I motori compositi ricaricabili (reloadable motors) sono stati introdotti sul mercato hobbistico nel 1990 da parte di Industrial Solid Propulsion (ISP) la società proprietaria allora del marchio Aerotech. Un motore ricaricabile è un motore progettato per essere riutilizzato più volte inserendo nuovo combustibile e sostituendo altre parti a perdere. Consiste in un contenitore (detto "case") fatto in una una speciale lega di alluminio anodizzato, e due chiusure filettate, una per tenere l'ugello e l'altra per tenere il delay o per sigillare il motore. Normalmente queste due chiusure sono filettate e si avvitano nel case, ma alcuni fabbricanti usano degli anelli di bloccaggio (rondelle elastiche tipo "seeger"). Le ricariche sono composte da uno o più blocchi di combustibile, alcune parti in cartone, delle guarnizioni (O-rings), il delay e l'ugello. Tutte queste parti si gettano dopo l'uso.

Rispetto ai motori single-use (usa-e-getta), i motori ricaricabili offrono un risparmio notevole già a partire dal quinto o sesto lancio a parità di prestazioni. Inoltre il costo dei motori single use cresce esponenzialmente al crescere della loro potenza, sia a causa del combustibile più costoso, sia per una produzione molto meno numerosa dei motori tradizionali, sia per l'elevato costo del contenitore (case) che è di resina fenolica, fibra di vetro o metallo nei motori più grossi.

I motori ricaricabili sono estremamente sicuri grazie al fatto che non è necessario mescolare alcun tipo di materiale pericoloso perchè il combustibile è di tipo inerte, già pronto, si maneggia con facilità e non soffre di problemi meccanici. Un blocco di combustibile composito lasciato cadere anche da grandi altezze non fa altro che rimbalzare per terra senza danneggiarsi, mentre il combustibile tradizionale si spezzerebbe o come minimo si creerebbero pericolose fessure al suo interno.

Nelle descrizioni successive faremo riferimento ai motori Aerotech (ora RCS/Aerotech) perchè sono i più utilizzati e il modo in cui sono realizzati e vengono assemblati è molto utile per comprendere il funzionamento di tutti i ricaricabili in generale.

RCS/Aerotech è l'unica azienda che produce motori compositi a partire dalla classe D, sia single-use che ricaricabili. La sua produzione è divisa in due linee, incompatibili tra loro come case e tipo di ricarica: una linea detta "consumer" composta da motori che vanno dalla classe D alla G, ed una linea detta "High Power Rocketry" (che abbreviamo in seguito con HPR) composta da motori che vanno dalla classe F alla classe N. Sebbene i motori F e G non siamo classificati "High Power", in questa linea di prodotti sono ugualmente presenti alcune ricariche appartenenti a queste classi che utilizzano case compatibili con i più grandi e sono assemblati nello stesso modo. Si tratta di ricariche di impulso totale piuttosto basso, da utilizzarsi con motori RMS-29/60 e RMS-29/100 che stanno andando in disuso perchè di caratteristiche inferiori alle corrispondenti della linea Hobby.

Altre aziende (CTI, AMW) concentrano la loro produzione solo sui motori HPR preferibilmente delle classi più elevate. Il motivo è sia di tipo commerciale, perchè in una produzione limitata è poco economico produrre piccoli motori di basso costo, sia pratico perchè i piccoli motori sono più complessi da realizzare rispetto ai grandi.

Aerotech produce cinque tipi di combustibile, ognuno con caratteristiche diverse per effetti visivi, spinta e tempo di combustione:

Black Jack (abbreviato J): è il combustibile col più basso impulso specifico. Fornisce spinte medie basse e durate alte, e produce un denso fumo nero e nessuna fiamma visibile. E' adatto per modelli non pesanti e di diametro relativamente piccolo. Esiste anche il combustibile Black Max (abbreviato FJ) di caratteristiche simili, con un fumo meno denso ed una spinta iniziale un po' più alta del White Lightning.

White Lightning (abbreviato W): è il combustibile adatto per la maggior parte delle applicazioni. Fornisce spinte e durate di valore medio, con fiamma giallo arancio molto luminosa e molto fumo bianco.

