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rotóre

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Lessico

sm. [sec. XX; da rotare].

1) Organo rotante di una macchina o di un dispositivo. In particolare: A) nelle macchine, organo che generalmente consente la conversione di energia elettrica, idraulica, fluidodinamica, ecc. in energia meccanica o viceversa. B) Nelle rotodine, per esempio elicotteri, complesso delle superfici rotanti e del mozzo a cui queste sono collegate, che costituiscono l'organo portante e/o propulsivo. C) Nei motori a combustione interna rotativi (per esempio tipo Wankel), l'elemento mobile della camera di combustione. D) La parte interna girevole del blocco di una serratura di sicurezza.

2) Nelle telecomunicazioni, rotore di antenna, dispositivo impiegato per orientare le antenne direttive nella direzione prescelta, costituito generalmente da un motore elettrico alimentato per lo più a bassa tensione e notevolmente demoltiplicato, telecomandato dall'operatore della stazione radio.

Aeronautica: funzionamento e tipologia

Il rotore è sostanzialmente una grande elica ad asse verticale che, negli elicotteri, assolve al duplice compito di sostenere nell'aria e di far avanzare l'apparecchio privo di superfici di sostentamento fisse (ali). La differenza fondamentale tra un rotore e un'elica risiede nel collegamento delle pale al mozzo, collegamento che permette di variare il passo delle pale simultaneamente e di un'uguale quantità per tutte (passo collettivo), ma in modo che possa variare per ciascuna delle pale durante la rotazione pur assumendo identico valore per tutte quando passano per un medesimo azimut (passo ciclico). Queste variazioni di passo sono comandate attraverso biellette articolate alle singole pale e al piatto oscillante calettato sull'albero del rotore; si ottengono così variazioni di portanza delle singole pale, che ne determinano il moto di flappeggio, consistente in oscillazioni delle pale stesse in direzione normale al piatto del rotore. Onde evitare che le accelerazioni di Coriolis, conseguenti a questa oscillazione, possano determinare indesiderabili carichi agenti sulle pale stesse nel piano del rotore si realizzano rotori articolati nei quali le pale sono collegate al mozzo mediante giunti cardanici a tre assi mutuamente ortogonali che, oltre alla già citata oscillazione di flappeggio e alle rotazioni attorno al loro asse imposte dalle variazioni di passo, consentono anche un'oscillazione di ritardo nel piano del rotore. Oltre a questo tipo di rotore, utilizzato su elicotteri di peso e dimensioni rilevanti, sono usati: rotori semirigidi oscillanti (detti anche ad altalena), bipala, in cui il complesso delle due pale può oscillare attorno a un'unica cerniera di flappeggio disposta sull'asse del mozzo (manca la cerniera di ritardo); rotori rigidi, in cui l'unica cerniera, attraverso cui ogni pala è collegata al mozzo, è quella di passo, ma nei quali le pale possono compiere oscillazioni di flappeggio di una certa ampiezza, in conseguenza della loro flessibilità. Quest'ultimo tipo di rotore si va sempre più affermando a causa del ridotto numero di parti necessarie alla sua costruzione (per un rotore quadripala ca. un quarto) e per il ridotto bisogno di manutenzione. Nella costruzione dei rotori rigidi sta trovando notevole spazio l'uso di materiali compositi (soprattutto fibra di carbonio) spesso accoppiati ad acciaio o titanio. Particolare importanza hanno inoltre le tecniche intese a prevenire l'insorgere di possibili fenomeni vibratori, per cui, soprattutto nei rotori articolati, si adottano appositi smorzatori. Negli ultimi anni agli smorzatori tradizionali, di tipo oleodinamico, si vanno preferendo quelli elastomerici, ovvero basati sulle proprietà di deformazione elastica di cuscinetti in materiale sintetico. Questi ultimi, pur non raggiungendo le proprietà ottimali di smorzamento di quelli oleodinamici, risultano notevolmente più economici ed eliminano il problema delle perdite d'olio, spesso causa di cancellazione di voli. L'opportunità di immagazzinare nel rotore una cospicua energia cinetica, per consentire una migliore esecuzione della manovra di richiamata che conclude la discesa in autorotazione, consiglia infine di fornire al rotore un apprezzabile momento d'inerzia. A titolo indicativo, i rotori degli elicotteri ruotano mediamente tra i 200 e i 400 giri al minuto, riscontrandosi i più elevati numeri di giri per i rotori di minor diametro (e viceversa), in modo che le estremità delle pale, quando la velocità di traslazione dell'elicottero è nulla, abbiano velocità dell'ordine dei 200 m/s.

