Snodi sferici con rivestimento in ceramica per il rotore principale degli elicotteri

Snodi sferici con l’anello interno rivestito di ceramica per il rotore principale degli elicotteri sono stati sottoposti a prove per verificarne la capacità di offrire migliori prestazioni in termini di durata di esercizio e quindi di costi di manutenzione.

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Snodi sferici con l’anello interno rivestito di ceramica per il rotore principale degli elicotteri sono stati sottoposti a prove per verificarne la capacità di offrire migliori prestazioni in termini di durata di esercizio e quindi di costi di manutenzione.

Per mettere a disposizionedei costruttori di elicotteri e dei loro utilizzatori componenti con maggiori margini di sicurezza, in grado di ridurre manutenzione, tempi passivi e quindi costi globali di esercizio, l’Ampep ha realizzato gli snodi sferici Ampep XLNT, muniti di anello interno con rivestimento in ceramica. L’Ampep, che ha sede a Clevedon, vicino a Bristol nel Regno Unito, appartiene alla SKF Aerospace e produce da più di 40 anni snodi sferici autolubrificanti.

Gli snodi sono in acciaio inossidabile o acciaio resistente alla corrosione, sono autolubrificanti ed esenti da manutenzione. Di ridotto ingombro, hanno un elevato rapporto tra capacità di carico e peso e sono impiegabili nei sistemi di controllo di volo primari e secondari. L’anello interno è temprato, con la super­ficie sferica rivestita di ceramica secondo una tecnica di spruzzo a caldo. L’anello esterno, ottenuto per formatura a freddo su quello interno per ottenere una superficie di scorrimento ottimale, è munito di uno strato di tessuto composito in PTFE e fibre di vetro, che viene incollato alla superficie interna anch’essa sferica.

Ogni movimento angolare sotto carico provoca una piccola quantità di usura superficiale dello strato in PTFE, la cui entità dipende dalla pressione e dall’entità dello scorrimento. Ci sono quattro stadi di usura.

 

1.All’inizio si ha una fase di rodaggio, in cui comincia a verificarsi un trasferimento del film di PTFE (che fa da lubrificante).

 

2.Quando il trasferimento del film di PTFE diventa più stabile, l’entità dell’usura si riduce.

 

3.Una volta definitivamente stabile, lo strato si usura in maniera relativamente uniforme.

 

4.Quando lo strato si è consumato in maniera sensibile, ha luogo la fase terminale di usura rapida. Stante l’importanza della sicurezza, in un velivolo gli snodi non devono mai raggiungere questa fase.

 

L’Ampep XLNTcon rivestimento in ceramica è la più recente linea di sviluppo nel settore degli snodi sferici per le applicazioni aeronautiche, avente l’obiettivo di aumentare la durata di esercizio. Il prodotto ha già superato numerose prove presso lo stabili­mento di Clavedon, il cui prestigio è riconosciuto da tutte le principali case costruttrici europee di elicotteri.

La SKF è certa della possibilità per gli snodi Ampep XLNT di superare il problema della relativamente breve durata offerta dai prodotti attualmente sul mercato.

Un’applicazione di questi snodi è quella del sistema che consente la variazione continua di passo delle pale del rotore principale quando ruota. L’aerodinamica delle pale rotanti e l’articolazione della testata del rotore sovrintendono al sollevamento e alla manovrabilità dell’elicottero.

Alcuni clienti, interessati alle potenzialità degli snodi Ampep XLNT, ne hanno richiesto alcuni campioni per provarli sia sui i propri banchi prova sia in volo sia su prototipi sia su modelli di elicotteri esistenti: oggi tali snodi sono applicati regolarmente.

Opportunità d’impiego di questa nuova tecnologia esistono in tutto il mondo, ma si è scelto inizialmente il Nord America come mercato potenziale per l’impiego sui controlli di volo degli elicotteri.

Dopo parecchie promettenti prove di laboratorio, la MD Helicopters Inc. (MDHI), era interessata a impiegare gli snodi sulle aste di controllo del passo del rotore principale dei propri elicotteri Explorer e tale soluzione viene attualmente sperimentata sul campo.

