Reiner Stemme elfin 20.e, 2020
(Stemme RS10.e elfin)

W 2013 r. dr Reiner Stemme założył firmę Reiner Stemme Utility Air-Systems GmbH (RS-UAS) w Wildau pod Berlinem (Niemcy). W 2014 r. rozpoczęto w niej prace projektowe nad samolotem patrolowym RS-UAS Q01 MALE OPV. W projekt zaangażował się Katar, który na samolot wydał 89 mln euro. Jest to samolot o masie startowej 2700 kg- zupełnie innej klasy niż wcześniejsze konstrukcje Stemme, czyli motoszybowce sportowe. Jednak dr Reiner Stemme nie zrezygnował z budowy motoszybowców. Dzięki produkcji samolotów patrolowych miał zapewnione wsparcie finansowe dla rozwoju motoszybowca RS.aero elfin 10.e o napędzie elektrycznym lub hybrydowym.
Prace nad nowym motoszybowcem rozpoczęto w 2016 r. w nowej firmie Reiner Stemme.aero GmbH (założonej w 2015 r. pod nazwą RS Beteiligungen German Holding GmbH). Projekt został opracowany zgodnie z przepisami EASA CS-22.
Mimo że rodzina motoszybowców Stemme ma konstrukcję modułową, elfin 10.e zaprojektowano od podstaw. Płatowiec musiał być jeszcze lżejszy, chociażby ze względu na zastosowanie napędu elektrycznego, wymagającego stosunkowo ciężkich akumulatorów. Zapewnienie odpowiedniej manewrowości podczas startu i lądowania wymagało odpowiednio mocnej konstrukcji kadłuba. Konstrukcję płatowca, wykonaną m.in. z niskotemperaturowych materiałów pre-preg, podobnych do stosowanego w USA Perlanu II, zlecono Wytwórni Konstrukcji Kompozytowych Andrzej Papiorek. Nowoczesne niskotemperaturowe materiały kompozytowe pre-preg eliminują w dużej mierze stosowanie kosztownych i energochłonnych autoklawów.
W kabinie RS10.e przewidziano dwa miejsca obok siebie i ergonomię, zapewniającą wygodę pilotom o wzroście od 1,6 do 2 m. Wokół stosunkowo dużej i wygodnej kabiny udało się uzyskać korzystny przepływ laminarny. W komfortowo wyposażonej kabinie przewidziano systemy bezpieczeństwa, sygnalizujące dźwiękowo i optycznie, a oprócz tego nawet opcjonalnego autopilota.
Jednym z newralgicznych aerodynamicznie i wytrzymałościowo punktów w budowie szybowca są łączenia skrzydeł z kadłubem. Uznano, że górnopłat będzie lepszą aerodynamicznie konfiguracją niż płat umieszczony w środku kadłuba. Redukcję tarcia i obciążeń przy nasadach skrzydeł osiągnięto przez optymalizację ich profilu i uzyskanie jak największej powierzchni kadłuba o przepływie laminarnym. Efekt potęguje charakterystycznie pochylony nos szybowca. Tylne usterzenie jest w kształcie litery T, typowe dla wielu konstrukcji Stemme. Dzięki optymalizacji kształtu łopat śmigła i przepływów, przekrój kadłuba, mimo obszernej kabiny, jest niemal idealnie okrągły.
Lżejszy o 25% płatowiec rekompensuje wagę akumulatorów. Zastosowano akumulatory o pojemności 12,5 kWh każdy. Zapewniają one pokonanie na starcie drogi ok. 500 m i godzinny lot z wykorzystaniem silnika bez udziału tzw. range extendera. Szczególnym wyzwaniem była konstrukcja podwozia. Miało ono być lżejsze niż w dotychczasowych modelach, a jednocześnie bardziej komfortowe i umożliwiające lepszą manewrowość. Powstała konstrukcja podwozia jest o 25% lżejsza od dotychczasowych. Zastosowane rozwiązanie ułatwiło kołowanie, zmniejszając moment bezwładności wokół osi pionowej i poziomej.
