Rotore

Figura 2.3: Esempio di moderna architettura Rotorica basata su

ERICA di Agusta-Westland

Il rotore è probabilmente il cuore pulsante dei Tiltrotor, da cui dipendono più che da ogni altro componente efficienza, affidabil- ità e comfort della macchina. Sicuramente al centro della sua ar- chitettura ci sono le pale, che determinano le caratteristiche aero- dinamiche e la gran parte di quelle dinamico-strutturali che un modello deve saper cogliere per essere rappresentativo della realtà fisica. Con ragionamento analogo a quello fatto per la modellazione dell’ala però, per poter rendere il modello rotorico qui presentato in grado di stare al passo con rappresentazioni superiori come i FEM, che ne includono dettagliatamente ogni singola componente, la sola pala non basta. La modellazione è stata dunque pensata per descrivere il rotore nella sua completezza. Per fare ciò sono stati in- trodotti degli elementi che si è deciso di includere nella definizione del tutto generica di Hub ’flappante’, descritto qui di seguito.

10_{Questi valori valgono nel caso in cui fusoliera ed ala abbiano angolo di} incidenza nullo.

La Pala

Ciascun rotore è costituito da Nblade pale di lunghezza R. Esse sono

corpi elastici, rotanti con velocità Ω, descritti secondo i Rif[7]-[4]. Il modello qui presentato si è però evoluto e completato nel tempo per tenere in conto elementi di strutture via via più complesse. Per capire su che linee ci si è mossi nello sviluppo, è bene guardare al futuro, ovvero alle richieste tecniche che si stanno facendo ai Tiltrotor innovativi di prossima generazione.

Come è stato descritto precedentemente, uno dei limiti dei Tiltrotor è stato quello di aver bisogno di grandi diametri rotorici, soprattut- to per le fasi di hovering o di VTOL, al fine di migliorare la propria efficienza in queste condizioni. Questa struttura ha comportato una minore prestanza in volo di crociera, che è comunque la con- dizione di volo principale durante la vita del velivolo, ed una mag- giore suscettibilità a fenomeni aeroelastici dannosi come il Whirl- Flutter, che a sua volta limita la velocità massima possibile. Dal punto di vista tecnico, inoltre, grandi diametri impediscono il decol- lo e l’atterraggio in modalità aeroplano, limitando col primo la ver- satilità e con il secondo la sicurezza del velivolo.

Le configurazioni di prossima generazione dovranno dunque mi- rare a migliorare questo aspetto, ottimizzando il rotore sotto og- ni punto di vista. ERICA di Agusta-Westland si muove in questo senso con l’introduzione di ali a geometria variabile come quelle descritte poc’anzi, il che aiuta decisamente il rotore a liberarsi di buona parte della deportanza esercitata dall’ala nelle fasi di VTOL, e quindi coadiuva una diminuzione di diametro. Allo stesso tempo si rendono necessari studi miranti all’ottimizzazione aerodinamica volta sia alle prestazioni, che al comfort in termini di vibrazioni ed impatto acustico.

Nel tentativo di soddisfare tutte queste caratteristiche, la struttura del rotore si complica. Le pale si modificano, sfruttando materiali compositi ed assumendo forme più complesse, in cui l’asse elastico può non essere rettilineo, ne parallelo ne coincidente con quello di feathering11_{. Le caratteristiche di sezione divengono estremamente}

variabili in termini di svergolamento, profili aerodinamici e forma. Il modello qui presentato, applicato al rotore in sviluppo per ERICA nell’ambito del progetto NICETRIP, ha dovuto evolversi introducen- do offset di massa (eb_{), di figura (e}b

A), ed aerodinamico (ebAE) vari-

abili lungo l’ascissa xb, che si sviluppa lungo l’apertura della pala e

che può essere curvilinea, essendo presente una predeformazione geometrica dell’asse elastico rispetto al feathering-axis. Ciascuna pala è soggetta ad una legge di svergolamento costruttivo, ovvero un built-in-twist che indichiamo con ϑtw(xb) e si deforma elastica-

mente; sono altresì includibili i moti rigidi attorno alle cerniere di flappeggio, lag e torsione, ove presenti. Le cerniere sono disloca- bili rispetto al centro di rotazione dell’hub per mezzo di due offset, l’Hinge-offset eH e il Torque-offset eo. In particolare il primo dei due

può definire, in una pala priva di una cerniera effettiva, il tratto di pala nel quale essa non è da considerarsi elastica. Rispetto al piano definito dalla rotazione della sua estremità, definito Tip-path

plane, ciascuna pala può essere inclinata con un angolo di precone βpc. Un’ ascissa di cut-off aerodinamico, xcut−off, indica da dove,

lungo l’apertura, la pala diventi effettivamente portante. Hub flappante e gimbal

Con la definizione che da il nome alla presente sezione, eviden- temente anglofona, si vogliono rappresentare, e si intenderanno da qui in poi, tutte le componenti del rotore che partecipano al- la dinamica strutturale, influenzando cinematicamente le pale, e descrivendo la propria dinamica in base alle forze che esse vi scar- icano. Questi elementi devono quindi essere considerati sia in ter- mini di rigidezza che di massa. Tra essi includiamo una vasta serie di componenti che variano a seconda delle architetture, quali i cuscinetti di attuazione dei comandi, le filettature che uniscono i vari componenti nonchè le strutture di raccordo tra pala e dis- co rotante, oltre che eventuali molle e componenti elastomeriche. Tra questi elementi, al primo posto per importanza, consideriamo il gimbal.

Il gimbal è un elemento tipico nei rotori di Tiltrotor, la sua pre- senza ne caratterizza la dinamica strutturale a tal punto, da iden- tificare una classe di rotori. Esso è principalmente costituito da una componente elastomerica che può essere schematizzata come un giunto sferico nel centro di rotazione e determina un movimen- to basculante del disco di rotazione sotto l’azione dei momenti al mozzo nel piano. Il moto che ne deriva può essere descritto per ciascuna pala, in un sistema rotante con essa, da un angolo in- dicato con βG, o nel sistema non rotante, attraverso gli angoli di

tiltaggio del disco, rispettivamente quello longitudinale βC, e quello

laterale βS, in relazione tra loro attraverso la seguente:

βG = βCcos ψ + βSsin ψ (2.1)

dove ψ è l’angolo azimuthale della pala, che ne descrive la po- sizione rispetto al riferimento non rotante e che definiremo meglio in seguito.

Figura 2.4: Variabili di gimbal nei sistemi di riferimento rotante e