Engineering and production of aircraft, engines and in-flight adjustable large-diameter propellers.

 Ingeniería y producción de aviones, motores y hélices de gran diámetro ajustables en vuelo.

 ¿Por qué desarrollo propio?

        Porque poseo una pista corta (236 m), y debido al complejo y fragmentado entorno que rodea la pista, así como a la mayor altitud (635 AMSL), he decidido modificar mis aviones para STOL, de modo que puedan despegar de una pista tan corta con suficiente reserva de potencia y la capacidad de superar un obstáculo alto cercano.

        También necesitaba menores emisiones de ruido para coexistir satisfactoriamente con los residentes locales, requisito que se refleja en todos los aspectos de mi trabajo creativo.

¿Cómo llevar la teoría a la práctica y por qué los fabricantes ordinarios no lo hacen?

        El mayor ruido de un avión de altas prestaciones se produce durante el despegue y suele deberse a una hélice de diámetro pequeño inadecuada, a altas velocidades de la hélice y a un mal reglaje de las palas de la hélice. Un mal ajuste de las palas de la hélice significa que una o dos palas están torcidas en comparación con las demás (la tolerancia estándar es de 0,3 grados), un perfil inadecuado y su cambio en la longitud de las palas de la hélice, una rigidez insuficiente de las palas de la hélice (cuando una o más palas se bambolean de forma diferente a las demás). El ruido también se produce por la inadecuada relación de reducción del reductor del motor junto con el pequeño diámetro de la hélice y, por último, por el inadecuado sistema de escape y su amortiguación.

         Según los principios teóricos, necesito una hélice con el mayor diámetro posible, preferiblemente con el menor número razonable de palas y las velocidades más bajas para conseguir la mayor eficacia en la transferencia de potencia del motor al aire. Esto significa que necesito un motor con una curva de par diferente de la que ofrecen los motores típicos de los aviones.

Los fabricantes de aviones prefieren aviones de dimensiones compactas, lo que significa una distancia reducida del eje de la hélice al suelo. Al mismo tiempo, suelen utilizar una tecnología muy antigua: Los motores de avión Rotax 912 ULS de 100 CV. Debido a que este motor es fácilmente detenible, ligero y relativamente potente para su peso, está refrigerado por agua, aire-aceite y combustible. Por lo tanto, también es menos susceptible al sobrecalentamiento con una instalación correcta y ya probada y un uso normal. La desventaja de este motor es el par motor muy bajo que alcanza su punto máximo a 5500 rpm del motor, donde proporciona sólo alrededor de 128Nm en el cigüeñal del motor. Con una relación de reducción de 2,42:1, la velocidad del eje de salida de la hélice es de 2272 rpm y 310 Nm. El régimen del motor sigue siendo innecesariamente alto y el par motor es bajo.

¿Se puede hacer de otra manera y mejor?

         Es posible instalar un motor más potente con un par significativamente mayor. Una gran ventaja sería que el eje de la hélice estuviera lo más alto posible sobre el suelo, para poder instalar una hélice de mayor diámetro. Comparemos las unidades de potencia con sus respectivas hélices en conjunto.

        El Rotax 912 ULS 100HP da 95HP a 128Nm a 5500RPM con la hélice comúnmente montada de 1680mm.

        Comparado con el motor CBZB 1.2TSI con 120CV/210Nm/4000RPM y una hélice de 2060mm.

        Sin embargo, ¡la mejor comparación de la potencia entregada y la transmisión de par está detrás de la caja de cambios en el eje de la hélice de salida!

       El Rotax 912ULS da 95CV a potencia continua y una relación de reducción de:2,42:1 con 2272 vueltas de hélice y 310 Nm.

       El 1.2 TSI CBZB en la modificación de 118CV y 4000RPM a esta potencia continua da 2000 rotaciones en el eje de salida de la caja de cambios y 420Nm.

Por lo tanto, rotaciones más bajas - mayor eficiencia de la transmisión de potencia al aire y un par significativamente mayor en una cuarta parte a favor del TSI. Además, la diferencia de potencia es un 20% mayor a favor del 1.2 TSI con 118CV a 4000RPM. Al bajar las revoluciones, también reducimos el consumo del motor 1.2 TSI. Además, ganamos un metro cuadrado más de aire acelerado alrededor del avión en comparación con el volumen de los dos círculos de hélices considerados. Esto permite:

       Una aceleración más rápida y corta, un despegue más rápido y corto en una pista más corta, y un ángulo de ascenso significativamente mayor - más pronunciado.

