Pipistrel Alpha Trainer Electro

På vej mod Pawnee Version 2? Pipistrel i Slovenien står bag det serieproducerede elektriske fly Alpha Electro. Det er overpowered, tyst og viser vejen mod fremtiden. Norges Luftsportsforbund har sammen med lufthavns- og ATC-myndigheden Avinor, købt et eksemplar for at hente erfaringer med elektrisk flyvning i klub-regi.

Tekst og foto: Jens Trabolt

Pipistrel Alpha Trainer Electro
NORDIC GLIDING MENER

PLUS
Serieproduceret elektro-fly
Mulighed for CO2-fri flyvning
Ekstremt tyst
Ekstremt energieffektiv
Gode flyveegenskaber
Meget kraftig motor
Potentielt billigere drift end Rotax

MINUS
Endnu lidt begrænset batterikapacitet
I praksis ukendt robusthed på batterier
Pris på batterier
Komfort for høje piloter
Relativt dårligt udsyn

“Vi flyver hele dagen på solens energi i svæveflyvningen”. Sådan lyder en af de populære forklaringer til omverdenen, når vi skal beskrive hvad sporten går ud på.

Det er i sig selv korrekt. Men vi glemmer nogle gange at forklare, hvordan vi starter vores fly, for selv verdensmestre som Michael Sommer og Sebastian Kawa trænger lidt hjælp til de første 500 meter.

Den gode gamle Piper Pawnee har været en tro tjener i klubberne og vil nok være det i mange år fremover. Fordelen er klar. Enkel mekanik og kræfter nok til selv de tungeste fly.

Ulemperne er tilsvarende tydelige: En voldsom appetit på benzin, cirka 1 liter i minuttet under tjenesten og en akustisk påvirkning som ikke alle i nærmiljøet sætter pris på.

Nyere alternativer, bort set fra spilstarter, er ultralette fly som fx Aerospool WT9 Dynamic som slæber med et betydeligt mindre forbrug og lavere støjemission.

Men er vi egentlig en grøn sport, når vi er afhængige af fossile brændstoffer og burde vi på længere sigt adoptere andre teknologier som egentlig harmonerer bedre med vores selvforståelse?

Mange klubber ville nok gøre sig tanker om elektrisk flyvning under visse omstændigheder, hvis teknologien præsenterer sig som a) Økonomisk forsvarlig b) Sikker 3) Pålidelig og 4) effektiv.

Der er mange del-problematikker vi ikke endnu kender svaret på, men det norske forsøgsprojekt sigter selvfølgelig mod at generere viden om elektroflyvning i et klubmiljø. I første omgang skal elektroflyet være et demofly for at showcase teknologien og senere skal det indgå i skoleflyvning, som det utvivlsomt vil egne sig til, men det er også en spydspids i visionen om, at alle norske short-haul-flyvninger skal være elektriske inden 2040.

LÆS OGSÅ: Elektrisk bogsering: En realistisk kalkyl

Vi møder NLFs demopilot Tobias Veland på flyvepladsen Kjeller cirka 15 km vest for Oslo centrum. Tobias er en ung flyveinstruktør i Nedre Romerike Flyklubb og desuden styrmand på Boeing 737.

Han er en af de demopiloter som har været på fabrikken i Slovenien til type-omskoling med en række norske teknikere fra fly-miljøet.

LÆS OGSÅ: Seilflyteknikeren på elektrokursus i Slovenien

 

Tobias Veland er det norske luftsportsforbunds demopilot på elektro-projektet. ”Det er selvfølgelig spændende at få lov til at være en del af dette projekt”, siger han. På siden af flyet er angivet projektets partnere.

 

Flyet som nu er klart i Norge har akkumuleret 20 timer uden seriøse snags. Der har været en lækage på en fitting i kølesystemet, men det er fikset nu. Ellers ingen problemer.

Pipistrel Alpha Electro står klar på forpladsen på Kjeller. Der er intet unormalt at bemærke bort set fra ”100 % electric”-bemalingen på siden af flyet og så det faktum, at en stor transportabel fast-charger står og tanker elektricitet på flyet.

 

Trods over 100 kg batterier i næsen og bag cockpittet er Alpha Trainer Electro meget handy i ground handling.

