Riguardando durante l’estate il film “Ritorno al futuro parte 2”, sono rimasto affascinato dalla scena iniziale, quando la macchina del tempo del professor Brown, una Delorean del 1985, per prepararsi a viaggiare nel tempo, si alza in volo grazie alle modifiche effettuate in un’officina del futuro.
Ma perché nella vita reale non si è mai sentito parlare di macchine volanti? Non sarebbe rivoluzionario se i veicoli di soccorso quando si trovano la strada sbarrata potessero alzarsi in volo e sfrecciare nel luogo del bisogno?
Gli elicotteri senza dubbio sono il mezzo perfetto per gli interventi in luoghi poco raggiungibili, ma sono ingombranti con la grande elica centrale e possono atterrare solo in zone aperte. Pensate se un dispositivo volante potesse infilarsi tra i vicoli di una città e parcheggiare in un comune posto auto. Sarebbe rivoluzionario!
Ma è possibile inventare tale tecnologia? In questi articoli cercheremo di scoprirlo.
Per trasformare un’automobile in una macchina volante servirebbe un dispositivo in grado di annullare la gravità, la forza che ci attira verso il basso. Secondo la terza legge di Newton, (ad ogni azione corrisponde una reazione di uguale intensità ma di verso opposto), se riusciamo a generare una spinta opposta e più grande della forza di gravità possiamo alzarci in volo.
Questa forza si può generare tramite un propulsore chimico come accade nei missili, dove vengono bruciati gas come l’ossigeno e un combustibile derivato dal petrolio o l’idrogeno, oppure tramite delle eliche come fanno droni, aerei ed elicotteri.
Nel mio piccolo, visto che la tecnologia principale che utilizzo per realizzare i miei progetti è la stampa 3d,che permette di realizzare componenti in plastica, vedi progetto R2D2, non posso usare come spinta un propellente chimico, visto che nella combustione si sviluppano temperature altissime e pericolose. Quindi sono costretto ad utilizzare come propulsore un motore elettrico collegato al mozzo di un’elica.
Vediamo allora come funzionano le eliche:
Un’elica è formata da un mozzo a cui sono connesse delle pale.
Ogni pala dell’elica ha un profilo aerodinamico, ovvero una forma che permette all’aria di scorrere su di essa in modo efficiente. L’inclinazione di queste pale è cruciale: quando l’elica ruota, le pale “affettano” il fluido circostante, spingendolo indietro.
L’inclinazione delle pale, combinata con il loro movimento rotatorio, crea una differenza di pressione tra la parte superiore e inferiore della pala. Questa differenza di pressione genera una forza verso l’alto, chiamata portanza. Nel caso dell’elica, la portanza agisce in direzione opposta al movimento dell’aria, generando così la spinta verso l’alto.
Il numero di pale di un’elica è molto importante, infatti l’efficienza (il risparmio di energia) di un’elica è maggiore se il numero di pale è minore ( 2 pale è la più efficiente), ma la spinta verso il basso generata dall’elica (in inglese “thrust”), aumenta all’aumentare del numero di pale. Si deve pertanto trovare un compromesso in base alle necessità.
Ecco alcuni esempi:
I droni professionali per riprese cinematografiche prediligono una buona durata della batteria e sono ultraleggeri, per questo hanno solo 2 pale per elica.
I droni “FPV” (First Person View) vengono utilizzati per fare voli ad alta velocità e acrobazie aeree e hanno bisogno di più spinta, quindi hanno 3 pale che è il compromesso perfetto tra buona durata della batteria e spinta. Inoltre 3 pale permettono di avere più “grip” sull’aria e quindi il pilota ha maggiore controllo sul veicolo.
Se le pale eoliche avessero due pale il vento eserciterebbe, ad ogni ciclo, la spinta maggiore sull’elica più in alto. Tale differenza di spinta causerebbe una torsione all’albero e al mozzo della turbina, con i conseguenti rischi di usura e guasto. Inoltre le turbine a due eliche ruotano a maggior velocità rispetto a quelle a tre eliche a causa dell’attrito ridotto, ma una maggior rotazione comporta diversi svantaggi come l’aumento eccessivo di rumorosità e problemi di sicurezza. Una terza pala posta a 120 gradi rispetto alle altre risolve lo squilibrio strutturale, assicurando anche un’efficienza energetica leggermente superiore.
Per questo progetto mi sono ispirato ad un video di “jlaservideo”, un ingegnere americano. Utilizzando piccoli motori detti “ducted fan” (ventola intubata) è riuscito a creare una tuta ispirata ad “iron man” in grado di volare.
Non è una tecnologia nuova, le tute jetpack esistono da molto tempo, ma il fatto che la sua fosse completamente elettrica rende la sua idea più adatta per il mio scopo.
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Infatti i suoi motori intubati a 12 pale generano una spinta enorme a parità di dimensione, (un motore con 7 cm di diametro genera una spinta di 2.7kg), ma consumano anche tantissimo. Pensate che alla massima potenza scaricano l’energia contenuta in 3.5 cellulari in circa 4 minuti! Allora ho comprato un motore intubato da 70mm e ho iniziato a fare qualche test.
Nel prossimo articolo approfondirò le problematiche riscontrate e le varie soluzioni.
Per ulteriori info sul progetto seguite la mia pagina Instagram:
IL PAVONE 
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