L’MD Explorer è un elicottero bimotore polivalente a cinque pale. In sostituzione del rotore di coda, il controllo antirotazione è assicurato dal sistema brevettato NOTAR™, che reduce il carico di lavoro del pilota e la rumorosità oltre che migliorare sensibilmente la sicurezza delle parti poco accessibili. Questo elicottero si impiega normalmente per il trasporto offshore/onshore del personale, per i servizi medici di emergenza e le missioni di polizia.

 

Ad ogni girodel rotore, le aste di controllo del passo, collegate inferiormente al piatto oscillante e superiormente ai bracci di azionamento, fanno cambiare di continuo l’inclinazione delle pale, imponendo severi requisiti agli snodi di cui le aste stesse sono dotate; gli snodi attualmente esistenti sul MD Explorer durano circa 300 ore. In considerazione della grande quantità di questi elicotteri in esercizio in UK, la SKF ha pensato di offrire un servizio di monitoraggio delle prestazioni dei propri prodotti su alcuni di essi.

Nel progetto di monitoraggio sono state coinvolte varie organizzazioni, a partire dalla Specialist Aviation Services, SAS, che ha sede presso lo Staverton Airport di Gloucester, è distributore della MDHI e si cura anche della manutenzione per conto degli operatori di elicotteri. Nel corso di un incontro di presentazione venne discussa la possibilità di attuare un progetto di questo genere. Dopo una consultazione con gli operatori, la SAS mise a disposizione tre elicotteri. La proposta venne estesa alla MD Helicopters Inc., che approvò il progetto, a condizione che venisse incluso un particolare elicottero, la Virgin HEMS London Air Ambulance, che denunciava problemi di forte attrito negli snodi del sistema di controllo del passo.

Approvato il progetto, gli snodi vennero forniti alla MDHI e poi spediti alla SAS per l’installazione. Per il programma di monitoraggio vennero scelti quattro elicotteri, due dei quali della polizia, utilizzati 100 ore al mese, il West Midlands Police e il West Yorkshire Police, un terzo per uso combinato, il Wiltshire Police and Air Ambulance e l’ultimo la Virgin HEMS London Air Ambulance, che totalizza circa 40 ore al mese con un tempo medio di volo di soli 6 minuti. Si tratta di banchi di prova assai severi, in grado di dare una buona rappresentazione delle reali prestazioni degli snodi.

 

Gli snodi per gliMD Explorer sono classificati particolari ‘su condizione’ il che significa che non viene loro imposta alcuna specifica durata, purché questa rientri in limiti definiti, al di fuori dei quali vengono scartati. Nell’interesse della sicurezza di volo la SKF suggerì limiti molto più ristretti.

Nei mesi di giugno e luglio 2004 un tecnico SKF assistette all’installazione degli snodi sulle aste di controllo del passo e fu anche presente in occasione delle regolari ispezioni per manutenzione sugli elicotteri effettuate ogni 50 ore, nel corso delle quali le aste vennero smontate per consentire al tecnico stesso di misurare e registrare il gioco radio-assiale degli snodi mediante appositi attrezzi progettati e costruiti dalla SKF.

Sul West Midlands Police vennero sostituiti solo gli snodi situati sull’estremità superiore delle aste di comando, ma dato che queste erano ormai già smontate, venne controllato anche il gioco degli snodi esistenti del piatto oscillante, anche se il loro periodo di funzionamento da nuovi non era noto con precisione.

 

Tutte le cinqueaste di controllo del passo degli elicotteri West Yorkshire Police Helicopter e Virgin HEMS London Air Ambulance vennero munite (superiormente e inferiormente) di snodi Ampep XLNT.

Per i necessari confronti, sull’asta ‘di riferimento’ della pala 1 del Wiltshire Police and Air Ambulance vennero montati snodi nuovi dell’attuale fornitore, mentre sulle aste delle pale 2, 3, 4 e 5 vennero montati gli snodi Ampep XLNT.

Sapendo che gli snodi esistenti avevano una durata media di circa 300 ore, si convenne di misurarne il gioco in occasione delle ispezioni ogni 50 ore, per avere una serie di valori da mettere su un grafico in funzione delle ore di volo.