Blue Thunder (abbreviato T): è il combustibile col più alto impulso specifico. Fornisce una potente spinta di breve durata. La fiamma è azzurro-violetta ed il fumo è quasi assente. E' il più adatto per modelli pesanti.

Redline (abbreviato R): Ha caratteristiche di spinta e durata intermedie tra il White Lightning e il Blue Thunder, con una fiamma rosso porpora molto luminosa e poco fumo.
Warp-9 (abbreviato N): E' il più recente di Aerotech. Produce una spinta molto alta ed una durata estremamente breve.

La linea consumer è detta così perchè comprende i motori di dimensioni più piccole, acquistabili senza certificazioni e quindi fino alla classe G.

Esistono tre diametri di motori ricaricabili consumer: 18mm, 24mm e 29mm. Le dimensioni dei 18mm e dei 24mm sono esattamente le stesse dei motori ad uso singolo a combustibile tradizionale, pertanto questi motori possono essere usati nei modelli fatti per quelli senza alcuna modifica.

I motori ricaricabili sono così composti:

Il case è l'involucro del motore vero e proprio.

La chiusura anteriore (forward closure - abbreviato: fwd closure) contiene il delay e la carica di espulsione.

La chiusura posteriore (after closure - abbreviato: aft closure) è più grande del case. Quando il motore viene inserito nel suo supporto, questa flangia batte contro il supporto stesso ed impedisce al motore di spostarsi in avanti durante il funzionamento.

In questi motori la chiusura posteriore presenta due fresature opposte che servono per l'appoggio del fermo motore. Questi motori infatti sono utilizzati nei kit della stessa Aerotech dove vengono bloccati con una linguetta in acciao (vedi Supporto Motore) simile a quelle usate nei piccoli modelli, ma di maggiori dimensioni.

I motori ricaricabili sono definiti da due numeri, per esempio 18/20. Il primo numero indica il diametro in millimetri, il secondo numero indica l'impulso totale che quel motore può ospitare.

I motori quindi vengono chiamati:

RMS-18/20 - 18mm di diametro e impulso totale massimo di 20 Ns
RMS-24/40 - 24 mm di diametro e impulso totale di massimo 40 Ns (in realtà questo motore ospita ricarche con impulso totale fino a 50 Ns)
RMS-29/40-120 - 29mm di diametro ed impulso totale compreso tra 40 Ns e 120Ns

Dimensioni

Come nei motori compositi single-use le ricariche sono identificate da una sigla composta da una lettera, un numero, ed un'altra lettera, seguiti dal valore del ritardo.

Per esempio un ricarica E18W-7 significa che il motore sarà di classe E, con una spinta media di 18 Newton e con combustibile tipo White Lightning (W), ed un delay di 7 secondi. Da notare che un E18 sarà sempre composto da combustibile W, non esistono E18J o E18T.

Le ricariche sono composte da un solo blocco di combustibile (a parte le eccezioni riportate nella tabella sottostante) di lunghezze differenti. La potenza della ricarica è in proporzione alla lunghezza del blocco di combustibile e al tipo del combustibile usato. I combustibili utilizzati per i motori ricaricabili consumer al momento sono il Black Jack, il White Lightning, il Blue Thunder ed il Redline.

Per esempio, le ricariche di classe E adatte al motore RMS 24/40 (24mm) sono lunghe 44mm. Se una ricarica come questa è realizzata con combustibile Black Jack si ottiene un motore E11, se realizzata con combustibile White Lightning si otterrà un E18 e se realizzata con combustibile Blue Thunder il risultato sarà un E28.

La tabella qui sotto riassume i tipi di ricarica in funzione del combustibile

(*) Nel caso del G33J, del G64W e del G71R la ricarica è composta da due blocchi per una lunghezza complessiva di 105mm

Nella tabella alcune ricariche sono mancanti. Per esempio non esiste alcuna ricarica lunga 20 mm con combustibile Black Jack (J) per il motore 24/40 perchè avrebbe una potenza molto esigua, poco conveniente per un motore di questo tipo. Per lo stesso motivo mancano una ricarica Black Jack per il motore 18/20, ed una Black Jack lunga 34 mm per il motore 29/40-120. La ricarica Blue Thunder lunga 105 mm per il motore 29/40-120 manca perchè la spinta che si otterrebbe sarebbe superiore ad 80 N, limite imposto dalle leggi USA per i motori di uso libero.