 

Ladeconnector til Alpha Trainer Electro. Kendere vil bemærke Tesla-arkitekturen.

 

Kendere vi bemærke Tesla-arkitekturen på ladeconnectorer. På mellem 1 og 2 timer er flyet fuldt ladet, men det kan også gøres hurtigere (ned til 1 time) med flere faser på ladningen.

Man kan glæde sig over, at vi ”tanker” grøn norsk strøm til under 1 krone per kilowatt-time. Med 6 batterier på totalt 21 Kwh koster en times flyvning under 20 kroner i ”fuel”. Det giver en ganske stor margin til afskrivning af motor og nye batterier.

 

Projektets demopilot Tobias Veland ved ladestationen. På det enkle display vises de vigtigste informationer som fx resterende ladetid og leveret energi.

 

Batteriproducenter siger, at de klarer 2000 cyklusser, hvilket svarer til 2000 timer hvis man maksimerer flyets endurance. 2000 timer er identisk med livslængden på en Rotax 912. Men batterilevetiden må vi se i praksis; Pipistrel giver 100 timers garanti.

Under alle omstændigheder er batteriteknologien i kontinuerlig fremgang, og priserne falder.

 

Elektrisk retrofit
Flyet er egentlig ikke designet som elektrisk fly fra ”bottom up”, men er originalt en Pipistrel Alpha Trainer med 80 hk Rotax 912-motor. Alpha Trainer er som navnet antyder et træningsfly designet med gode præstationer og enkel handling.

Siemens og Pipistrel gik for 2-3 år siden i et joint-venture om at udvikle et elektrofly på basis af den konventionelle Alpha Trainer. Prototypen ”Watts up!” var det første resultat i 2015. Prototypen blev baggrund for produktionsflyet som dog flyver med slovensk EMRAX-motor.

Bortset fra elektrosystemet og spændvidde er der i øvrig meget lidt variation i Alpha Trainer, Virus og Sinus-familien og fabrikken har efterhånden stor erfaring med det grundlæggende koncept; Der er produceret cirka 1000 fly fra Sinus – og Virus-familien. Dertil kommer Alpha Trainer, som Pipistrel har solgt i giga-ordrer på flere hundrede fly til fx det indiske flyvevåben.

Propellen på flyet giver op til 2 kW ”dynamo”-effekt under descent. En mere effektiv propel med større korde er på vej.

Selve elektroflyet som vi her tester, er produceret i ca. 40 eksemplarer, oplyser Pipistrel, hvilket gør det til det elektrofly i verden med størst produktionsantal, bortset fra FES-motoriserede svævefly. Volumen giver erfaring og mulighed for at udvikle på konceptet. Så tror man, at Pipistrel Alpha Electro er en flyvende prototype, så stemmer det faktisk ikke helt. Flyet og drivsystemet virker gennemtænkt og drivlinjen gennemtestet. I hvert fald til et niveau hvor jeg ikke er bange for at flyve i flyet.

Konceptet bag Alpha Electro er, at man som flyveskole køber 2 Alpha Trainers. En med elektromotor og en med Rotax-motor. El-flyet skal anvendes til træning i basic handling, start og landing, og motorflyet med længere rækkevidde har fordele på navigationstræning.

Tobias siger, at Alpha Electro faktisk har fløjet de 106 km fra Kjeller til det norske svæveflyvecenter Starmoen i Elverum, og de landede med 20 % power på batterierne, så kortere færgeflyvninger er muligt i gunstigt vejr uden modvind. Pipistrel rekommenderer, at man ikke går under 20 % på batterierne, da det kan skade levetiden.

De 6 batterier kan relativt enkelt de-monteres. Et ”Kindle”-type e-book-display viser de enkelte batteriers status med fantastisk læsbarhed trods stærk sol.

Daglig pre-flight inspektion har følgende nye elementer: Man skal sikre sig, at motoren har korrekt mængde kølevæske (den lille Emrax-motor er så stærk, at den trænger væskekøling), og checke, at batterierne er låste i deres holdere foran cockpittet og bag cockpittet. Emrax-motoren er kompakt, yder 60 kW /80 hk i denne applikation, men den er dimensioneret til mere power.

