Autogiri: perché il tasso di incidenti mortali era oltre 13 volte più alto?

Cosa fa girare il rotore di un autogiro?

Che cosa fa girare il rotore di un autogiro? Da lontano, un autogiro sembra un piccolo elicottero. In cima ha un lungo rotore, pale che girano sopra il pilota. Nella configurazione più comune, il motore è dietro e aziona un'elica dietro il pilota.

L'elica spinge l'aeromobile avanti, come quella di un piccolo aereo. E allora che cosa fa girare le grandi pale sopra la testa? Molti cercano proprio questo: come funziona il rotore di un autogiro? Altri vogliono sapere quanto costa e se è sicuro.

Risponderemo a tutte queste domande. Ma prima, i nomi. Gyrocopter, gyroplane e autogiro indicano tutti lo stesso tipo di aeromobile. Gyroplane è il termine ufficiale nei manuali FAA, Federal Aviation Administration, che regola il volo negli Stati Uniti.

Gyro-Copter era all'inizio il nome di un progetto americano, poi la parola è rimasta. E qui "gyro" viene da una parola greca che significa anello o cerchio. Nonostante il nome, un autogiro non vola usando un giroscopio. La storia dell'aeromobile inizia con un incidente in Spagna nel 1919.

Passa dall'elicottero alla Seconda guerra mondiale, fino a un'inchiesta britannica sugli incidenti. L'inchiesta rilevò che dal 1989 al 2004 gli autogiri nel Regno Unito ebbero incidenti mortali a un tasso oltre 13 volte quello degli ultraleggeri di peso simile. La storia finisce con un listino prezzi. Ma prima, il rotore.

Sembra un elicottero, ma

Partiamo dall'aeromobile a cui assomiglia. In un elicottero, il motore fa girare il rotore. Le pale in rotazione spingono aria in basso e sostengono l'elicottero. Far girare il rotore fa ruotare il corpo dell'elicottero in senso opposto.

Perciò la maggior parte degli elicotteri ha un piccolo rotore di coda contro questa torsione. Un autogiro non ha rotore di coda: il suo rotore gira libero e non deve contrastare torsioni. In volo normale non c'è albero di trasmissione tra motore e rotore. Il manuale FAA lo definisce un aeromobile che ottiene portanza da "un rotore che gira liberamente".

L'unica eccezione è appena prima del decollo. Molti autogiri possono collegare brevemente a terra motore e rotore per avviare le pale: è la prerotazione. Nei modelli più semplici, il pilota fa semplicemente girare le pale a mano. Prima della corsa di decollo si disinserisce il collegamento e l'aria dell'avanzamento porta il rotore alla velocità di volo.

Quindi, in aria, il motore spinge soltanto l'aeromobile in avanti. Eppure le pale girano per tutto il volo. Un autogiro non può restare fermo in aria come un elicottero. Il manuale FAA dice che a velocità molto bassa scende rapidamente, quindi deve muoversi nell'aria.

Ecco l'indizio.

Un mulino a vento che vola

Guardate come è inclinato il rotore di un autogiro. Il disco delle pale, detto disco del rotore, s'inclina all'indietro, opposto alla direzione di volo. L'elica spinge l'aeromobile avanti, e l'aria colpisce il disco inclinato da davanti e sotto. Il manuale FAA lo dice semplicemente: il rotore gira libero perché l'aria risale tra le pale.

È l'autorotazione: l'aria attraverso il rotore lo tiene in rotazione, senza motore. Un autogiro resta sollevato da un mulino a vento trascinato nel cielo. Ma un mulino a vento gira perché il vento lo spinge. Come può la stessa aria far girare le pale e sostenere l'aeromobile?

Guardiamo una pala di lato. L'aria arriva da davanti, perché la pala gira, e da sotto, perché l'aeromobile avanza nel disco inclinato. L'aria esercita sulla pala una forza aerodinamica totale: somma di portanza e resistenza. In parte della pala, questa forza s'inclina in avanti rispetto all'asse di rotazione.

Una forza così trascina la pala nella rotazione. Questa forza rotante si chiama coppia. Se avete visto il nostro video sul perché le turbine eoliche girano lentamente, avete già visto questa immagine. Anche lì la forza dell'aria inclina una pala e parte diventa coppia, facendo girare il rotore.