Tutte le ricariche che utilizzano lo stesso combustibile hanno la stessa durata di combustione - con qualche tolleranza - pur avendo spinte diverse. Per esempio una ricarica E11J (combustibile Black Jack) avrà circa la stessa durata di una F12J, entrambe per motori da 24 mm, ma anche la stessa durata di una F22J e di una G33J che sono per motori da 29 mm. Lo stesso vale per le ricariche W (White Lightning), T (Blue Thunder) e R (Redline).

Si nota subito che un motore composito ricaricabile delle stesse dimensioni di un motore C6 a combustibile tradizionale (18 x 70 mm) è in realtà un D13 o addirittura un D24, ed un motore delle dimensioni di un D12 a combustibile tradizionale può arrivare ad essere addirittura un F39.

Per compensare le diverse lunghezze delle ricariche, nei kit di ricarica sono contenuti tubi distanziatori che tengono al suo posto il blocco di combustibile, in modo che con lo stesso motore si possano utilizzare molte ricariche completamente diverse tra loro. La flessibilità è evidente: un motore ricaricabile da 24 mm può usare ricariche dalla D alla F!

Tabella ricariche Aerotech Hobby Line

Aerotech produce anche una linea di motori ricaricabili specifici per gli alianti RC . Sono motori tipo "end burner", quindi a lunga durata e bassa spinta.
I case di questi motori sono di due tipi, RMS-24/20-40RC da 24 mm ed RMS-32/60-100RC da 32 mm.
Le ricariche sono contraddistinte anche dalle lettere RC ad indicare che sono adatte per modelli radiocomandati e non hanno delay.

Geometria - Tutte le ricariche consumer hanno una geometria del combustibile detta C-slot, o anche Moonburner che prevede una fresatura laterale che raggiunge il centro del blocco di combustibile. Il nome deriva dal fatto che la sezione del combustibile assomiglia ad una lettera C o ad una mezzaluna.

C-slot in sezione	Blocco con geometria C-slot

Il funzionamento di questi motori è identico a quello dei motori ad uso singolo, ma essendo ricaricabili vale la pena descrivere lo scopo di ciascuna parte che li compone. Ogni ricarica, oltre al combustibile, contiene un certo numero di altre parti che vengono gettate dopo l'uso e si vedono nella immagine qui sotto.

Ugello: è un elemento fondamentale. Ha la funzione di accelerare i gas e produrre la spinta. L'ugello è realizzato in materiale plastico fenolico caricato e sopporta una sola accensione e non di più in quanto durante il funzionamento si consuma leggermente e cambia geometria. Ogni ricarica ha il suo ugello, diverso per diametro e forma. Gli ugelli non sono intercambiabili.

O-ring posteriore: questa guarnizione impedisce che i gas della combustione passino tra la parete del motore e l'ugello, e sfuggano attorno ad esso invece che attraverso di esso.

Liner del combustibile: è un tubo di cartone nel quale si inserisce il blocco di combustibile. Serve soprattutto per isolare l'involucro del motore (il case) durante la combustione. Il liner si carbonizza parzialmente ed impedisce che l'involucro del motore si surriscaldi e possa rovinarsi.

Spaziatore del combustibile: è presente solo nelle ricariche che non riempiono completamente il motore (per es. le ricariche D ed E di un motore RMS 24/40, oppure le F di un motore RMS 29/40-120). Serve per tenere al suo posto il blocco di combustibile.

Isolatore: è una rondella in fibra che serve come appoggio degli O-ring. Durante la combustione si distrugge quasi completamente ma il suo bordo continua a servire da appoggio.

O-ring anteriore: come quello posto all'ugello, questo O-ring serve per impedire che i gas sfuggano attraverso la chiusura anteriore.

