Una straordinaria riproduzione dell'HB-ZKE

L'MD-902 Explorer è un elicottero bimotore a turbina da otto posti prodotto dalla società statunitense MD Helicopters. Notar è un sistema sviluppato dalla McDonnell Douglas per la compensazione della coppia negli elicotteri privi della tipica configurazione con rotore di coda. La Guardia Costiera degli Stati Uniti utilizza questo modello con il nome di MH-90 Enforcer.

L’MD-902 HB-ZKE è stato in servizio presso Fuchs Helicopter a Schindellegi/CH dall’aprile 2009 al giugno 2014. In alcune occasioni durante l’inverno, l’HB-ZKE è stato noleggiato a Heli Austria, prestando servizio come «elicottero di soccorso Martin» a Saalbach-Hinterglemm. Enrico Gianni ha ricostruito «Martin» come modello in scala reale utilizzando un kit di fusoliera della Vario.

I primi studi sull’MD Explorer furono presentati dalla McDonnell Douglas nel febbraio 1988 con la denominazione MDX. La decisione di procedere allo sviluppo fu tuttavia presa solo un anno dopo. La versione di serie era inizialmente denominata MD-900 o MD-901/MD-902, denominazione successivamente modificata in MD Explorer. Il primo prototipo effettuò il suo volo inaugurale il 18 dicembre 1992. Il primo elicottero di serie decollò il 3 agosto 1994 e ottenne la certificazione FAA il 2 dicembre 1994. Nello stesso mese avvenne la prima consegna. Nel 1996 seguì la certificazione europea. Il primo esemplare del modello migliorato MD-902, dotato di motori più potenti, di un sistema di riscaldamento potenziato e di un EFIS, nonché idoneo al volo notturno, è stato consegnato in Giappone nel maggio 1998 (primo volo nel 1997). Nel gennaio 2000 erano già in servizio 57 velivoli di questa serie. Nel frattempo è stata introdotta anche una variante militare armata denominata MH-90 Enforcer.

La cellula e le cinque pale del rotore senza snodi sono realizzate in gran parte con materiali compositi in fibra di carbonio. Inizialmente, come propulsori erano stati previsti quelli della Turbomeca, ma in seguito questa opzione è stata abbandonata a favore del Pratt & Whitney PW206A a potenza ridotta, dotato di un sistema di controllo digitale (Fadec - Full Authority Digital Engine Control).

Notar (No Tail Rotor; in italiano: senza rotore di coda) è un sistema sviluppato dalla McDonnell Douglas per il bilanciamento della coppia negli elicotteri privi della tipica configurazione con rotore di coda. Il brevetto è di proprietà della Boeing.

Il velivolo di prova era un Hughes OH-6, sul quale il braccio di coda era stato rinforzato e un’elica a mantello soffiava aria all’interno del braccio stesso. L’aria usciva poi attraverso una fessura longitudinale situata nella parte inferiore destra del braccio. Sulla coda era montato un ugello orientabile per regolare la spinta. Il primo volo di questo sistema ebbe luogo il 17 dicembre 1981. Sistemi simili, che nella maggior parte dei casi sfruttavano il flusso dei gas di scarico del motore, erano già stati testati negli anni ’40 sul Cierva W.9 e sull’Hiller J-5, oppure negli anni ’50 sull’Aerotecnica AC-12 Norelle.

