LZ Design – baby-logistik førte til teknik-revolution

LZ Design hovedkvarter i Logatec, Slovenien. Godt 2 timer i bil fra Venedig og cirka 30 km sydvest for Sloveniens hovedstad Ljubljana. Et lille skilt på væggen afslører ikke, at her ligger verdens formentligt største producent af elektriske flymotorer – mere end 300 motorsystemer til svævefly er bygget her.

Link to automatic translation

2 nationer har delt den globale svæveflyve-scene mellem sig. Det kan næppe overraske, at Tyskland med sin 100 år lange tradition for svæveflyvning tager teten i produktionen af svævefly. Men at Slovenien – et lille land med bare 2 mio. indbyggere – skulle være en storspiller kommer måske som en overraskelse for mange.

Men ikke desto mindre. Slovenien er et regulært hotspot – ikke bare for svæveflyvesporten – men også for innovation i flyindustrien. Man kan nævne avionic-producenter som LX Navigation, LX NAV og Naviter. Også beliggende i Slovenien er Pipistrel, producent af svæveflyvet Taurus, og en af verdens største producenter af elektriske skolefly. Pipistrel er i øvrigt for nyligt blevet købt af aerospace-giganten Textron som også ejer Cessna, Lycoming og Bell.

Man skal i øvrigt ikke glemme EMRAX som bygger el-motorer til bl.a. Jonker og Schleicher og en række andre virksomheder som leverer tilbehør til svæveflyvningen – og ja, også LZ Design, producenten af FES-motorsystemet, som er stærkt aktuel i fx Duo Discus FES, som NG netop har testet. 

Far og søn

I eventyret om LZ Design skal det handle om far og søn i svæveflyve-familien Žnidaršič, og hvordan deres fælles passion har skabt denne succes.

Matija Žnidaršič (årgang 1952) er ingeniør med egen virksomhed med speciale CNC- og EDM-maskinteknik, senere i design og produktion af alle mulige slags former til plastik injektion – og selvfølgelig også mangeårig svæveflyve-entusiast med cirka 4000 timer i logbogen.

Sønnen Luka (årgang 1976) er uddannet ingeniør med speciale i flykonstruktion fra Universitet i Ljubljana og dygtig konkurrencepilot med cirka 3400 timers erfaring.

Luka Žnidaršič med en lille motor til et modelfly – som ung modelpilot byggede han ind i næsen på et modelfly, og det var egentlig inspirationen til FES-systemet.
”I gamle dage kunne man ikke købe så mange færdige modeller som i dag, så man måtte selv konstruere og modificere, så både koncept og materiel holdt. Jeg har lært meget fra modelflyvningen som kan overføres til mit job som konstruktør i dag”, konstaterer han.

Historien om LZ Design og FES-motorkonceptet får vind i sejlene i 2008, da Luka Žnidaršič og hustruen Maja får deres første barn. Det giver begrænsninger i udelandingerne og mulighederne for hjemhentning.
”Jeg begyndte at tænke på en mulig turbo-motor til mit svævefly, fordi det var besværligt for min kone at hente mig og flyet med et barnesæde bag i bilen”, fortæller Luka Žnidaršič.

Med til historien hører også, at 3 år forinden, i 2005, havde Lukas far Matija fejlbedømt et finaleglid til flyvepladsen i Matkopuszta, Ungarn og var endt med sin LAK 17 A i en dyb grøft. Heldigvis slap Matija uden skader, men flyet var stærk beskadiget. Men ikke mere end Luka kunne købe vraget og få flyet på vingerne igen.

Familieforøgelsen – og indirekte også farens havari – satte tanker i gang hos far og søn; Hvis man nu kunne bygge en lille elektrisk motor som kunne forlænge gliddet, ville man kunne undgå upraktiske udelandinger. Med det reparerede fly havde Luka nu også et fly som han kunne anvende til test-platform af prototypen som fløj første gang i oktober 2009.

LZ Design bygger el-motorsystem til ASG 29 

Den første motor som Matja byggede i sit elektronikværksted i 2009 var på bare 10 kW og relativt svage batterier var det mere et proof-of-concept end en egentlig brugbar løsning. Design af motor og batterier blev dog hurtigt forbedret, og i dag er det fortsat Matjas virksomhed IES, som producerer motorerne til FES-systemet.

