Znak Politechniki Warszawskiej

Pierwsze próby lotniskowe motoszybowca AOS-H2

Motoszybowiec AOS-H2 z hybrydowym napędem wodorowym, zaprojektowany w Politechnice Warszawskiej, po pomyślnym zrealizowaniu prób stanowiskowych przechodzi próby lotniskowe. Dotychczas wykonane próby kołowania i rozbiegu na pasie lotniska w Jasionce potwierdziły prawidłową pracę wszystkich zespołów.

Fot. mgr inż. Wojciech Frączek, Wydział MEiL PW

Fot. mgr inż. Wojciech Frączek, Wydział MEiL PW

AOS-H2 powstał w ramach projektu Konsorcjum naukowo-przemysłowego integrującego trzy uczelnie: Politechnikę Warszawską - Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa oraz Wydział Elektryczny, Akademię Górniczo-Hutniczą w Krakowie i Politechnikę Rzeszowską - lidera projektu. Partnerem przemysłowym w programie był Zakład Szybowcowy „Henryk Mynarski” w Jeżowie Sudeckim. Projekt „Napęd hybrydowy wykorzystujący ogniwa paliwowe lekkiego statku powietrznego” był dofinansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach Programu Badań Stosowanych III. Kierownikiem programu został prof. dr. hab. inż. Marek Orkisz z Politechniki Rzeszowskiej.

Fot.: mgr inż. Wojciech Frączek, Wydział MEiL PW

Motoszybowiec AOS-H2 zbudowany z hybrydowych kompozytów polimerowych, jako pierwszy w Polsce i jeden z nielicznych w świecie posiada elektryczny zespół napędowy zasilany z wodorowych ogniw paliwowych.

Opracowanie zespołu ogniw paliwowych zasilanego sprężonym wodorem, przeznaczonego do zabudowy na pokładzie statku powietrznego nie było łatwym zadaniem. Nowatorski blok ogniw paliwowych o mocy 10 kW, zapewniający stabilny lot poziomy motoszybowca po wystartowaniu i nabraniu wysokości, opracował i wykonał zespół z AGH, posiadający doświadczenie w tego typu projektach. Zespół pracował pod kierunkiem dr hab. inż. Magdaleny Dudek, prof. uczelni z Wydziału Energetyki i Paliw. Blok ogniw paliwowych, zabudowanych na pokładzie motoszybowca uzupełnia pomocnicza bateria litowo-polimerowych ogniw elektrochemicznych, zasilająca układy elektroniczne oraz wspomagająca zespół napędowy w czasie poboru maksymalnej mocy - podczas startu i wznoszenia motoszybowca. Całkowita moc hybrydowego systemu zasilania zespołu napędowego wynosi 40 kW. Zapas sprężonego do 300 barów wodoru w dwóch butlach po 12 litrów zapewnia ok. 60 minut ciągłej pracy zespołu napędowego.

Fot.: mgr inż. Wojciech Frączek, Wydział MEiL PW

Płatowiec AOS-H2, podobnie jak przed kilku laty jego starszy brat motoszybowiec z napędem elektrycznym AOS-71, został zaprojektowany w Politechnice Warszawskiej. W obu przypadkach konstrukcja płatowca powstała na Wydziale MEiL, w Instytucie Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej pod kierunkiem mgr. inż. Wojciecha Frączka. Projekt AOS-H2 był pomyślany jako kontynuacja realizowanego od wielu lat Programu ULS - prac na Wydziale MEiL związanych z elektromobilnością, czyli projektowaniem i budową nowatorskich statków powietrznych wyposażonych w niskoemisyjne zespoły napędowe. Ostatnim zrealizowanym projektem był właśnie motoszybowiec AOS-71 wyposażony w elektryczny, chowany do kadłuba zespół napędowy, zasilany bateriami litowo-polimerowymi umieszczonymi w skrzydłach.

Nowym wyzwaniem w procesie projektowania płatowca AOS-H2 było uwzględnienie surowych wymagań związanych z zabudową instalacji wodorowej. Struktura motoszybowca, wykonana w większości z kompozytów zbrojonych włóknem węglowym jest dobrym przewodnikiem prądu, ale ze względu na nieprzewodzące skleiny w strukturze potrafi kumulować sporo ładunków elektrycznych. Ponadto, w ramach projektu konstrukcyjno-technologicznego struktury motoszybowca należało tak zaprojektować położenie i sposób zabudowy poszczególnych podzespołów, aby stworzyć niezakłócone warunki do pracy złożonych układów elektronicznych oraz instalacji wodorowej. Ważne było także zapewnienie odpowiedniego poziomu bezpieczeństwa dla pilota podczas eksploatacji statku powietrznego. Kluczowym elementem tych działań była bardzo dobra, twórcza współpraca z Wydziałem Elektrycznym Politechniki Warszawskiej. W projekcie AOS-H2 całość zagadnień związanych z opracowaniem konstrukcji układów energoelektronicznych obsługujących ogniwo paliwowe i silnik elektryczny, a także ich kompleksowym sterowaniem i systemem komunikacji, zapewniającym zakładane przepływy energii elektrycznej między ogniwem paliwowym, baterią elektrochemiczną i silnikiem opracował i wykonał zespół kierowany przez dr. hab. inż. Grzegorza Iwańskiego, prof. uczelni z Zakładu Napędu Elektrycznego w Instytucie Sterowania i Elektroniki Przemysłowej Politechniki Warszawskiej. Cały skomplikowany system sterowania przepływami energii o bardzo rozbudowanej architekturze działał niezawodnie w trakcie prób lotniskowych, zapewniając płynne sterowanie zespołem napędowym wyposażonym w dwułopatowe śmigło. Głównym projektantem urządzeń energoelektronicznych był mgr inż. Tomasz Miazga. W Politechnice Warszawskiej całością prac przy motoszybowcu AOS-H2 kierował dr hab. inż. Piotr Czarnocki, prof. uczelni z Wydziału MEiL.

Fot.: mgr inż. Wojciech Frączek, Wydział MEiL PW

Wszystkie opracowane i wykonane podzespoły, zarówno hybrydowego systemu zasilania w energię elektryczną jak i kompletnego zespołu napędowego, zostały zintegrowane z płatowcem zbudowanym w Zakładzie Szybowcowym w Jeżowie Sudeckim. Płatowiec dostarczyła firma Pana Henryka Mynarskiego, producent m.in. wcześniejszych konstrukcji Politechniki Warszawskiej - szybowców PW-5 Smyk i PW-6U. Następnie strukturę motoszybowca poddano wybranym próbom statycznym, które w pełni potwierdziły projektowaną wytrzymałość i sztywność konstrukcji. Próby statyczne, prace integracyjne oraz przygotowanie motoszybowca AOS-H2 do prób lotniskowych wykonano w Politechnice Rzeszowskiej z udziałem wszystkich konsorcjantów projektu. 

Na terenie lotniska Politechniki Warszawskiej w Przasnyszu powstaje wielofunkcyjne laboratorium badawcze - poligon badawczo-wdrożeniowy statków powietrznych i bezzałogowców. Będą tam prowadzone badania m.in. nad nowymi źródłami lotniczych napędów bezemisyjnych. Motoszybowiec AOS-H2, z hybrydowym wodorowym zespołem napędowym, po wykonaniu oblotu oraz przeprowadzeniu testów w powietrzu mógłby być dobrym przykładem i uzupełnieniem prowadzonych badań.

Źródło i zdjęcia: mgr inż. Wojciech Frączek, Wydział MEiL PW