Principio di funzionamento. In linea di principio, in un elicottero dotato di un solo rotore principale, la coppia generata da quest’ultimo deve essere compensata per contrastare la rotazione della fusoliera e consentire il controllo dell’elicottero attorno all’asse verticale (asse di imbardata). Di solito ciò si ottiene tramite il rotore di coda ad azione orizzontale; il sistema Notar, tuttavia, genera la forza contraria tramite un getto d’aria diretto (spinta) che fuoriesce da un ugello di controllo variabile all’estremità del braccio. Questo effetto è supportato da ulteriori ugelli di scarico posizionati solo su un lato lungo il braccio di coda. L’aria che fuoriesce da lì convoglia la corrente discendente generata dal rotore principale attorno alla curvatura del braccio di coda. In questo modo viene sfruttato l’effetto Coandă (il termine generico «effetto Coandă» indica diversi fenomeni, non correlati tra loro dal punto di vista causale, che suggeriscono la tendenza di un getto di gas o di un flusso di liquido a «scorrere lungo» una superficie convessa, anziché staccarsi e proseguire nella direzione di flusso originaria), sfruttando il flusso intorno a un tubo cilindrico dotato di un’apertura a fessura su un solo lato, tangenziale alla superficie del tubo. Questo, in combinazione con il flusso circostante, genera una circolazione con un lato di pressione e uno di aspirazione. Ne deriva una forza aggiuntiva, opposta alla coppia del rotore principale, che stabilizza la fusoliera in direzione longitudinale. I vantaggi del sistema Notar consistono nel minor rischio per le persone presenti nella zona di decollo e atterraggio, nonché in una minore emissione di rumore, poiché l’elica è posizionata all’interno e non si verificano turbolenze rumorose tra il rotore principale e quello di coda.

Purtroppo, nel 2017 un MD-902 ha acquisito una triste notorietà in Austria. Durante un intervento di soccorso al crepuscolo del 1° agosto 2017 sul Grossglockner, poco sotto il rifugio Erzherzog-Johann-Hütte, un MD-902 di Heli Austria, che si trovava a un'altezza appena superiore al suolo e vicino a un ripido pendio roccioso. L’elicottero ha compiuto una rotazione attorno al proprio asse verticale, ha toccato il suolo, si è ribaltato su un fianco e le pale del rotore si sono spezzate a contatto con il terreno. Il pilota, il soccorritore aereo e il paziente a bordo non hanno riportato ferite; il medico di emergenza, che si trovava all’esterno e inizialmente accanto al portellone di carico dell’elicottero, ha riportato ferite lievi.

Per tutta la sua carriera, ovvero 45 anni, Enrico Gianni si è occupato di aerei ed elicotteri. Presso gli stabilimenti aeronautici di Emmen (ora Ruag), ha lavorato sui modelli Dassault Mirage III S e RS, Aérospatiale ALIII, Bae Hawk, Aérospatiale Super Puma e McDonnell Douglas F/A-18. Vive nella splendida Svizzera centrale, più precisamente a Obwalden, e da anni fa parte del gruppo di aeromodellismo di Lucerna, che ha sede presso la base aerea militare di Emmen. Enrico Gianni si è appassionato all’aeromodellismo nel 2003 in occasione delle giornate dedicate all’aeromodellismo a Hausen. Ha messo a segno le prime esperienze con gli elicotteri in scala con un Logo 16 della Mikado, mentre il suo primo progetto in scala è stato un EC-135 della Hirobo. Purtroppo, questo modello, per dimensioni e configurazione, non consentiva quasi alcuna riproduzione in scala. Questo ha spinto Enrico a cercare un altro modello che soddisfacesse le sue elevate esigenze e richieste. Durante la ricerca, per caso ha notato l’MD-902 della Fuchs Helikopter, che all’epoca era in servizio a Saalbach-Hinterglemm, in Austria. Era proprio quello che cercava. In breve tempo raccolse tutta la documentazione necessaria, elemento fondamentale per una riproduzione in scala al 100%.

Alla ricerca di una fusoliera adeguata, che fosse anche di dimensioni sufficienti, Enrico Gianni ha trovato ciò che cercava presso Vario Helikopter. Fin dall’inizio, però, era chiaro per lui che, in molti dettagli, la realizzazione della fusoliera non corrispondeva in alcun modo all’originale. In altre parole: era necessario dedicare ancora molto lavoro a ritocchi o modifiche complete. Questo spiega anche il lungo periodo di costruzione, durato quattro anni. In questo articolo vogliamo soffermarci su alcune modifiche significative che hanno reso il modello così come lo si può vedere oggi.

