GIROSCOPIO PROPULSORE

 

Schema funzionale del giroscopio

 

Una delle macchine semplici più straordinarie tra quelle esistenti è senza dubbio il giroscopio. Si tratta essenzialmente di una massa cilindrica ben equilibrata che compie, seguendo precise leggi che ne regolano la rotazione veloce attorno a vari assi, delle azioni del tutto particolari. Uno dei principi fondamentali di un giroscopio montato su supporto cardanico con tre assi di rotazione che lo lascia libero di ruotare in tutte le direzioni, è quello di mantenere sempre fisso il proprio orientamento qualunque sia la posizione nello spazio della base su cui il giroscopio stesso è appoggiato anche se essa varia da un momento all’altro. Si tratta di una proprietà normalmente utilizzata per la definizione della rotta degli aerei e dei mezzi nautici. Un altro impiego importante del dispositivo di cui si discute, basato sulle sue straordinarie doti di stabilità, è quello inerente l’attenuazione del rollio delle navi in caso di mare mosso. E’ infine noto come un giroscopio che ruoti attorno ad un piano leggermente inclinato rispetto alla verticale generi una spinta orizzontale orientata nel verso del movimento rotatorio. Quelli citati sono fenomeni provocati dalla rotazione veloce di masse perfettamente equilibrate rispetto all’asse di rotazione.


Si vuole ora esaminare un giroscopio assolutamente particolare in quanto dotato della possibilità di modificare il suo assetto tramite creazione di uno squilibrio, opportunamente regolato, delle sue masse rotanti. Il risultato che se ne vuole ritrarre è la trasformazione del moto circolare in moto rettilineo utilizzabile in molteplici applicazioni. Ad esempio se installato in un natante il nuovo giroscopio potrebbe sostituire sia l’elica che il timone consentendo di applicare al mezzo la spinta in avanti o di lato in una qualsivoglia direzione come pure di arrestare il natante con una spinta volta all’indietro.
Il propulsore in progetto è composto da due rotori concentrici, del tipo schematicamente rappresentato nella fig.1 allegata, e che girano in sincronia ma con sensi di rotazione opposti in modo che gli elementi rotanti costituiscano sempre delle coppie simmetriche rispetto all’asse principale del sistema.
Ogni rotore si compone di due parti distinte e cioè, in primo luogo, dalla piastra fissa di base la cui caratteristica fondamentale è quella di essere dotata di una grande apertura circolare entro la quale ruota il secondo elemento costituito da due masse l’una diametralmente opposta all’altra ed ambedue spinte da guide rotanti attorno all’asse del perno centrale cui sono fissate radialmente. Le masse sono libere di scorrere lungo le guide e pertanto, in virtù della forza centrifuga, tendono ad allontanarsi dal centro di rotazione portandosi a ridosso della apertura circolare della piastra di base sulla quale esercitano in continuazione una spinta radiale.
In definitiva sono presenti quattro masse (due per ogni rotore), le quali, considerando un regime di lavoro standard a velocità costante del motore che imprime il moto all’insieme, percorrono in ogni caso una traiettoria circolare definita dalla circonferenza della apertura citata. Pur girando ad una velocità che mantiene nel tempo il medesimo numero di giri per minuto, la velocità lineare periferica delle masse rimane costante solo allorché l’asse del rotore e quello del foro circolare della piastra sono coincidenti (vedi fig. 2). In questo caso, considerato che le due piastre sono intimamente collegate tra di loro in modo da costituire un blocco unico, risultano applicate al dispositivo quattro forze aventi tutte lo stesso valore e, due per due, con direzioni contrapposte per cui si elidono a vicenda (vedi fig. 2). La forza risultante finale è nulla ed il dispositivo non è, a tale regime detto di riposo, né più né meno che un normale giroscopio.


Quando invece il rotore viene spostato allontanandolo dall’asse principale della piastra di base, la velocità lineare delle masse varia continuamente con una corrispondente modificazione anche della spinta dovuta alla forza centrifuga. In pratica ognuna delle quattro masse, essendo libera di scorrere lungo le guide, ha, in quest’ultimo caso chiamato regime di lavoro, una velocità angolare costante ma un raggio di rotazione reale che varia continuamente. Ne consegue, come detto, una continua variazione nella spinta centrifuga.

 

