccanismo con cui si genera la spinta. Nei rotori tradizionali, come nelle eliche, la spinta viene creata spostando grandi masse d’aria. Nelle viti aeree, invece, anche se lo spostamento dell’aria ha un ruolo, la gran parte della spinta si genera perché il movimento rotatorio sviluppa dei vortici d’estremità confinati alla superficie della vite aerea. L’aria nella parte inferiore della superficie rallenta rispetto a quella che scorre nella parte superiore, si crea una differenza di pressione e questo genera spinta di sollevamento.


Senza entrare nelle numerose teorie che sono state proposte per spiegare il fenomeno della spinta di sollevamento di un mezzo più pesante dell’aria, il diverso modo di generare spinta delle viti aeree ha un’importante conseguenza: il cosiddetto downwash, ossia la massa d’aria che viene spinta verso il basso, è molto minore a parità delle altre condizioni. A una certa quota la differenza non si nota. Vicino al suolo la storia è differente, come può testimoniare chi si è trovato nei paraggi di un elicottero in atterraggio. Quindi, un veicolo anche di grandi dimensioni, dotato di viti aeree, potrebbe decollare ma soprattutto atterrare in modo molto “invasivo” anche in località densamente abitate. Meno downwash potrebbe tradursi anche in meno rumore.


Allo stato attuale delle conoscenze i vantaggi (e gli svantaggi) della vite aerea rispetto ai rotori tradizionali non sono del tutto noti. Lo stesso Austin Prete fa notare che il suo progetto non è ottimizzato, per esempio nella superficie del rotore, dove si formano i vortici. Se fosse ottimizzato potrebbe fornire prestazioni di volo a punto fisso (hovering) molto interessanti, a quote alte con basso utilizzo di potenza, oggi un limite tipico degli elicotteri. Restano anche da analizzare le prestazioni della vite aerea nel volo in avanti a velocità elevate. Comunque, l’intuizione di Leonardo da Vinci può già dirsi vendicata.


#MarcoComelli #droni

 

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