Jak zbudować własny szybowiec - rozmowa z konstruktorem amatorem

O budowie amatorskiego szybowca Axel, zastosowanych w nim rozwiązaniach, kosztach i wyzwaniach związanych z tym przedsięwzięciem, a także pasji do lotnictwa, z konstruktorem amatorem, Zenonem Pietruszką, rozmawia Marcin Ziółek.

Zenon Pietruszka: (ur.1948), absolwent technikum mechaniczno-elektrycznego w Rzeszowie, właściciel firmy „FUN SURFING” produkującej wyroby z kompozytów na bazie włókien szklanych, węglowych i aramidowych, miłośnik lotnictwa i żeglarstwa.

Marcin Ziółek: Bez wykształcenia lotniczego, ale za to z wielką pasją i zadziwiającym zmysłem technicznym udało się Panu skonstruować amatorski szybowiec Axel. Kilka jego egzemplarzy już lata na polskim niebie i właśnie powstaje wersja rozwojowa. Jak to się wszystko zaczęło?

Zenon Pietruszka: Nie mam lotniczego wykształcenia, ale ukończyłem inną gałąź transportu - mechanikę. Obliczenia, statystyka, wytrzymałość są wszędzie jednakowe, czy też w lotnictwie czy w innych branżach.

Zaczęło się od tego, że konstruktor Grzegorz Peszke z Krosna przygotowywał szybowiec na zawody Red Bulla, a ja mu w tym pomagałem. Był to statek powietrzny zrobiony ze styropianu, trochę ze styroduru, oczywiście laminat, ale epoksydowy. Zrobił taki szybowiec, który nazywał się „Żona Red Bulla”, a jego zadaniem było pokonać jak największy dystans startując z platformy na wysokości 6 metrów. Takie były założenia konkursu, że nagrodę zdobędzie ten kto najdalej przeleci, a punkty się otrzymywało za przelot i wrażenia estetyczne. Okazało się jednak, że ten szybowiec przeleciał niezłą odległość, ale w trakcie konkursu organizatorzy zmienili warunki rywalizacji i pierwsze miejsce zdobył ktoś inny. Peszke jednak otrzymał nagrodę za najdłuższy przelot.


I to właśnie ta konstrukcja tak mnie zaraziła lotnictwem. Pomimo, że była zrobiona tylko na Red Bulla, to jednak była wykonana na tyle solidnie i w sposób przemyślany, że dało się nią potem latać. Musiałem tylko zainstalować jeszcze lotki i wzmocnić dźwigary. Szybowiec był wersją jednoosobową, ważył jedynie około 50 kg i lataliśmy nim holując się za samochodem. Udało mi się nawet wykonać loty na termikę, pomimo, że był prosty i o małej wytrzymałości. Ograniczało go, że nie mógł przekroczyć 9 czy 10 metrów rozpiętości. Powierzchnię miał też około 9 metrów, a parametry niewyczynowe. Na bazie tego szybowca zaprojektowałem ultralekkiego Axela.

Oczywiście zastosowałem w nim większe wydłużenie i trochę inne parametry, ale dalej to była prosta konstrukcja. Latały na nim osoby, które nie miały wcześniej do czynienia z szybowcami, tylko paralotniami i pomimo tego nie sprawiło im to problemów. Też się w ten sposób nauczyłem latać.

Grzegorz Peszke powiedział mi czego mniej więcej się trzymać podczas prac rozwojowych i co ważne, dał mi wskazówki, jak policzyć konstrukcję. Natomiast już dla następnych egzemplarzy, którymi mieli latać inni, obliczenia wykonywali fachowcy. Tam też wykonywałem program prób statycznych. Łącznie wykonałem już trzy latające egzemplarze, a dwa kolejne powstają równolegle.

Ostania wersja jest wykonywana z większym wydłużeniem. Poprzednia miała wydłużenie 13,7, a nowa 22. Wydłużenie to jest parametr, który charakteryzuje smukłość skrzydła, co ma przełożenie na doskonałość ok 27. Nowa wersja ma już mieć nieco ponad 30.