Liner del delay: come il liner del combustibile, questo liner protegge il motore dalla combustione del blocchetto del delay.

Spaziatore del delay (non raffigurato): i delay hanno lunghezze diverse secondo la loro durata. Questo spaziatore serve per tenere al suo posto i delay più corti. Può essere assente nel caso dei delay lunghi.

O-ring del delay: i gas della combustione sono spinti tra il delay e la parete della chiusura anteriore dalla grande pressione. Questa guarnizione impedisce che raggiungano la faccia superiore del delay e la carica di espulsione.

I motori ricaricabili High Power (HPR) hanno rappresentato una vera rivoluzione nel campo dell'hobby perchè hanno permesso una reale diffusione del loro uso ed una grande semplificazione dei problemi inerenti al trasposrto e alla distribuzione.

I case dei motori High Power sono composti dagli stessi elementi di quelli non high-power, ovvero il case vero e proprio, la chiusura anteriore e la chiusura posteriore, ma nè le parti nè le ricariche sono intercambiabili con essi. I diametri di questi motori vanno dai 29mm ai 98 mm, e per ogni diametro esistono lunghezze diverse. Le ricariche dei motori HPR infatti riempiono sempre completamente il motore, non esistono ricariche più corte come nel caso dei motori non-HPR.

I case (solo i case, non le ricariche) dei motori HPR sono prodotti da Aerotech ma anche dalle aziende Dr.Rocket e RouseTech. Quest'ultima li commercializza col nome "Monster Motors". Le tre marche sono perfettamente identiche e totalmente intercambiabili.

I motori Aerotech sono anodizzati in nero e portano una etichetta metallica che descrive il tipo, i motori Dr. Rocket sono anodizzati in rosso-porpora e portano le indicazoni incise sul metallo del case. I Monster Motors sono anodizzati in giallo (fino ai 29 mm) e in blu (dimensioni superiori).

Motori Dr Rocket RMS-29/180 e RMS-29/240

I motori ricaricabili HPR usano lo stesso codice di identificazione visto sopra. Quindi un motore RMS 29/240, per esempio, sarà un motore da 29mm che utilizza ricariche di un massimo di 240 Ns di impulso totale.

In questa tabella sono riassunti tutti i tipi di motori ricaricabili HPR prodotti da RCS/Aerotech, Dr. Rocket o RouseTech. La sigla è la stessa per tutte le marche.

I motori RMS-29/60, RMS-29/100, RMS-29/120 ed RMS-38/120 ospitano ricariche F e/o G e quindi non HPR

Seal disc - Quando un motore si accende i gas si sviluppano dapprima dalla parte alta del combustibile e tendono a riempire tutto lo spazio disponibile seguendo il cammino di minore resistenza. L'aria contenuta all'interno dei blocchi di combustibile ancora non accesi e deve venire espulsa dall'ugello e maggiore è la dimensione del motore, maggiore è la resistenza offerta da quest'aria per essere spinta fuori.

Nei quattro motori più lunghi da 38mm e nei due più lunghi da 29mm la resistenza causata da quest'aria spinge i gas caldi a prendere la direzione sbagliata per un breve periodo di tempo, andando verso l'alto invece che verso l'ugello. In questo caso gas possono sfuggire tra il distanziatore superiore e la cima del liner (dove non ci sono O-rings) ed iniziare a pressurizzare l'area tra il case e il liner stesso. Il flusso di gas caldi in questa posizione può rovinare o gonfiare il case.

La soluzione a questo problema è il seal disc anteriore. Questo disco di alluminio viene usato al posto dell'isolatore anteriore in fibra. Ha un solco attorno alla circonferenza nel quale si inserisce un O-ring e si monta sulla cima del liner che in questi motori è in plastica fenolica. In questo modo i gas caldi non possono uscire dal di sopra.
Questo seal disc è necessario nei motori RMS-29/240 (solo con ricariche H220T), RMS-29/360, RMS-38/480, RMS-38/600, RMS-38/720, RMS-38/1080. Il seal disc viene fornito incluso con questi motori, e gli O-ring da utilizzarsi con esso sono inclusi nelle ricariche che li richiedono.

