Test: Pureflight Onix

Link to automatic translation

Φ NIX är en elektrisk vidareutveckling av den tjeckiska motorseglaren Phoenix. Φ (fi) är från det Grekiska alfabetet så därav ΦNIX.
Phoenix är en motorseglare som är utvecklad av Martin Stepanek som tidigare jobbade för Urban Air innan de lade ner sin produktion. Urban Air var ett tjeckiskt bolag som jobbade med light-sport aircraft (LSA) och ultralight aircraft.

Phoenix som flög första gången 2009 är en utveckling av Urban Air Lambadas motorseglare. Den konstruerades för att följa Fédération Aéronautique Internationale regler för microlights och amerikanska regler för light aircraft.

Phoenix är tillverkad av komposit. Den har 15 m spännvidd men man kan också sätta på kortare spetsar med winglets för högre marchfart. Vingspetsarna har ungefär samma system som på DG1000 där man med bara en fjäderbelastad sprint kan ta av vingspetsarna, vilket tar ca en minut per vinge. Med de korta vingspetsarna har den en spännvidd på 10,6 m som dessutom gör den lättare att stuva in i hangaren.

Søster-flyet Phoenix med “fossil” Rotax-motor.

Motorer
De standardmotorer som finns är 80 hk (60 kW) Rotax, 100 hk (75 kW) Rotax, 85 hk (63 kW) och en fyrtaktsmotor på 60 hk (45 kW). Med 100 hk versionen kan man även få den utrustad för bogsering av segelflygplan med MTOW på 650 kg. (Finns i bl a segelflygklubben Challes-Les Eaux och i Serres hos Klaus Ohlman, red.)

Som UL har den en MTOW på 472 kg och som LSA en MTOW på 600 kg. Tomvikten varierar beroende på motoralternativ men ligger mellan 280–295 kg.
Bästa glidtal ligger på 1:32 även på den elektriska versionen. Martins Phoenix Air vann tredje pris i tävlingen ” Green Flight Challenge” av NASA för några år sedan vilket är en mycket fin utmärkelse.

Väl nedkommen till Tjeckien fick vi tag på Martin Stepanek och vi lotsades ut till hangaren på andra sidan fältet i Hradec Králové. LKHK är ett gammalt militärflygfält som ligger ca 12 mil öster om Prag med en 2400 meter lång och 60 meter bred betongbana.

Testpilot og elektroentusiast. Den tjekkiske ingeniør Martin Stepanek er manden bag den originale Phoenix-TMG med Rotax-motor som er produceret i ca 50 styk siden 2008. Stepanek har gennem mange år haft en passion for elektriske drivllinjer og har udviklet den elektriske prototype D-14 Phoenix, som fløj første gang i 2011. Dette var en meget tidlig prototype med temmelig svag motor, underdimensioneret elektronik og batterier. Dette lykkedes dog Martin at flyve over 1000 km fordele på flere etaper på en rundflyvning af Tjekkiet – se TV-programmet på youtube ”1 000 miles arround Czech Republic”. Testflyvningen kostede mindst 1 propel, da Martin måtte nødlande i høje afgrøder, da motoren kvittede straks efter start. Det er erfaringerne herfra, som har ført til udviklingen af det mere modne design, Onix.

Fältet har AFIS och har ganska mycket trafik med bl a en stor flygskola.
När vi kom dit stod vår ΦNIX på laddning inne i hangaren och var inte klar för flygning men vi fick möjligheten att bekanta oss med den Rotax-motoriserade Phoenix under tiden. Förutom motorinstallationen är de identiska flygplan.

Drivlinje-ingeniøren Zdenek Nemec checker ladningen. Efter hver flyvning downloades alle vitale motordata for analyse, og det giver en god kontrol med ekspansion af flyets performance-envelope. Det nuværende MGM COMPRO-controller/inverter-system klarer en temperatur på 135 grader, men ΦNIX-teamet har sat en ”personlig” grænse på 100 grader. En stabil temperaturprofil med et ”temperatur-plateau”, hvor temperaturen stabiliseres og ikke øges yderligere er vigtig for fx bugsering af svævefly.