Aby zmniejszyć koszty transport i hangarowania, przewidziano trzy opcje. Pierwsza umożliwia złożenie skrzydeł o rozpiętości 20 m do wymiaru 11,05 m. Zajmuje to jednej osobie 5 minut. Kolejną opcją jest rozłożenie szybowca tak, aby zmieścił się na przestrzeni 9x2 m. Zajmuje to jednej osobie 10 minut. Demontowana końcówka skrzydła z wingletem waży około 30 kg. Trzecią opcją jest przygotowanie do transportu na specjalnej przyczepie. To z kolei zajmuje jednej osobie 30 minut.
Projektowanie i budowa tak niekonwencjonalnego i pionierskiego statku powietrznego wymaga współpracy i kooperacji. Reiner Stemme Aero współdziała m.in. z Zedia-Aviation, amerykańskim RS-Aero, politechniką w Wildau i koncernem Siemens. Ten ostatni opracował napęd. Początkowo miał to być silnik elektryczny Siemens SP45D o mocy trwałej 45 kW, później powstał silnik Siemens SP70D o mocy trwałej 70 kW.
Wersja elfin 10.ex, tzw. range extender (zwiększony zasięg) otrzymała napędz hybrydowy. Dodatkowy generator został zamontowany w gondoli pod prawym skrzydłem. W rurze przypominającej silnik turboodrzutowy znajduje się silnik wewnętrznego spalania i generator prądu. Baterie są automatycznie ładowane podczas lotu, dzięki czemu zasięg wzrasta do 1000 km, a długotrwałość lotu do 6 h. System generatora może zamontować jedna osoba za pomocą wbudowanego urządzenia podnoszącego.
Projekt motoszybowca był prezentowany podczas targów lotniczych Aero Friedrichshafen 2017 i 2018 oraz berlińskich targów przemysłu lotniczego ILA 2018, gdzie zawsze wzbudzał duże zainteresowanie. W czerwcu 2018 r. nazwa motoszybowca została zmieniona na Reiner Stemme elfin 20.e. Wersja o napędzie hybrydowym i zwiększonym zasięgu otrzymała oznaczenie elfin 20.ex. Nowa nazwa ma podkreślać zasługi dr Reinera Stemme w rozwoju motoszybowców, natomiast cyfra "20" oznacza rozpiętość i zarazem przynależność do 20- metrowej klasy szybowców dwumiejscowych. Litera "e" na końcu oznacza całkowicie nowy elektryczny układ napędowy.
Motoszybowiec może startować samodzielnie, na holu za samolotem lub za pomocą wyciągarki. Pozbawiony silnika i akumulatorów elfin 20.e staje się wysokowyczynowy szybowcem o doskonałości 50.
Budowa prototypu rozpoczęto w I połowie 2018 r. Przewidywano, że pierwszy lot wykona na początku 2020 r.
W Polsce.
W 2018 r. Wytwórnia Konstrukcji Kompozytowych Andrzej Papiorek nawiązała współpracę z firmą Reiner Stemme.aero GmbH w zakresie opracowania i budowy prototypu motoszybowca Reiner Stemme elfin 20.e.
Konstrukcja.
Dwumiejscowy górnopłat o konstrukcji kompozytowej. Cała konstrukcja wykonana jest z innowacyjnych pre-pregów z włókna węglowego.
Skrzydło trzyczęściowe, jednodźwigarowe o konstrukcji warstwowej. Profil skrzydła RS10-143 (wg innych źródeł- 20e-143). Centropłat o rozpiętości 9,9 m i lekkim skosie do przodu. W centropłacie znajduje się zbiornik balastu wodnego o masie 180 kg i zbiornik paliwa o pojemności 90 l dla generatora w wersji elfin 20.ex. Na jego górnej powierzchni zamontowano hamulce aerodynamiczne typu Schempp-Hirth. Części zewnętrzne skrzydła o obrysie trapezowym. Skrzydła wyposażone w klapy sterowane elektrycznie i winglety.
