Pubblichiamo (in italiano) l'intervista realizzata da WeGlide Magazine, dove il costruttore descrive:
- i vantaggi del sistema propulsivo FES,
- i suoi inizi,
- la sua produzione,
- le diverse generazioni di batterie,
- su quali tipi di velivoli è disponibile il FES e su quali lo sarà,
- la visione sul futuro dell'elettrico.
Luka Žnidaršič è sicuramente una delle persone che hanno avuto il maggior impatto sul volo a vela negli ultimi anni.
Ha sviluppato il sistema di Sistema Elettrico Frontale (FES) e lavora sulla propulsione elettrica per alianti da più di 15 anni in Slovenia.
Luka, raccontaci della visione della tua azienda e di come tutto è iniziato.
Ero un pilota di alianti puro che amava volare in competizione. In quel periodo, i sistemi di motori disponibili non erano qualcosa che avrei voluto avere sul mio aliante da competizione per molte ragioni diverse.
Con lo sviluppo di potenti batterie al litio e motori brushless, ho visto l'opportunità di sviluppare un sistema di motore affidabile montato anteriormente, dove la potenza potesse essere disponibile istantaneamente, con molti altri vantaggi. Nel ottobre 2009 ho effettuato il primo volo di prova con un sistema montato sul mio aliante LAK17A, che era un banco di prova perfetto.
Luka e Matija Žnidaršič (padre e figlio) sviluppatori de motori FES accanto al prototipo LAK17A
Quante persone lavorano attualmente in LZ Design?
Attualmente ci sono 7 persone con lavoro a tempo pieno.
Quanti sistemi FES producete?
Negli ultimi anni abbiamo prodotto circa 40 sistemi FES all'anno. In totale più di 350 sistemi FES in volo, su 24 diversi tipi di alianti.
Come sono migliorate le batterie dall'installazione del primo sistema FES?
Dai nostri primi pacchi batteria FES GEN1, abbiamo apportato molte migliorie, soprattutto per quanto riguarda la sicurezza e la capacità di stoccaggio dell'energia.
La scorsa primavera i nostri ultimi pacchi batteria FES GEN4 hanno finalmente superato i test di sicurezza secondo gli ultimi requisiti dell'EASA.
I primi campioni dei pacchi GEN4 sono stati forniti a tutti i principali produttori di aliante FES. Ogni produttore ha redatto rapporti di prova di volo e ha richiesto le cosiddette note tecniche per approvare il loro uso sui diversi tipi di aliante FES.
Quali sono i vantaggi del GEN4 rispetto al GEN3?
Il vecchio GEN3 utilizza ancora celle a tasca Kokam come il GEN2, ma con una capacità di cella più elevata (53 Ah invece di 40 Ah del GEN2), con un nuovo display elettronico e sensori di accelerazione (g-sensor).
Il nuovo GEN4 utilizza celle cilindriche 18650 (18 mm di diametro, 65 mm di lunghezza) e sono disponibili in quattro diverse versioni: due versioni (14S 56 Ah, 16S 56 Ah) per gli alianti monoposto e due versioni (14S 84 Ah, 16S 84 Ah) per quelli biposto.
Qual è la differenza tra queste quattro versioni?
La differenza sta nel numero di celle collegate in parallelo (20 per gli alianti monoposto e 30 per quelli biposto) e il numero di tali blocchi di celle in serie (14 o 16). Questi numeri determinano la capacità della batteria e il livello di tensione.
Le versioni monoposto hanno una capacità di 5,6 kWh (14S) e 6,4 kWh (16S), mentre le versioni biposto hanno 8,4 kWh (14S) e 9,6 kWh (16S).
Quali aumenti prevedete in futuro?
È molto difficile prevedere il futuro. Non è chiaro quanto presto lo sviluppo della tecnologia fornirà batterie migliori. Sospetto che senza un completo cambio nella chimica delle celle delle batterie, non ci siano molte possibilità di aumentare simultaneamente il rapporto di capacità (Wh/kg) e il rapporto di potenza (W/kg) senza compromettere la sicurezza.
Quindi non ti aspetti che il GEN5 faccia passi avanti nella capacità?
Spero di sì, ma al momento non vedo alcuna possibilità per il GEN5.
Ci sono stati problemi di affidabilità con i sistemi più vecchi?
Sono sorpreso di quanto siano affidabili anche i sistemi FES più vecchi.
A volte vai a volare con un DuoDiscus FES. Pensi che la tecnologia delle batterie sia ora sufficiente per una buona autonomia nei biposto?