Le ricariche HPR Aerotech sono composte dagli elementi che abbiamo già descritto, ovvero l'ugello, gli O-ring, i liners, il delay ma sono del tutto differenti dalle ricariche non-HPR.

Una ricarica HPR è composta da un certo numero di blocchi di combustibile (da uno a nove), e dalle altre parti già descritte ovvero ugello, liners, o-rings, delay, etc. che si gettano tutte dopo l'uso.
A parità di diametro, i blocchi di combustibile sono di dimensioni identiche per tutte le ricariche e per ogni tipo di combustibile, quindi le diverse potenze delle ricariche vengono ottenute semplicemente utilizzando un numero diverso di blocchi dei diversi propellenti.

Per questa ragione le ricariche sono di lunghezza variabile e sempre multipla di un blocco, e quindi anche i motori devono essere di lunghezza diversa. Queste ricariche utilizzano tutti i tipi di combustibile disponibili.

La tabella qui sotto mostra come il numero di blocchi e la loro costituzione determini il tipo di ricarica:

Le ricariche mancanti non vengono prodotte perchè sarebbero in sovrapposizione con altre o per motivi tecnici, economici o legali.

Tabella completa delle ricariche RCS/Aerotech (.pdf)

Geometria del combustibile
Due geometrie adatte per i motori compositi sono quella detta "C-slot", già descritta, oppure quella a foro centrale (core burning).

C-slot	Core burning

La geometria C-slot ha un rapporto peso combustibile/spinta relativamente basso, ma fornisce una curva di spinta adatta per i modelli ed è di facile produzione. Per questo viene utilizzata nei motori compositi di dimensioni minori, fino alla classe G. Esistono anche motori HPR che la utilizzano per produrre durate di combustione molto elevate (vedi oltre).

La geometria a foro centrale produce una spinta progressiva, che parte da valori bassi e termina con valori alti a causa del continuo aumento della superficie di combustione. Questa curva di spinta non è l'ideale per i nostri modelli per i quali è necessaria una spinta elevata e relativamente costante nel tempo.

La soluzione è la geometria detta BATES (BAllistic evaluation TESt motor) Il combustibile che utilizza questa geometria presenta un foro cilindrico nel centro del blocco ma è suddiviso in blocchi. Il combustibile brucia sia sulla superficie del foro centrale, sia su entrambe le estremità di ciascun blocco. In questo modo mentre aumenta la superficie di combustione del foro centrale, diminuisce la superficie alle estremità e la lunghezza del blocco e si ottiene una spinta alta e relativamente costante.

Configurazione BATES a tre blocchi

La stessa in sezione prima dell'accensione

La combustione inizia dal centro ma si propaga alle estremità di ogni blocco

La superficie aumenta al centro ma diminuisce alle estremità

Al termine della combustione la superficie non è molto diversa rispetto all'inizio

Le ricariche da 54 mm a lunga durata J90, J180, J135 e K185 hanno un solo blocco di combustibile con geometria C-slot, con una fresatura rettangolare su un lato del blocco di combustibile, e rappresentano quindi una eccezione.

Dato che il combustibile è solo su un lato della fresatura la pressione cresce più lentamente rispetto a quanto avviene nei motori con geometria BATES. Queste ricariche quindi forniscono spinte relativamente basse ma durate eccezionalmente lunghe (oltre 8 secondi).

Il delay è un piccolo cilindro di materiale simile al combustibile stesso che non produce alcuna spinta e brucia lentamente generando solo fumo, utile per seguire il volo del modello. Quando il motore si accende il delay comincia a bruciare dal fondo verso l'alto e quando la fiamma ha raggiunto la cima accende la carica di espulsione attraverso un forellino. Il delay non si consuma a velocità costante ma brucia più velocemente durante il funzionamento del motore rispetto a quando il combustibile si è esaurito.