Il rotore di un autogiro funziona uguale, inclinato all'indietro. La differenza sta nella destinazione della coppia. Una turbina eolica trasferisce coppia a un generatore per produrre elettricità. Un autogiro usa la coppia per mantenere il rotore in rotazione, mentre il disco produce portanza.

Però non è tutta la pala a tirare. La FAA divide un rotore in autorotazione in tre regioni. Nella regione motrice, la forza in avanti accelera il rotore. Verso le estremità, nella regione trascinata, la forza all'indietro rallenta il rotore.

Vicino al centro, le pale incontrano l'aria a un angolo troppo elevato e vanno in stallo. Lo stallo è quando l'aria non scorre più regolarmente su un'ala, che perde subito portanza. Per un elicottero in discesa verticale a motore spento, il manuale FAA dà valori approssimativi. Il 25 percento interno della pala è in stallo.

La regione motrice va da circa il 25 al 70 percento della pala. Il 30 percento esterno circa è la regione trascinata. Il rotore ha velocità costante quando la regione motrice accelera quanto rallentano le altre due. Il capitolo sugli autogiri non dà percentuali, quindi questi numeri sono un quadro approssimativo, non una misura dell'autogiro.

È la fisica che usa un pilota d'elicottero a motore spento. Il pilota lascia autorotare il rotore e l'elicottero scende sotto di esso, sempre controllato. Un autogiro vola sempre in quello stato.

L'aereo che non andava in stallo

Ora, perché mai costruire un aeromobile così? La risposta comincia con un ingegnere spagnolo di nome Juan de la Cierva. Nel 1919 un bombardiere progettato da Cierva partecipò a una competizione dell'aviazione militare spagnola. In prova volò troppo lentamente e andò in stallo.

Si schiantò e andò distrutto, ma il pilota sopravvisse. Cierva concluse che gli aeromobili ad ala fissa avevano limiti insuperabili. Una storia dell'aviazione USA dice che l'incidente lo convinse: la sicurezza aerea richiedeva aeromobili incapaci di andare in stallo. Un aereo ad ala fissa ha bisogno di velocità perché funzionino le ali.

Se vola troppo lentamente, l'ala incontra l'aria con un angolo troppo elevato e va in stallo. Vicino al suolo può essere fatale. Cierva voleva ali che continuassero a muoversi quando l'aereo rallentava. Ali rotanti.

Il manuale FAA lo dice: un autogiro non può entrare in stallo. Ma quella frase è un avvertimento, non un vanto. La frase completa: "Poiché un autogiro non può entrare in stallo, si può essere tentati di aumentare la velocità di salita riducendo la velocità dell'aria." Volando troppo lentamente, un autogiro scende più rapidamente.

In genere, a velocità dell'aria zero scende circa il doppio che alla migliore velocità di planata. Se il motore si spegne, il rotore continua in autorotazione e l'aereo scende sotto di esso. Poiché, a parità di dimensioni, il rotore dell'autogiro sostiene meno peso di quello di un elicottero, in autorotazione di solito scende più lentamente di un elicottero.

Prima del contatto, il pilota tira indietro la barra con il flare, la richiamata, per ridurre quasi tutta la discesa e la velocità in avanti. Un autogiro non entra in stallo come un aereo ad ala fissa. Ricordatelo: non significa che non possa mettersi nei guai.

Il rotore che si ribaltò

Il primo aeromobile a rotore di Cierva non volò. Aumentando velocità, le prime macchine tendevano a rovesciarsi su un fianco. Il motivo è uno squilibrio di ogni rotore in avanzamento. Immaginate un rotore che si muove in avanti nell'aria.

Da un lato, una pala si muove contro l'aria in arrivo. Dall'altro, si muove nella stessa direzione dell'aria. La pala avanzante incontra aria più veloce e produce più portanza. La pala retrocedente la incontra più lentamente e produce meno portanza.

Questo si chiama dissimmetria di portanza: un lato del rotore produce più portanza dell'altro. Con pale rigide, lo squilibrio poteva rovesciare l'aereo. Eppure un piccolo modello costruito da Cierva volava bene. La differenza, capì, era che le pale del modello erano flessibili.