MZ: Co było najtrudniejsze na etapie jego projektowania czy też prac rozwojowych?

ZP: Jak się coś chce zrobić, to nie ma trudności i przeszkód, a jedyną przeszkodą może być czas. Problemów nie było żadnych i ze wszystkim radziłem sobie sam, może dlatego, że laminatami bawiłem się już od dawna. Znam je i wiem co można z nich zrobić i jak to zrobić. Nie miałem problemów technicznych, a obliczenia miałem wykonane przez specjalistów, więc oparłem się na tych obliczeniach i całość wygląda tak jak powinna.

MZ: Proszę opisać sam proces technologiczny...

ZP: Aby wykonać  foremniki odzwierciedlające kształt, to trzeba było najpierw zrobić model szybowca w skali 1:1. Obojętne z czego, a mój akurat był wykonany ze styropianu i pokryty tkaniną szklaną oraz żywicami. Potem następowało szpachlowanie, malowanie, polerowanie, żeby powierzchnia była gładka i ładnie błyszczała. W foremnikach kładzie się pistoletem farbę, żeby utworzyć warstwę zewnętrzną, a potem warstwy tkaniny przesyconej żywicą, warstwę usztywniającą, czyli wypełniacz, który może być z pianki (hereksu), albo tzw. wypełniacz ulowy. Potem znowu warstwa tkaniny, dzięki czemu uzyskujemy konstrukcję przestrzenną, zarazem lekką i sztywną. Oczywiście, w skrzydło musi iść dźwigar oraz dźwigar pomocniczy, czyli elementy nośne.


MZ: Dla laika budowa takiego statku powietrznego może rysować się nader skomplikowanie…

ZP: Jest tak na pozór, ale dla kogoś kto się nie zna tematu. Natomiast tak naprawdę nie jest to takie skomplikowane, ale pracochłonne. Najwięcej czasu zajmuje wykończenie i zamontowanie wszystkich układów sterowania, zawiasów lotek, hamulców aerodynamicznych i wszystkich napędów. Same skorupy nawet w miarę szybko się produkuje, bo w ciągu jednego dnia można położyć jedną warstwę w skrzydle. Jednak farba musi wyschnąć i dopiero potem kładzie się już pierwszą warstwę, a następną przeważnie na następny dzień. W miejscach gdzie będą lotki czy klapy trzeba zrobić podcienia struktury, żeby się dało tam po prostu to przeciąć. To są takie szczegóły techniczne.

Oczywiście nie da się uniknąć pewnych błędów konstrukcyjnych, (zwłaszcza na etapie budowy prototypu), co wykazały próby statyczne.

MZ: Ile czasu zajęło Panu zbudowanie jednego w pełni lotnego egzemplarza?

ZP: Orientacyjnie, to około roku czasu. Jak się nie robi w życiu nic innego. Mówię oczywiście o tych pierwszych egzemplarzach, bo one były mniej skomplikowane. Skrzydła miały prostokątne, a końcówki trapezowe, dzięki czemu to wszystko było prostsze. Natomiast nowa wersja ma już skrzydła o obrysie eliptycznym i lotki. Profil skrzydła jest już zmienny. Nawet dopasowanie dźwigara jest w tym wypadku skomplikowane bo jeżeli skrzydło jest prostokątne, to dźwigar jest prostokątny i nie ma zmiennej grubości, a zmienna jest tylko ilość włókien. W szybowcu Axel II, skrzydło ma obrys eliptyczny i obrys dźwigara też jest eliptyczny. Wyznaczenie kształtu tego dźwigara, wykonanie formy pod dźwigar jest bardzo pracochłonne.


W wersji Axel II ma być linkowy układ napędu w skrzydłach, natomiast w kadłubie doprowadzenie napędu do skrzydeł oraz steru wysokości będzie się odbywało przy pomocy popychaczy. Popychacze wymagają jednak punktów podparcia, przegubów itp., bo nie mogą być jednym prostym elementem, a musza się załamywać i łączyć, mieć wspornik i to trochę komplikuje pracę. To wszystko powoduje, że całość prac może zająć nawet półtora roku.

