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

Motoszybowiec wyczynowy. Niemcy.
Wizja artystyczna motoszybowca Reiner Stemme elfin 20.ex. (Źródło: RS.aero: elfin project).

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

  • Reiner Stemme elfin 20.ex, rysunek w rzutach. (Źródło: RS.aero: elfin project).

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.
blog comments powered by Disqus