Da “SAPERE” – Ulrico Hoepli Editore
Anno VII – Volume XIV – Serie Seconda – n. 43/163
15 ottobre 1941 - XIX

ALI RUOTANTI E ALI BATTENTI
di Virgilio Gavino

Sul tema dei tipi di aeromobili ad ali ruotanti e ad ali battenti Sapere ha già pubblicato, a varie riprese, notevoli articoli. I lettori hanno cosi potuto rendersi conto dei principii sui quali si basa la concezione di queste macchine aeree, delle loro particolarità costruttive e dell'evoluzione da esse subita negli ultimi anni.

Ma il progresso cammina incessantemente, e molti lettori ci hanno chiesto, perciò, notizie più recenti sull'argomento, del quale anche la stampa quotidiana ha ripreso ad interessarsi in questi giorni.

Giungerà quindi opportuno il seguente articolo di un nostro competente collaboratore, che rappresenta una vera e propria « messa a punto » dell'importante problema.

Elicottero - Autogiro

L'elicottero (dal greco « spirale o elica »-« ala ») chiamato anche giroplano, è sorto per risolvere il vecchio problema di poter partire ed atterrare verticalmente, non solo, ma anche di rimanere fermi nell'aria (la parola « fermo » deve intendersi, naturalmente, in senso relativo).

La possibilità di restare quasi fermi in quota o di muoversi soltanto con una velocità minima, che può essere prerogativa del dirigibile, non poteva ottenersi da un mezzo più pesante dell'aria in quanto, come tutti sanno, la sostentazione dell'aeroplano è dovuta alla velocità e che, al disotto di un dato limite di velocità, l'aeroplano inevitabilmente cade.

L'idea del volo verticale risale a Leonardo da Vinci (1488), come pure, secondo alcuni documenti, si debbono a questo grande Maestro altre concezioni relative all'ortottero e all'ornitottero. Attraverso gli anni e fino ai nostri tempi, molti inventori di tutti i paesi si sono dedicati allo studio dell'elicottero senza, peraltro, raggiungere risultati del tutto soddisfacenti e tali da far entrare questa macchina aerea nell'uso pratico.

Il principio su cui si basa l'elicottero consiste nella possibilità di ottenere la sostentazione (o portanza) — agli effetti di equilibrare il peso — a mezzo di un'elica o più eliche ad asse verticale. A differenza dell'aeroplano, la sostentazione non è legata alla traslazione e anche quando la traslazione cessa, la sostentazione continua a sussistere. Pertanto, l'elicottero può non soltanto partire e atterrare verticalmente o quasi, richiedendo per queste manovre, uno spazio molto limitato, ma può altresì restare pressoché fermo nello spazio.

Per quanto riguarda lo spostamento orizzontale esso ha bisogno di altri organi di propulsione e di governo.

Moltissimi sono i tipi di elicotteri escogitati attraverso i tempi e da diversi inventori. Fra gli italiani dobbiamo ricordare Forlanini, Pescara, Marchetti, d'Ascanio ed altri i quali hanno adoperato eliche coassiali per neutralizzare la coppia di reazione tendente a far girare l'elicottero in senso contrario all'elica, ed è doveroso pure menzionare lo scienziato di fama mondiale Arturo Crocco, sempre presente con geniali idee ed acutissime osservazioni laddove, nel campo aeronautico, sorge un problema da risolvere. L'Accademico Crocco, riferendosi alla sicurezza della discesa dell'elicottero nell'evenienza di arresto del motore, suggeriva l'idea di utilizzare l'elica come mulinello in autorotazione, cosa che poi si è verificata nell'autogiro di cui diremo in seguito.

Elicottero Forlanini (modello).

Elicottero « Pescara ».

Elicottero d'Ascanio, a doppio rotore coassiale, che ha eseguito numerosi voli. Si osservino i dispositivi per variare l'incidenza delle pale dei rotori, nonché le eliche compensatrici agli estremi della struttura del carrello. La fotografia mostra l'elicottero nel momento del distacco dal suolo.