Galleri herover: Motorerne fremstilles i små serier af 10 styk. Nogle af processerne i fremstillingen af FES-motoren er meget tidskrævende. Den computerstyrede EDM-wire-cutter som skærer den såkaldte ”Stator-block” kører i mere end 10 timer per komponent og har en præcision på 0.004 mm. Det en tidskrævende proces, men det er den eneste måde at lave denne ekstremt detaljerede komponent, fortæller LZ Design

Her er er svæveflyve-ånden fuldt intakt: Matija Žnidaršič (t.h.) fortæller om sit liv med svæveflyvning og hvordan havariet med sin LAK indirekte førte til udvikling af FES-systemet. Ikke uden underholdningværdi, mener sønnen Luka

Prøvebænk hvor alle nye FES-motorer prøvekøres for at se om trækkraft, vibrationer og temperaturer er inden for specifikationer. Motoren har stort set ubegrænset levetid og skal ikke vedligeholdes. Ud over de almindelige tilsyn hvor man kontrollerer propellen for åbenlyse skader, skal propellen inspiceres mere grundigt af en af producenten godkendt facilitet for hver 200. motortime. Hvis man bruger 10 minutters motortid på hver flyvning cirka 50 gange om året, svarer det til et inspektionsinterval på over 20 år!

LZ Design beskæftiger 7 medarbejdere. 5 af disse arbejder direkte med produktionen

Luka fremviser produktion af batteri.

Men hvor skulle motoren egentlig placeres? I næsen selvfølgelig, så man kunne slippe for en kompliceret pylon-konstruktion, som også giver modstand. Det krævede dog mange forsøg med propeldesign, før man fik en version som både gav god performance og som parkerede sig acceptabelt langs næsen.

2010 blev året hvor Luka valgte at fokusere alt sin tid på at starte virksomheden LZ Design, hvis hovedmission var at markedsføre FES-systemet. I dag er der i alt 7 personer ansat i virksomheden.

Bare få måneder efter i 2010 blev FES-systemet præsenteret første gang på Aero-messen og kort tid efter valgte LAK at installere motorsystemet i deres LAK 17 B FES.

Året efter, i 2011, testede Luka systemets selvstartspotentiale i LAK 17 A FES og den ultralette Silent 2 Electro samt året efter den slovenske Albastar AS 13.5.

En stor milepæl var EASA-certificeringen af FES-systemet i LAK 17B FES i 2014. Dette var også året hvor Luka indbyggede motoren i en Ventus 2cxa FES – noget som vakte interessen hos Schempp-Hirth til at starte en serieproduktion af Ventus 2cxa FES i 2014. Dette var også medvirkende årsag til, at Schempp-Hirth i 2015 valgte også at tilbyde deres Discus med FES-system. Discus er fortsat i 2022 det mest populære FES-fly ud af de i alt 300 byggede motorsystemer. Samme år tog tjekkiske HpH også FES-teknologien til sig med Shark-modellen.

Det færdige batteri før montering i kasse. Det gule materiale er den ekstra isolering som fabrikken monterer for yderligere sikkerhed af cellernes hjørner. Cellerne indkapsles og fikseres i silikone for at sikre mod vibration i batteri-kassen.

Rå celler fra Kokam. Man benytter altid celler fra samme produktionsserie for at undgå eventuelle specifikationsafvigelser i serier over tid.

Færdige batterier i transport-stålkasser på vej ud til kunderne

En FES-motor er tilpasset det individuelle fly – det gælder både propellængde og form samt spinner. Her er spinnere til både Discus, Shark, Ventus og LAK-fly

Forbedring af designet

Desværre fik eventyret en brat opbremsning i 2017 med 2 tilfælde af brand i batterierne på en engelsk og tjekkisk registreret HpH Shark.
Dette førte til, at LZ Design måtte tilbagekalde alle til dato producerede batterier for check og opgradering i – i alt 150 styk (2 x 150 batterier)

Vi er aldrig blevet 100% sikre på årsagen til branden, men vi tror, at det var en galvanisk korrodering af 2 enkelte battericellers hjørner hvor de berørte indersiden af kulfiber-kassen, som de var monteret i.
Et af vores mange modifikationer var at ekstra-isolere battericellernes hjørner med et meget kraftigt materiale, og vi har ikke haft nogen problemer siden”, fortæller Luka Žnidaršič, da NORDIC GLIDING besøger LZ Design i den lille by Logatec.

Håndtering af batterier til fly

”Men det var faktisk en god ting, at vi fik alle batterierne tilbage på fabrikken”, fortæller Luka
”For det første blev vi bedre til at serieproducere batterierne, og vi fandt også ud af, at der var en stor mangel på viden om hvordan man opbevarer og lader batterier ude i svæveflyve-miljøet.
”90 % af batterierne som vi modtog fra kunderne, var fuldt opladede. Det er en dårlig ide med tanke på batteriernes levetid. Men det var folk ganske enkelt ikke klar over, selv om vi skriver det tydeligt i dokumentationen, så vi fik mulighed for at gå i dialog med mange folk omkring dette”, fortæller Luka.