Stigehastigheden er vældig imponerende. Selv med power reduceret til maksimal kontiunerlig power på 45 kW stiger det aerodynamiske fly med over 6 m/s.

Det er varmt denne dag i Oslo, cirka 30 grader, og der er varsel for CB, hvilket de hastigt voksende CU også understreger. Dette vil være en fin test af batteriernes og elektronikkens kølesystem. NORDIC GLIDING har tidligere uden problemer fløjet det selvstartende svævefly Pipistrel Taurus Electro i 33-34 graders varme, så det er med forventningen om nul drama, at jeg folder mit lange korpus og entrerer det højvingede fly med Tobias i højre sæde.

Det er forbudt at starte med en batteritemperatur på under 5 grader. Pipistrels egne tests viser desuden, at batterisystemet ikke har tendens til overheat eller unormaliteter ved en lufttemperatur mellem – 5 og + 37 grader C.

 

Cockpittet er enkelt og med længderegulering af siderors-pedalerne som vi kender det fra svævefly. En højt instrumentpanel og det højvingede design giver dog minus på udsyn.

Selve drivlinjen (sammenspil mellem batterier, motor og power-elektronikken) er meget kompleks, men på et centralt instrument præsenteres de vigtigste informationer, såsom energimængde i batteriet i procent, power level på throttle, motor-, inverter – og batteritemperatur. De 2 batterier giver et redundant system, hvor en fejl på det ene batteri, giver mulighed for at fortsætte flyvningen med en power tilgængelig på op til 35 kW og halv energimængde. Dette kontrolleres automatisk. Motorinstrumentet viser også fejl eller unormale værdier i batterisystemet.

 

Det centermonterede drivlinje-display giver informationer om powersetting, resterende batteri og temperaturer på motor, batteri og inverter. Her har Pipistrel tænkt over workload og usability: Det fungerer rigtig fint. Minuspoint gives der for det panelmonterede elektriske trim.

Efter de normale check af døre, seat belts, flight controls og armering af BRS-raketten er det tid at starte motoren op. Det er ekstremt simpelt. Der er 4 switches som man bevæger sig gennem fra venstre mod højre. ”Master on”, ”Avionics on”, Battery engine” og til sidst ”Power eng”. Så er throttlen aktiv.

Som en ekstra sikkerhed mod unødig dramatik, kan man vælge at deaktivere motoren med en klassisk push/pull sikring. Det har Tobias valgt at gøre, så sikringen reaktiveres. Systemet scanner alle parametre, og alt ser fint ud. Jeg bevæger throttlen frem og propellen starter langsomt sin rotation. Som en ekstra safety feature er der en soft-start-funktion, som i teorien skulle forhindre personskader.

Vi taxier frem mod Kjellers hovedbane. Flyet har ikke diiferentialbremser men er enkelt at håndtere med næsehjulet. Vi skal backtracke cirka en kilometer på den lange bane, og jeg vælger at give kraftig power for at få flyet op på ca 20-30 km/t og derefter reducerer jeg til 2 kW. Denne lave powersetting bidrager til at spare på energien. De sidste 100 meter ruller vi med 0 throttle. Det er en mærkværdig oplevelse at se propellen stoppe og alt bliver tyst, bortset fra støjen fra dækkene.

Så vender vi rundt og liner op til start. Jeg vælger 15 graders flap. Flaps-selektoren minder om en håndbremse til en bil, men er desværre placeret meget langt tilbage, hvilket resulterer i, at det er meget vanskeligt for mig at betjene. Jeg giver fuld power, stick lidt tilbage og flyet kvitterer med en øjeblikkelig og meget kraftig acceleration. Kraftigere end noget andet Ul-fly, jeg har prøvet.

 

Den akustiske miljøpåvirkning er traditionelt en hovedårsagerne til klager over flyvepladser. Men fremtidens elektriske fly er utroligt tyste og lowpass som her akkompagneres bare af minimal summen fra propellen.

På under 100 meter er vi airborne og den initiale climb rate er temmelig vild med en dramatisk nose-up-attitude. Så slipper man også for at forholde sig til andre fly i luften, for det eneste man kan se er instrumentpanelet og himlen over horisontlinjen!

