Consigli sugli elicotteri RC – Sistemi di stabilizzazione del rotore di coda

In tutti i modelli in kit, la coppia del rotore di coda viene compensata da un rotore di coda che esercita una forza in direzione opposta rispetto al braccio di leva del braccio di coda. In condizioni di tempo calmo, quando è possibile effettuare il volo stazionario con un assetto corretto senza escursioni visibili dei comandi, se il motore è ben regolato ci si può quasi dimenticare del comando del rotore di coda. Il volo stazionario sul posto diventa ancora più semplice quando soffia un vento costante, che stabilizza l’elicottero grazie all’effetto bandiera del vento esercitato dalle superfici laterali della fusoliera o dalla pinna laterale.

Non appena però si devono eseguire figure di volo stazionario, la situazione cambia. A questo punto sono necessari comandi ciclici per inclinare il piano del rotore. Ciò richiede energia, che può essere prelevata temporaneamente dall’energia di rotazione del rotore principale. Tale energia deve però essere reintegrata, e ciò avviene aumentando la potenza del motore. Ciò genera però una coppia maggiore, che richiede una maggiore escursione del rotore di coda per evitare che si verifichi una rotazione attorno all’asse verticale. La maggiore escursione del rotore di coda comporta a sua volta una maggiore resistenza aerodinamica, per cui la potenza del motore deve essere nuovamente adeguata.

In pratica, tuttavia, il processo di regolazione descritto non si svolge in singole fasi, ma si svolge in modo continuo. Ciò non cambia però il fatto che il pilota debba prima rilevare, con la vista e l’udito, una deviazione dallo stato di equilibrio del proprio elicottero, per poi reagire di conseguenza. A causa di questi piccoli ritardi, il rotore di coda sarà costantemente in leggero squilibrio o, quantomeno, oscillerà leggermente quando si avvia un altro movimento del piano rotore.

Con una miscela fissa di escursione del rotore di coda rispetto all’escursione dei servocomandi di passo e/o di gas, è possibile ottenere, meccanicamente o elettronicamente, un’approssimazione dell’escursione correttiva necessaria. Ma si tratta solo di un’approssimazione di primo ordine.

Per questo motivo, circa quattro anni fa i produttori giapponesi di radiocomandi hanno sviluppato un’unità elettronica integrata nel trasmettitore, denominata ATS (Anti Torque System), che non solo rendeva l’ampiezza della deflessione aggiuntiva del rotore di coda proporzionale alla regolazione del servocomando del gas. Inoltre, tramite due manopole è possibile regolare sia l’influenza della velocità di variazione della regolazione dell’acceleratore sia la durata dell’entità della correzione. In un caso del genere, il tecnico di controllo parla di regolazione PID.

I trasmettitori dotati di tali complicazioni sono destinati principalmente agli esperti, che sono anche in grado di regolare con precisione le tre variabili in modo da adattarle al proprio elicottero. A tal fine è necessaria una grande esperienza nel pilotaggio. Fattori esterni come raffiche di vento o variazioni nel funzionamento del motore, ad esempio dovute a un diverso altitudine del campo di volo, non possono essere eliminati da questo accessorio elettronico.

Di recente anche GMP (produttore del piccolo elicottero CRICKET) offre un componente elettronico utilizzabile con qualsiasi normale trasmettitore/ricevitore, sotto forma di un alloggiamento aggiuntivo per servocomandi, sul quale è possibile regolare le tre variabili: la percentuale di miscelazione e l’influenza della velocità di variazione della regolazione dell’acceleratore in termini di entità e durata. Questa soluzione è universalmente applicabile e non richiede un costoso trasmettitore professionale, poiché il modulo, delle dimensioni di un servocomando, è alloggiato all’interno dell’elicottero. Secondo le indicazioni del produttore, il dispositivo costa quanto un servocomando e non consuma energia aggiuntiva.