Uno dei più riusciti tipi di elicottero: l'F.W. 61 della ditta tedesca Focke. Motore a stella di 160 hp; quota di tangenza 3050 m; velocità 209 km/ora.
Le eliche a tre pale rotanti orizzontalmente sono comandate (a mezzo di un sistema di trasmissioni ed ingranaggi) dal motore che muove contemporaneamente un'elica anteriore per il raffreddamento. Non esistono ali rigide. Nel caso di arresto del motore, l'elicottero può atterrare a volo planato senza pericolo. Con questo tipo, la Germania ha fatto un buon passo in avanti per la risoluzione del problema del volo verticale.
A vista frontale con l'apparecchio librato nell'aria, B vista laterale.

Evidentemente occorre, in ogni caso, garantire la discesa dell'aeromobile con la dovuta lentezza e questo è il problema di preminente importanza che taluni vorrebbero risolvere rendendo fisse le pale dell'elica per farle funzionare da superfici plananti come in un comune aeroplano.

L'elicottero effettivamente ha volato, però è risultato dì costruzione complessa ed anche delicata ed ha sempre dimostrato difetti di stabilizzazione e di non pronta ubbidienza ai comandi, difetti che non sono stati eliminati in modo del tutto soddisfacente.

L'autogiro ha superato ogni ostacolo ed è, oggi, l'unico aeromobile ad ali ruotanti che si sia affermato nel campo pratico.

La pratica attuazione dell'autogiro è dovuta all'ing. Juan de La Cierva perito in un incidente di volo per « perdita di velocità » nell'anno 1936. E' veramente triste pensare alla tragica fine di questo geniale e tenace aviatore che ha lasciato la vita appunto a causa di quella ancora insoluta deficienza dell'aeroplano, per l'eliminazione della quale egli aveva tanto lottato.

Juan de la Cierva, inventore dell'autogiro.

Juan de La Cierva, a soli 25 anni, concepiva un sistema di ali ruotanti non per mezzo di una forza motrice ma in virtù della velocità di traslazione dell'aeromobile. Da ciò il nome di « autogiro ».

Dall'anno 1920, epoca del primo esperimento pratico, alla sua morte, vennero costruiti, sotto la guida dell'inventore, numerosi esemplari via via più perfezionati. Dal primo rotore multiplo si passò al rotore a tre pale con incidenza variabile, poi al rotore a cinque pale rigide, poi ancora a quattro pale e questo tipo riuscì a volare avendo adottato, per la prima volta, il principio dell'articolazione sul piano orizzontale.

Uno dei primi tipi dì autogiro La Cierva munito ancora di ala portante obliquata agli estremi, ala che nei tipi successivi è stata abolita. Motore di 100 —105 hp.

Particolare della connessione delle pale del rotore al mozzo di uno dei primi tipi di autogiro ideati da de La Cierva.

Col quinto esemplare (1924) de La Cierva ebbe la soddisfazione di eseguire un volo di 200 metri, superato nell'anno seguente da un altro riuscito volo di circa 12 chilometri e della durata di otto minuti. Così l'autogiro, benché ancora imperfetto, poté ricevere (anno 1925) il suo primo riconoscimento ufficiale.

Fu in conseguenza degli incoraggianti risultati ottenuti che nel decennio fra il 1925 ed il 1935, anche presso altri paesi, la costruzione degli autogiri prese un discreto sviluppo e vieppiù si perfezionò, eliminando, in modo particolare, le complicazioni che inevitabilmente si verificano negli elicotteri.

Autogiro La Cierva C.80. Motore 140 hp. Velocità 170 km/ora.

L'autogiro per la sua velatura rotante differisce sostanzialmente dall'aeroplano e, per quanto parente stretto dell'elicottero, non è un elicottero perché in quest'ultimo sistema il sostentamento è ottenuto per mezzo di un motore, mentre l'autogiro utilizza le proprietà sostentatrici di un elicoide che ruota in virtù di una traslazione obliqua.

Esso è dotato di un motore connesso ad una comune elica trattiva: il motore ha però la possibilità, mediante un innesto a frizione ed una trasmissione cardanica a pignoni, di essere collegato alla velatura rotante. Per decollare si avvia il rotore alla massima andatura (200-250 giri al minuto primo) raggiunta la quale il motore viene disinnestato e ricollegato all'elica trattiva. Dopo aver rullato per una decina di metri contro vento, l'autogiro decolla.

