Introduzione al volo con elicotteri a turbina

Per molti piloti RC, una turbina è la “Mercedes” tra i motori, che si tratti di un aereo, di un jet, di un aliante o, proprio come nel nostro caso, di un elicottero RC. Possederne una è spesso già un grande desiderio. Questo modello è stato esposto nel 2022 in occasione del raduno primaverile a Loorholz da Miniature Aircraft USA ed è stato anche presentato in volo, il che ha ulteriormente rafforzato l’interesse del mio cliente.

Il modello da addestramento a turbina è alimentato dal TS 45i Whiplash Special Edition della Turbine Solutions. Nel frattempo è disponibile anche una versione da addestramento in cui è possibile montare il sempre più popolare Xicoy X45. Con la famiglia Whiplash, Miniature Aircraft USA è l’unico produttore a offrire tutti i tipi di propulsione per elicotteri RC in un’unica serie: elettrico, nitro, a benzina e, appunto, a turbina. Non si tratta di «modifiche o adattamenti», ma ogni modello è progettato specificamente per il rispettivo tipo di propulsione e viene costantemente testato dal titolare dell’azienda, Josef Schreiner, e dai suoi piloti ufficiali. La TS 45i di TURBINE SOLUTIONS è stata lanciata sul mercato all’inizio del 2022 in un’edizione speciale appositamente pensata per il Whiplash-Turbine II. Il kit di montaggio e i relativi accessori sono disponibili a magazzino presso l’importatore svizzero swiss-scale-helikopter.ch. Questa azienda è anche responsabile dell’importazione in Svizzera delle turbine del produttore TURBINE SOLUTIONS. Il tempo medio di consegna delle turbine è di circa quattro settimane.

Una volta aperta la confezione, saltano subito all’occhio i pannelli laterali in CFRP, grandi e dall’aspetto estremamente pregiato. Gli altri componenti, ad eccezione del tubo di coda e del relativo sistema di trasmissione rigido, nonché i pattini di atterraggio e il serbatoio, sono ordinati e imballati in singole scatole di cartone etichettate in base al gruppo di montaggio.

Esaminando attentamente il contenuto, si nota che le parti in plastica sono state ridotte al minimo e che quasi tutti i componenti sono realizzati in carbonio massiccio di alta qualità (senza aggiunte di fibra di vetro o G10, come invece è piuttosto comune presso molti altri produttori) e in alluminio di alta qualità. Si trovano solo pochi componenti, come ad esempio le boccole sferiche e i pignoni di trasmissione, realizzati in plastica, sebbene di altissima qualità. Gli ingranaggi fresati a CNC danno un’impressione di estrema stabilità e solidità. Anche la calotta, completamente verniciata, soddisfa ogni esigenza. L’assemblaggio si è articolato in diverse fasi. Le istruzioni di montaggio, di facile comprensione, sono, come previsto, strutturate in modo chiaro e non rappresentano un ostacolo per il modellista ambizioso. Le istruzioni complete sono disponibili per il download e vengono aggiornate regolarmente dall’azienda miniature Aircraft USA.

Nel caso del piatto oscillante premontato, occorre solo montare le sfere d’acciaio. I cuscinetti di spinta dei supporti delle pale sono già stati premontati correttamente in fabbrica e lubrificati, pertanto è sufficiente montare i bracci di articolazione. Dopo aver assemblato i supporti delle pale e il pezzo centrale tramite l’albero di supporto delle pale da 9 mm di spessore, si nota subito l’elevata precisione di accoppiamento dei singoli componenti. Il piatto oscillante anodizzato nero crea un piacevole contrasto con i supporti delle pale sabbiati e anodizzati, nonché con il pezzo centrale, risultando così un vero e proprio richiamo visivo.

Come già nella testa del rotore principale, anche queste parti della massiccia coda sono sabbiate e anodizzate e danno un’impressione di estrema solidità. La parte posteriore colpisce per la presenza di un ingranaggio fresato in alluminio sull’albero del rotore di coda, azionato da un pignone in poliossimetilene (POM) montato sull’albero di trasmissione rigido. Lo speciale rivestimento in anodizzazione dura/teflon della ruota dentata in alluminio, in combinazione con la ruota dentata in POM, garantisce un sistema di trasmissione di coda che non richiede manutenzione. Per ottenere la massima fluidità di funzionamento possibile, anche la guida della trasmissione rigida nel tubo di coda è stata progettata con estrema cura e realizzata con diversi O-ring per ogni unità di cuscinetto. Dopo il montaggio finale dell’unità di poppa, si nota immediatamente la scorrevolezza senza alcun gioco dell’intero sistema di trasmissione di poppa.

