Aeromobili a decollo e atterraggio verticale (VTOL)

Un velivolo a decollo e atterraggio verticale (VTOL) è un veicolo che può partire, librarsi e atterrare verticalmente. Ciò include velivoli ad ala fissa con la possibilità di decollare e atterrare verticalmente, nonché elicotteri o altri aeromobili con rotori alimentati.

La capacità dei velivoli VTOL di decollare e atterrare verticalmente, nonché di librarsi, volare lentamente e atterrare in spazi ristretti lo distingue dagli aerei convenzionali. Inoltre, i più recenti velivoli VTOL in fase di sviluppo utilizzano motori elettrici o batterie al posto del carburante, designandoli come aeromobili elettrici a decollo e atterraggio verticale (eVTOL).

Come funzionano gli aerei VTOL

Attualmente ci sono due diversi tipi di tecnologia VTOL: velivoli ad ala rotante e propulsore.

Un velivolo ad ala rotante (o rotorcraft) utilizza la portanza creata dalle pale del rotore che ruotano attorno a un albero centrale. Alcuni esempi di rotorcraft sono:

  • Elicottero: i rotori in rotazione dell'elicottero creano una spinta come una grande elica diretta verticalmente, consentendogli di decollare. Durante il volo, una leggera inclinazione nella direzione desiderata spinge parte della spinta dell'aereo e fa avanzare il velivolo.
  • Gyrodyne - Il gyrodyne è anche noto come elicottero composto perché ha il rotore alimentato di un elicottero, ma un sistema di spinta in avanti separato
  • Cyclogyro - Sul cyclogyro, l'asse e le superfici dell'ala rotante rimangono lateralmente attraverso il flusso d'aria, in modo simile a un'ala convenzionale.

Gli aeromobili a sollevamento motorizzato decollano e atterrano verticalmente ma si comportano in modo diverso rispetto agli aeromobili durante il volo. Spesso hanno un design ad ala fissa. Alcuni esempi di convertiplani sono:

  • Convertiplane - Il convertiplano fa affidamento sul rotore per la portanza durante il decollo, ma poi passa a una portanza ad ala fissa durante il volo.
  • Tiltrotor - Il Tiltrotor, noto anche come propotor, muove le sue eliche o rotori verticalmente per ottenere VTOL e poi le inclina in avanti durante il volo per il volo orizzontale alare; l'ala principale rimane fissa in posizione.
  • Tailsitter - L'aereo tailsitter si trova verticalmente per il decollo e l'atterraggio, ma, una volta in aria, l'intero velivolo si inclina in avanti per raggiungere il volo orizzontale.

La maggior parte dei propulsori oggi sono veicoli verticali e / o a decollo e atterraggio brevi (V / STOL). Se possibile, gli aeromobili preferiscono effettuare decolli rotolanti da una pista poiché richiede meno spinta e aumenta significativamente il peso al decollo, la portata o la quantità di peso che l'imbarcazione può trasportare (carico utile).

Oltre a operare in V / STOL, alcuni velivoli VTOL possono passare al decollo e atterraggio convenzionale (CTL) o al decollo e atterraggio lento (STOL). Tuttavia, molti elicotteri possono operare solo in VTOL a causa della mancanza di carrello di atterraggio in grado di gestire il movimento orizzontale.

Vantaggi di VTOL

Poiché i recenti aeromobili eVTOL utilizzano batterie o motori elettrici al posto del carburante, generano un'enorme riduzione dei costi di manutenzione e carburante che porta a costi complessivi inferiori. I motori elettrici sono anche più efficienti dal punto di vista energetico dei motori a reazione e ridurrebbero l'inquinamento acustico e le emissioni di gas.

La tecnologia VTOL consente inoltre ai veicoli di atterrare quasi ovunque. Ciò rende i velivoli VTOL più flessibili e, quindi, in grado di eseguire azioni impossibili per gli aerei convenzionali. Questa flessibilità crea un grande vantaggio per gli aerei in situazioni di combattimento o di soccorso.

Poiché il decollo e l'atterraggio non sono controllati dall'ala di un velivolo VTOL, il veicolo può essere costruito in modo tale che le ali siano ottimizzate per la velocità e l'efficienza. Questa costruzione può anche aiutare a ridurre la resistenza subita dall'aereo, rendendolo ancora più veloce.

Storia di VTOL

L'idea del volo verticale è stata vista per la prima volta migliaia di anni fa nel taccuino di Leonardo da Vinci. Ha disegnato un'immagine di quello che sarebbe diventato l'elicottero. Il prototipo del primo elicottero prese il volo nel 1907 ma fu perfezionato solo dopo la seconda guerra mondiale.