Jag fick en provtur med Martin för att bekanta mig med flygplanet. En ganska trevlig motorseglare, men motorseglare är vad motorseglare är enligt mitt tycke. Man sitter bra och alla reglage är lättillgängliga. Ett par stora tydliga skärmar har man framför sig med både flyg och motorinstrument.

Sikten framåt när man taxar på marken skulle kunna vara bättre. Det kändes nästan som att sitta i baksits på CUB, man fick vrida på huvudet och titta vid sidan om motorhuven och taxa lite sicksack. Väl i luften var det inga problem med sikten framåt med en låg nos men detta är typiskt för flygplan med sporrhjul.

Lite svag termik var det trots mitten av marts så Martin kuperade motorn och vi fick lite segelflygande. Efter en halvtimme var det dags att landa och vi kom in mot den långa och breda banan. Återigen den höga nosen och sikten framåt blev begränsad igen.

Elektro-cockpittet har simpelt og overskueligt design. De 2 blå switches til højre er main power og drivetrain-power. Dernæst aktiveres den elektriske væskepumpe til kølesystemet. Den røde switch i midten er ”emergency motor management” – alternativ motorstyring i tilfælde af alvorlige problemer. Virker DET ikke, er der en ballistisk redningsskærm.

15 m tipperne ”clickes” på. Enkelt!

Att flyga elektriskt
Nu var det dags att återvända till vårt main mission, att flyga elektriskt. Vår ΦNIX var nu fulladdad och det vara bara att dra ut den från hangaren. Fulladdat batteri räcker nästan till tre timmar, inklusive reserver, beroende på effektuttag, och det tar tre timmar att ladda upp den igen. Man kan även snabbladda, supercharging, men det ska man undvika då det sliter mycket på batterierna.

När Martin startade utvecklingen av electrically powered airplane 2010 trodde han att det skulle vara ganska enkelt. Elmotorer har med framgång varit använda i modellflygplan och han trodde att det bara var att använda en större elmotor och ett större batteri. Vid den tiden utvecklades det mycket nya batterier med stor kapacitet så han tyckte idén var brilliant men trots det så är utbudet av elektriska flygplan fortfarande ganska begränsad.

(Martin har forsøgt sig med mange kombinationer af power electronics, batterier, kølesystemer og motorer, og han siger, at det ikke er så enkelt som man skulle tro. Se fx videoen herover af nødlandingerne med den første tidlige prototype efter pludselig motorbortfald som resultat af power electronics over-temp, red.)

Partnership med MGM COMPRO
Idag samarbetar han med MGM COMPRO som utvecklat den elektriska delen av projektet. MGM COMPRO är ett bolag med en lång tradition av utveckling av elektriska framdrivningsenheter – från stora serier av system anpassade för inbyggnad i specialtillverkade enheter t.ex. i elektriska flygplan, fordon, UAV, UGV, båtar, militära applikationer och många andra områden.

ΦNIX är även utrustad med Ballistic Rescue System liknande det som sitter i SR20 Cirrus. Om motorn stannar eller något annat nödläge uppstår så är det bara att dra i det röda handtaget och man dinglar ner i en fallskärm. Som tillval kan man även få den med Dynon eller Garmin autopilotsystem.

Då var det dags för provflygning av ΦNIX. Som nämnts tidigare så är förutom motoralternativet ΦNIX identiskt med Phoenix.

OK-XAA54 var prototypen som vi skulle få prova. Det var prototypens andra flygning totalt så det var inte utan att Martin var lite restriktiv på vilka knappar jag fick röra. Han skulle stå för knapptryckandet och jag skulle stå för flygandet. Nu var det inte så många knappar att trycka på, men i alla fall.