Uno dei maggiori perfezionamenti apportati consiste nel collegamento delle pale al proprio asse per mezzo di uno snodo cardanico il quale, consentendo il loro movimento tanto nel piano verticale che in quello orizzontale, permette di variare l'incidenza delle pale stesse. Questa innovazione ha eliminato, all'atto del decollo, il rullaggio dell'apparecchio, talché il distacco dal suolo avviene di scatto e verticalmente. Infatti, se allorquando il rotore è avviato alla massima velocità (il che si ottiene disponendo le pale con incidenza nulla e perciò con portanza zero) si disinnesta il motore e contemporaneamente si dispongono le pale con una determinata incidenza positiva, la velocità del rotore diminuirà certamente in relazione alla resistenza offerta dall'incidenza stessa, ma la portanza assumerà valori tali da produrre una forza superiore al peso della macchina. Nello stesso tempo, poiché l'elica trattiva imprimerà una certa velocità di traslazione, il rotore continuerà a girare con incidenza ridotta, assicurando però il sostentamento del complesso e la salita.

Autogiro. Particolare del collegamento delle pale al mozzo dell’autogiro: 1 cerniera che permette l’inclinazione sul piano verticale; 2 piastra oscillante; 3 cerniera, comune alle due pale, che permette l’inclinazione di tutto il motore. Si notino i diversi angoli di attacco α e β che le cerniere fanno fra loro e rispetto all’asse delle pale.

Autogiro Pitcairn. Particolare dell'attacco delle pale al mozzo. Ogni pala è attaccata al mozzo con due giunti a cerniera E. Per variare l'incidenza la tubazione A porta olio sotto pressione al cilindro B nel quale si muove uno stantuffo collegato ad un braccio calettato sulla pala. La cerniera C permette alla pala di muoversi in su e giù nel piano orizzontale; D è il braccio che unisce pala e mozzo.

Per le manovre in volo l'autogiro è dotato di normali timoni di governo; la discesa avviene verticalmente o quasi con una velocità dell'ordine di 5 metri al secondo.

Decisamente, sotto il punto di vista del decollo sul posto e dell'atterramento quasi verticale in un ristrettissimo spazio, alla velocità di discesa di un paracadute e senza l'intervento del motore, l'autogiro è superiore all'aeroplano. Non batte l'aeroplano perché il suo comportamento in aria agitata non da molta garanzia e perché, finora, le sue essenziali caratteristiche sono limitate. Risulta, infatti, che la sua velocità ha superato di poco i 200 km/ora, la quota di tangenza è inferiore ai 4000 metri, il carico utile non sorpassa i 300 chilogrammi.

Tuttavia ha anche altri pregi, questo tipo di aeromobile, e cioè: volo placido, possibilità di compiere virate in piano e a breve raggio, possibilità di forti scarti di velocità e di rimanere, sia pure per breve tempo, immobile nell'aria.

Negli impieghi civili l'autogiro può avere numerosissime applicazioni quale rapido mezzo di trasporto da un punto ad un altro dì una grande metropoli per servizi postali, sanitari, di polizia, di sicurezza e simili; queste applicazioni in qualche paese già si sono veri-ficate.

In territorio a grandi dislivelli questo aeromobile offre la possibilità di collegare fra loro le cime delle colline e delle montagne, essendo sufficiente disporre sulle medesime di una superficie pianeggiante di limitate dimensioni, come pure d'effettuare celeri comunicazioni fra monte e valle e viceversa, anche se nella valle il terreno si presenta ghiaioso o sassoso come il greto di un fiume.

Nei riguardi dell'impiego turistico, l'autogiro è molto indicato per il suo volo tranquillo, per la possibilità di ridurre a valori bassissimi la velocità di traslazione, per la grande visibilità panoramica, per la sua utilizzazione anche su strada ordinaria, potendosi ripiegare le pale del rotore all’indietro ed usare l'aeromobile come un vero e proprio autoveicolo.