      Mayor eficiencia y maniobrabilidad de la aeronave gracias a una mayor superficie de cola durante el despegue. Esto puede compararse con el aumento de la superficie y la deflexión del timón y el elevador, que entonces tendrán mayor autoridad, pero sin desprendimiento no deseado del flujo de aire.

       Mejor maniobrabilidad de la aeronave durante el aterrizaje, donde añadiendo una pequeña cantidad de acelerador, se puede ajustar la maniobrabilidad de la aeronave. (para pilotos avanzados y de competición familiarizados con esta técnica de pilotaje)

Lo anterior no es sólo teoría, ¡también se ha probado en la práctica en aviones idénticos!"

¿Por qué no utilizar motores existentes?

        Adquirir un motor de aviación asequible y potente con unos 120-140 caballos de potencia y 200-250 Newton-metros es actualmente prácticamente imposible. El Rotax 912 ULS más conocido y ligero cuesta 450.000 coronas checas, y su hermano más potente, el R 915 con 140 caballos y 150 Newton-metros, puede adquirirse por algo menos de 1 millón de coronas checas. Por ese precio, podría tener un avión completo, ¡y aún me sobraría para otro motor!

         Los motores radiales con buena potencia y par del Sr. Werner no son adecuados para mi avión. Son más adecuados para réplicas, donde son una bonita decoración para el avión.

        Los motores UL Power tienen una potencia máxima declarada en torno a las 3000 RPM, lo que sólo demuestra que el fabricante del motor no entendió cómo transferir la potencia del motor al aire. (Las altas RPM producen pérdidas convertidas en ruido y la baja eficiencia de una hélice de pequeño diámetro... porque una hélice de gran diámetro no puede ser utilizada, a menos que haya sido diseñada para velocidades supersónicas, y todavía no existen tales hélices para ultraligeros).

La conversión de los motores Suzuki 1.6 16V con una potencia de aproximadamente 105 caballos de los Drahošes no es una opción para mí. Son mucho menos potentes en comparación con los motores 1.2 TSI, sin turbo y por lo tanto con un par motor bajo, y con una característica de potencia inadecuada para mí, con un par motor que alcanza picos demasiado altos y ya están tecnológicamente anticuados. Pesan lo mismo que el 1.2 TSI. La instalación completa pesa alrededor de 100-107 kg.

          Los motores Subaru EA 81 con una potencia de unos 80 caballos hace tiempo que pasaron de moda, aunque en su día tuvieron bonitas reductoras con engranajes y eran muy, muy fiables, ¡pero pesados! La instalación completa del motor en el avión superaba a menudo los 110 kg.

         Esto podría continuar con varios motores como Strádal 1200, VW, Porsche, BMW 1200, diesel Peugeot, Walter, Praga, D-motor, y otros nuevos tipos de motores... O no tienen la potencia necesaria y especialmente el par motor requerido, o lo tienen en un rango alto de RPM, o son escandalosamente caros y a menudo poco fiables."

¿Las hélices disponibles en el mercado mundial no son adecuadas para Ultraligeros de 600 kg? ¿Por qué?

        Comprar una hélice adecuada ajustable en vuelo con un diámetro de unos 2-2,10 metros, un peso de unos 12kg, y un coste de unos 200 mil CZK para un motor con una potencia de 120-140 CV y 450 Nm en el eje secundario, como el 1.2TSI, o un motor similar con una distribución de par atípica diferente a la potencia del motor, ¡es imposible en todo el mundo! ¡La mayoría de las hélices son demasiado pesadas, pesan mucho más de 20 kg, o no tienen suficiente diámetro o no pueden transmitir una potencia de 120-140CV y un par de unos 450Nm!

       De esto me sale una ecuación sencilla: lo que no fabrico yo mismo, no lo tengo. Tengo que fabricar o convertir un motor potente con un par elevado a regímenes de funcionamiento y la correspondiente hélice ajustable en vuelo que pueda transmitir 450 Nm de par al aire. Los fabricantes compiten por tener el motor más potente. El papel puede con muchas cosas, en realidad con todo, pero la potencia del motor en funcionamiento real suele mostrar desviaciones significativas respecto a la potencia declarada. La potencia sin el par adecuado y las características correctas de la curva de par a menudo sólo se presume o se calcula y rara vez se utiliza plenamente en la práctica.