Nella prima fase vengono montate tutte le piastre intermedie per i componenti, i supporti dei cuscinetti fresati in alluminio e anodizzati neri, il bellissimo «supporto motore» rosso e gli alloggiamenti per i servocomandi; successivamente, il tutto viene avvitato, insieme ai rinforzi necessari, alla prima piastra laterale del telaio. Solo successivamente il telaio viene chiuso con la seconda piastra del telaio.

Successivamente si procede al montaggio del gruppo fondo, inizialmente senza fissarlo con frenavite, poiché la nostra turbina deve ancora essere montata dal basso nel meccanismo. Grazie al montaggio «preliminare» della piastra di base, è possibile verificare la linearità e la perpendicolarità del telaio prima dell’installazione della turbina. Infine, si assembla l’unità composta da ingranaggio principale a dentatura obliqua, piattello e ruota libera e la si monta a sua volta nel telaio. Per concludere, segue il montaggio dell’unità di accoppiamento con il pignone di trasmissione.

Dopo il montaggio e la regolazione della ventola con il rotore di accoppiamento sull’«albero motore», l’intera unità della turbina viene inserita dal basso nel gruppo meccanico e montata sul supporto del motore. La parte anteriore della turbina (detta anche generatore di gas), in cui si trova la camera di combustione, è inoltre sostenuta da quattro elementi di fissaggio separati, ammortizzati da gomma. →

Per i componenti aggiuntivi della turbina, come ad esempio l’elettronica, le valvole e la pompa del carburante, nel telaio sono presenti o previsti punti di fissaggio fissi. Ad esempio, per le valvole sono presenti fori fissi in cui è possibile fissarle semplicemente utilizzando le viti in dotazione. Segue quindi il montaggio del gruppo di base e dei pattini di atterraggio.

Una volta completato il telaio con la turbina, si procede come di consueto all’installazione del tubo di coda con i montanti di coda e della testa del rotore principale. Come previsto, l’intero sistema meccanico dà l’impressione di essere estremamente stabile e resistente alla torsione. Si nota con grande soddisfazione che tutti gli ingranaggi funzionano in modo silenzioso e fluido e che anche l’ingranaggio principale fresato scorre perfettamente nella sua sede.

Il serbatoio, da 0,9 litri, è completamente supportato da cuscinetti in gomma e viene fissato nella posizione prevista solo alla fine. Nella confezione è incluso il serbatoio di raccolta da 0,125 litri (chiamato anche serbatoio a tramoggia). Questo serbatoio garantisce un’alimentazione «senza bolle» alla pompa del carburante.

Sono inclusi nella fornitura anche molti piccoli componenti necessari, quali il bilanciere del serbatoio, i tubi del carburante, i raccordi, i connettori a Y, il nastro in velcro ecc.

L'installazione dell'elettronica e la posa di tutti i cavi e dei tubi del carburante sono semplici e lo spazio a disposizione è sufficiente.

Nel Whiplash Turbine II sono installati i seguenti componenti elettronici: tre servocomandi BLS275V e un BLS276SV, oltre al sistema flybarless CGY 760R, tutti prodotti da FUTABA. Sono necessarie anche 2 batterie LiPo. Una per l’alimentazione dei servocomandi e del sistema FBL e una per la turbina.

Per molti piloti di velivoli a turbina, il nome WREN Turbines è da anni sinonimo di affidabilità e ottimo servizio. All’inizio del 2019, WREN Turbines è stata acquisita dalla società TURBINE SOLUTIONS, di cui Paul Hardman è titolare.

Un po’ di storia: molto prima di acquisire WREN Turbines, Paul Hardman lavorava proprio presso l’azienda Wren. Grazie alle competenze tecniche acquisite, un giorno ha deciso di mettersi in proprio e ha fondato TURBINE SOLUTIONS. Nel 2019 si è presentata a Paul l’opportunità di acquisire WREN Turbines. TURBINE SOLUTIONS sviluppa e produce turbine per jet ed elicotteri RC e offre servizi relativi alle turbine RC.