Nel kit, l’aletta è realizzata con un profilo completamente simmetrico, mentre in realtà, nell’originale, è solo semisimmetrica. L’aletta è composta da due parti, ovvero una superiore e una inferiore, fissate a un supporto sull’impennaggio orizzontale. In questo modo è possibile regolare l’angolo di incidenza. Nella parte superiore dell’impennaggio, l’originale presenta quattro stabilizzatori verticali, non solo tre come nel modello del kit, ma anche la forma di questi stabilizzatori applicati è diversa. La modifica in scala ha richiesto un taglio dell’impennaggio orizzontale per correggerne la forma (nuovo profilo alare negativo). È stato inoltre necessario un allungamento di 70 mm, poiché le derive sono posizionate più all’esterno rispetto a quanto previsto nel kit. Sulla parte superiore delle derive sono stati rimossi gli stabilizzatori verticali interni ed esterni per sostituirli con altri che corrispondessero alla forma e al numero presenti sull’originale. Contemporaneamente a questa modifica, è stato necessario riprogettare la sezione centrale a sinistra e a destra (una forma speciale contorta). Ciò ha comportato innanzitutto la realizzazione di un apposito stampo negativo per la produzione dei nuovi componenti in vetroresina. Nei nuovi supporti delle alette laterali è stata integrata una barra di carbonio che funge da alloggiamento per l’aletta stessa. Sul supporto dell’aletta di profondità, in corrispondenza del tubo di estensione, sono stati riprodotti i coperchi di ispezione in base al modello originale. Anche per questi coperchi sono stati realizzati nuovi stampi negativi.

È stata necessaria un’ulteriore modifica, leggermente più consistente, per il collegamento del braccio di coda alla fusoliera. Nell’originale, il braccio di coda è avvitato alla fusoliera tramite un robusto rinforzo esterno/supporto. Deve apparire proprio così: questa era la richiesta del costruttore. →

Per poter montare l’anello di tensionamento esterno, è stato necessario creare una superficie all’estremità della fusoliera, ovvero: smontare il tubo in vetroresina già incollato per l’alloggiamento del braccio di coda, accorciare la fusoliera di 10 mm, riposizionare il tubo in vetroresina e incollarlo nuovamente!

Il travetto: innanzitutto, dopo aver preso le misure dal modello originale, l’anello di tensionamento esterno è stato disegnato su carta nella scala corretta. Questo anello è stato ritagliato da una lastra in vetroresina dello spessore di 1,5 mm, così come è stato realizzato in vetroresina il tubo con un diametro di 80 mm. Per poter posizionare correttamente gli elementi di collegamento tra anello e tubo, è stato necessario realizzare un attrezzo ausiliario. Nell’orditura sono state avvitate 24 viti M2, che garantiscono anche il fissaggio saldo del braccio alla fusoliera. Non è stato più possibile stabilire quante ore di lavoro ciò abbia richiesto. Va inoltre ricordato che già il primo anello realizzato si adattava perfettamente.

A differenza dell’MD-900, il tubo di coda dell’MD-902 è stato allungato dietro l’impennaggio orizzontale. Rispetto al modello originale, il braccio di coda in scala reale è più corto di 70 mm. Questi 70 mm mancanti hanno dovuto essere realizzati in proprio.

Affinché anche l’aspetto della fusoliera fosse corretto, sono stati applicati circa 2800 rivetti. Con fori da 0,7 mm, questi rivetti sono stati applicati uno per uno nella loro posizione corretta. Purtroppo, i dischi allegati al kit sono troppo piccoli e in alcuni casi mancano anche le curvature. Inoltre, i dischi sono troppo piccoli rispetto agli incavi. Per avvicinarsi il più possibile all’originale anche in questo caso, Enrico Gianni ha deciso di realizzare autonomamente gli stampi necessari per la produzione dei dischi. I dischi allegati al kit sono stati utilizzati per ricavarne il modello positivo, in modo da poter stampare a freddo i nuovi dischi dopo alcune ritoccature. Un grande impegno, che però ne è valso decisamente la pena.

Molte altre modifiche, piccole e grandi, apportate alla fusoliera, come le prese d’aria o l’adattamento della forma nella zona anteriore della cupola, rendono questo modello una riproduzione quasi al cento per cento fedele all’originale.