Schema di un autogiro a cabina: 1 pale del rotore, le quali possono essere ripiegate all’indietro allorquando la macchina marcia su strada; mozzo del rotore; 3 trasmissioni per l’avviamento del rotore; 4 meccanismo per il comando diretto che permette l’inclinazione dell’albero del rotore in avanti, lateralmente o in posizioni intermedie; 5 elica trattiva normale a quattro pale; 6 trasmissione, contente la frizione per l’elica normale e un’altra frizione per l’avviamento del rotore; 7 leva di comando e quadro degli strumenti; 8 motore stellare, la sua posizione è nel baricentro della macchina e permette una migliore visibilità in avanti; 9 ruote anteriori, sterzabili; 10 ruota posteriore motrice per muovere su strada. Con le due anteriori forma un treppiede solido e molto elastico; 11 albero di trasmissione, per l'elica normale e per il rotore; 12 albero di trasmissione, per la ruota di coda; 13 frizione, per 1a trasmissione su strada; 14 volano a ventilatore per il raffreddamento del motore; 15 piani fissi e timoni stabilizzatori; 18 pedaliera per il timone di direzione. In A, sezione longitudinale; B, vista frontale.

Nonostante tali pregi e la propaganda favorevole dei sostenitori, questo velivolo non è tuttavia entrato nell'uso comune e la sua diffusione è rimasta piuttosto limitata. Forse ciò è dovuto alla non completa fiducia che ancora circonda questa macchina; forse dipende dal fatto che l'aeroplano ha grandemente progredito come velocità, carico utile, quota di tangenza, sicurezza di volo, e pertanto tutti gli studi e tutte le cure sono integralmente dedicate a questo vero dominatore dello spazio.

Per quanto riguarda il lato militare l'autogiro è stato ed è tuttora molto discusso, tanto che, nell'attuale guerra, non risulta che nessun autogiro, abbia preso parte ad operazioni belliche.

Taluni, basandosi sulla possibilità di installare a bordo degli autogiri gli apprestamenti guerreschi ordinariamente collocati sugli aeroplani, salvo s'intende quelli di rilevante peso ed ingombro, ammettono che tali aeromobili potrebbero rendere utili servizi di cooperazione agli eserciti operanti, sia quale mezzo di osservazione in ausilio alle fanterie ed alle artiglierie, sia per rilievi fotografici.

Invero, l'autogiro può operare su terreni accidentati e sprovvisti di campi necessari per gli aeroplani e può atterrare direttamente presso i Comandi ed i Reparti avanzati; inoltre potrebbe eseguire quei particolarissimi e preziosi servizi che consistono nel depositare informatori in località deserte nell'interno del territorio avversario.

Anche nei riguardi delle operazioni sul mare, altri fautori (che immediatamente hanno intravisto la possibilità di decollo dal ponte di una nave) sostengono l'utilità dell'autogiro per i servizi di esplorazione in generale e particolarmente per la scoperta di sommergibili e di sbarramenti di torpedini. Forse l'utilità è più evidente per questo secondo compito, dati i forti scarti di velocità del velivolo; ma per quanto si riferisce alla lotta contro il naviglio subacqueo, l'attuale guerra ha dato eloquente dimostrazione che i servizi aerei sul mare non possono essere affidati ad apparecchi di scarsa velocità perché essi sono vulnerabilissimi: già numerosi sono i casi di sommergibili che hanno vittoriosamente attaccato col cannone gli aerei.

Elicoplano

Trattasi di un tipo speciale di elicottero la cui velatura ruotante ha le pale non rigidamente connesse al mozzo ma alle pale stesse è imposta una variabile distribuzione di incidenza. L'albero di rotazione è leggermente inclinato in avanti rispetto alla direzione del moto.

In Francia questo aeromobile è chiamato « giroplano », in Inghilterra « girodina ». Ma la denominazione ha importanza relativa.

Nell'elicottero e nell'autogiro, la velatura rotante, come si è visto, ha funzioni esclusivamente sostentatrici talché, per ottenere la traslazione. è necessario l’intervento di un mezzo propulsivo: nell’elicoplano, invece, l’elica trattiva è soppressa e la forza motrice è applicata costantemente al rotore.

Per dare un'idea sommaria circa il principio su cui si basa l'elicoplano, si può considerare un albero A, B, ed una qualsiasi sezione di pala calettata sull'albero stesso.

Se S è il valore della velocità di traslazione dell'aeromobile, V quello della velocità di rotazione della sezione considerata ed R la risultante, l'azione aerodinamica darà luogo ad uno sforzo E quasi normale alla sezione che si decomporrà in una portanza P e in una trazione T.