Aeronautica: caratteristiche e materiali

Le caratteristiche di un rotore sono la solidità, cioè il rapporto tra la superficie delle sue pale e l'area del suo piatto; il rapporto d'avanzamento, cioè il rapporto tra la velocità con cui la rotodina avanza e la velocità delle estremità delle pale del rotore dovuta alla rotazione; l'indice di merito, cioè il rapporto tra la potenza che il rotore richiederebbe per fornire, nel funzionamento a punto fisso, un'assegnata trazione, e la potenza che occorre effettivamente fornirgli; e la conicità, cioè l'angolo formato dalle sue pale col piano del disco del rotore stesso, in conseguenza dell'equilibrio che viene a stabilirsi, sempre nel funzionamento a punto fisso, tra i momenti dovuti alle forze portanti e quelli determinati dalle forze centrifughe agenti sulle sue pale. Le pale dei rotori hanno generalmente profili biconvessi simmetrici o debolmente asimmetrici e spessore percentuale massimo usualmente che non supera il 12% della lunghezza; sono di solito poco rastremate e con svergolamenti negativi di 5~15º tra radice ed estremità. Abbandonato ormai il legno come materiale di costruzione, le pale moderne vengono realizzate usando materiali metallici o compositi (fibra di carbonio, vetro o kevlar). L'uso di questi ultimi è particolarmente apprezzato a causa dell'ottima resistenza ai fenomeni della fatica, che non richiede la sostituzione della pala nel corso della vita operativa del mezzo. Scarsa utilizzazione hanno avuto i rotori cosiddetti a reazione, la cui rotazione è ottenuta grazie all'eiezione, in direzione contraria al moto delle estremità delle pale, di getti d'aria compressa o di gas di scarico da appositi ugelli. Il rotore è organo di grande efficienza quando si vogliano ottenere notevoli trazioni con impegni di potenza relativamente modesti (indicativamente attorno ai 10 kg/CV); esso non è, viceversa, molto adatto al raggiungimento di elevate velocità di volo. Infatti, per il suo modo di funzionare si manifestano fenomeni di comprimibilità sulle pale avanzanti e, all'incirca contemporaneamente, di stallo su quelle retrocedenti le cui estremità, per poter fornire una sufficiente portanza (nonostante la loro ridotta velocità pari alla differenza tra quella dovuta alla rotazione e quella d'avanzamento), debbono necessariamente operare a incidenze decisamente elevate. Per superare le limitazioni derivanti da questi fenomeni, che si traducono in un generale scadimento delle doti dell'elicottero, in violente vibrazioni e in vistosi incrementi della potenza che occorre fornire al rotore, sono state proposte diverse tecniche. In particolare si è mostrata attenzione nel progetto dell'estremità della pala per ritardare l'insorgere di fenomeni transonici, per aumentare la velocità di traslazione e diminuire il rumore. Un rotore genera, sul veicolo al quale viene applicato, un effetto di rotazione in direzione opposta a quella delle pale del rotore stesso (cioè il veicolo si “avvita” nell'aria); l'effetto di questa coppia di reazione viene annullato mediante dispositivi anticoppia, cioè installando un piccolo rotore in coda oppure due rotori controrotanti.

Elettrotecnica

Nelle macchine elettriche il rotore è costituito da un albero centrale con funzioni meccaniche, circondato per gran parte del suo sviluppo dal pacco di lamierini magnetici nel quale sono praticate le cave per i conduttori che costituiscono l'avvolgimento indotto o l'avvolgimento induttore. Rotori a cave, senza avvolgimenti, si usano in tipi particolari di macchine (alternatori a flusso oscillante, piccoli motori sincroni, ecc.). Le estremità d'albero del rotore ruotano entro cuscinetti a rotolamento o a strisciamento (bronzine), portati dagli “scudi” della macchina.

Meccanica razionale

Nel calcolo vettoriale, rotore di un vettore v (simbolo rot v) è un vettore legato al vettore v dalla relazione:

dove i, j, k indicano i versori degli assi cartesiani. Per ricordare le tre componenti del vettore rot v, come regola mnemonica si può ricorrere alla tabella

e svilupparla come se fosse un determinante. Per meglio intendere il significato del rotore, si consideri un sistema liberamente deformabile che riempia lo spazio in cui è definito il vettore v e sia P un punto di questo spazio; nel tempuscolo dt sia v(P)dt lo spostamento di P. A causa di questo spostamento la particella che circonda P subisce una modificazione che si può decomporre in una traslazione e in una rotazione; riguardo a quest'ultima riesce unico e determinato il vettore che caratterizza direzione, verso e angolo di rotazione ω ed è precisamente 2ω=rot v. Per qualunque vettore v si ha che rot grad v=0 cioè è nullo il rotore del gradiente di v e anche div rot v=0. Se in qualunque punto del campo in cui è definito v è rot v=0, il campo è irrotazionale; i campi irrotazionali sono conservativi, ammettono cioè un potenziale. Altre proprietà del rotore sono contenute nel teorema della circuitazione.

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