Luka fik Ostiv-prisen i 2017 for sit arbejde med at udvikle et simpelt og sikkert motorsystem som kan ­integreres i mange forskellige svævefly. OSTIV er svæveflyvningens teknisk-videnskabelige organisation, og de deler ikke priser ud til hvem som helst. Samme ærefulde pris gik i 2021 til Segelflygets Sakka Havbrandt og Henrik Svensson for arbejdet med at skabe en effektiv flyvesikkerheds-kultur i Sverige.

Døde batterier?

Luka fortæller også, at det er også sket enkelte gange, at piloter har kørt batterierne alt for langt ned i spænding – dette kan ske, hvis man ignorerer motorsystemets rød-markerede advarsler om ”low and critical voltage” flere gange under flyvningen og fortsætter med at køre motoren. I FES-systemet er det piloten som bestemmer.

”Det er egentlig en sikkerhedsmæssig principbeslutning når man konstruerer et motorsystem til en flyvemaskine. Skal computeren bestemme eller skal piloten bestemme? Hvis man lader computeren bestemme, så vil den beskytte batteriet og nægte piloten at køre batteriet helt tomt. Men hvad nu hvis man får en sensorfejl og computeren fejlagtigt tror, at batteriet har lav spænding. Så vi systemet nægte at køre motoren, uanset hvad piloten gør”, siger Luka og fortsætter:

”Vi tror, at det er bedre at piloten bestemmer. Så vi lader systemet kommer med flere advarsler om ”lav og kritisk spænding”, men i sidste ende er det piloten som bestemmer – i praksis er det muligt at køre motoren med lav cruise-effekt et par minutter selv efter ”Critical warning” fra systemet, men man risikerer at aflade batteriet ganske dybt. Men kommer man ud i en nødsituation hvor en landing ikke er noget alternativ, er det måske bedre at gøre dette frem for at havarere flyet”, fortæller Luka.

Hvis batteriet er kørt alt for langt ned, vil laderen nægte at oplade batteriet. Men LZ Design kan i visse tilfælde ”vække” et dødt batteri – men ikke altid:
”Vi har fået liv i fuldstændigt afladede batterier 2 gange før. Det har været batteriet som er blevet brugt til ikke-flyverelaterede projekter. Men denne operation er ikke uden risiko, så det kræver en nøje vurdering”, siger han.

“Når et batteri aflades ekstremt, er der risiko for, at der dannes krystaller, såkaldte ”dendritter” som øger risikoen for en intern kortslutning i batteriet. Vi har også haft kunder som har gjort dette flere gange – hvorfor forstår vi ikke helt – men det har krævet 2 nye batterier til sidst”, siger Luka.

Fremtiden

Med FES-systemet installeret i de tunge Duo Discus FES og DG 1001 e neo er der behov for mere energi i batterierne. De nuværende 4,2 kWh ventes at blive opgraderet til mere end 8 kWh i et større batteri dedikeret til 2-sædede fly.

Det store batterisystem er faktisk så godt som færdigt, men LZ Design har midlertidigt ramt en dokumentationsmæssigt problem. Celle-producenten Kokam, som leverer battericeller til FES-batterierne, vil fremover fokusere på industriel energilagring (energy storage) og har derfor sænket sin såkaldte C-rating på batterierne (populært sagt så handler det om hvor hurtigt man kan få strømmen ud af batterierne).

Det har resulteret i, at LZ Design ikke kan forvente at få certificeret det ”store” batteri med Kokam-celler, men vil i stedet benytte cylindriske Li-ion-celler, og det kræver et redesign af batteriet. Men at dømme ud prototyperne i værkstedet er man godt på vej.

Det store FES-batteri på 8,9 kWh, som er undervejs til de tunge 2-sædede fly som DG 1001 e neo og Duo Discus FES. Selve batteriet fungerer, men desværre har den eksterne celle-leverandør ændret på specifikationerne undervejs, så LZ Design må redesigne og bytte til cylindriske celler for at komme gennem certificering.

Vi vurderer, at vi kommer til at se systemet i flere fly i fremtiden, også i selvstartende 18 meter fly og følger man logikken med at montere FES i en Ventus, så er der bestemt ikke langt til en Arcus FES. Parametre som enkelthed, få bevægelige dele og pålidelighed overtrumfer klart en ubetydelig forøgelse af modstanden på 1-2 L/D-point.

Men det vigtigste: Systemet giver desuden meget mere svæveflyvning, fordi det bliver muligt at køre motor i små intervaller og hurtigt konvertere tilbage til svævefly. Under svage forhold, hvor man ellers ville kapitulere og lande, kan man i mange tilfælde forlænge flyvningen ganske betydeligt ved dette fleksible system.

Det som startede ved et havareret fly og børne-logistik ved udelandinger, førte til en ide som er blevet til virkelighed. Der er bestemt svæveflyve-innovation i Slovenien, og LZ Design er et prima eksempel.