Genesis: sicurezza del bimotore e semplicità del monomotore

Le eliche alari ricevono il moto da due motori, montati in fusoliera, tramite un sistema di trasmissione a cinghie.

Questo sistema innovativo offre una sicurezza che nessun bimotore tradizionale può garantire.

In caso di guasto di uno dei motori, entrambe le eliche sono azionate dal motore rimanente.

Il pilota non deve intervenire sulla direzione di volo perché non vi è alcuna spinta asimmetrica e nessuno sbilanciamento dei pesi, ma solo una diminuzione della potenza totale.

Nel funzionamento normale le eliche sono accoppiate e funzionano allo stesso regime di giri.

A discrezione del pilota possono essere disaccoppiate, sia in volo che a terra, quindi essere solidali, ognuna, a un solo motore, potendole far operare a regimi di giri differenti. Per esempio per esigenze di manovra a terra.

Si riscontrano anche benefici nel rateo di salita, con questa impostazione.

Descrizione

Questo sistema coniuga la facilità d'uso di un monomotore con le prestazioni di un twin, con livelli di sicurezza che superano quelli di entrambi.

Nella realizzazione si tratta di un semplice sistema meccanico fail-safe.

Due motori sono montati, uno di fronte all'altro, nella fusoliera direttamente sopra il carrello principale.

Entrambe le unità sono connesse in un comune e semplice sistema di ingranaggi, disaccoppiabili tramite frizione.

Il sistema trasmette la rotazione alle due eliche, a velocità costante, attraverso due serie triple di cinghie e pulegge ridondanti. Le tre cinghie parallele, per ogni elica, sono separate da pareti che impediscono che il cedimento di una cinghia possa interferire meccanicamente con le altre.

Le trasmissioni a cinghia stanno diventando di uso comune negli elicotteri, come pure negli aeromobili, sia experimental che FAR 23. Questo sistema a cinghia è più leggero e più affidabile di un sistema di trasmissione ad ingranaggi perché le tre cinghie in parallelo garantiscono una tripla ridondanza. Un livello fail safe che un sistema di trasmissione convenzionale non ha.

Un motore che si spegne, per scelta o per guasto, non crea alcuna resistenza in questo sistema di trasmissione.

Le cinghie dentate.

L'alta affidabilità delle cinghie dentate è risaputa. Le cause di guasto possono solo essere carichi di disallineamento, contaminazione e shock meccanico (carichi, per es., da urto dell'elica).

Allineamento e mancanza di contaminazione sono garantite dalla conformazione descritta.

In caso di shock preferiamo il cedimento della cinghia che quello del motore, conseguenza certa di ogni trasmissione diretta o tramite riduttore meccanico.

La vita di una cinghia è sempre superiore alle ore di tagliando di un motore. Quindi sarà soggetta ad ispezioni periodiche e sostituzioni programmate.

Durante il normale funzionamento i due motori producono quasi la stessa potenza e il sistema differenziale comune fa in modo di avere in uscita esattamente lo stesso numero di giri. In questo modo il sistema trasmette il moto a entrambe le eliche e garantisce la sincronizzazione automatica. Ci sono due casi in cui i motori non funzionano come fossero uno solo.

Il primo caso è nel caso un motore produca così poca potenza che non può mantenere i RPM dell'altro motore, normalmente in funzione. Ad esempio, in caso guasto grave del motore o anche quando un motore è al 75% di potenza e l'altro è al minimo. Qui la ruota libera sul motore "piantato" o al minimo gli permette il "drop out" in modo da non fornire attriti alla rotazione dell'altro motore. Un motore può anche essere spento e riavviato senza interferire sul funzionamento dell'altro, sulla trasmissione e sul moto delle eliche. Un motore può improvvisamente perdere potenza (e fermarsi) mentre l'altro motore assume automaticamente il carico di entrambe le eliche e senza spinta asimmetrica. Il motore "morto" non interferisce in alcun modo con il motore in funzione.Va anche sottolineato che un motore che aziona due eliche è più efficiente (oltre che molto più sicuro) rispetto al medesimo motore che aziona un'elica sola. Due eliche in funzione a metà potenza producono più spinta di un'elica a piena potenza. Questa impostazione evita anche la spinta asimmetrica che subisce l'aeromobile a causa dell'alta resistenza che oppone l'ala che si trova a perdere il suo vettore di trazione.