Nei motori ricaricabili HPR i delay possono essere acquistati anche a parte per poterli sostituire nel caso servano tempi diversi, senza che sia necessario acquistare una intera nuova ricarica. Il valore dei delay di questi motori è espresso con una lettera che indica un valore di tempo approssimativo, secondo il seguente schema:

A causa dei tempi di combustione diversi per ognuno dei quattro tipi di combustibile ogni delay avrà una durata diversa a seconda del combustibile al quale è abbinato. Questo è molto importante perchè, per esempio, un delay che dura 6 sec. con un combustibile Blue Thunder sarà molto più breve con un combustibile White Lightning che ha una durata di combustione doppia, e sarà addirittura più breve della durata di combustione di un combustibile Black Jack.

Per questo motivo è molto importante seguire le indicazioni del fabbricante quando si sostituiscono i delay in quanto non sono tutti intercambiabili. In linea di massima un delay definibile M (circa 10 sec.) con una ricarica White Lightning sarà di tipo S per una ricarica Black Jack e di tipo L per una ricarica Blue Thunder. La relazione però non è sempre così regolare.

Tabella e cross-reference dei delay High Power (.pdf)

I motori ricaricabili non sono complessi da assemblare, ma richiedono un minimo di attenzione e di esperienza. Sono motori collaudatissimi che funzionano sempre perfettamente a patto che siano assemblati correttamente. Quando un motore ricaricabile ha un malfunzionamento si può essere certi che la colpa è esclusivamente di chi lo ha montato. Di seguito elenchiamo alcuni consigli utili per operare con successo.

Per l'assemblaggio dei motori ricaricabili di qualunque dimensione è bene seguire sempre le istruzioni. Non importa quante volte lo abbiate fatto, i motori sono diversi tra loro ed è facilissimo confondere per es. il diametro degli O-ring, montandoli nelle posizioni sbagliate.

Fate molta attenzione ai pezzi contenuti in ogni kit di ricarica. Se dopo aver caricato un motore avanza qualche pezzo è segno che avete fatto qualcosa di sbagliato. Smontate il motore e ricontrollate tutto l'assemblaggio.

Se dovete smontare il motore per ricontrollare, fate moltissima attenzione a non muovere il delay. Se il delay si sposta anche di pochissimo dalla sua sede, e la carica di espulsione è già stata inserita, qualche granello di polvere può infilarsi sotto l'O-ring del delay ed impedire che questo sigilli ermeticamente. Il risultato sarà che i gas della combustione prenderanno al via sbagliata distruggendo o rovinando irreparabilmente il motore.

Gli O-ring vanno sempre ingrassati. Fatelo come prima cosa. Non serve mettere molto grasso, solo quello che basta per renderli lucidi. Un eccesso di grasso sugli O-rings o in altre parti del motore può impedire la corretta accensione del delay, oppure ostruire il foro della carica di espulsione che non si accenderà. Sul sito web di Aerotech sono presenti dei filmati che mostrano le fasi di montaggio di un ricaricabile.

Il grasso ideale è quello al silicone o la vaselina. Si può utilizzare anche del grasso al teflon, ma di solito tende ad essere troppo "secco".

Controllate sempre che gli O-rings siano integri e pulitissimi. Un capello o un granello di terra o di polvere appicicati ad un O-ring li rendono inefficaci per sigillare, provocando malfunzionamenti e danni al motore e al modello.

Bisogna prestare la massima attenzione a non sporcare di grasso le superfici del delay. Nel caso la superficie inferiore sia sporca il delay potrebbe non accendersi, o accendersi parzialmente e durare un tempo diverso dal previsto. Nel caso la superficie superiore sia sporca il delay potrebbe non trasmettere l'accensione alla carica di espulsione.

Se qualcosa non funziona non attribuite la causa al motore o al fabbricante. Se un motore ricaricabile è assemblato nel modo giusto è impossibile che non funzioni. Avrete sicuramente fatto qualcosa di sbagliato, dimenticato qualche pezzo o operato in modo tale che i componenti della ricarica non svolgono il loro compito come previsto. Non preoccupatevi. Esaminate il problema e prendete nota per la volta successiva. I motori ricaricabili sono fatti in modo che qualunque malfunzionamento possa capitare non è mai pericoloso per le persone.