    Especialmente cuando tenemos una hélice con un diámetro insuficiente, que viene dado por la altura de instalación de la aeronave, la altura y resistencia del tren de aterrizaje de morro o la normativa técnica. La potencia del motor disminuye significativamente con el aumento de la temperatura y la altitud.

Por ejemplo, el Rotax 912S (potencia declarada por el fabricante 100 CV) ya tiene alrededor de un 20% menos de potencia a 25 ° C y una altitud de alrededor de 2000 metros AMSL. El Rotax 914 Turbo sin intercooler es un perezoso que se apaga inmediatamente cuando la sobrepresión y el aire sobrecalentado del turbo entran en la admisión, momento en el que el control electrónico reduce la potencia y cierra el aumento de llenado del motor. El motor UL power 390i necesita 140CV a 3300 RPM para ofrecer la máxima potencia. ¿Realmente? ¡¿Qué hélice con qué diámetro, cuántas palas, y con qué eficiencia va a transferir esta potencia al aire circundante a estas altas velocidades de 3300RPM?!

      En mis libros electrónicos, presento instrucciones detalladas y conocimientos técnicos, y quiero mostrar que usted también tiene la misma oportunidad de modificar (convertir) cualquier motor disponible de manera similar o incluso mejor que yo.

       Personalmente, convierto el motor más accesible y ligero de la República Checa, el Skoda 1.2 TSI, EA111 (CBZA, CBZB, CBZ0) con un mecanismo de ocho válvulas, que se modifica a 120-144 CV con un par motor de aproximadamente 210-230 Nm. La potencia puede ajustarse a diferentes propulsores y velocidades según se desee.

  El peso del motor con la caja de cambios y todo el conjunto es de unos 100 kg a 110 kg, dependiendo del montaje. Se pueden ahorrar aproximadamente 6-7 kg si no se utiliza un motor de arranque eléctrico y una batería de gran tamaño de 18Ah para el mismo. El motor se puede arrancar fácilmente de forma manual girando la hélice, y si instalas una batería LIFEPO4 de 5Ah, ahorrarás otros 5 kg de peso".    

The NG6 aircraft, "DREAMTRAINER-FZ", from the manufacturer ROKOAERO

(similar to the Bristell type), is capable of traveling at 220 km/hour with the 1.2 TSI engine with a 2.0:1 reducer, at 4200RPM in the air and 2100RPM on the ground with adjustable Meglin propellers.

        With an in-flight adjustable three-bladed propeller with a diameter of 2060 mm, the aircraft can reach speeds of up to 250 km/hour at 4500RPM in the air adjustable propeller and keep 2250RPM. Such a cruising speed at such low engine RPMs - emphasizing 4500 RPM and half the propeller RPM, or 2250 - is not achievable by other ultralight and LSA aircraft with side-by-side seating arrangements.

        I achieved this excellent result through hard, long-term, and targeted work on the conversion and modifications of the engine and in-flight adjustable propeller, which are finely tuned to achieve the intended purpose.

This includes:

The low weight of the in-flight adjustable propeller with a diameter of 2060 mm, which is only 10.3 kg.

The low weight of the engine installation, approximately 105-107 kg.

Choosing suitable propeller blade shapes, profiles, and custom carbon-fiber manufacturing with a stainless steel leading edge that weighs only 999 grams.

Choosing a suitable oversized center of the propeller with precise mechanics and excellent materials.

Short takeoff and landing (STOL) capability with only 150m of runway length.

High cruising speed of 220-250 km/hour.

Spartan aircraft equipment without paint and parachute rescue system.

  Aicraft 1.2TSI engine at NG6 VIA from ROKOAERO 600kg MTOW ULTRALIGHT.      

Yetti J-03 STOL Aircraft

The Yetti J-03 aircraft, equipped with the 1.2 TSI engine and a 1:2.4 reduction gearbox (version 1.0), is capable of taking off from a runway as short as 20-40 meters, depending on the surrounding air temperature, at 5500RPM. In this configuration, the aircraft was able to climb at such a high angle of attack that it exceeded the maximum limit of 30 degrees. Even as a test pilot, I was not entirely confident in converting the aircraft from this high angle of attack to a descent at low altitude in the event of a sudden engine failure. Operating the aircraft without an adjustable propeller results in unnecessarily high RPMs, around 4200-4500RPM, and a cruising speed of around 100-110km/h. This also increases fuel consumption unnecessarily. In fact, I did not need a race or competition aircraft with higher fuel consumption.

