PW-X10 – nowy motoszybowiec z Politechniki Warszawskiej

Zespół z Wydziału Mechanicznego Energetyki i Lotnictwa opracował PW-X10 – doświadczalną, latającą dwumiejscową platformę z napędem elektrycznym. Maszyna znajduje się na wyposażeniu Ośrodka Badań Lotniczych Politechniki Warszawskiej „OBLOT”, zlokalizowanego na terenie lotniska w Sierakowie pod Przasnyszem.

Projekt nowego szybowca to dzieło zespołu prof. Piotra Czarnockiego.

Projekt to kolejny efekt prowadzonych na PW prac związanych z elektromobilnością w lotnictwie. Nowy motoszybowiec powstał na potrzeby badań nad nowymi niskoemisyjnymi lotniczymi zespołami napędowymi.

– Chcemy wykorzystać platformę PW-X10 do badań kompletnych elektrycznych zespołów napędowych i ich elementów, takich jak silniki, śmigła, systemy sterowania, systemy zasilania w energię elektryczną uzyskiwaną z ogniw elektrochemicznych, ogniwa paliwowe, fotowoltaiczne czy systemy zarządzania przepływami energii – mówi Wojciech Frączek z Instytutu Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej na Wydziale Mechanicznym Energetyki i Lotnictwa, konstruktor prowadzący prace projektowe.

Nowy motoszybowiec ma też służyć innym badaniom, planowanym w ośrodku „OBLOT” w Przasnyszu. Chodzi m.in. o badania struktur kompozytowych w warunkach naturalnej eksploatacji czy widma obciążeń struktury płatowca pod kątem badań resursowych.

Konstrukcja PW-X10

Platforma PW-X10 jest wykonana z hybrydowych kompozytów polimerowych. Twórcy zróżnicowali strukturę materiałów, biorąc pod uwagę ciężar, wytrzymałość, sztywność czy trwałość konstrukcji, a także bezpieczeństwo znajdującej się w środku załogi. W przedniej części kadłuba z kabiną pilotów wykorzystano kompozyt zbrojony włóknami szklanymi, co zapewnia m.in. lepszą ochronę załogi, w pozostałej części, gdzie pożądana jest duża sztywność, dominują włókna węglowe.

Prace nad platformą trwały od 2018 roku.

Motoszybowiec został wyposażony w pomocniczy elektryczny zespół napędowy typu FES (Front Electric Susteiner) uruchamiany w locie, umieszczony w dziobie kadłuba. Zapewnia on wznoszenie 1,7 m/s przy maksymalnej masie platformy, natomiast podczas lotu tylko jednej osoby to jest już 2,5 m/s.

– To bardzo dobre wartości, tym bardziej, że zastosowanie takiego napędu w szybowcu dwumiejscowym jest nowością – podkreśla Wojciech Frączek.

Baterię akumulatorów zasilających zespół napędowy wykonano w technologii litowo-polimerowej. Twórcy PW-X10 wybrali najlepsze z dostępnych na rynku akumulatorów, które spełniają wymagania dla tej konstrukcji. Układ ma wbudowany system nadzoru pracy BMS i znajduje się w specjalnej, odizolowanej od kabiny pilotów komorze, umieszczonej w tylnej części kadłuba. Wszystko po to, żeby zapewnić odpowiedni poziom bezpieczeństwa.

Wrażenie może robić wyposażenie kabin pilotów. Znajdują się tam specjalne zestawy przyrządów pilotażowo-nawigacyjnych i kontroli parametrów pracy zespołu napędowego FES. Cały system sterowania został tak pomyślany i skonstruowany, żeby można go było obsługiwać niezależnie z każdej kabiny.

Na pokładzie PW-X10 będzie montowana różnego rodzaju aparatura badawcza. Dlatego kadłub w części centralnej został uzupełniony o zewnętrzne punkty mocowania specjalnego wyposażenia.

– W przyszłości, w ramach rekonfiguracji platformy, przewidujemy montowanie w tych miejscach m.in. zewnętrznego generatora energii elektrycznej o mocy ok. 30 kW, który będzie wykorzystany do badań hybrydowego systemu zasilania w energię elektryczną – tłumaczy Wojciech Frączek.

Wiele lat doświadczeń

Projekt nowego szybowca to dzieło zespołu prof. Piotra Czarnockiego z Wydziału Mechanicznego Energetyki i Lotnictwa. Pracę podzielono na dwa etapy: projekt i badania nowych skrzydeł (lata 2018-2019) oraz projekt i badania nowego kadłuba, usterzeń i układów sterowania (lata 2020-2021).

Stworzenie takiej konstrukcji nie było możliwe bez wieloletniego doświadczenia i owocnej współpracy z specjalistami spoza Wydziału MEiL i ośrodka „OBLOT”.

PW-X10 to bowiem kolejny już owoc realizowanego od ponad 40 lat na Wydziale MEiL Programu ULS, polegającego na budowie i badaniach nowatorskich statków powietrznych. W tym czasie powstały jednomiejscowe szybowce ULS-PW oraz PW-2 Gapa, dwumiejscowe szybowce PW-3 Bakcyl i PW-6, dwumiejscowy motoszybowiec PW-4 czy jednomiejscowy PW-5 Smyk – zwycięzca światowego konkursu na monotyp szybowca olimpijskiego.

Ostatnie konstrukcje przed PW-X10 to dwumiejscowy motoszybowiec z napędem elektrycznym AOS-71 (efekt pracy zespołu prof. Krzysztofa Arczewskiego) oraz doświadczalny motoszybowiec z hybrydowym napędem wodorowym AOS-H2 (zrealizowany w zespole prof. Piotra Czarnockiego we współpracy konsorcyjnej z m.in. zespołem prof. Grzegorza Iwańskiego z Wydziału Elektrycznego PW).

PW-X10 zbudował Zakład Szybowcowy „Jeżów” w Jeżowie Sudeckim, z którym Wydział MEiL z powodzeniem współpracował już przy pracy nad poprzednimi konstrukcjami.

Pełna gotowość

Za motoszybowcem faza testów. Oblot i loty próbne odbyły się na lotnisku w Jeleniej Górze. Za sterami maszyny zasiadł Jerzy Kędzierski – absolwent Wydziału MEiL, pilot doświadczalny I klasy.

– Starty platformy odbyły się na holu za „nieśmiertelnym” samolotem Jak-12 – opowiada Wojciech Frączek. – Po wyholowaniu na wysokość ok. 2500 m i wyczepieniu pilot zrealizował program lotów, który obejmował sprawdzenie zachowania się platformy w lotach ślizgowych oraz z włączonym zespołem napędowym. 

Testy wypadły pomyślnie. Teraz PW-X10 czeka w hangarze ośrodka „OBLOT” w Przasnyszu. Jak tylko pogoda na to pozwoli, będzie wykonywał loty doświadczalne.

Podstawowe dane geometryczne i masowe PW-X10:
•  rozpiętość skrzydeł 16m
•  długość 8,11m
•  powierzchnia nośna 15,25m2
•  wydłużenie 16,8
•  ciężar własny 390 kg
•  ładunek w kabinie 200 kg

Osiągi (dla masy maksymalnej):
•  prędkość minimalna Vs1 = 73 km/h
•  prędkość nieprzekraczalna Vne = 265 km/h
•  doskonałość D = 34
•  prędkość wznoszenia na silniku w = 1,7 m/s (2,5 m/s lot solo)
•  współczynniki obciążeń n = +5,3 / -2,65