Il secondo caso in cui i motori non fanno girare le eliche al medesimo numero di giri è quando il pilota decide di disaccoppiare le eliche stesse.

Questo avviene con un semplice comando che separa i due ingranaggi nella scatola della trasmissione.

Ogni motore aziona la sua elica, come in un qualsiasi bimotore tradizionale.

Le eliche si disaccoppiano manualmente, in volo, solo nel caso di un guasto elica, quando l'elica incriminata deve essere arrestata.

A terra si possono disaccoppiare per facilitare le manovre.

Nel caso di perdita dell'elica in volo o di improvvisa perdita di passo (casi in cui un motore andrebbe in fuorigiri per perdita del carico), con questa soluzione il motore non andrà in fuorigiri. Il sistema di trasmissione concepito non lo consente, impedendo il fuorigiri anche quando il carico viene improvvisamente tolto.

Pannelli laterali a cerniera, sulla fusoliera, consentono un facile accesso a entrambi i motori per la manutenzione.

Il posizionamento dei motori sopra il carrello principale centrale è strutturalmente ideale perché le forze di carico dei motori vengono trasmesse direttamente al carrello principale senza interessare la struttura dell'ala.

La maggior parte del rumore di un aeromobile è trasmesso dall'impianto di scarico e dalle eliche.

I livelli di rumore in cabina del Genesis sono minimi perché gli scarichi e le eliche sono ben dietro la cabina e il vano motore può essere acusticamente isolato analogamente alle autovetture.

Un tipico aereo monomotore ha l'elica direttamente di fronte alla cabina e lo scarico sotto i piedi del pilota, un bimotore tipico ha sia lo scarico che le eliche proprio accanto alla cabina, da entrambe le parti.

Il Genesis è, quindi, molto più silenzioso rispetto al tradizionale mono e bimotore.

Non avendo le gondole motore sulle ali, la resistenza è inferiore e aumenta la sezione portante dell'ala.

I motori montati internamente consentono un migliore controllo della temperatura in ogni condizione di volo, dalle operazioni di terra al volo di crociera.

Il flusso d'aria forzata che attraversa il vano motore è controllato dal pilota per un miglior raffreddamento a caldo e riscaldamento in ambienti freddi.

Il posizionamento di entrambi i motori in prossimità del C.G. riduce notevolmente il momento di inerzia di rotazione del velivolo, migliorando il controllo sull'asse longitudinale.

Il C.G. in posizione molto bassa migliora la stabilità anche rullando a velocità piuttosto sostenute, sia in acqua che a terra.

Il montaggio interno dei motori unitamente alla trasmissione a cinghie dentate delle eliche, consente il montaggio di queste ultime su bracci che, ruotando, le allontanano dal suolo e dall'acqua nebulizzata. Questo elimina anche il rischio che passeggeri o personale di terra entrino in contatto con l'elica in movimento.

In crociera, le eliche sono posizionate in modo che la linea di spinta corrisponda alla linea di resistenza.

Questo elimina la tipica inefficienza degli anfibi in andatura di crociera dal momento che la linea di spinta alta genera un forte momento picchiante.

Le eliche sono montate sull'estremità superiore dei bracci che fungono da stabilizzatori in atterraggio. In assetto di atterraggio, sia a terra che in acqua, l'estensione dei carrelli stabilizzatori spostano automaticamente le eliche in alto, avvicinandole all'asse della fusoliera.

Vantaggi:

In caso di avaria di un motore l'aereo non subisce variazioni di assetto a causa di resistenze e portanze asimmetriche.

La piantata di un motore non coinvolge il pilota operativamente. Non deve fare nulla, con grande beneficio per la sicurezza.

In caso di avaria di un motore la spinta disponibile è superiore a quella di un tradizionale bimotore in analoga emergenza.

Variazioni di carico su un motore, per variazione improvvisa del passo dell'elica o per distacco della stessa in volo, non danneggiano il motore, non avendo rischi di fuorigiri.

A parità di potenza dei motori, il rateo di salita è superiore.