Kadłub o konstrukcji warstwowej, został wykonany jako jedna całość. Wzmocniony czterema podłużnicami biegnącymi od ogona do przedniej grodzi. Na dole środkowej części kadłuba zamontowano wytrzymałe podłużnice, które chronią płatowiec w przypadku awaryjnego lądowania. Kabina zakryta, miejsca załogi w układzie obok siebie.
Usterzenie w układzie T.
Podwozie w układzie klasycznym, chowane w locie. Układ chowania podwozia- elektryczny. Koła podwozia głównego o średnicy 4 cali, dla lądowisk trawiastych- 5 cali. Rozstaw kół podwozia- 1,2 m. Do amortyzacji i tłumienia dobić wykorzystano pochłaniające energię elastomery. Kółko ogonowe o średnicy 200 mm, chowane w locie.
Wyposażenie- balistyczny system ratunkowy. Wyposażenie opcjonalne: instalacja tlenowa, specjalny zestaw elektroniki pokładowej, autopilot.
Instalacje- elektryczna.
Napęd- silnik elektryczny Siemens SP70D o mocy startowej 80 kW (109 KM) i mocy trwałej 70 kW (93 KM). Zintegrowany z przednią grodzią, bezpośrednio napędza składane śmigło systemu Stemme o średnicy 1,65 m (wg innych źródeł- 1,45 m), bez jakichkolwiek dodatkowych przełożeń. Silnik zawieszono na elementach tłumiących. Masa silnika wynosi mniej niż 30 kg.
Dwa akumulatory o pojemności 12,5 kWh każdy, których łączna masa wynosi 50 kg. Jeden znajduje się w tyle kadłuba, a drugi tuż za tylną ścianą kokpitu. Z tego ostatniego można zrezygnować, umieszczając w jego miejscu zbiornik, mieszczący 180 kg balastu wodnego.
W wersji elfin 20.ex opcjonalnie można stosować dodatkowy generator Wankel o mocy 35 (30- 45) kW firmy Geiger zamontowany w gondoli pod prawym skrzydłem. Masa zespołu generatora- 60 (65) kg. Przewidziano zastosowanie zbiornika umieszczonego pod przeciwległym płatem, który wyrównoważyłby konstrukcję i mieścił 100 l paliwa.
Dane techniczne elfin 20.e (wg [2]):
Rozpiętość- 20,0 m, rozpiętość po złożeniu zewnętrznych części skrzydeł do hangarowania- 11,05 m, długość- 8,7 m, wysokość- 1,7 m, powierzchnia nośna- 16,2 m².
Masa własna- 540 kg, masa własna z pełnym systemem ratunkowym- 570 kg, masa balastu wodnego max- 180 kg, obciążenie max- 220 kg, max masa startowa- 900 kg, max masa startowa bez balastu wodnego- 820 kg.
Prędkość dopuszczalna- 280 km/h, prędkość manewrowa- 200 km/h, prędkość minimalna- 78 km/h, doskonałość- 50, zasięg w locie silnikowym- start o długości rozbiegu 500 m i 1 h lotu,
Osiągi wersji elfin 20.ex- prędkość max- 215 km/h, zasięg- 1000 km, czas lotu- ponad 6 h.
Galeria
Źródło:
[1] Romanowski R. "Elfin RS10.e – hybrydowy motoszybowiec". Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie nr 6/2018.[2] RS.aero: elfin project.
[3] Marzinzik G. "Stemme RS10.e elfin — Meisterstück". aerokurier - Das Piloten-Magazin - aerokurier.
[4] North Data Smarte Recherche.
[5] Wytwórnia Konstrukcji Kompozytowych Andrzej Papiorek.