Svæveflyveklub vil bygge ”New Generation” elektrisk spil

Kontrolpanel i det “gamle” diesel-elektriske spil “Elvira”. Automatiseringen gør det meget enkelt at betjene startspillet og give standardiserede starter – det kommende fuldt elektriske spil skal have samme features – med mere!

Link to automatic translation

For at kunne forstå det nye spilprojekt, er det nødvendigt at vide lidt om fortiden: Det gamle Elvira-spil er fortsat ganske imponerende. Det er bygget på el-generator og el-motor fra et dansk M0-regionaltog, som blev udfaset fra DSB sidst i 70’erne.  Det 12 ton-tunge spil er monteret på et lastbil-chassis, og en 11 liters turbodiesel-motor på cirka 275 hk giver via en elektrisk generator liv til de elektriske motorer.

Hele attraktionen ved Elvira er den sofistikerede elektroniske styring, som regulerer kræfterne under starten. Spilføreren indstiller flytype og aktuel startvægt, og der kompenseres også for meteorologiske forhold som fx vind.  Det betyder, at starterne bliver standardiserede som var det en meget rutineret spilfører, og det giver efter sigende en meget behagelig start.

Altså et temmelig avanceret og effektivt system, som også har vist sig at være driftssikkert over tid – noget som er vigtigt i klubregi.

Men det har efterhånden vist sig at være vanskeligt at finde reservedele til spillet, og klubben har også erkendt, at CO2-emissionen per start ikke er helt tidssvarende. Det kræver nemlig 1,3 liter dieselolie at få klubbens Duo Discus op i 400 meter, og med tunge fly som fx klubbens nye Arcus T er ”Elvira” desuden nok også ved at nå grænsen for rå kræfter.

Men et kig i krystalkuglen og på udbuddet af nye industrikomponenter, el-bil komponenter og power-elektronik indikerer, at grønnere og mere energieffektive løsninger er inden for rækkevidde”, siger klubbens Knud Møller Andersen om projektet, da NORDIC GLIDING besøger Herning Svæveflyveklub for at få en briefing om projektet og ikke mindst en introduktions til folkene bag:

Et kompetent team

Knud Møller Andersen arbejder professionelt med industriel elektronik hardware-udvikling og var en af hovedkræfterne bag det gamle spil, og han kommer uden tvivl også til at have en betydelig rolle i konstruktionen af det nye spil.  Klubbens formand Jonas Wad Kragsø arbejder med teknisk service. Per Feldbak beskæftiger sig med softwareudvikling af industricomputere, såkaldt PLC. Rasmus Møjbæk er specialist i 3D-værktøjsdesign og endelig er Mogens Jensen dygtig til software-udvikling i mikroprocessorer.

Altså et team i klubben som har betydelige kompetencer, når det handler om udvikling af komplekse computerstyrede systemer.

De første testkørsler af Elvira i 1983. Knud Møller Andersen, som nu er en af kræfterne i New Generation-spilprojektet, sidder ved kontrolpanelet i en lidt yngre version.

Nye tider, nyt design

Under projekttitlen ”Grøn Omstilling i Herning Svæveflyveklub” arbejder man nu mod nye tider i klubben. Væk er det gamle oliefyr, og man har installeret varmepumpe og har også blikket rettet mod fremtidig el-produktion via egne solceller; Så hvorfor ikke også se på spillet?

Opgaven for projektgruppen er veldefineret. Man ønsker et nyt spil, som kan bringe et 850 kg tungt fly op i 400 meters højde på 35 sekunder. Energien som tilføres flyet er 1,2 kWh – det svarer til en middeleffekt på 129 kW.  Klubben ønsker et wiretræk på op til 750 kg, hvor det nuværende spil ”Elvira” kan klare 600 kg.

Projektgruppen har taget sig den luksus at se med friske øjne på specifikationerne og funktionerne. Der er med andre ord ”tænkt ud af boksen”, og som vi kommer ind på lidt senere i artiklen, er der betydelige fordele at hente med ny sensor-teknologi.

Det er derfor man – som udgangspunkt – ikke ønsker at købe et klassisk spil fra de eksisterende producenter.

Et fuldt batteridrevet system

Grundlæggende forestiller projektteamet sig et fuldt batteridrevet system med en 180 kW motor, fx EMRAX 348 – det er i øvrigt samme producent som leverer til både Schleicher og Jonker. Det er værd at notere sig, at de nyeste tyske normer for spil dikterer en minimum motoreffekt på 180 kW.

Når man står med et par af reserve-motorerne til det eksisterende Herning-spil, så ser man straks at udviklingen af elektriske motorer ikke har stået stille. Elmotorerne på ”Elvira” er designet i 1930’erne og vejer cirka 1,5 tons stykket til trods for beskedne 165 kW-effekt. En moderne elmotor med mere end den dobbelte effekt vejer under 50 kg og kan snildt bæres af en person.

I det nye spil kommer kræfterne ikke fra en dieselmotor, men et stort batteri; Det er i den forbindelse vigtigt, at man dimensionerer batteriet korrekt til klubbens faktiske behov, og ikke investerer i et dyrt mega-batteri som kan honorere start-kravet til meget sjældne dage, hvor behovet er ekstraordinært stort.

For at kortlægge behovet har projektgruppen analyseret antallet af starter over en 10 års periode. Her er det tydeligt, at dage hvor der startes mere end 50 gange er meget sjældne.

Projektgruppen har derfor indledningsvist dimensioneret batteriet til cirka 62 kWh eller 50 starter.