Nella fusoliera del Vario è previsto che le guide per le porte scorrevoli siano montate all’esterno. Anche questo aspetto ha dovuto essere modificato. Proprio come nel modello originale, sono state praticate delle aperture nella fusoliera e sono state inserite, nella parte superiore e inferiore, le nuove guide realizzate con profili in ABS, su cui ora scorrono le guide delle porte fresate in alluminio. Per quanto riguarda le coperture funzionali sopra i motori, le cerniere in ABS sono state realizzate in proprio; non manca nemmeno l’ago di Fokker. Le numerose piccole angolature (effetto Fortex) sul braccio di coda sono state realizzate con grande impegno in conformità con il modello originale. I gradini di accesso sui pattini di atterraggio, così come i connettori in plastica tra la staffa e i pattini, sono stati realizzati in modo realistico fresando l’alluminio e modellando la lamiera di alluminio. Naturalmente, in questa riproduzione non mancano nemmeno l’ammortizzatore posteriore, sopra il pattino, e la protezione anti-affondamento.

Fin dall’inizio, per Enrico Gianni era chiaro che il sistema di propulsione e la ventola di poppa dovevano costituire un unico insieme. Inoltre, la propulsione doveva essere elettrica. Durante queste riflessioni e approfondimenti, svoltisi nel 2011, Vario offriva inizialmente solo il sistema a benzina. Ma questa non era affatto un’opzione praticabile. Nel corso di ricerche approfondite è nato un contatto con Sandy Jaffy negli Stati Uniti. Quest’ultimo stava già sperimentando un sistema elettromeccanico in cui anche la ventola per il controllo della coda era già integrata in un unico gruppo. Questo ha dato il via alla realizzazione del sistema elettromeccanico autocostruito. Avvalendosi delle conoscenze di Sandy, Enrico ha iniziato a progettare il sistema elettromeccanico autocostruito. Il cambio è a due stadi. Il passaggio dal primo stadio del motore al secondo avviene tramite una cinghia dentata e, da lì, all’albero del rotore tramite un ingranaggio. La ventola radiale, della Vario, è azionata dall’asse di trasmissione del motore. La puleggia della cinghia dentata viene azionata tramite un albero flangiato sul retro del motore. Questa possibilità era offerta dal motore RS 435-30 della Strecker. L’aria per il controllo di coda viene spinta dal ventilatore attraverso un condotto nel tubo di coda. Azionata da un servocomando analogico, la valvola che regola il flusso d’aria per il controllo di coda viene attivata. Gli spazi per i tre servocomandi Futaba sono stati predisposti lateralmente sulla struttura meccanica in modo da garantire un collegamento diretto e lineare alla puleggia di trasmissione. Come regolatore viene utilizzato un Kontronik Jive 120 PRO HV. Il sistema di stabilizzazione dell’assetto è il 3SX di Bavarian Demon.

Una volta completato il modello e montati tutti i componenti, il costruttore, dato che erano state apportate numerose modifiche, in parte anche radicali, alla fusoliera, ha deciso di effettuare il primo volo con la struttura ancora allo stato grezzo. A spingerlo a compiere questo passo sono state le modifiche significative apportate all’alettone di profondità e all’impennaggio, alla lunghezza del braccio di coda, ma anche alla cellula.

Ma i timori erano infondati e il modello, con i suoi dieci chilogrammi, volava stabile come una «tavola». Anche gli stabilizzatori e la parte superiore della cupola non presentavano vibrazioni evidenti. Anche la risposta della coda era più che soddisfacente; una coda precisa e reattiva è stata una realtà fin dall’inizio. Sulla base delle esperienze maturate riguardo al motore e al raffreddamento del regolatore, le temperature misurate rientravano nella norma. Il motivo è il dissipatore di calore montato sul regolatore, che si trova direttamente nel flusso d’aria del ventilatore radiale. Anche il motore viene raffreddato ulteriormente da questo flusso d’aria.

