Das patentierte Antriebssystem ist speziell für die Antares 20E entwickelt worden und stellt einen Grundpfeiler des Antares-Konzeptes dar.
Leichte, hochleistungsfähige und umweltverträgliche Batterien, ein bürstenloser 42 kW Außenläufer-Elektromotor, neuartige Leistungselektronik und ein großformatiger, sehr niedrig drehender Propeller wurden als Gesamtsystem für die Antares 20E entwickelt.
Erstmals wurde eine komplette Antriebskonzeption speziell für ein bestimmtes Segelflugzeug ausgelegt.
Das Ergebnis sind hohe Steiggeschwindigkeiten (ca. 4,4 m/s beim Start), sehr große Steighöhen (bis zu 3000 m bei ruhiger Luft) und praktische Lautlosigkeit.
Weitere Vorteile dieses elektrischen Antriebssystems sind neben den ausgezeichneten Leistungseckdaten die hohe Zuverlässigkeit des Systems und die blindbedienbare, schnell agierende Antriebssteuerung.
Motor
Der in der Antares 20E verwendete Elektromotor EM42 ist der erste und derzeit einzige Elektromotor mit EASA-Zulassung als Flugmotor. Er ist eigens für die Antares 20E entwickelt worden. Bei dem Motor handelt es sich um einen gleichstrombetriebenen, bürstenlosen Außenläufermotor, der bei einer Spannung von 190 – 288 V und einem Betriebsstrom von bis zu 160 A eine maximale Leistung von 42 kW aufnimmt. Mit seinem Wirkungsgrad von 90% und einem maximalen Drehmoment von 216 Nm ist dieser Motor nicht nur in der Luftfahrt einzigartig.
Durch die Verwendung möglichst weniger aber dafür hochwertiger Komponenten wird das Risiko eines Motor-
ausfalls minimiert. Die äußerst geringe Vibrationsbelastung durch den Antrieb verringert darüber hinaus die Betriebs-
belastung der Antares und trägt somit zur Erhöhung der Zuverlässigkeit des Gesamtsystems bei.
Alle elektrischen Anschlüsse des Motors befinden sich am nichtbewegten Motorteil. Durch die Auslegung als bürsten-
loser Elektromotor wird der Verschleiß somit auf die mechanischen Bauteile (Lager und Dichtungen) beschränkt, weshalb eine für den Segelflug einzigartige TBO des Motors von 900 h realisiert werden konnte. Die selten nötigen Wartungs-
arbeiten am Antriebssystem gestalten sich aufgrund des einfachen mechanischen Aufbaus als unkompliziert und kostengünstig. Dabei werden in Intervallen von 200 Betriebsstunden oder 10 Jahren lediglich die Dichtringe ausgetauscht.
Machbarkeit und Leistungsfähigkeit des elektrischen Antriebssystems konnten erstmals im Versuchsträger LF20 unter Beweis gestellt werden.
Der Erstflug der LF20 fand am 07.05.1999 in Zweibrücken statt. So konnten die System-
tests des Antriebs bereits vier Jahre vor dem Erstflug der Antares 20E aufgenommen und damit eine hohe System-
sicherheit von Serienbeginn an gewährleistet werden.
Die beiden speziell für die Antares 20E entwickelten und optimierten Propellerblätter sind direkt am Außenrotor des Elektromotors befestigt und verfügen über einen Propellerkreisdurchmesser von 2 m.
Je höher das Flugzeug fliegt, desto schneller muss der Propeller drehen, um die Leistung des Motors abgeben zu können. In großen Höhen (> 3000 m) ist deshalb die zur Verfügung stehende Leistung durch die Maximaldrehzahl des Motors begrenzt. Aber selbst in einer Höhe von 4500 m erreicht die Antares 20E eine Steigrate von respektablen 1,8 – 2 m/s.
Damit bietet die Antares 20E beste Vorraussetzungen für den Betrieb auf hochgelegenen Flugplätzen und den Gebirgsflug.
Alle Funktionen des Antriebssystems, wie Ein- und Ausfahren des Antriebs, Bremsen und Ausrichten des Propellers sowie die Leistungssteuerung, werden über die patentierte Einhebelbedienung an der linken Cockpitwand gesteuert. Die Antriebsbedienung ist intuitiv und blind möglich, womit die Ablenkung des Piloten und das Risiko von Fehlbedienungen auf ein Minimum reduziert wird.
Zur Überwachung der Systeme wie dem elektrischen Antrieb, dem Batteriesystem oder der Hydraulik dienen eine zentrale Rechnereinheit, eine Vielzahl von Sensoren und das große Farbdisplay im Instrumentenpilz.
Der Zentralrechner überwacht die verschiedenen Untersysteme und stellt alle relevanten Systemdaten zuzüglich einiger Fluginformationen auf dem großen Farbdisplay im Instrumentenpilz dar.
Erreicht ein Systemwert einen kritischen Bereich, wird der Wert farblich markiert dargestellt und eine gesprochene Audio-Warnung weist auf das Problem hin.
Vor dem Flug wird das große Display zur Abarbeitung der Checkliste genutzt, während der Pilot nach beendetem Flug die Flugdaten aus dem elektronischen Logbuch ablesen kann.
Die Erfahrung hat uns gezeigt, dass zur Systemüberwachung kaum Aufmerksamkeit des Piloten vom eigentlichen Fliegen „abgezogen“ wird, da dieser von der einwandfreien Funktion des Antriebssystems ausgehen kann, solange keine akustische Warnung erfolgt.
Der Computer nutzt die vorhandenen Sensoren auch, um die Bedienung des Piloten zu überwachen, wo es der Sicherheit zuträglich ist. Einige Beispiele:
- Es erfolgt eine Bremsklappenwarnung, wenn die Klappen während des Vorflug-Checks oder beim „Gasgeben“ des Motors entriegelt sind
- Während des Vorflug-Checks wird ein Warnsignal ausgegeben, wenn der Spornkuller montiert ist oder der Fahrwerksschalter auf „eingefahren“ steht
- Es erfolgt eine Fahrwerkswarnung, wenn die Bremsklappen bei eingezogenem Fahrwerk entriegelt werden
Der Datenaustausch zwischen den Systemen findet über zwei serielle CAN-Bus Systeme statt. Diese sind von Bosch speziell für ABS-Bremssysteme von Lastkraftwagen entwickelt worden und zeichnen sich dadurch aus, das sie durch ihre Datenkodierung keine fehlerhaften Datentransfers zulassen. Aus diesem Grund haben sie mittlerweile auch in der Luftfahrt Einzug gehalten.
Antares 20E: Fortschrittlichste Technik – intuitive Bedienung