Två stora tydliga skärmar i instrumentpanelen. Den till vänster med AHRS, fart, höjd, variometer groundspeed och lufttemperatur. Dessutom hade den skärmen en mindre panel för motorvärden. RPM, vilken effekt motorn levererar, hur många amper som tas ut från batterierna, temperaturen på batterierna samt vilken kapacitet som finns kvar i batterierna.

Skärmen till höger hade en komplett uppsättning av alla motorvärden. Det är fina skärmar och det är inga problem att läsa dem i solljus och med solglasögon.
Ett par knapptryckningar av Martin och allt skulle vara klart för start. Det är en konstig känsla att ropa upp tornet för taxiinstruktioner utan att motorn är igång.

Nu var det klart för taxning och jag förde fram gasreglaget någon centimeter och motorn kom till liv och den var ganska tyst och vibrationsfritt. Det var annan trafik före oss så vi blev ombedda att hålla före banan och då drog jag av till tomgång och då stannade motorn. Jag tror det tar lite tid att vänja sig till elmotor.

Så starter vi! Max power viser 70 kW (ca 93 hk). Motorinstrumentet viser også temperatur på motor, controller og batterier.

Kraftig motor
Ut på banan, full gas och de 60 KW drog iväg med oss. ΦNIX steg bra och det tog inte många minuter förrän vi var uppe i molnbasen.
Det var lite jetmotorkänsla över den vad gällde accelerationen på motorn. Först händer ingenting, sedan ingenting och sedan kommer allt på en gång. Detta var särskilt märkbart lite senare när vi skulle genomföra fotoflygning och flyga i formation med en Phoenix med redaktören i.

Liksom att flyga med FES så slås man av enkelheten med en elmotor. Gasspaken på tomgång och motorn stannar, fram med gasspaken och motorn varvar upp. Man kan glömma allt vad gäller blandning, förgasaris etc.

Det er en speciel, men vældig tilfredsstillende, oplevelse at reducere throttle til 0 og konstatere, at forbruget i tomgang er NUL watt som her på billedet. Med den rigtige propel ville det være muligt at lade på batteriet (regeneration) under descent som når man bremser regenerativt i elbiler.
Flere træningspas på en enkelt dag uden mellem-ladning er muligt. Som skolefly er det aldeles udmærket – hvor ofte flyver klubbens Dimona mere end 3 timer på en dag?

Tre olika spännvidder
Enligt Martin så ska ΦNIX kunna erbjudas med tre olika spännvidder. 17 meters som fortfarande inte är testade, 15 meters som ska vara normalspännvidden, 10.6 meters med korta spetsar samt 10.3 meters utan några spetsar alls.

Den vi provflög hade 15 meter och den kändes som vilken motorseglare som helst men med 10 meters spännvidd blir den både kvickare i rodren och snabbare. Glidtalet ligger på ca 1:32 och det är ungefär vad andra TMG har.

Martin hade även planer på att använda den som bogsermaskin. I nuläget är inte motorstyrkan några problem utan kylningen av motorn när man kör på fullgas en längre tid. (Siden testen har teamet rapporteret, at de har forbedret kølingen, så motoren klarer maksimal power i længere tid, hvilket er et must ved flyslæb,red.).
ΦNIX har en MGM Compro motor på 60 kW (ca 80 hp) och ett batteri på 35 kWh.

De räknar med en flygtid på minst 2,5 timmar. De hade flugit 70 minuter och batterierna sjönk från 100% till 60 % och de räknar med en teoretisk flygtid på 175 minuter eller 300 km. Nu är detta lite teoretiskt då man inte vill köra batterierna helt ner till noll.

Herover: Youtube-video fra 2020-flyvning fra Sveg i Sverige til Roros i Norge. Distance 219 km og 31 kWh brugt. Dvs 89 % af totalkapacitet. 20-40 km/h modvind.

Som operatör är den mycket enkel att använda men hela konceptet med elmotor och batterier är tekniskt sett lite mer komplext. Elmotorn måste kunna kylas och batterierna är high voltage.