Therefore, I created a version 2.0 of the gearbox with a reduction ratio of 1:2.0 and installed a large diameter adjustable propeller in-flight. This allowed for cruising speeds of 110-150km/h at the aforementioned RPMs. However, I ultimately removed the adjustable propeller because I was concerned about damaging it during competition flying. The Yetti is, after all, a STOL aircraft with lower speeds (Vne is 182km/h), and an adjustable propeller would tempt me to fly too fast, risking damage from branches or flying rocks, and it is not cheap. For bush flying, cheap fixed-pitch propellers are more suitable.

I am satisfied with the 2100mm wooden fixed-pitch propeller developed and manufactured by Mr. Wolner. With the Wolner 2100mm propeller and the 1.2 TSI engine, the Yetti J-03 can take off from 25-45 meters and land in 85 meters, which is sufficient for a STOL aircraft. Short takeoff and landing demonstrations"

Results of the development of "Zejda" propellers:

          "Zejda 1" Propeller Individually built and adjustable in flight, the three-blade "Zejda 1" propeller with a diameter of 2066mm has sword-shaped carbon-reinforced blades with a reinforced main beam inside the propeller blade and a stainless steel leading edge, with a total weight of 10.3kg. It is designed for the fast aircraft "DREAMTRAINER-FZ" to achieve maximum cruising speeds around 220-270km/h and at the same time short takeoff on max. TOW 600kg from any surface length of 236m. The complete assembly of the adjustable propeller blade of the "Zejda 1" propeller is included.

         The propeller blades are twisted longitudinally by 30 degrees. The weight of each individual carbon propeller blade is 999g. The weight of the propeller blade carrier made from the highest quality available steel is 999-1000g. The weight of the complete assembly of the blade and carrier with bearings and securing nut, as it is mounted into the propeller hub, is 2718g. From the above, it is apparent that the largest weights of the propeller are up to a radius of 120mm from the center of the propeller. This minimizes the gyroscopic effect of the propeller to the same value as commonly used adjustable propellers.

          By balancing, fitting, and assigning individual components in the assembly of the complete propeller blade insertable into the propeller hub, I achieved a less than 1-gram deviation between the other fully assembled blades with the carrier, both bearings, washers, nut, and locking screws. Subsequently, I statically balanced the propeller and performed a propeller test of the individually built propeller according to the UL regulations.

          Afterwards, I disassembled the propeller again and checked the individual components for tension, wear, microcracks, cavitation, and other phenomena. I carefully reassembled the propeller and conducted a repeated test in which it passed. The propeller is now flying in normal operation and its lifespan is being tested. A photo of the propeller can be found in the gallery on the main page.

Vrtule Zejda 1 - třílisté provedení, plně zkompletovaná vrtule bez dýnka a kužele po vyvážení.

"The propeller 'Zejda 2' is a two-bladed design with a diameter of 2030mm and a total weight of under 8kg! This propeller enables the TECNAM P 2002 Sierra aircraft to fly faster up to 220 km/h even without flaps, climb faster and at a steeper angle with a short takeoff and landing distance."

Results of my work:

         This is what helps me operate airplanes on any surface and safely take off and land on short runways with my modified aircraft.How did I achieve this?

       By selecting the appropriate type of aircraft, the TECNAM P 2002 Sierra, which is a highly maneuverable and powerful machine, with limits of 20kt and 22kt for rear and crosswinds, respectively, which are not exceeded by many great GA aircraft. Additionally, the Sierra can be further modified...

        The YETTI J-03 aircraft, with a 1.2 TSI engine version 2.0, a Wollner 2100mm propeller made to order to match the engine's performance characteristics and torque. Wortex generators across the entire wing span. Bush landing gear with large wheels.

         With the "DREAMTRAINER-FZ" aircraft, which is actually an NG 6 Via or similar Bristell aircraft, I achieved higher engine performance, higher engine torque, a version 2.1 gearbox, a much higher propeller installation height with a larger diameter, manually retractable flaps at a very high angle, and an enlarged rudder with a corner relief and an in-flight adjustable propeller "Zejda1."

        By fitting the aircraft with fixed and in-flight adjustable converted propellers with a significantly larger diameter (2066-2100mm), better shape and blade profile than those offered by original and commonly available manufacturers, I achieved higher efficiency in every engine operating mode.