 

Dall’inizio delprogramma di monitoraggio vennero accumulate un considerevole numero di ore di volo:

  • West Midlands  627 ore
  • West Yorkshire  632 ore
  • Wiltshire  429 ore
  • Virgin HEMS  243 ore

    Grazie agli eccellenti risultati ottenuti finora e al gioco molto piccolo riscontrato sugli snodi Ampep XLNT , la SKF ha potuto dimostrare che i miglioramenti sono possibili. E’ stato anche possibile ridurre la frequenza delle misurazioni, portandole da ogni 50 a ogni 100 ore per rendere minime le fermate dei velivoli.

     

    E’ prevedibile chegli snodi Ampep XLNT supereranno ampiamente le 1.000 ore. Anche con i limiti più ristretti di accettazione, i risultati indicano miglioramenti di durata da 5 a 10 volte rispetto ai prodotti esistenti. Per tutti gli elicotteri, in cui l’aspetto durata è fondamentale, l’obiettivo è quello di arrivare a durate degli snodi superiori al tempo che di regola intercorre tra un momento e l’altro in cui la testata del rotore deve essere smontata per sostituire altri componenti.

    Il monitoraggio degli snodi continuerà fino a che non si sarà raggiunto un valore attendibile di durata e si possa quantificare il reale vantaggio in termini di costi di esercizio (ossia minori tempi passivi, minore manutenzione e minori costi degli snodi). Dai risultati finora raggiunti appaiono già evidenti i vantaggi degli snodi Ampep XLNT.


    I partecipanti

    Con sede a Mesa, Arizona, la MDHI produce una linea di elicotteri leggeri mono e bimotore dalle elevate prestazioni, tra cui i tipi MD Explorer®, MD 600N®, MD 520N®, MD 530F® e MD 500E®. L’azienda è un produttore di nicchia, specializzato nei settori della sicurezza pubblica e dell’elisoccorso per i quali i suoi apparecchi sono molto dotati.

    La Specialist Aviation Services offer servizi integrati per l’equipaggiamento, la manutenzione e l’operatività degli aerei. Due sue consociate offrono servizi di assistenza di emergenza medica e alle forze di polizia.

    Il Wiltshire Constabulary di Devizes impiega a tempo pieno dal marzo 1990 un elicottero MD 902, che opera in collaborazione con il Wiltshire Ambulance Service. L’equipaggio è costituito da un membro della polizia, un infermiere e un pilota della Police Aviation. Il Wiltshire è stato il primo in UK a impiegare un MD 902.

    Un elicottero di soccorso è impegnato quotidianamente in ogni tipo di emergenza e con 1.200 interventi all’anno può compiere normalmente 900 ore di volo e quindi tutto quanto può essere fatto per aumentarne l’affidabilità è benvenuto, per esempio aumentando la durata degli snodi.

    La Virgin HEMS London Air Ambulance del Royal London Hospital, Whitechapel, fa parte dell’Helicopter Emergency Medical Service di Londra e ha un raggio d’azione di circa 1.800 km quadrati attorno alla Orbital Motorway, l’autostrada M25 di Londra. Essa provvede a interventi di emergenza per oltre il 17,5% della popolazione del Regno Unito e dal 1989 ha compiuto oltre 14.500 missioni. Attiva 365 giorni all’anno, è la sola eliambulanza che porti sempre a bordo personale medico e paramedico specializzato per interventi su pazienti coinvolti in incidenti stradali. Si può alzare in volo in due minuti e raggiungere qualsiasi punto dell’area di competenza entro 12 minuti. Il servizio è parzialmente finanziato dal National Health Service and Virgin e per la continuità del servizio si serve di finanziamenti pubblici.

    Situata presso il Birmingham International Airport, la West Midlands Air Operations Unit fornisce servizi di assistenza specialistica 24 su 24 tutto l’anno. Nel 2000 ha messo in servizio l’elicottero MD 902 Explorer, che è dotato di alcuni dei più sofisticati equipaggiamenti e sistemi di comunicazione attualmente disponibili.