Motoszybowiec z hybrydowym napędem wodorowym zaprojektowany w PW

Motoszybowiec AOS-H2 z hybrydowym napędem wodorowym, po pomyślnym zrealizowaniu prób stanowiskowych przechodzi próby lotniskowe. Wykonane próby kołowania i rozbiegu na pasie lotniska w Jasionce potwierdziły prawidłową pracę zespołów motoszybowca oraz jego potencjał do wykonania lotów. W trakcie rozbiegu, po nabraniu prędkości i podniesieniu przedniego koła podwozia, AOS-H2 wyglądał jak duży biały ptak zrywający się do lotu.

Motoszybowiec 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 pt.: „Napęd hybrydowy wykorzystujący ogniwa paliwowe lekkiego statku powietrznego” był dofinansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach Programu Badań Stosowanych III. Kierownikiem programu był prof. dr. hab. inż. Marek Orkisz z Politechniki Rzeszowskiej.

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 10kW, 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 40kW. Zapas sprężonego do 300 barów wodoru w dwóch butlach po 12 litrów zapewnia ok. 60 minut ciągłej pracy zespołu napędowego. W trakcie prowadzonych prób stanowiskowych pewne zaskoczenie dla osób nie związanych z technologią ogniw paliwowych wzbudzała praca zaworów purge. Stanowią one system przedmuchiwania ogniw wodorem, tak aby usunąć nadmiar wydzielającej się w ogniwie wody. Wiedzieliśmy, że oczywiście wszystko działa prawidłowo, ale syk cyklicznie ulatującego wodoru wymagał pewnego przyzwyczajenia.

Płatowiec AOS-H2, podobnie jak przed kilku laty jego starszy brat motoszybowiec z napędem elektrycznym AOS-71, został zaprojektowany w naszej Uczelni. 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 całkiem 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, no i oczywiście zapewnić odpowiedni poziom bezpieczeństwa dla pilota podczas eksploatacji statku powietrznego.  Kluczowym elementem tych działań była bardzo dobra, twórcza współpraca z Wydziałem Elektrycznym PW. 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 PW. 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.

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. Firma Pana Henryka Mynarskiego, producent m.in. wcześniejszych konstrukcji Politechniki Warszawskiej - szybowców PW-5 Smyk i PW-6U, dostarczyła perfekcyjnie wykonany, piękny, lśniący białością płatowiec. 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.  

Politechnika Warszawska ostatnio stała się właścicielem lotniska w Przasnyszu. Powstaje tam wielofunkcyjne laboratorium badawcze – poligon badawczo-wdrożeniowy statków powietrznych i bezzałogowców. Tam też będą 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 doskonałym przykładem i uzupełnieniem prowadzonych badań.

aos-h2_dsc_3760
aos-h2_dsc_3627
aos-h2_dsc_3644
aos-h2_dsc_3728
aos-h2_dsc_3680
aos-h2_dsc_3665
aos-h2_dsc_3707
aos-h2_dsc_3761
aos-h2_dsc_3775