Durante un ulteriore volo di prova è stata effettuata una valutazione delle prestazioni e della potenza. È emerso un dato sorprendente: la ventola consuma il 60% della potenza, mentre solo il 40% è destinato al volo. L’intensità di corrente si mantiene costante tra i 55 e i 60 ampere.

Grazie a queste esperienze e a questi risultati, è stato possibile procedere con sicurezza alla verniciatura e all’allestimento in scala.

Dopo aver applicato gli ultimi pezzi in scala al modello, è stato possibile levigarlo e applicare il primer. Il disegno è stato copiato da una vista laterale di una foto dell’originale, convertito nelle dimensioni corrette e quindi tagliato con un plotter.

La fase più impegnativa è stata quella di mascherare e posizionare correttamente la pellicola adesiva.

Per prima cosa è stata spruzzata la vernice metallizzata grigio-blu del filetto, che, una volta completata la verniciatura, circonda gli ornamenti metallizzati argento. Successivamente è stata applicata la vernice metallizzata antracite e infine quella metallizzata argento.

Le scritte, i dettagli e la targa di immatricolazione hanno completato i lavori di verniciatura prima dell’applicazione della vernice trasparente. È stata applicata anche la scritta «Martin», che era stata apposta quando l’auto era in servizio in Austria. Quando Enrico Gianni ha realizzato la documentazione fotografica nel 2010, questa era ancora presente. Pertanto, non poteva assolutamente mancare.

Senza la cabina di pilotaggio e gli accessori, come antenne, fari e luci, un modello è solo un modello incompleto. Anche per quanto riguarda la cabina di pilotaggio, il modellista non ha lasciato nulla al caso. Ad esempio, i pedali sono perfettamente funzionanti. Inoltre, tutti gli interruttori e gli schermi della cabina sono posizionati nella posizione corretta e realizzati con la giusta combinazione di colori, in linea con l’originale HB-ZKE. L’illuminazione, con tutte le luci e i fari, è riprodotta fedelmente secondo il modello originale. Il pezzo forte è il proiettore di ricerca, che oltre alla funzione di estrazione e retrazione può anche essere orientato a sinistra e a destra. Gli emettitori Luxeon di ultima generazione garantiscono l’effetto luminoso desiderato. Ma anche sulla carenatura esterna sono presenti numerosi dettagli, anche minuziosi, come ad esempio le chiusure rapide DZUS®, le antenne in tutte le varianti o i finestrini scorrevoli nella porta del pilota.

Una volta completato il modello, era in programma il secondo volo inaugurale. Ma non era prevedibile che a questo punto sarebbero sorti dei problemi. Il peso della struttura grezza, pari a 11,5 chilogrammi, era aumentato dopo il completamento fino a sfiorare i dodici chilogrammi. Il peso in eccesso di 1½ chilogrammi richiedeva, in volo stazionario, un angolo di beccheggio di +7° e una velocità massima del rotore principale, del diametro di 1,60 metri, di circa 1550 giri/min.

Un angolo di passo in volo stazionario di 7° è troppo elevato. Ma ora cosa fare?

Dopo lunghi calcoli e ricerche, è stato possibile risolvere i problemi iniziali grazie a diverse ottimizzazioni, quali una nuova testa del rotore (attacco delle pale avvitato), un set di 5 pale M-Blades, un motore Scorpion e l’adattamento del riduttore. In questo contesto è importante l’interazione tra tensione della batteria, rapporto di trasmissione, numero di giri del motore (giri/min) e, particolarmente importante per l’MD-902, il flusso d’aria generato per il controllo della coda.

In circa quattro anni, Enrico Gianni ha realizzato un modello unico dell’MD-902. Dettagli in parte irrealizzabili sono stati riprodotti al 100%. Alla domanda se ricostruirebbe il modello e si assumerebbe nuovamente tali fatiche, Enrico risponde senza esitazione: «Sì, assolutamente. Ci sarebbero ancora un paio di cose che si potrebbero fare in caso di una nuova riproduzione. Ma si potrebbero anche realizzare uno o due piccoli dettagli che in questo modello sono stati tralasciati.»