Jag tror det kan bli ett bra alternativ som skolflygplan. Om man flyger en timme och sedan sätter den på laddning så är den fulladdad igen när man kommer ut med nästa elev en timme senare.

Ett problem kan emellertid vara laddningsmöjligheter. Om man landar på ett annat flygfält än hemmafältet så gäller det att det finns en lämplig laddare där. Det är ingen liten telefonladdare som man kan stoppa i fickan. Om man nu skulle råka ut för det så är det lämpligt att man har köpt till en transportvagn för då är det bara att demontera maskinen, lasta den på vagnen som vilket segelflygplan som helst och sedan köra hem igen.

”Clean” næsesektion hvor eneste åbning er til motorens køleluft. Fordelen med elektrosystemer er, at man kan reducere frontarealet.

En annan bra grej är att alla Phoenix med Rotaxmotor kan byggas om till en ΦNIX med elmotor.
Vad är nu prislappen för den här maskinen? Prislappen för ΦNIX är inte fastställd än men för motorversionen börjar prislistan på ca 85.000 EURO exklusive arbete och moms. Sedan beror det på vilken utrustning man väljer. För elversionen kommer man att ha möjlighet att välja mellan olika stora batterier och det kan bero vad de olika länderna har satt som MTOW, som exempel så har Frankrike 525 kg medan Tyskland har 600 kg.

Redaktørens bemærkninger
Da test- og fotoflyvningen var klaret fik jeg også mulighed for at flyve den elektriske TMG, og det var en stor oplevelse.

Når det gælder elektriske drivlinjer er det vigtigt at tænke som en ”svæveflyver” – dvs man har bare en begrænset mængde energi som det gælder om at økonomisere med for at strække flyvningen så langt som muligt.

Jeg fløj starten og jeg vidste fra tidligere erfaringer, at det er vigtigt at holde øje med temperaturen på elektronikken. Så derfor kom det ikke som nogen overraskelse, at temperaturen steg hurtigt med fuld power, som i øvrigt blev indikerert til 71 kW (og ikke 60 KW som motoren er rated til).

Jeg reducerede til 30 kW i sikker højde og steg videre med +2 m/s, hvilket fik temperaturen til at stabilisere sig. Under cruiseflyvning med ca 120 km/t kan man flyve med 10-12 kW effekt i en meget aktiv og temmelig morsom flyvestil, hvor man justerer power kontinuerligt. En gennemsnitlig glider-pilot kan flyve denne TMG meget længere end specifikationerne angiver med lidt energi-effektiv flyvning.

Et elegant design, men den høje næsestilling optimerer ikke udsynet under taxi – løsningen er er ”warbird-zig-zag!”

Straks før deadline fik vi at vide, at Martin har byttet den fixed-pitch test-propel ud med en constant-speed-prop som også kan kant-stilles under flyvning (feather), og det giver meget bedre performance under alle forhold.

Flyet har 35 kWh-batteri – i virkeligheden ca 30 kWh tilgængeligt. Et flyslæb med gennemsnitligt 50 kW power giver estimeret ca 2 m/s (med 1-sædede fly). Det betyder, at et slæb til 500 m varer 4 minutter og ”koster” 3.5-4 kWh. Men i det mindste er der kapacitet til 7-10 slæb på en opladning. En dygtig bugser-pilot som forstår at udnytte termikken kan nok gøre det bedre, eller bugsere lavere til fx 400 m og koble fra midt i termikken.

Det kunne være interessant at se lidt nærmere på startlisterne fra Pawnee og co. (læs artikel her). Hvor ofte bugserer vi mere end 5-6 gange uden pauser – og er der en ”typisk” pause efterfølgende, som kunne anvendes til at lade på batterierne? På 20 min kan man fx lade 3,5 kWh (med 10 kW ladeeffekt) – det svarer til en 500 m-start ekstra.

Jo, det er en ny spændende verden. Herunder video fra Onix-flyvningen på Electric Aviation Day 2019. (Læs artikel fra eventet her.)