Das Antriebssystem wurde speziell für den Antrieb von eigenstartfähigen Hochleistungssegelflugzeugen entwickelt.
Das Ergebnis sind hohe Steiggeschwindigkeiten, sehr große Steighöhen und praktische Lautlosigkeit.
Weitere Vorteile dieses elektrischen Antriebssystems sind neben den ausgezeichneten Leistungseckdaten die hohe Zuverlässigkeit des Systems und die blindbedienbare, schnell agierende Antriebssteuerung.
Das System ist bereits seit 2003 in der Antares 20E im Einsatz und hat seine Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit bei bisher mehr als 10.000 Flugstunden eindruckvoll unter Beweis gestellt.
Motor
Der Elektromotor EM42 ist der erste und derzeit einzige Elektromotor mit EASA-Zulassung als Flugmotor. Bei dem Motor handelt es sich um einen gleichstrom-betriebenen, bürstenlosen Außenläufermotor, der in einem Spannungsbereich von 190 – 288 Volt und mit einem Betriebsstrom von bis zu 160 Ampere 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 hochwertiger Komponenten wird das Risiko eines Motorausfalls minimiert. Die äußerst geringe Vibrationsbelastung durch den Antrieb verringert darüber hinaus die Betriebsbelastung des Segelflugzeuges insgesamt und trägt somit zur Erhöhung der Zuverlässigkeit des Gesamtsystems bei.
Alle elektrischen Anschlüsse des Motors befinden sich am nichtbewegten Motorteil. Durch die Auslegung als bürstenloser 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 Wartungsarbeiten am Antriebssystem gestalten sich aufgrund des einfachen mechanischen Aufbaus als unkompliziert und kostengünstig.
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 Systemtests des Antriebs bereits vier Jahre vor dem Erstflug der Antares 20E aufgenommen und damit eine hohe Systemsicherheit von Serienbeginn an gewährleistet werden.
Die beiden optimierten Propellerblätter sind direkt am Außenrotor des Elektromotors befestigt und verfügen über einen Propellerkreisdurchmesser von 2 m.
Damit bietet der Antrieb beste Vorraussetzungen für den Betrieb auf hochgelegenen Flugplätzen und den Gebirgsflug.
Die Lärmemission des Antriebs wurde im Rahmen der Musterzulassung der Antares 20E nach Kapitel X gemessen. Das Ergebnis der Lärmmessung war ein Schalldruck von unter 48dB(A).
Dies ist der niedrigste jemals für eine Zulassung nach Kapitel X gemessene Wert. Aufgrund der höheren maximalen Abflugmasse des Arcus E gegenüber der Antares 20E ist mit einem leicht höheren Messwert für den Arcus E zu rechnen. Gleichwohl wird auch der Arcus E ein "Flüsterflugzeug" sein.
Wie bei der Antares 20E ist für den Betrieb des Arcus E damit zu rechnen, dass lärmbedingte Einschränkungen (z.B. keine Starts während der Mittagszeit, Verbot des Eigenstarts auf diversen Alpenflugplätzen, usw.) für diesen Motorsegler nicht gelten.
Alle Funktionen des Antriebssystems, wie Ein- und Ausfahren des Antriebs, Bremsen und Ausrichten des Propellers sowie die Leistungssteuerung, werden über eine 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 werden.
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 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 Motorlauf 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 eingefahrenem 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.
Für den Arcus E ist eine zweite Antriebssteuerung und Anzeigeeinheit, die eine Triebwerksbedienung auch vom hinteren Sitz ermöglicht, entwickelt geworden. Die Zweite Antriebssteuerung ist als Option lieferbar.
Beim Arcus E wird automatisch vom totalenergiekompensierten auf statischen Druck umgeschaltet, wenn der Motor in Betrieb genommen wird, da sich die TEK-Düse am Leitwerk im Propellerstrahl befindet.
Das Ladegerät benötigt bei einer Leistungsaufnahme von 1,7 kW etwa 9 Stunden zum vollen Aufladen leerer Batterien. Durch das Fehlen eines Memory-Effektes bei Lithium-Ionen-Batterien ist auch teilweises Nachladen der Akkus kein Problem. Je nach Kundenwunsch kann das Ladegerät auf 110 V oder 230 V Wechselstrom eingerichtet werden.
Eine spezielle Verkabelung im Anhänger ermöglicht ein einfaches Aufladen im abgerüsteten Zustand. Die beiden führenden Hersteller von Segelflugzeuganhängern Spindelberger (Cobra) und Anschau haben bereits Erfahrung in der notwendigen elektrischen Ausstattung ihrer Anhänger.
Das Ladegerät ist im Rumpf integriert. Dieses ermöglicht einfaches Nachladen auch auf Wandersegelflügen.
Das Antriebssystem verfügt serienmäßig über ein GSM-Modem, das mit dem Zentralrechner des Flugzeuges verbunden ist. Dadurch ist es dem Piloten möglich, sich mittels Mobiltelefon per SMS über den Flugzeugstatus zu informieren und den Batterieladevorgang zu steuern, ohne sich beim Flugzeug aufhalten zu müssen. Außerdem sind die Techniker von Lange Aviation in der Lage, bei Bedarf System-Monitoring, Softwarepflege und Fehlerdiagnose aus der Ferne zu betreiben.