Politechnika Rzeszowska buduje motoszybowiec z napędem wodorowym
Budowa motoszybowca AOS-H2, bo taką nazwę otrzymał, to kolejny etap prowadzonych od kilku lat badań nad alternatywnymi źródłami energii dla lotnictwa. Statek powietrzny powstaje na Politechnice Rzeszowskiej we współpracy z Akademią Górniczo – Hutniczą, Politechniką Warszawską oraz Zakładem Szybowcowym „Jeżów”, pod kierownictwem prof. dr. hab. inż. Marka Orkisza z Politechniki Rzeszowskiej. Pierwszy lot ma się odbyć już w 2019 roku.
Projekt motoszybowca jest kolejnym kamieniem milowym na drodze do opracowania czystego napędu dla lekkich statków powietrznych. W 2011 roku Politechnika Rzeszowska, we współpracy z Politechniką Warszawską opracowała dwumiejscowy motoszybowiec o napędzie elektrycznym AOS-71. Zdobyte wtedy doświadczenie pozwoliło na opracowanie dziś znacznie bardziej zaawansowanego technologicznie statku powietrznego.
Projekt motoszybowca AOS-71 potwierdził sens rozwoju elektrycznych napędów lotniczych, ale jednocześnie odsłonił ich słabe strony, jakimi są źródła energii w postaci wciąż niedoskonałych akumulatorów elektrochemicznych.
Rozwiązaniem problemu zasilania może być wykorzystanie coraz łatwiej dostępnych ogniw paliwowych.
W kadłubie AOS-H2, zabudowano butle ze sprężonym pod wysokim ciśnieniem wodorem, oraz ogniwa paliwowe, które łącząc ten gaz z tlenem z atmosfery, produkują energię elektryczną do zasilania silnika elektrycznego. Tak wytworzony prąd pokrywa z niewielkim zapasem zapotrzebowanie energetyczne motoszybowca dla utrzymania lotu poziomego. Podczas startu, gdy zapotrzebowanie to jest znacznie wyższe, brakujących kilowatów dostarcza bateria akumulatorów litowo – polimerowych.
Badania nad sposobem zasilania silnika elektrycznego są prowadzone przez zespół naukowców od 2015 roku. Celem jest opracowanie systemu pozwalającego efektywnie wykorzystać potencjał ogniw paliwowych, zapewniając jednocześnie bezpieczną ich eksploatację zarówno podczas lotu, jak i na ziemi, w czasie prowadzenia prac obsługowych, napełniania zbiorników wodoru czy też przechowywania motoszybowca. Najistotniejszą rolę pełni tu skomplikowane, hybrydowe źródło zasilania, w którym ogniwo wodorowe jest sprzężone z baterią ogniw litowo – polimerowych poprzez specjalny elektroniczny układ zarządzający.
Układ ten pozwala sterować przepływem mocy tak, by w miarę potrzeb była ona dostarczana z obu źródeł jednocześnie (np. do startu, kiedy zapotrzebowanie energetyczne jest największe), bądź z jednego z nich. Jedną z ciekawostek jest możliwość ładowania akumulatorów w locie dzięki nadwyżkom energii produkowanej przez ogniwo wodorowe. Część wyprodukowanej w nim wtedy energii zasila silnik elektryczny zapewniając lot poziomy motoszybowca, podczas gdy reszta wędruje do ogniw litowo – polimerowych, gdzie zostaje zmagazynowana.
Od 2019 roku motoszybowiec będzie testowany w locie pod kątem przydatności i ograniczeń wodorowego ogniwa paliwowego w zastosowaniach lotniczych. Kilkunastominutowy, poziomy lot podczas którego motoszybowiec będzie napędzany wyłącznie energią z wodoru, będzie dużym sukcesem, który otworzy drogę naukowcom do udoskonalania statku powietrznego i samego źródła zasilania, oraz poszukiwania rozwiązań, które wpłyną m. in. na wydłużenie czasu lotu motoszybowca.
Opracowane rozwiązanie mogłoby stanowić alternatywny napęd dla lekkich statków powietrznych lotnictwa ogólnego: nie tylko motoszybowców, lecz także samolotów ultralekkich, a nawet certyfikowanych jedno i dwusilnikowych samolotów.
Rezultaty projektu będą mogły być wykorzystane przez krajowy przemysł lotniczy. Małe napędy elektryczne wykorzystujące ogniwa paliwowe do mocy 150 kW są niszą rynkową. Budowa typoszeregu takich napędów do lekkich statków powietrznych dałaby możliwość rozwoju drobnych rodzimych przedsiębiorstw lotniczych i zdynamizowała by tę gałąź gospodarki.
Opracowany wcześniej przez PRz we współpracy z PW wielofunkcyjny dwumiejscowy motoszybowiec nowej generacji wyposażony w ekologiczny napęd elektryczny, został wdrożony do produkcji przez Zakład Szybowcowy „Jeżów” już w 2014 roku. Tego typu statek powietrzny może stanowić uzupełnienie polskiej oferty tego typu statków powietrznych na świecie.
Projekt jest finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach trzeciego konkursu Programu Badań Stosowanych, którego celem jest budowa ekologicznego, wolnego od zanieczyszczeń, elektrycznego napędu lotniczego, wykorzystującego ogniw paliwowych jako źródła energii.
prof. Marek Orkisz