Alla fine del 2019 è arrivata la notizia che TURBINE SOLUTIONS avrebbe lanciato una turbina ottimizzata per il Whiplash, denominata «Whiplash Special Edition TS-45i-Heli-Turbine». La TS 45i Heli è un’evoluzione della nota WREN 44i. La TS 45i Heli convince per i tempi di risposta rapidi e per l’elevata dinamica nell’erogazione della potenza. Ciò va a grande vantaggio degli stili di volo odierni. La potenza massima all’albero di uscita è di 7 PS/5,2 kW a 190.000 giri/min e la turbina è «resistente al pieno regime». Naturalmente questa turbina viene fornita con un sistema di avviamento a cherosene. Tutti i componenti necessari al funzionamento della turbina sono inclusi nella fornitura. Tra questi vi è anche il sistema di controllo elettronico (denominato FADEC o ECU). Questo regola e monitora tutti i parametri e i componenti della turbina necessari per l’avviamento, il funzionamento e il processo di raffreddamento (ad es. pompa del carburante, valvole, regime, temperatura...). I dati del sistema di controllo possono essere letti tramite un terminale dati o tramite telemetria (utilizzando un modulo di telemetria disponibile come optional).

La turbina TS-45i-Heli è una turbina a due alberi e si basa quindi sullo stesso principio delle turbine presenti negli elicotteri con equipaggio.

Una turbina a due alberi è costituita da due gruppi/stadi. Il primo stadio, il cosiddetto generatore di gas, assomiglia a una turbina a reazione e contiene il primo albero. In questo stadio viene bruciato il cherosene e l’intera potenza è disponibile nel getto di scarico. Questo getto di scarico «soffia» quindi sul secondo stadio del motore a turbina, azionando così un secondo albero tramite una girante. Da qui deriva il termine «turbina a due alberi». Questi due alberi non sono collegati meccanicamente tra loro. Il secondo albero riceve quindi la potenza motrice meccanica dal getto di scarico del primo stadio. Il secondo albero ruota a una velocità notevolmente inferiore rispetto al primo. Il cambio meccanico accoppiato al secondo albero funziona quindi a regimi inferiori rispetto a quanto accadrebbe se la potenza meccanica venisse prelevata dal primo albero, che ruota ad alta velocità. Ciò influisce positivamente sul rendimento del motore a turbina.

In realtà, mettere in funzione una turbina è più semplice rispetto a un motore a nitro o a benzina. Basta programmare tutto, azionare l’interruttore e la turbina si avvia automaticamente grazie al sistema di avviamento a cherosene.

Ma in realtà non è poi così semplice. Una volta che l’elicottero è stato regolato correttamente dal punto di vista meccanico, è possibile programmare il Futaba CGY 760R. Il CGY integra in un unico dispositivo il ricevitore, la stabilizzazione dell’assetto su tre assi e il regolatore di velocità, ed è di dimensioni solo leggermente superiori rispetto ai tradizionali sistemi di stabilizzazione dell’assetto. La navigazione nel menu è molto intuitiva e, con i valori predefiniti, non dovrebbero esserci problemi. I valori vengono applicati anche al regolatore integrato. I valori relativi al sistema di controllo (FUTABA) e al FUTABA CGY 760R sono messi a disposizione come file «Fail» da miniature Aircraft USA o swiss-scale-helikopter.ch.

Dopo la programmazione e un controllo pre-volo, nulla ostacolava più il primo volo. La turbina si avvia in modo pulito e senza problemi. Una volta che il rotore ha raggiunto la velocità di rotazione, è possibile decollare. L’elicottero si è librato davanti a noi con grazia e sibilando fin da subito; sono seguiti i primi comandi per passare al volo circolare. I comandi sono molto diretti, proprio come ci si aspetta da un modello da addestramento, e lo sbilanciamento è quasi impercettibile. Già al secondo volo sono state eseguite virate e looping. Qui bisogna stare attenti a non creare un «potenziale di dipendenza».

Come già accennato, il Whiplash-T II è stato progettato e sviluppato appositamente per essere alimentato da un motore a turbina. Che venga utilizzato come velivolo da addestramento per voli di crociera o come «puro» velivolo 3D, il Whiplash-T II e il Whiplash Special Edition TS-45i-Heli-Turbine soddisfano tutte le aspettative.

Non da ultimo per questo motivo, miniature Aircraft USA ha scritto una pagina di storia all’IRCHA 2020: Mitch Marozas (Team miniature Aircraft) è stato il primo pilota in assoluto a partecipare con un elicottero RC alimentato da una turbina. Con il Whiplash-T II ha partecipato alla leggendaria competizione di 3D freestyle «Battle of the Brands» all’IRCHA negli Stati Uniti. Il suo volo ha entusiasmato il pubblico e ha dimostrato le prestazioni dell’elicottero e della turbina. Si è classificato al terzo posto, un risultato più che soddisfacente.

Foto: Michael Peer, Anton Laube