Jeg estimerer det til mindst 7-8 m/s eller ca 1500 ft/min. Motoren er rated til 60 kW i 1 minut. Da vi passerer 105 km/t vælger jeg flaps up og reducerer til maksimal kontinuerlig power på 45 kW. Det giver det lette og aerodynamiske fly en stigehastighed på over 1200 ft/min og over 6 m/s. Wow! Man kan i teorien flyve uden headsets, men lyden fra propellen er i cockpittet forholdsvis dominerende.

 

Den væskekølede 60 kW elektromotor, konstrueret af EMRAX i Slovenien. (foto: Ole Baartvedt)

 

Da vi kommer i 1200 ft, reducerer jeg til 18-20 kW, som giver en cruisehastighed på ca 135 km/t, og her reduceres støjniveauet tilsvarende til en ganske behagelig summen. Til information så cruiser en 18 meter Discus FES med 100 km/t med en powersetting på bare 4 kW. Under intet tidspunkt nærmer motor/inverter/batteritemperaturer sig deres maksimale grænser trods de høje lufttemperaturer.

 

Stigekapacitet på over 6 m/s ved maksimal kontinuerlig powersetting skriger efter forsøg med flybugsering. Jeg ville forvente +- 2 m/s med en ASK 21. Dette vil – i hvertfald i teorien – giver et slæb til 500 meter på lidt over 4 minutter, hvilket ville give et energiforbrug på mellem 3 og 4 kWh per slæb. Måske nærmere 3 kWh med en dygtig slæbepilot som kan forstå termik og lidt regenerering af elektricitet under descent, for den specielle propel giver mulighed for regenerering af flyets potentielle energi på op til ca 3 kW (Det er unikt, for uanset hvad man gør kommer der ikke mere benzin i tanken med Pawnee under descent!).

 

De 20 kWh i batterierne er klart den begrænsende faktor. Det giver maksimalt 4, måske 5 bugseringer på et fuldt ladet batteri. Der er dog den mulighed, at man kan købe ekstra batterier. Det er ikke billigt – cirka 26.000 euro – flyet koster 118.000 euro inklusiv batterier plus moms, men ekstra batterier giver trods alt muligheden for at operere semi-kontinuerligt.

Pipistrel siger, at det tager 2-5 minutter at bytte de 6 batterier. Det har vi ikke prøvet i praksis. Men jeg ville være skeptisk overfor klubbernes håndtering af batterierne i daglige operationer. Det er delikat elektronik, som ikke tåler fysisk mishandling.

Motoren har en livslængde på 6000 timer og skal renoveres efter 2000 timer. Det er dog relativt billigt, ca 500 euros. Pipistrel giver 2 års / 100 timers garanti på hele flyet inkl. batterier.

En mulighed (vanskeligt dog) ville være, hvis man byggede en special-model med bare 1-sæde (som en Pawnee). Her kunne man montere en batterier i passagersædet og få 15 kWh ekstra – totalt 35 kWh. Det ville give ca. 10 bugseringer til 1500 ft. Til sammenligning (jämföring) kan en fuldttanket Pawnee med 128 liter i tanken bugsere ca. 20 gange til 1500 ft eller 16 gange til 2000 ft.

 

 

Vi flyver nu nogle ekskursioner rundt i terrænet omkring Kjeller, og det står lysende klart, at en Alpha Trainer Electro er en responsiv og harmonisk konstruktion. De store full span flaperons giver excellent roll-rate. Af vægthensyn har Pipistrel ikke monteret klassiske luftbremser, men med propellen i regenerativ mode kan man få en acceptabel descent rate.

På minussiden bemærker man det begrænsede udsyn som skyldes det højvingede design, men det har SuperCub-piloter levet med i 60 år. Hovedbjælken passerer dog gennem cockpittet i bekymrende afstand fra piloternes hoved i tilfælde af havari, og jeg har også svært ved at give fuldt højre stick, fordi højre ben er klemt op mod centerkonsollen.