Projektgruppen har set på flere forskellige leverandører af celler, og indtil videre synes gruppen godt om LTO-celler (Lithium-Titanat Oxid), som tilsyneladende har fordelagtige egenskaber hvad angår aldring og stabilitet. Batterisystemet kan oplades om natten, hvor strømmen er billig, og med mindst 12 timers ”nattesøvn” er der masser af tid til at lade med moderat hastighed. Intet behov for hurtigladning her.

Nyt design skal minimere slitage af wire

En væsentlig faktor ved spil-operationer er styring af wiren for at sikre driftsstabilitet og hindre tidskrævende wirebrud. På klassiske spil-systemer guides wiren tilbage på tromlen af et såkaldt ”wire-styr”. Dette system har naturligvis sine fordele, men medfører også slitage på wiren. Så hvorfor ikke tænke systemet anderledes?

Projektgruppen har projekteret en meget elegant løsning hvor hele spilmekanismens fundament er svingbart således, at wiren fødes direkte ind på tromlen, og den nødvendige sikkerhedsfunktion, nemlig wiresaksen løftes i takt med at wirevinklen øges qua øget flyvehøjde.  Altså intet wirestyr som slider på wiren.

Avanceret sensorteknologi

Dette setup kræver, at man har god kontrol med wirens position 10 cm fra spillets indgang under hele starten, sådan at man elektronisk kan styre spillets X- og Y-akser.

Projektgruppen har allerede testet en avanceret laser-sensorteknologi (såkaldt TOF – Time of Flight) på det gamle Elvira-spil. Det er en helt ny chip-teknologi, som måler afstand til et objekt i en matrix på 64 felter. Kombinerer man flere sensorer kan man opnå en god flerdimensionel præcision på wiren, som giver udgangspunkt for at styre X og Y-akserne på spillet.

”Det kræver mere kalibrering, før vi kan bruge det i praksis, men det er lovende teknologi”, lyder det fra teamet under NORDIC GLIDINGs besøg.

Da det nye spilkoncept er 1-tromlet, skal der i praksis 2 nye spil til at erstatte Elvira. Men det er fint, for så har man en vis redundans.

Det nye spil skal selvfølgelig videreføre ”Elviras” fordele med enkel betjening og gode standardiserede starter– og her har teamet masser af erfaring ud fra næsten 40 år med Elvira.

Og skulle man tænke tanken helt til ende og lade fantasien få frie rammer, så disponerer klubben pludselig over en ret betydelig energibuffer med cirka 60 kWH – måske ville det være muligt at lade batteriet når strømmen er billig og anvende den i klubhuset, når tariffen er dyr?

Projektteamet vover at tænke tanken, men de er også fuldt klar over, at det som første prioritet handler om at sikre gode og energieffektive starter uden fossile brændstoffer.

A) Afbalanceret wiretromle B) Drejeskive for Y akse C) 180 KW børsteløs elmotor D) Inverter E) Drejeskive for X akse F) Sikkerheds saks G) Sensor ramme bestående af optisk TOF-sensor samt mekanisk sensor. H) 1500 m kunststof line I) Litium batteri

Tidlig skitse af løsninger

Det svingbare spil fra flere vinkler.

Sponsorer og økonomi

Som bekendt er flyveklubber baseret på frivilligt arbejde, men et projekt af denne kaliber kræver trods alt penge for at sikre indkøb af komponenter. Budgettet for et sådant spilprojekt er omkring 1 mio. danske kroner (det er jo ingen penge nu om dage!), og Herning SFK har produceret et temmelig professionelt PR-kit som skal inspirere store virksomheder til at være med på denne grønne rejse. Indtil videre er det lykkedes at rejse 200 000 kroner, hvilket er en præstation i sig selv.

Det gamle spil har indtil videre været et aktiv i 40 år, og hvis man ser på økonomien de seneste 10 år har det kostet 24,65 kroner per start. Ser man nøjere på regnskabet har klubben brugt 472.995 kroner på at  starte 19255 gange i de seneste 10 år.

Dette beløb inkluderer reparationer og vedligehold, diesel, indkøb af nye wirer og wire-faldskærme samt vedligehold af wirehenter-biler.

Spørgsmålet er om driftsomkostninger, afskrivning og levetid på et batteridrevet system kan sidestilles med omkostningerne ved dieseldrevet system? Det er utroligt svært at svare på, erkender projektteamet ærligt, og her er det rigtige svar nok, at der er potentiale for at spare penge, da diesel er væsentligt dyrere end strøm, men at det hele kommer an på, hvor længe batterierne holder ”konditionen”, og hvor vanskeligt og dyrt det er at bytte batterimoduler i tilfælde af renoveringsbehov?

Men folkene i Herning Svæveflyveklub har tidligere vist, at de magter et teknisk avanceret projekt som er forud for sin tid. Det gamle spil gav diskussioner i klubben ved koncept-introduktionen for 40 år siden, men viste sig sidenhen at være en god ide og et skattet aktiv for klubben.  Nu vover man igen at tænke stort mod fremtidens grønne starter.
Det er noget værd i en klub, og NORDIC GLIDING følger projektet undervejs med stor interesse.

PS. Herning er ikke eneste klub, som har tænkt i disse baner. Segelflygarna i Uppsala, Sverige, har også filosoferet over at elektrificere en Pawnee, og har regnet temmelig grundigt på ombygningen. Men dette projekt er indtil videre sat på pause på grund af manglende financiering.

Kilder

Link til de teknisk interesserede – Hernings SFK egen konceptbeskrivelse af det nye spil

Artikel om det gamle spilprojekt “Elvira” (link til ekstern PDF) fra jubilæumsbog. Herning SFK fejrede jubilæum i 2021 og lancerede en flot bog i samme anledning. Bogen som koster 175 kroner kan i øvrigt bestilles hos Sabina Wad Kragsø, mobil 2118 6201, email: intro@herningsvaeveflyveklub.dk