Principio su cui si basa l'elicoplano:

Con un opportuno gioco del grado d'incidenza delle pale (a seconda della loro posizione nel cerchio di rotazione) e tenuto conto che durante mezzo giro, allorquando cioè una pala marcia nel senso della traslazione, la velocità di ogni sua sezione si somma a quella dell'aeromobile e durante l'altro mezzo giro si sottrae, si ottiene, dal bilancio dei vari sforzi attorno alla velatura rotante, una forza utile di sostentazione ed una forza utile di propulsione per cui ne risulta un organo di volo completo.

Attuazione tecnica dell'articolazione delle ali girevoli. Si noti il complessissimo congegno dell'articolazione delle pale al mozzo e della variazione dell'incidenza.

Nelle macchine del genere ideate e costruite esiste, pertanto, un congegno di regolarizzazione automatico (per altro assai complesso) per la variazione dell'incidenza delle pale, regolazione che può effettuarsi anche a comando, dato che il pilota deve poter intervenire in ogni momento per variare, a volontà, la traslazione compatibilmente con la sostentazione, ovvero frenare o restare pressoché fermo in aria.

Questo sistema, in definitiva, attua movimenti e sforzi comparabili a quelli che si verificano nel volo degli uccelli, con la differenza, però, che in luogo di ali battenti si hanno ali ruotanti.

Elicoplano, al decollo.

Ortottero - Rotoplano

Secondo quanto è a nostra conoscenza, anche l'idea dell'ortottero si deve a Leonardo da Vinci. In sostanza. si tratta di superfici battenti che attaccano l'aria e perciò il nome di ortottero, dal greco « dritto-ala ».

In questa macchina aerea più pesante dell'aria, si suppone l'esistenza di una superficie piana finestrata o a persiana, azionata da motore e capace di un movimento alternativo in senso verticale: la persiana si chiude nel movimento di sostentazione, percuotendo l'aria (corsa utile) e si apre subito dopo per evitare la forza antagonista della controsostentazione.

Come è facile intuire, l'attuazione pratica di un aeromobile del genere è irta di difficoltà per le complicazioni tecnico-meccaniche che si presentano.

Taluni studiosi hanno tentato di battere altra strada, adottando cioè il moto convergente-divergente: altri hanno sfruttato il principio del movimento rotativo continuo ma senza ottenere, tuttavia, risultati apprezzabili, cosicché, praticamente, il problema è rimasto parzialmente insoluto e da quanto ci consta, nessun ortottero ha mai potuto volare.

Un ortottero speciale denominato « rotolano » è quello ideato dall'italiano Andrea Prosdocimi. Animato da acutissimo spirito di osservazione e dotato di notevole ingegno, il Prosdocimi è riuscito a costruire un modello in cui le ali oscillanti sono sostituite da ali ruotanti, con il duplice compito di appoggio e di propulsione.

Modello di rotoplano Prosdocimi, in posizione di volo (visto da tergo).

Modello di rotoplano Prosdocimi, in posizione di volo planato (visto di fronte).

L'inventore è partito da considerazioni molto importanti relative alle penne dei remiganti le quali, come è noto, oltre ad avere il « cannello » dorsale spostato rispetto all'asse di figura, presentano la parte anteriore piuttosto rigida e la parte posteriore più flessibile. La prima ha indubbiamente e prevalentemente funzioni di appoggio e la seconda funzioni di spinta. In quanto alla vertebra decentrata il Prosdocimi afferma che « le penne dei remiganti altro non sono che delle porte a vento, donde la necessità del decentramento del loro asse per modo che nel battito convergente-divergente dell'ala, ricevendo disugualmente sulla loro superficie le reazioni della resistenza dell'aria, automaticamente tendono ad aprirsi quando l'ala sale, lasciando sfuggire l'aria di fra mezzo alle gretole delle persianine o palette aperte (che tali si ridurranno in meccanica le penne remiganti dell'ala degli uccelli) e tendono, viceversa, a chiudersi nel movimento contrario, formando un piano chiuso onde appoggiarsi sull'aria ». Il rotoplano Prosdocimi, ad ali inversamente rotanti attorno ad un unico asse avente la direzione del moto, è costituito di quattro rotori con l'intelaiatura delle pale disposta a 120 gradi. I rotori girano, per ragioni di equilibrio del sistema, due in un senso e due in senso opposto. Ogni intelaiatura comprende tre palette le quali possono essere orientate sotto angoli diversi. Questa parte della macchina, che corrisponde alla zona anteriore rigida delle penne dei remiganti, ha lo scopo di provocare il sollevamento.