MZ: Oblot wykonywał Pan samodzielnie czy też korzystał z pomocy bardziej doświadczonych pilotów?

ZP: Samodzielnie, bo już na tyle umiałem latać, że sam sobie z tym poradziłem. Loty miały miejsce na lotnisku w Krośnie, a wcześniej na lądowisku Targowiska. Teraz latamy z kolei z lądowiska w Starej Wsi.


MZ: Budowa własnego statku powietrznego wiąże się również ze ścisłym nadzorem prowadzonym przez Urząd Lotnictwa Cywilnego. Jakie są Pana doświadczenia w tym zakresie?

ZP: Szybowiec jest zgłoszony w ULC i muszę prowadzić książkę jego budowy. Co jakiś czas inspektorzy przyjeżdżają bo ważne jest, żeby elementy, które trzeba zamknąć, np. skrzydła, sprawdzili osobiście. Potem do wnętrza skrzydła nie ma już dostępu, a oni muszą podpisać, że ten etap jest zakończony i skrzydło można ”zamykać”.

Wymagania związane z nowymi przepisami się trochę zmieniły. Natomiast teraz jest taka możliwość, żeby szybowiec ultralekki, który nie przekracza 70 kg, nie musiał być budowany pod nadzorem ULC, a mógł być jedynie zgłoszony jako Urządzenie Latające UL-70. Jeżeli nie przekroczy tej masy to otrzymuje znaki rejestracyjne i można nim latać na własne ryzyko. Pierwszy szybowiec ważył poniżej 60 kg, ale potem zamontowałem w nim silnik spalinowy, który był zamontowany w kadłubie, a napęd był transmitowany paskiem zębatym.


MZ: Jak wypadło porównanie napędu spalinowego i elektrycznego, który zastosował Pan w kolejnym etapie?

ZP: Parametry były podobne, bo to były podobnej mocy silniki, z tym, że wiadomo, że ograniczeniem jest pojemność baterii i ich masa. Ta jednostka może pracować od 5 do 7 minut, co pozwala na wyniesienie na kilkaset metrów w zależności od warunków. A jak się podczas lotu złapie się termikę, to można latać dużo dłużej. Te akumulatorki ważą 15-17 kg natomiast sam silnik niewiele, bo zaledwie 1,5 kg.



MZ: Coraz częściej słychać głosy, że napęd elektryczny jest przyszłością lotnictwa. Zgodzi się Pan z tą tezą?

ZP: Tak będzie, jeżeli zostaną opracowane bardziej pojemne akumulatory. W tej chwili budowane są samoloty z napędem elektrycznym, jednak faktycznie krótkotrwałość lotu na baterii ogranicza ich rozwój.

Spalinowy silnik w Axelu posiada zbiornik pięciolitrowy, więc można na nim latać przez godzinę. Gdyby na elektrycznym tyle się dało to z pewnością zwiększyłoby jego popularność. Ze spalinową wersją wiążą się pewne problemy, bowiem jest to silnik dwusuwowy, który pluje tym olejem i mieszanką. Po każdym locie, statecznik szybowca jest oblepiony olejem. No i do tego dochodzi huk i drgania. To jest silnik, który ma 9 tys. obrotów i te drgania są mocno destrukcyjne dla sprężyn lub złączników. Może gdyby to była jednostka typowo lotnicza, to byłoby inaczej, ale jest to silnik od pilarki Husqvarna dostosowany do lotniczych zastosowań przez szwedzką firmę.

Z kolei przy elektrycznej jednostce istotna jest pewność, że jak się ją włączy to ona odpali. Miałem wiele problemów z tym, że spalinowy odpalał, ale nie chciał się wysunąć, bo cały napęd jest sterowany elektrycznie przy pomocy krańcowych wyłączników. I te wyłączniki wskutek drgań rozsypywały się mechanicznie.


MZ: Zaletą elektrycznej jednostki napędowej jest też mniejszy poziom hałasu…

ZP: Ten silnik nie jest idealnie cichy, bo jest bezszczotkowy, ale jest skonstruowany tak, aby był jak najlżejszy. Można by było przerobić na cichą wersję, ale nie miałby obecnej mocy. Poza tym nie silnik tak bardzo słychać, a śmigło, które dużo bardziej hałasuje. 