Il pilota ha un carico di lavoro ridotto durante il decollo. Non deve monitorare costantemente gli strumenti per ridurre potenza o per sincronizzare i motori.

Due motori, identici e contrapposti, consentono la naturale controrotazione delle eliche, con conseguente minimizzazione dei costi.

Il montaggio interno dei motori consente un migliore controllo delle temperature (raffreddamento e riscaldamento). Il pilota controlla, direttamente dalla cabina, il flusso d'aria di raffreddamento e può variarlo in qualsiasi fase di volo o di rullaggio a terra. Ciò è di particolare utilità nell'accelerare i tempi di riscaldamento a terra e per evitare surriscaldamenti in fasi di attesa, nelle procedure pre-volo. In volo per gestire le condizioni ambientali calde e fredde.

La posizione arretrata delle eliche e degli impianti di scarico riducono il livello di rumorosità in cabina.

L'utilizzo di cinghie dentate e il sistema di trasmissione centrale garantiscono che le eliche girino esattamente allo stesso regime - il pilota non deve occuparsi della sincronizzazione dei motori e può dedicare tutto il tempo alla scansione degli strumenti e al controllo del traffico.

La riduzione della velocità delle eliche, basata sul differente diametro delle puleggie, elimina la necessità d'uso di motori con riduttore, molto più costosi e delicati (riducendo anche i costi di overhaul).

I motori e il castello sono protetti da carichi di sbilanciamento delle eliche, il che riduce l'usura e migliora l'affidabilità.

Le eliche sono protette dai picchi di potenza del motore, specie in fase di accensione e di spegnimento, il che riduce gli effetti di fatica sui materiali delle pale e aumenta l'affidabilità e i tempi di overhault.

L'albero motore non è sollecitato da forze giroscopiche indotte dall'elica.

I carichi indotti da un'elica che urta un qualsiasi corpo, non danneggiano l'albero motore.

La perdita improvvisa di una pala non causa quel momento di forza che tende a strappare il motore della cellula, compromettendone la struttura.

Sopporta meglio atterraggi pesanti in quanto il maggior carico di forze, rappresentato dal peso dei motori, si ripercuote sul carrello principale che è posizionato direttamente sotto i motori, senza passare attraverso la struttura dell'ala.

Ridotto l'attrito di forma grazie all'assenza di gondole motore, con benefici su velocità ed efficienza.

Il basso centro di gravità, dovuto alla posizione del motore, rende più sicuro il rullaggio, anche a velocità superiori, su acqua e su terra.

Dal momento che i motori non sono collegati all'ala, la resistenza della struttura delle ali non è compromessa dalle vibrazioni dei motori e dai carichi da essi generati in fase di atterraggio.

La posizione di entrambi i motori in prossimità del C.G. riduce notevolmente il momento di inerzia di rotazione del velivolo, con vantaggio sul controllo sull'asse longitudinale (spin). Conseguentemente aumenta la stabilità in presenza di perturbazioni meteo, grazie al forte momento pendolare.

In decollo e in atterraggio sull'acqua, le ali schermano completamente le eliche dagli spruzzi d'acqua (e conseguenti danni).

Con il rientro del carrello le eliche si abbassano e si posizionano esattamente dietro al centro di resistenza dell'ala contrapponendo la loro forza spingente, in perfetto asse. Eliminano così ogni effetto picchiante, posizionandosi dove l'efficienza spingente è maggiore.

Maggiore sicurezza, a terra, per i passeggeri e per il personale di terra, in quanto le eliche girano in posizione alta, dietro e al di sopra dell'ala.

In caso di guasto di una delle eliche, basta estendere gli equilibratori per portare la linea di spinta dell'elica funzionante vicino alla mezzeria del velivolo, minimizzando l'imbardata causata dalla spinta asimmetrica.

Nel malaugurato caso di distacco di una pala dell'elica, i danni causati dalle vibrazioni trasmesse dall'elica sbilanciata sono limitati alla parte superiore dell'equilibratore e non influenzano i motori, i carrelli o il CG.

Con il carrello retratto, gli stabilizzatori riempiono i vuoti di forma tra ala e fusoliera, modellando una fusoliera aerodinamicamente pulita.