Per un Duo Discus FES, sono necessari circa 7 kW di potenza per mantenerlo in volo livellato a 100 km/h, mentre ne servono solo circa 4-5 kW per un monoposto da 18 metri.
Con il GEN4 siamo finalmente riusciti a ottenere che i biposto abbiano la stessa autonomia dei monoposto che avevano con il GEN2. Circa 100 km di volo livellato sono ora realistici con un biposto. Questo significa 1 ora di volo motorizzato.
Quando vedremo l'Arcus FES?
L'ultimo listino prezzi della Schempp-Hirth include già anche l'Arcus FES. La fusoliera è quasi identica a quella del Duo Discus FES, quindi spero che vedremo il primo Arcus FES nel futuro non troppo lontano.
Quali batterie avrà?
Per l'Arcus sarebbe possibile installare la versione più pesante del GEN4 (16S, come con il DG1001), poiché non ci sono problemi relativi al peso massimo delle parti non portanti. L'autonomia sarà di più di 100 km. Per il Duo Discus è prevista una versione più leggera (14S).
Prevedi che sempre più alianti saranno in grado di effettuare il lancio autonomo con FES in futuro?
Finora già un terzo di tutti gli alianti FES sono autopropulsati (Silent 2 Electro, MiniLAK FES, AS13.5m FES, AS15m FES, VersVS, LAK17C FES).
Qualche anno fa, siamo riusciti a ottenere più di 30 kW dal sistema con alcune modifiche. Con quella potenza, anche gli alianti FES più pesanti da 18 m sono capaci di lanciarsi autonomamente senza zavorra (LAK17C FES, Antares FES).
Quali miglioramenti nel motore vedremo in futuro?
Cerchiamo sempre di migliorare i nostri prodotti. Di recente abbiamo trovato una buona soluzione per un miglior raffreddamento del motore e per migliorare ulteriormente l'efficienza del motore a potenze elevate. Ciò significa che i futuri motori FES avranno un aumento della temperatura ancora più basso a potenze elevate.
Più grande è l'elica, maggiore è l'efficienza. Come si confronta il FES con gli aeromobili dotati di un motore retrattile elettrico in termini di efficienza?
L'efficienza del volo motorizzato non dipende solo dalla dimensione dell'elica. Un'elica più grande deve ruotare più lentamente e richiede quindi un motore elettrico con un diametro maggiore per fornire coppia sufficiente.
Un motore così grande in cima a un pilone esposto al flusso d'aria produce molta resistenza. È come volare con i freni aerei semiaperti e di conseguenza è richiesta molta più potenza dal motore.
Stai dicendo che eliche grandi sui RES non hanno senso?
No, sto solo dicendo che il motore e il pilone esposti al flusso d'aria generano molta resistenza, circa quanto un intero aliante. Quindi, anche un'elica grande con buona efficienza non può compensare la scarsa efficienza dovuta al pilone e al motore esteso.
D'altra parte, con il FES c'è ancora un volo motorizzato molto pulito dal punto di vista aerodinamico, quindi il volo con il FES può essere effettuato anche a 150 km/h, con un aumento molto piccolo della potenza.
Le competizioni di volo elettrico hanno dimostrato che l'efficienza del sistema FES è superiore rispetto a qualsiasi sistema retrattile. Per il volo livellato con un aliante FES da 18 metri sono necessari solo 4-5 kW di potenza. Per confronto, il nostro sistema RES installato su ASG 29 ne richiede 7-8 kW per il volo livellato.
Ci sono diverse dimensioni di elica nel sistema FES?
Sì, abbiamo eliche con diametri di 1 m, 1,02 m e 1,2 m.
Il sistema FES su Antares e VersVS ha un diametro dell'elica di 1,2 m che è lo stesso diametro dell'elica su JS3 RES.
Per il Discus e l'Arcus, utilizziamo l'elica da 1,02 m perché non c'è spazio per una versione del motore più lunga richiesta dall'elica da 1,2 m.
Le pale del FES causano comunque un po' di resistenza quando sono appoggiate sulla fusoliera.
C'è la possibilità di farle adattare più accuratamente in futuro?
Durante molti voli di competizione ai massimi livelli, non è stato possibile rilevare alcuna differenza nelle prestazioni dovuta alle pale del FES rispetto ad altri alianti non FES. La maggior parte della resistenza dell'aliante è dovuta alle sue ali, e la fusoliera contribuisce solo in misura minore, che dipende principalmente dalla sua sezione trasversale.