        During take-off, when the aircraft briefly produces higher noise, I focused on having the aircraft take off with a demand for higher power at lower RPMs, for which the engine gearboxes had to be reworked, significantly reducing the noise footprint! The propeller's scimitar blades eliminate the noise footprint and increase the efficiency of the propeller by allowing the airflow to gradually flow onto the propeller blade and reduce resistance.

       By fitting the aircraft with vortex generators - turbulators - which, when properly placed in front of the control surfaces, increase the aircraft's maneuverability, and when placed along the wing, increase lift and allow for flying at a much higher angle of attack at lower airspeeds. Wortex generators have similar or equal effectiveness to slots, but without affecting the wing's construction. Turbulators increase maneuverability in tailwinds but also increase fuel consumption and reduce maximum cruising speed. Turbulators also worsen the glide ratio.

       By lightening the aircraft of unnecessary things, purchasing higher-quality sports and racing components, filters, spark plugs, oils, oil and fuel additives, and Bishop's original lubricants, pumps, Goldfren brakes, etc.

       By regularly mowing and rolling any other surfaces with a fully inflated roller after rain to reduce rolling and friction resistance and fully lighting it with guiding lights. Allowing for more precise budgeting and shorter takeoffs and landings, as well as a significant increase in operational safety.

      By converting the automotive engine 1.2 TSI CBZA and CBZB into an aircraft engine, as described on Aeroweb and my blog at a time when the precise technical conditions for the UL MTOW 600kg category were not yet known, I achieved a lightweight (100-110 kg depending on configuration and use or rejection of the electric starter) and powerful engine."

The Rotax 915is engine versus the 1.2TSI

          The 1.2 TSI engine is modified to produce 120-140HP and, with the use of a large-diameter, in-flight adjustable propeller, it is comparable in terms of power to the Rotax 915 IS engine with a standard propeller diameter of up to 1750mm.

         While the wealthiest pilots are only now buying or considering purchasing the Rotax 915is engine for their aircraft, at a cost of around 40,000 USD/EUR without installation, those of us who have the 1.2 TSI engine installed in our planes have been flying with performance that other pilots can only dream of. Many pilots will not be able to attain the Rotax 915is engine for a very, very long time!

         Perhaps only on a completely worn-out or crashed aircraft will the Rotax 915is engine become available, and even then it will still be very expensive, while the 1.2 TSI engine will always cost a fraction of the price even after conversion. Therefore, the conversion of an automobile engine with an in-flight adjustable propeller appears to be the most efficient and cost-effective way to achieve a motor unit with the same or even greater performance compared to the Rotax 915is engine with a commercially available propeller. And the effort to build the 1.2 TSI engine and the large in-flight adjustable propeller is definitely worth it! The power and acceleration are indescribable..."

 Aicraft engine 1.2 TSI 120-140HP/230Nm"

          Below is a video of a complete conversion of the 1.2 TSI, EA111, CBZA version 2.0 with a Zejda spur gearbox and a 2.0:1 gear ratio. Currently, I have produced a motor with a 2.2 spur gearbox version with lower weight, higher rigidity, and a greater axial distance between the shafts, allowing for the installation of a larger diameter propeller!

          Three 1.2 TSI engines with a 2:1 reduction ratio and a 62mm wide Gates polychain flat belt from Gates have already been installed in three aircraft. The power-to-weight ratio of the engine is very important depending on the aircraft and the installation you plan to use it for. It also depends on how you modify and tune the engine and what turbocharger you use. A lightly tuned Stage 1 engine with the original turbocharger produces around 140 hp at 5000 RPM with a torque of around 205 Nm.

          The power-to-weight ratio is 140 hp to 110 kg, or 1.27 horsepower per kg, or 0.92 kW per kg. If you decide not to use a starter, you can achieve a nice 1.0 kW per 1 kg of the total weight of the engine installation!

          Some tuners can modify and tune the 1.2 TSI, EA211, 16-valve engine to Stage 3, up to 205 hp at 5500-6000 RPM. They use a turbocharger from the 1.4 TSI, but the torque value is lower, about 200 Nm. Such a setup would require the engine to run at high RPMs for a long time, resulting in high fuel consumption, and would be more suitable for racing or competition aircraft for SUPER STOL flying. Of course, the risk of something going wrong with an engine operated at high RPMs is higher, not to mention that such power must be cooled, which in turn increases weight and requires larger radiators."

Filip Zejda.