Durante la rotazione si piegavano da sé su e giù, uniformando la portanza. Sul rotore grande montò ogni pala al mozzo con una cerniera, per flappeggiare su e giù. La pala avanzante, con più portanza, sale poco e la riduce. La retrocedente scende poco e aumenta la propria portanza.

I due lati si compensano e impediscono all'aereo di rovesciarsi. Nel gennaio 1923 il C.4 di Cierva fece i primi voli a Getafe, vicino a Madrid. Il tenente Alejandro Gómez Spencer lo fece volare per circa centottantatré metri. Il 31 gennaio volò un circuito chiuso di circa 4 chilometri.

I documenti non concordano sul giorno, ma quel mese fu il primo volo ufficialmente osservato di un autogiro. La cerniera di flappeggio sopravvisse all'autogiro. Il manuale FAA dice che fu determinante per l'elicottero moderno.

La moda dell'autogiro

Nel millenovecentoventotto Harold Pitcairn, americano, comprò un aeromobile Cierva per valutarlo. L'anno dopo comprò i diritti USA e costruì autogiri, come allora spesso si chiamavano. Il PCA-2 di Pitcairn ottenne un certificato di tipo USA, autorizzazione a costruire e vendere copie del progetto. L'8 aprile 1931 Amelia Earhart portò un autogiro Pitcairn a 18.415 piedi, circa 5.600 metri.

All'epoca fu indicato come un record per quel tipo di aeromobile. Settimane dopo ne pilotò uno attraverso gli Stati Uniti, sponsorizzata da un'azienda di gomme da masticare. Il 23 settembre 1931 un pilota della Marina atterrò e decollò tre volte con un autogiro sulla USS Langley. Furono le prime operazioni navali USA con ala rotante da una nave.

Il 22 aprile 1931, un autogiro atterrò sul prato della Casa Bianca, quando il presidente Hoover consegnò a Pitcairn il Collier Trophy, importante premio USA dell'aviazione. Il 6 luglio 1939, un autogiro iniziò a trasportare la posta da un aeroporto di Camden, nel New Jersey, al tetto dell'ufficio postale centrale di Philadelphia. In una prova del New York Times, il viaggio durò sei minuti e mezzo.

Gli autogiri trasportarono posta anche a Chicago, New Orleans, Los Angeles e Washington. In Gran Bretagna, negli anni Trenta, la Royal Air Force provò autogiri Cierva per cooperare con l'esercito. Durante la Seconda guerra mondiale calibrarono stazioni radar, volando lentamente e stabilmente. La Germania trovò un uso ancora più semplice dello stesso principio.

Il Focke-Achgelis Fa 330 era un aquilone a rotore senza motore. Un sottomarino emerso lo trainava con un cavo di circa 300 metri. L'aria in arrivo faceva girare il rotore, che poteva sollevare un osservatore ben oltre 100 metri, fino a circa 220. Da lì vedeva circa 50 chilometri, più di 30 miglia, contro gli 8 dalla torre del sottomarino.

Un rotore che gira grazie al solo flusso d'aria, senza motore.

Passare la cerniera all'elicottero

Perché oggi gli autogiri non sono ovunque? Volano lentamente ma non restano sospesi. Serve per atterrare su un tetto, prelevare qualcuno o restare su un punto. Negli anni Quaranta arrivarono elicotteri pratici: potevano restare sospesi, gli autogiri no.

Il museo postale Smithsonian: l'avioposta in elicottero eclissò e pose fine a quella con autogiri. L'ingegnere aerospaziale Gordon Leishman, storico dei velivoli a rotore, scrive: l'autogiro diede all'elicottero tecnologie fondamentali, come pale incernierate, accelerandone molto lo sviluppo. Nel 1951 la società Pitcairn citò il governo USA: elicotteri costruiti per esso usavano brevetti Pitcairn sui rotori.

La Vertical Flight Society la chiama la più lunga causa USA per violazione di brevetto. Finì nell'ottobre 1977. Cierva non vide l'elicottero prevalere. Il 9 dicembre 1936 Cierva viaggiava su un aereo KLM in partenza da Croydon, vicino Londra, nella nebbia fitta.