Con le fusoliere esistenti, è difficile renderle più ordinate, ma se progettassimo una fusoliera dedicata al FES, sarebbero possibili ulteriori miglioramenti.
Al momento, sei l'unico produttore del sistema FES. Pensi che questo cambierà in futuro?
Ci sono già alcune copie del nostro sistema FES, ma tutte sono abbastanza rudimentali.
Quindi non ci sono brevetti che impediscono ad altre aziende di copiare il sistema?
I brevetti sono molto costosi, la loro protezione è discutibile e hanno una scadenza. La documentazione dell'EASA è più importante. Abbiamo il FES e il RES registrati come nostri marchi nell'UE.
Molti nuovi alianti vengono offerti con motori elettrici retrattili.
La maggior parte degli alianti autopropulsi disponibili non sono modelli di punta per le competizioni. Offrono libertà, ma richiedono molta manutenzione.
I sistemi elettrici retrattili promettono meno manutenzione, ma al costo di un carico alare minimo piuttosto elevato (50 kg/m2), quando installati sugli ultimi modelli di punta per le competizioni con superfici alari ridotte. Il carico alare minimo della maggior parte degli alianti dotati di FES è molto più basso, circa 42 kg/m2.
Certamente, nuovi profili alari possono gestire bene un carico alare elevato, ma in condizioni meteorologiche avverse, un basso carico alare è comunque un grande vantaggio.
Un altro grande vantaggio del FES è che in situazioni stressanti la potenza completa è disponibile immediatamente, senza alcuna perdita di altitudine. Non c'è una fase stressante di estrazione del pilone e non c'è bisogno di pianificare l'avvio del motore solo in determinate aree, da cui sarebbe possibile planare con pilone esteso verso un'area di atterraggio sicuro nel caso in cui non fosse possibile ritrarlo.
Hai intenzione di sviluppare altre propulsioni elettriche in futuro?
Abbiamo già sviluppato il nostro sistema RES su richiesta del cliente. È installato su un ASG 29 turbo senza alcuna modifica strutturale. Il primo volo è stato nella primavera del 2020, prima dell'AS34Me o del JS3 RES.
La richiesta era di essere il più leggero possibile per il volo di competizione di alto livello, dove viene utilizzato come sostentatore (sustainer). Ha un carico alare minimo di 45 kg/m2. Si inserisce nelle regole del limite massimo di carico alare per le competizioni elettriche. È in grado di decollare autonomamente senza zavorra. Il tasso massimo di salita è di circa 2,7 m/s a una potenza massima di 35 kW. La tensione massima del sistema è di 125V e le batterie sono fissate nella fusoliera con una capacità di 6,5 kWh.
Si tratta dell'annesso I (al di fuori dell'EASA, con Permesso di Volo nazionale) per scopi sperimentali e scientifici.
Piani di collaborazione con alcuni produttori su questo sistema?
Finora abbiamo fornito i nostri motori per il progetto Electric Libelle di Streifeneder.
Ci sono stati anche alcuni altri progetti con i nostri componenti ed esistono molti alianti più vecchi senza alcun sistema di propulsione che trarrebbero grande beneficio dal sistema FES.
Al recente Segelfliegertag tedesco, la Schempp-Hirth ha annunciato che è ora possibile effettuare l'upgrade FES per i Discus 2c (T). Alcuni Ventus 2cxa (j) sono stati anche modificati con l'installazione del FES.
Abbiamo anche installato il FES su alcuni alianti statunitensi con registrazioni sperimentali (ASW 27, JS1, Ventus 2cx, ...). Purtroppo, per gli alianti europei più vecchi, la burocrazia richiesta è troppo complicata quando la modifica viene effettuata senza il supporto del titolare del Certificato di Tipo (il produttore). Ci sono invece alcune possibilità con i P-t-F (Permesso di Volo) nazionali.
Fino ad ora, è stato più semplice offrire il FES principalmente ai nuovi alianti. Gli importanti aumenti dei prezzi del nuovo sta rendendo però sempre più interessante l'upgrade a FES.
È anche possibile effettuare l'upgrade di alcuni modelli di LS 8b con ali in fibra di carbonio con il sistema FES, i numeri di serie esatti si possono trovare sul sito web di DG Aviation.
Gli LS8a più vecchi non sono adatti a causa del peso massimo delle parti non-portanti.
Luka, grazie per averci dedicato del tempo per parlare con noi.