Oltre alle palette, vi sono anche dei bordi o aleroncini flessibili sia automaticamente sia in seguito all'azione di un comando durante il volo: e questa seconda parte, che corrisponde alla zona posteriore flessibile, ha compiti propulsivi. Secondo l'inventore, gli aleroncini funzionano come un'elica a passo variabile.

Il modello costruito dall'ing. Prosdocimi ha dato la dimostrazione di poter risolvere meccanicamente tutti i problemi che l'inventore si era imposti; non risulta però che l'idea ed i risultati analitici ottenuti siano stati ulteriormente sfruttati per costruire un apparecchio capace di sollevarsi verticalmente e di manovrare.

Resta quindi, come gli ortotteri, nel novero delle macchine volanti possibili, ma non praticamente attuate.

Ornitottero

L'ornitottero, dal greco « uccello-ala », è un aeromobile a battito d'ala. L'organo sostentatore, costituito di ali mobili sul tipo di quelle degli uccelli, batte e, nel contempo, oscilla, per far variare l'angolo di attacco onde ottenere, così, una spinta positiva.

Si vorrebbe, in altre parole, seguire i principii della natura che, con gli uccelli, ha creato volatori perfetti.

Evidentemente, i fautori di questo sistema sconfinano dal campo del sostentamento aerodinamico per entrare in quello della propulsione vera e propria, dato che l'ornitottero batte le ali a scopo propulsivo perché, se così non fosse, diventerebbe un velivolo ordinario ad ali fisse che ha bisogno di mezzi di spinta per la sua traslazione, a meno che non possa sfruttare correnti ascensionali talmente estese e forti da veleggiare così come veleggiano gli uccelli.

L'idea dell'ornitottero è assai antica perché appunto si basa sull'imitazione della natura che — come si è sempre affermato — non sbaglia mai, e ciò spiega l'entusiasmo di moltissimi inventori (fra i primissimi il grande Leonardo) i quali si sono sentiti stimolati ad affrontare l'importante e complesso problema.

In verità, tutti gli studi, i modelli, i tentativi di attuazione al riguardo, seppure geniali, non hanno avuto successo e, come è noto, l'uomo, per volare, ha dovuto adottare gli ordinari propulsori elicoidali che sono di costruzione semplice e leggera ed offrono un cospicuo rendimento, risultato che certamente non sarebbe stato raggiunto con i complicati meccanismi necessari al battito delle ali.

Ala girevole

Fra gli apparecchi speciali che si distaccano dal comune principio su cui sono fondati gli aeroplani, merita particolare menzione il sistema Rohrbach, benché esso non abbia dato ancora risultati degni di rilievo.

Fac-simile di apparecchio ad ali girevoli sistema Rohrbach.

In questo tipo di velivolo le ali che costituiscono le semicellule sono composte di tre piani distanziati a 120 gradi i quali, opportunamente collegati ad un albero centrale, ruotano attorno all'albero stesso; non solo: ma tali piani possono essere orientati periodicamente, per ogni giro, in modo da ottenere la sostentazione indipendentemente dalla traslazione.

Il sistema, che potrebbe essere classificato fra i propulsori-sostentatori in quanto le ali girevoli funzionano da superfici portanti e, contemporaneamente, sostituiscono l'elica, non ha avuto finora fortuna e non ha quindi superato lo stadio sperimentale.

Le molte critiche sono dovute alle difficoltà costruttive per ottenere la dovuta resistenza e sicurezza; alle vibrazioni che si sono manifestate; alla difficoltà di fare assumere ai piani mobili, per ogni assetto del velivolo, l'angolo di incidenza aerodinamicamente più idoneo; allo spreco di energia; al basso rendimento meccanico.

Peraltro, i sostenitori dell'apparecchio ad ali girevoli, controbattendo le critiche di cui sopra, affermano, rispetto all'aeroplano, i seguenti vantaggi: apparecchio sempre ubbidiente al pilota anche a motore fermo per guasto; grande manovrabilità anche a velocità bassa; possibilità di salita verticale e di librarsi in aria a fermo. Però, tutto ciò non è stato sanzionato dalla pratica.