 Ad esempio se il centro di rotazione viene spostato, facendo riferimento alle figure 2 e 3, verso l’alto, le forze che risultano applicate al dispositivo sono quelle schematicamente rappresentate nella fig. 3 ed esse, a loro volta scomposte nelle componenti parallele agli assi principali, indicano la presenza di quattro sforzi orizzontali che si elidono a vicenda essendo, a due a due, contrapposti e della medesima entità. Sussistono poi due forze verticali dirette verso il basso della figura che sono nettamente superiori alla coppia di forze che vi si oppongono cioè a quelle dirette verso l’alto. La risultante generale è una forza che varia da istante ad istante ma che è sempre diretta verso il basso della figura, nel mentre non sussistono forze aventi altre direzioni.
Per quanto riguarda le forze di reazione all’azione esercita dalla rotazione delle masse, si fa notare che, essendo queste ultime libere di scorrere lungo le guide, la reazione stessa non può essere che di tipo angolare e in ogni caso formata da coppie di spinte contrapposte che si annullano a vicenda.
In definitiva la risultante del moto rotatorio descritto è una forza avente direzione definita dalle modalità di spostamento dei rotori e che, se applicata al natante di cui all’esempio di prima, è in grado di imprimergli una spinta che è possibile orientare in tutte le direzioni. Se, ad esempio, lo spostamento avviene verso destra, il natante andrà a destra, se spostato all’indietro rispetto alla direzione di marcia, la spinta tende a frenare il veicolo. Si tratta di una spinta pulsante però, facendo ruotare i rotori ad alta velocità, gli impulsi risultano così ravvicinati da farla risultare, praticamente, continua. Sarà il veicolo, con la sua notevole massa, a far da volano regolarizzatore della spinta. Se necessario sarà sempre possibile migliorare ulteriormente i risultati aumentando il numero delle masse di ciascun rotore e cioè portandole da due a quattro oppure a otto od anche più.

Chi scrive queste note non ha una grande conoscenza delle leggi che vigono nel moto dei corpi nello spazio. E’ quindi possibile che le spinte generate dalle masse rotanti siano diverse da quelle indicate, che non siano, ad esempio, sempre in direzione radiale. Si può però affermare con certezza che tali spinte, comunque orientate, sono simmetriche rispetto all’asse principale e che, come già spiegato, il risultato finale registra delle componenti trasversali che si annullano a vicenda ed una forza risultante assolutamente diretta in un unico senso definibile a piacere, il che è quanto interessa ai fini da raggiungere.
Occorre a questo punto precisare che il rotore n. 2 prima descritto è solo una figura teorica citata allo scopo di rendere comprensibile le azioni in gioco. Nella realtà esso deve essere sdoppiato in due parti identiche e ciascuna con le masse ridotte ad una metà del valore prima considerato al fine di ottenere dei pesi esattamente equivalenti a quelli originari. I due minirotori, che vengono così a sostituire il rotore n. 2, devono essere installati con tutti gli assi di rotazione assolutamente coincidenti ma, al tempo stesso, ubicati l’uno al di sopra e l’altro al di sotto del rotore n.1 allo scopo di poter svolgere esattamente la funzione prima indicata ma, fiancheggiando da ambo i lati l’altro rotore, evitare anche che abbia a verificarsi la rotazione del dispositivo attorno ad un asse perpendicolare a quello principale come si verificherebbe nel caso i rotori fossero solo due e fossero posti l’uno sopra l’altro.
Anche se non espressamente indicato, è sottinteso che tutte le parti mobili del dispositivo sono munite degli accessori come cuscinetti a sfere, bronzine, impianto di lubrificazione ecc. ecc. atti a ridurre al minimo gli attriti.
Onde migliorare l’effetto giroscopico dell’insieme sarebbe bene che la rotazione fosse impressa da un motore elettrico avente l’asse coincidente con quello dei rotori. Motore e giroscopio così installati potrebbero essere contenuti in una cassa a tenuta ermetica entro la quale mantenere il vuoto al fine di ridurre l’effetto frenante dell’aria nei riguardi delle delle masse rotanti.
Il dispositivo propulsore in argomento potrebbe trovare numerose applicazioni potendo, potenzialmente, essere usato per imprimere velocità a tutti i veicoli a motore, e tutte le volte che si debba spostare una oggetto in una qualunque direzione. Dovendolo applicare alle automobili si possono prevedere almeno due distinte possibilità. Come propulsore unico il dispositivo sembrerebbe atto ad imprimere e mantenere la velocità ad un veicolo avente le ruote in folle cioè libere di girare attorno al proprio asse ed anche di orientarsi in una qualsiasi direzione: sarà il giroscopio che, letteralmente, trascinerà il veicolo nella direzione scelta dall’operatore mediante lo spostamento dei rotori. I vantaggi sono evidenti: ottima tenuta di strada sia in rettifilo che in curva, anche in presenza di pavimentazione sdrucciolevole, perché non più affidata, come accade attualmente, all’attrito fra gomma e pavimentazione, grande stabilità dovuta alla presenza del giroscopio, possibilità di effettuare spostamenti laterali per parcheggiare in aree poco più lunghe del veicolo, ecc. Il dispositivo potrebbe essere installato, in alternativa a quanto detto, quale sussidio al motore tradizionale per offrire alcuni dei vantaggi citati.

FIGURA 4 = VISTA SCHEMATICA DEL ROTORE

 

Come già spiegato la limitata conoscenza della teoria inerente il moto dei gravi da parte dell’autore pone una grossa remora sulla validità del tema fin qui svolto per cui si renderebbe necessaria una verifica teorica generale ed una simulazione delle varie funzioni tramite modello in scala ridotta. Si invitano pertanto i lettori a collaborare con la critica ai concetti esposti e con suggerimenti volti a migliorarne i contenuti. Ove esistesse la possibilità di costruzione del modello a modica spesa da parte di qualche dilettante appassionato di meccanica, l’autore potrebbe contribuirvi direttamente.

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