Med et glidetal på 1:15 ved 118 km/t har Alpha Trainer Electro et helt anden aerodynamisk profil end fx en Pawnee. Flyet accelerer hurtigt under descent, selv med 0 throttle. På ingen tid flyver vi 190 km/t under svag descent uden power. Flyet er utrolig tyst både mekanisk og aerodynamisk.

Prøv at lytte efter en Pawnee på finale næste gang du er i flyveklubben. Den enorme aerodynamiske støj vidner om en konstruktion som bortkaster store energimængder.

Og her kommer så den elektriske flyvnings store trumfkort. De elektriske fly er meget venlige overfor omgivelserne. Det norske Alpha Electro-projekt har professionelle lydmålinger af flyet. Værdierne er ekstremt lave, og det bekræftes også at mit subjektive indtryk. Den øvrigt trafikstøj fra vejtrafikken omkring Kjeller maskerer totalt lyden fra Pipistrel Alpha Electro.

VI flyver et par approaches og go-arounds, hvilket bekræfter indtrykket af et harmonisk fly med kraftig og user-friendly drivlinje. Efter ca 40 minutter lander vi med ca. 40 % batteri. Flyet er i øvrigt enkelt at lande, selv i sidevind.

Vi drikker kaffe, mens batterierne lades op. Efter en stund starter Tobias i Alpha Electro for at demonstrere flyets akustiske signatur. Selv om jeg står 10 meter fra banen, da flyet roterer, er støjen minimal. Et low pass lyder mere som en elektrisk græsklipper end noget fly. Folk, som vi have et mægtigt motorbrøl som kan mærkes helt nede i maven, få det svært, hvis disse elektriske koncepter slår an.

 


Den norske elbils-youtuber Bjørn Nyland har lavet denne video om LN-ELA

 

Perspektiver
En positiv bivirkning af de energieffektive elektriske drivlinjer er en markant reduktion af milljøbelastning, ikke bare CO2, men også den akustiske påvirkning af nærmiljøet.

I en fremtid hvor man må forvente, at klimaproblematikken og den politiske diskussion vil øge i intensitet og ikke reduceres, er flyvning uden fossile brændstoffer en teknologisk mulighed, som sporten bør følge med et skarpt øje.

Prisen på batterier er endnu høj og teknologierne ukendte for de fleste, men tiden og udviklingen arbejder på vores side. Se fx interessen for elektriske lastbiler, færger og biler. I flyvemiljøet er der er store interesser fra flyveskoler på globalt plan for at få et skolefly som performer miljøvenligt og med lavere timepriser, fordi afskrivningen og driftsomkostninger ved el-motor og batterier er lavere end kombinationen af ”Rotax og benzin”.

Dette vil uden tvivl drive udviklingen til svæveflyvningens fordel, for der er ingen tvivl om, at elektriske fly kan slæbe.

Vi må bare finde frem til en acceptabelt antal bugseringer /slæb i batterierne. Enten ved større og mere effektive batterier, eller ved at have flere antal batterier som kan lades og byttes ud under flyvedagen. Pipistrel Alpha Electro er et førstegenerations serieproduceret elektrisk fly med begrænsninger, men en værdig budbringer om en nær, realistisk fremtid som arvtager for Pawnee of co.

Pipistrel Alpha Trainer Electro
Pris (euro) 118.000 euro plus moms (inkl. batterier)
Motor Emrax 60 kW/80 hk
Spændvidde (m) 10,5
VIngeareal (m2) 9,3
Længde (m) 6,47
Højde (m) 2,05
Sideforhold 11.8
Stall speed (flaps ext. +25) (km/t) 70
Stall speed (flaps retr. 0) (km/t) 80
Best endurance speed (km/t) 157
VNE (km/t) 250
Endurance (min) 80
Rækkevidde @ best cruise (km) 139
Takeoff – ground roll – at MTOW (m) 169
Takeoff dist. over 50 ft hindring (m) 265
Landing dist over 50 ft hindring (m) 460
Tophøjde @ MTOW 12,800 ft (3900 m)
Maks vægt (kg) 550
Tomvægt uden batterier (kg) (incl. BRS) 251
Tomvægt med batterier (kg) (incl. BRS) 385
Batterikapacitet (kWh) 20,0 (usable)
Propel 3 blade, fixed pitch composit,
diameter 1640 mm