MZ: Jak wypadają parametry Axela jeśli chodzi o bezpieczeństwo?

ZP: Profil, który mi polecił Grzegorz Peszke, jest bardzo bezpieczny. Axel nie ma tendencji do wpadania w korkociąg. Można go przeciągnąć zaciągając drążek, ale jak wytraci prędkość to pochyli się na dziób i zanurkuje. Z kolei jak nabierze prędkości to bardzo łatwo zaciągnąć drążek i wyprowadzić do lotu poziomego. Profil tego szybowca został trochę zmodyfikowany przez Prof. Krzysztofa Kubryńskiego, fachowca od aerodynamiki, który dostosował jego parametry do naszych potrzeb. Jeżeli chodzi o bezpieczeństwo w locie to duże znaczenie ma mała prędkość przeciągnięcia oraz niska prędkość maksymalna. Dodatkowo delikatna struktura przekładkowa szybowca w przeciwieństwie do innych, ciężkich szybowców ma zupełnie inne cechy w przypadku zniszczenia (np. awaryjnego lądowania).

MZ: Czy można na nim kręcić pełną akrobację?

ZP: Axel II jest budowany według norm takich samych jak zwykłe szybowce, więc z punktu widzenia wytrzymałości konstrukcji nic nie stoi na przeszkodzie, aby wykonywać akrobację w takim samym zakresie jak np. na PW-5.


MZ: Ciekawostką mogą być również szczegóły pierwszego w historii polskiego lotnictwa przypadku wykorzystania balonu do holowania szybowca. Start grawitacyjny miał miejsce w kwietniu 2011 r…

ZP: Darek  Lewek startował spod balonu, który wytransportował go wraz z szybowcem na wysokość około 700m. Taki rodzaj startu nie ma znaczenia praktycznego, bo jest bardzo trudny ze względu na logistykę, ale jest to na pewno bardzo widowiskowe. Z relacji wiem, że start, który nastąpił w momencie odczepienia od liny nośnej przebiegł zgodnie z przewidywaniem. Szybowiec przez krótką chwilę spadał bezwładnie, aby po chwili pochylić się, a uzyskaniu odpowiedniej prędkości, około 100km/h, został wyprowadzony ze stromego zniżania.

MZ: Naszych Czytelników z pewnością mogą też zainteresować koszty budowy tego typu statku powietrznego…

ZP: Ciężko je oszacować, a ja sam nawet nie wiem i nie chcę wiedzieć ile to kosztuje. Materiały łatwo policzyć, natomiast nie są one takie drogie jak robocizna. Jeśli rok do półtora zajmuje praca to łatwo można sprawdzić ile to może kosztować. Ale to jest hobby. Do budowy trzeba mieć zapał i wyrozumiałą żonę. Trzeba również bardzo chcieć, bo wtedy się osiągnie i to jest najważniejsze.




MZ: Osób, które konstruują samodzielnie samoloty jest w naszym kraju co najmniej kilka, jednak szybowiec buduje chyba tylko Pan…

ZP: Amatorów od samolotów rzeczywiście jest dużo, natomiast odnośnie szybowców nie słyszałem o nikim.

MZ: I na koniec proszę powiedzieć jakie jeszcze rozwiązania planuje Pan wprowadzić modernizując dotychczasową wersję szybowca Axel?

ZP: Do nowej konstrukcji dodaję nowe skrzydła o większym wydłużeniu, winglety, które wprowadzają korzystne parametry zwłaszcza przy małych prędkościach oraz nowe usterzenie poziome. Głównym materiałem konstrukcyjnym nie jest już włókno szklane, ale włókno węglowe. Darek Lewek, w swoim egzemplarzu wprowadził dodatkowo klapy, zmienił układ sterowania, zastosował dwa niezależne zaczepy do holowania oraz zupełnie inny system wysuwania zespołu napędowego. Nowy szybowiec zmieni także nazwę na „ GEKON”

MZ: Dziękuję za rozmowę.

ZP: Dziękuję.