Precipitò dopo il decollo: quindici morti, Cierva compreso. Aveva 41 anni.

Autogiri da cortile e incidenti

L'autogiro tornò come qualcosa da costruire in casa. Igor Bensen, ingegnere che aveva lavorato sugli elicotteri negli Stati Uniti, volò per la prima volta il suo Gyro-Copter nel dicembre 1955. Era progettato per essere costruito da disegni che costavano circa 30 dollari. Un kit pronto costava 995 dollari dell'epoca.

Lo Smithsonian lo definisce uno degli autocostruiti più popolari del ventesimo secolo. Il progettista britannico Ken Wallis fece persino volare la sua macchina nel film James Bond del 1967 "You Only Live Twice". Semplice da costruire in casa, da disegni o kit. Ma "non può entrare in stallo" non significava che fosse sicuro.

Nel 2004 l'AAIB, Air Accidents Investigation Branch del Regno Unito, esaminò la sicurezza degli autogiri in un rapporto su un incidente mortale. Contò 15 incidenti mortali di autogiri nel Regno Unito dal 1989. Con stime delle ore di volo dell'Autorità per l'aviazione civile britannica, fissò il tasso di incidenti mortali a ventisette virgola uno per centomila ore di volo. Per gli ultraleggeri, circa 2.

Per gli aerei leggeri ad ala fissa, circa uno virgola uno. Il tasso degli autogiri superava di oltre 13 volte quello degli ultraleggeri di peso simile. Che cosa stava andando storto? Pensiamo a dove spinge l'elica.

La linea su cui spinge si chiama linea di spinta. In molti autogiri amatoriali semplici, il motore era alto, perciò la linea passava sopra il centro di gravità, dove si bilancia il peso dell'aeromobile. Il manuale FAA avverte: applicando potenza, l'autogiro tende a puntare il muso in basso.

Di norma il rotore tiene su il muso contro questa forza. Ma spingendo troppo presto la barra avanti, il rotore regge all'improvviso meno peso. È lo scaricamento del rotore. Un rotore scarico rallenta e può non tenere più su il muso.

Lo stesso manuale FAA aggiunge: tolto bruscamente il carico dal rotore, alcuni autogiri puntano bruscamente il muso in avanti. Su macchine con linea di spinta sopra il centro di gravità e senza adeguato piano di coda orizzontale, la FAA avverte che il beccheggio in basso può diventare "autosostenuto e irreversibile". Il manuale lo chiama buntover o power pushover.

Descrive anche l'oscillazione indotta dal pilota: le sue correzioni perdono il sincronismo e le oscillazioni verticali crescono rapidamente. L'incidente del rapporto 2004 coinvolse un autogiro amatoriale basato su progetti Bensen. Senza piano di coda orizzontale, aveva la linea di spinta a circa quattro virgola otto pollici, circa dodici centimetri, sopra il centro di gravità, ben oltre i 2 pollici raccomandati dai ricercatori dell'Università di Glasgow.

Un piano di coda orizzontale è una piccola ala fissa posteriore che aiuta a stabilizzare il muso. L'AAIB citò anche uno studio della Popular Rotorcraft Association, gruppo statunitense di autogiri, sugli incidenti mortali USA dal 1999 al 2002. Rilevò che tutti gli incidenti mortali legati all'instabilità di beccheggio erano su aeromobili senza piano di coda orizzontale. Quindi il pericolo non era uno stallo.

Gran parte veniva dalla forma: linea di spinta alta e nessun piano di coda orizzontale.

Cosa è stato corretto e cosa no

La Gran Bretagna ne cercava già la causa. Tra il 1989 e il 1991, una serie di incidenti mortali inspiegati coinvolse autogiri leggeri. Dopo la revisione AAIB del 1991, l'Università di Glasgow studiò gli autogiri dal 1993 al 2008. Usarono gallerie del vento, prove di volo strumentate e modelli matematici.

La conclusione principale riguardava l'altezza del centro di massa rispetto alla linea di spinta dell'elica. Lo chiamarono il parametro chiave. Le regole britanniche, BCAR Section T, furono modificate in base al loro lavoro. L'ultimo aggiornamento fu nel 2011, e Australia e Canada adottarono gli stessi requisiti.