Anche i sistemi elettronici di regolazione della velocità reagiscono esclusivamente alle variazioni di coppia dovute alle variazioni di velocità di rotazione (e non ai cambiamenti di direzione dell’elicottero). Un sensore induttivo o ottico montato sull’albero del rotore principale rileva gli impulsi senza contatto e regola il servocomando dell’acceleratore in modo tale che la velocità di rotazione rimanga costante su un valore preselezionato. In questo modo è possibile compensare le oscillazioni della coda dovute alle variazioni della velocità del rotore o del motore. Le figure di volo che richiedono una potenza del motore diversa, tuttavia, necessitano comunque di un intervento del rotore di coda se non si desidera che l’elicottero ruoti attorno all’asse verticale. La potenza è infatti proporzionale al prodotto tra coppia e velocità di rotazione; pertanto, mantenendo costante la velocità di rotazione, la coppia – e di conseguenza l’escursione necessaria del rotore di coda – varia ad ogni variazione di potenza. I sistemi di regolazione della velocità di rotazione costituiscono quindi solo un ausilio per stabilizzare il rotore di coda. In quanto elementi di controllo puri – rispetto all’elicottero nel suo complesso – non possono, per definizione, assumere funzioni di regolazione dell’assetto.

Tali sistemi di regolazione della velocità sono stati descritti da Rainer Rebhan nella rivista «Flug+modell-technik» 282-7/1979 (Regolatore elettronico di velocità per modelli di elicotteri) e dal Dr. A. Kroneisen nella rivista «Modell» 12/79 (Regolatore di velocità per elicotteri in scala). Sono commercializzati anche dal produttore giapponese SANWA con il nome GOVERNOR, ma non hanno avuto un’ulteriore diffusione a causa del limitato supporto, come descritto, che offrono al pilota.

Per il pilota medio tali ausili elettronici sono praticamente inutili. Anche se un assistente esperto dovesse regolarle una volta, ciò sarebbe utile solo fino al prossimo incidente o alla sostituzione delle pale del rotore. Dopo il rimontaggio della testa del rotore, la procedura di regolazione ricomincia da capo e, per motivi di tempo, solitamente non è possibile ripeterla tutte le volte che si vorrebbe.

Partendo da questa considerazione e tenendo conto degli ultimi sviluppi nel campo dell’elettronica, l’azienda FUTABA ha sviluppato un circuito di stabilizzazione. L’idea di utilizzare un circuito meccanico per stabilizzare un movimento rotatorio non è nuova. Nel settore dell’aviazione pesante, gli autopiloti Sperry sono noti da decenni. A quanto mi risulta, KAVAN è stato il primo produttore di circuiti destinati all’impiego nei modelli di elicotteri. All’epoca, però, la posizione della giroscopia doveva ancora essere rilevata tramite un potenziometro. L’isteresi relativamente elevata, causata dall’attrito del cursore, rendeva il sistema inefficace proprio nelle prime lievi deviazioni di rotta. Per motivi di progettazione, quindi, non riuscì ad affermarsi.

La soluzione di FUTABA utilizza una rilevazione senza contatto della posizione del giroscopio tramite sensori Hall (qualunque cosa essi siano). Per noi è importante solo che il giroscopio invii un comando di controsterzo al servocomando del rotore di coda già al minimo cambiamento della sua posizione. In questo modo, ogni variazione di assetto viene contrastata non appena si manifesta anche solo una tendenza alla deviazione.

Un sistema giroscopico così moderno, però, non deve limitarsi a stabilizzare il rotore di coda. Deve essere sovrascrivibile, in modo da poter eseguire rotazioni volute attorno all’asse verticale. Nel caso del sistema giroscopico FUTABA, commercializzato dall’azienda ROBBE con il nome di «Autopilot» al prezzo di circa 240 franchi, il set completamente cablato è composto dal giroscopio, da un’unità elettronica e dall’interruttore on-off con due potenziometri di regolazione 0...100% per la regolazione. Tramite un canale di comando sul trasmettitore è possibile passare, durante il volo, dal campo di regolazione 1 al campo di regolazione 2. Ciò è necessario quando si desidera eseguire, nello stesso programma di volo, sia figure di volo stazionario che figure di volo come virate o avvicinamenti all’atterraggio. Nelle figure di volo stazionario, il comando manuale del rotore di coda non è quasi mai necessario. Pertanto, l’influenza del sistema di controllo automatico può essere elevata, ad esempio dal 70 al 90%. In volo libero è preferibile avere un maggiore controllo manuale, pertanto si passa all’altro intervallo di influenza del sistema automatico, che si attesta, ad esempio, solo al 30-50%.