Oltre all'elicottero, altri velivoli VTOL furono tentati tra il 1920 e il 1930. Tra il 1922 e il 1925, Henry Berliner fece esperimenti con un velivolo ad ala fissa a rotore orizzontale. Nel 1928 e nel 1930, Nikola Tesla e George Lehberger ricevettero brevetti per velivoli ad ala fissa VTOL piuttosto poco pratici con motori inclinabili. Leslie Everett Baynes ha ricevuto un brevetto alla fine degli anni '1930 per il Baynes Heliplane, un altro velivolo a rotore inclinabile.

Dagli anni '1940 ad oggi, sono stati testati oltre quaranta velivoli V / STOL, ma solo quattro sono effettivamente entrati in produzione. I quattro successi includono: il "jump jet" britannico Harrier e dei suoi discendenti, l'aereo da trasporto sovietico An-72/74, il caccia navale sovietico Yak-38 e il Bell / Boeing V-22 Osprey. Il V-22 Osprey è considerato il primo velivolo convertibile di produzione al mondo.

Nel corso degli anni '1960, furono fatti tentativi per costruire un aereo passeggeri commerciale con capacità VTOL, ma nessuno riuscì ad arrivare alla produzione. Tutti i prototipi sono stati liquidati come troppo pesanti e costosi da utilizzare.

Tra il 1964 e il 1972, Canadair fabbricò un monoplano ad ala inclinabile con turbina V / STOL - un aeroplano con una sola ala - chiamato CL-84. Tre versioni aggiornate sono state ordinate dal governo canadese per la valutazione militare. Questi aerei furono chiamati CL-84-1. Tra il 1972 e il 1974, il CL-84-1 fu mostrato e valutato dagli Stati Uniti a bordo delle portaerei USS Guam e USS Guadalcanal, nonché in altri luoghi. Sfortunatamente, due dei CL-84 hanno subito guasti meccanici e si sono schiantati durante i test ei contratti di produzione non sono mai stati concessi.

Negli anni '1960 e all'inizio degli anni '1970, la Germania prevedeva anche di produrre tre velivoli VTOL. Furono costruiti due modelli, ma il progetto fu annullato a causa di costi elevati e problemi politici.

Futuro dei velivoli VTOL

In risposta alla rapida accelerazione dell'azione e degli investimenti in VTOL, molte società aerospaziali tradizionali e nuove hanno iniziato a lavorare per costruire nuovi aeromobili capaci. Alcune di queste società prevedono un volo completamente automatizzato in futuro. Tuttavia, riconoscono anche che un pilota umano è ancora necessario nel velivolo o in un centro di controllo fino a quando i sistemi automatizzati non sono più forti.

Nel 2014 sono iniziati i test sull'aereo BlackFly VTOL, un veicolo aereo personale (PAV) leggero, elettrico, dell'azienda Opener. BlackFly è stato esposto per la prima volta alla Convention AirVenture EAA 2018 a Oshkosh, Wisconsin. È il primo velivolo eVTOL ad ala fissa al mondo. BlackFly introduce la realtà di una nuova era del trasporto personale tridimensionale.

Lilium, una startup aeronautica con sede a Monaco, spera di offrire un servizio di taxi volante su richiesta, sostenendo che sarà cinque volte più veloce della guida. Il prototipo che hanno sviluppato ha due posti ed ha la forma di un aereo convenzionale ma utilizza un sistema VTOL.

Il progetto uberAir, della multinazionale della rete di trasporto Uber, si è impegnato a lanciare i suoi primi taxi volanti utilizzando VTOL nel 2020.

Mentre il futuro sembra roseo per VTOL, ci sono ancora enormi quantità di sfide tecniche sia sul lato aeronautico che su quello infrastrutturale, nonché ostacoli normativi per la progettazione e le operazioni del velivolo. 

Esempi di velivoli VTOL visti oggi

Nel settore civile, gli elicotteri sono gli unici mezzi VTOL in uso. Tuttavia, molti altri veicoli VTOL sono in fase di sviluppo, come i taxi volanti su richiesta BlackFly e Lilium. Gli aerei VTOL sono più comuni nel servizio militare. L'elicottero viene utilizzato così come il Bell Boeing V-22 Osprey e gli aerei che utilizzano la spinta a getto diretta, come i velivoli Harrier britannici.

Recentemente, i droni sono diventati sempre più popolari, fornendo sia un uso commerciale che militare. La maggior parte dei droni utilizza la tecnologia VTOL e le aziende di tutto il mondo stanno lavorando per creare il miglior veicolo. La fotografia con i droni è diventata un hobby per i consumatori con droni acquistati in negozio e un servizio offerto da una varietà di aziende. I droni vengono anche sviluppati da Amazon Prime come potenziale metodo di consegna.