Le linee guida britanniche limitano a circa due pollici la distanza tra linea di spinta e centro di gravità: oltre, il costruttore deve consultare l'autorità di regolamentazione. I principali costruttori abbassarono il telaio sotto il motore, avvicinando l'elica al centro di gravità. Ma correggere un pericolo non elimina tutti i pericoli.

Il 12 novembre 2020, nelle Highlands scozzesi, un allievo pilotava da solo un Cavalon biposto. In volo la testa del rotore si staccò e il pilota morì. L'AAIB pubblicò il rapporto nel novembre 2024. Stabilì che i carichi di una sequenza di manovre causarono un sovraccarico strutturale.

Disse che il pilota era probabilmente, forse involontariamente, entrato in low g, basso g, con rotore scarico. Quella condizione di basso g può aver superato i limiti del manuale dell'aeromobile. L'AAIB formulò quattro raccomandazioni di sicurezza. Il basso g è quando per poco il rotore regge poco peso dell'aeromobile, quindi tutto sembra più leggero.

È lo stesso scaricamento appena visto. Togliendo carico al rotore di un autogiro, può perdere velocità. Il rischio non è quindi lo stallo ad ala fissa che preoccupava Cierva. Il rischio è togliere il peso dall'ala rotante.

Non abbiamo trovato un tasso recente comparabile per gli autogiri odierni, quindi non diremo che siano ora sicuri quanto altri aeromobili leggeri. Ci sono stati comunque incidenti mortali, incluso quello del 2020: la testa del rotore si staccò in volo.

Quanto costa un autogiro?

Ora una delle domande più cercate: quanto costa un autogiro? I prezzi variano per paese, anno e inclusioni. Daremo l'anno di ogni esempio. AirVenture 2021: il kit monoposto JK-2 Nano costava circa 26.000 dollari USA, con motore da 38 cavalli. Rispettava le regole ultraleggeri USA, Part 103.

Con queste regole, negli USA non servono certificato di pilota né medico per volarlo. I kit biposto costano molto di più. Nel 2014 una rivista USA indicò kit di tre modelli dello stesso costruttore: da circa settantamila a centoventimila dollari USA. Negli USA erano kit assemblati anche dai proprietari.

Nel 2026, i nuovi biposto Magni italiani erano riportati a circa Da centomila a centosettantacinquemila dollari USA, a seconda del modello e del tasso di cambio. In Gran Bretagna, un biposto usato del 2018 era a meno della metà del costo di uno nuovo, secondo il venditore. C'è poi l'addestramento: una scuola USA chiedeva circa 275 dollari l'ora, carburante e istruttore inclusi.

Per piloti con certificato sportivo, aggiungere autogiri richiede di solito 10-20 ore. Negli USA, le nuove regole light-sport entrarono gradualmente in vigore dall'ottobre 2025. Dal luglio 2026, per la prima volta gli autogiri di fabbrica sono certificabili come light-sport. I piloti sportivi potevano già volare sugli autogiri; è cambiato come costruirli e venderli.

Tra questi, il modo più economico per volare è un piccolo kit monoposto autocostruito. Qualunque prezzo, gli incidenti mostrano perché progettazione e addestramento contano.

L'ala che il vento fa girare

Che cosa fa girare il rotore di un autogiro? È l'aria, che scorre verso l'alto attraverso le pale inclinate mentre l'aeromobile avanza. In volo normale, il motore non fa girare il rotore. Una parte di ogni pala trasforma la spinta dell'aria in coppia, proprio come fa la pala di una turbina eolica.

Quella coppia mantiene il rotore in rotazione e il rotore che gira sostiene l'aeromobile. Juan de la Cierva voleva un aeromobile che non entrasse in stallo quando volava troppo lentamente. Lo trovò in un'ala che il vento fa girare. Ma quell'ala aveva una sua debolezza: scaricare all'improvviso il rotore può rallentarlo e far inclinare l'aeromobile in avanti.

Ci vollero anni di incidenti e ricerche per capirlo e cambiare le regole. L'autogiro perse il suo lavoro nella posta aerea a favore dell'elicottero. Ma gli elicotteri usano ancora la stessa fisica per scendere in sicurezza quando il motore si spegne.