Il sistema distribuito da ROBBE deve essere alimentato dalla batteria del ricevitore. Tuttavia, poiché il consumo energetico del giroscopio meccanico è piuttosto elevato, si consiglia l’uso di una batteria separata da 500 mAh. Sono presenti i connettori necessari.

Per quanto riguarda l’installazione vera e propria, non c’è molto da aggiungere: le istruzioni di ROBBE contengono tutte le informazioni in modo chiaro e sintetico.

In Inghilterra è disponibile un kit giroscopico RCME, con il quale è possibile assemblare autonomamente un sistema giroscopico relativamente semplice. Per 13 £ si ottengono le parti meccaniche con volano bilanciato e, per altre 12 £, i componenti elettronici con circuito stampato, involucro e connettori. L’intera unità già assemblata costa 29,84 £ presso World Electronics. Si tratta (all’inizio del 1982) di circa 110 franchi. Il produttore dei kit è la ditta Century Systems, 111 Gretton Road, Winchcombe, Cheltenham GL54 5EL, Inghilterra.

Il sistema RCME è costituito da una parte meccanica e da una parte elettronica, che consente due impostazioni: posizione centrale del servo e influenza. Il funzionamento, tuttavia, non è lo stesso del sistema FUTABA. In quel caso si trattava di un sistema di stabilizzazione, mentre qui viene semplicemente smorzata, in misura maggiore o minore, la rotazione indesiderata attorno all’asse verticale, mentre le corse dei comandi passano indenni. Una descrizione corredata di schema è disponibile nella rivista «Radio Control & Electronics», gennaio 1982.

Infine, va menzionato anche lo stabilizzatore americano Watson. Questa unità non contiene parti mobili, consuma meno di ¼ di watt e pesa meno di 100 g. Non è necessaria una fonte di alimentazione propria. La durata di vita dovrebbe essere di 10'000 ore e il dispositivo è disponibile al prezzo di 170 $ (circa 320 Fr.) presso la Watson Industries, Inc., 3041-A Melby Road, Eau Claire, Wisconsin 54701, USA.

Il funzionamento di questo sistema non è descritto in modo comprensibile negli annunci. Si tratterebbe di un «giroscopio a stato solido» e l’inventore scrive nella rivista «RCM» del luglio 1981, a pag. 94: «La nuova tecnologia a trave vibrante piezoelettrica utilizzata nel nostro stabilizzatore rivoluzionerà il controllo dei modellini di aerei.» Non posso dire altro. Forse qualche lettore ne sa di più su questa nuova tecnologia e me lo comunicherà. Cercherò quindi di rendere queste informazioni accessibili a tutti.

In Giappone, oltre al sistema FUTABA descritto, sono disponibili sul mercato sistemi di stabilizzazione giroscopica simili. Il SANWA GYROSCOPE SM-340 funziona tramite rilevamento a infrarossi della posizione del giroscopio. Conosco il sistema KO-DIGIACE «SUPER GYRO SG-803» solo tramite gli annunci pubblicitari. Lo stesso vale per il «GYROSENSOR NEJ 100» di JR-

Propo. Questo marchio è distribuito in Europa occidentale da Graupner, ed è lecito supporre che anche questo giroscopio sarà già disponibile da noi al momento della pubblicazione di questo articolo. Anche DIGIFLIGHT offre un sistema giroscopico, il DIGI GYRO, così come la ditta LOGITEC.

Data questa ampia offerta di sistemi quasi identici per struttura e funzionamento, dovrebbe essere solo una questione di tempo prima che questi marchi facciano la loro comparsa sul nostro mercato attraverso i canali di distribuzione dei noti rivenditori europei di modellismo. I prezzi attuali dovrebbero quindi dimezzarsi, cosicché il giroscopio stabilizzatore, con i suoi effetti positivi sul volo, diventerà presto un accessorio standard di un elicottero medio ben equipaggiato. Già oggi oltre l’80% dei piloti nelle competizioni utilizza questi dispositivi. Le figure di volo stazionario eseguite con tanta fluidità non devono quindi suscitare sempre la nostra invidia. Oltre all’abilità, c’è di mezzo una buona dose di elettronica (e denaro).

Ernst Bernet, Weidstrasse 4a 6300 Zug, tel. 042 / 21 26 87