Электрический самолет с вертикальным взлетом и посадкой ( eVTOL ) — это разновидность самолета с вертикальным взлетом и посадкой, который использует электроэнергию для зависания, взлета и приземления в вертикальном положении. Эта технология появилась благодаря значительным достижениям в области электродвижения ( двигатели , аккумуляторы , топливные элементы , электронные контроллеры ) и растущей потребности в новых летательных аппаратах для городской воздушной мобильности , которые могут обеспечить более экологичные и тихие полеты. Электрические и гибридные силовые установки (EHPS) также могут снизить эксплуатационные расходы самолетов. [1] : 1–2
Оригинальные конструкции самолетов eVTOL разрабатываются производителями оригинального оборудования (OEM), в число которых входят устаревшие производители, такие как Airbus , Boeing , [2] Embraer , Honda , Hyundai и Toyota , а также несколько начинающих компаний, включая Archer Aviation , EHang , Joby Aviation , Overair и Volocopter . Эта экосистема фирм, разрабатывающих eVTOL, включает в себя также дочерние компании устаревших производителей самолетов, таких как Eve Air Mobility , возникшую из подразделения EmbraerX компании Embraer , а также партнерства, такие как Wisk Aero , которая была запущена как совместное предприятие Boeing и Ларри. Китти Хок Пейджа .
Концепция самолета eVTOL возникла в 2009 году, когда 11 ноября 2009 года стало вирусным видео с концепцией NASA Puffin eVTOL [3] , демонстрирующее концепцию, представленную одним человеком, и концепцию в полете. После этого появился первый доклад Puffin на конференции специалистов VFS по аэромеханике 9 января 2010 года. В этой концепции использовалась новая технология, разработанная в НАСА, под названием Распределенное электрическое движение (DEP). Дополнительные статьи Puffin были опубликованы 13 сентября на 10-й конференции AIAA ATIO, «Концепция вертикального взлета и посадки Puffin Electric Tailsitter НАСА» [4] и система резервной электрической трансмиссии Puffin. [5] В 2011 году за этим последовало несколько отраслевых проектов, а именно AugustaWestland Project Zero (Италия), Volocopter VC1 (Германия) и Opener BlackFly (США). [6] Он был официально представлен Обществом вертикального полета и Американским институтом аэронавтики и астронавтики (AIAA) в 2014 году во время «Совместного семинара по трансформационным концепциям вертикального полета по реализации новых концепций полета с помощью новых двигательных и энергетических архитектур», проходившего в Вирджинии . [7]
С тех пор интерес среди производителей самолетов к eVTOL значительно возрос, и над этой технологией также работали такие компании, как Boeing , Airbus и Bell : [8]
Помимо этих крупных производителей самолетов, важную роль в разработке этих летательных аппаратов играли стартапы , которые иногда были лидерами в области технологических достижений. [10]
Uber опубликовал статью о проекте под названием Elevate, соавтором которого являются Джефф Холден, Нихил Гоэл и Марк Мур. [11] В документе изложена возможность создания авиационной транспортной системы по требованию. Этот документ, наряду с последующими ежегодными саммитами Elevate, которые компания проводила с 2017 по 2019 год, помог продвинуть концепции самолетов eVTOL и городской воздушной мобильности (UAM) из научно-фантастической концепции в потенциальный аэрокосмический сектор, реализуемый десятками проектов развития. [12]
В декабре 2020 года компания Uber Elevate была приобретена компанией Joby Aviation . [13] После приобретения генеральный директор Joby ДжоБен Биверт заявил: «Команда Uber Elevate не только сыграла важную роль в нашей отрасли, но и разработала замечательный набор программных инструментов, основанных на более чем десятилетнем опыте, позволяющих -требовать мобильности». [14]
В 2020 году Tetra Aviation выиграла награду «Прорыв» на конкурсе персональных полетов GoFly за свой одноместный eVTOL. В 2021 году компания объявила о своем персональном eVTOL Mk5, который она планирует представить в 2022 году. Он включает в себя 32 винта вертикальной подъемной силы, распределенных по длинным, тонким передним и задним крыльям, а также задний толкающий винт для крейсерского полета. В нем используется в основном алюминиевая рама и кузов из полимера, армированного углеродным волокном или арамидом . Судно имеет ширину 8,62 м (28,3 фута), длину 6,15 м (20,2 фута) и высоту 2,51 м (8 футов 3 дюйма). Аккумуляторная батарея вмещает 13,5 кВтч. Пустой вес составляет 488 кг (1076 фунтов), вмещает пилота весом до 79 кг (174 фунта). Транспортное средство оснащено как минимум тремя контроллерами полета, приводящими в движение 32 вертикальных пропеллера в случае отказа двигателя или контроллера полета, а также парашютом в случае полного отказа. Самолет будет продаваться как экспериментальный комплект, для которого требуется только лицензия частного пилота. [15]
В 2021 году Urban eVTOL анонсировала Leo, трехместный автомобиль со скоростью 250 миль в час (400 км / ч) и пробегом 300 миль (480 км). На нем установлены 16 канальных вентиляторов диаметром 40 см и мощностью 10 кВт для вертикального подъема и 6 задних турбинных двигателей диаметром 28 см для горизонтальной тяги. Крыло представляет собой двойную коробчатую конструкцию. Цель состоит в том, чтобы он был достаточно маленьким, чтобы его можно было припарковать на стандартном автомобильном месте. Разделенная аккумуляторная система имеет емкость 66 кВтч. В комплект входит баллистический парашют. Ему еще предстоит летать. [16]
В 2021 году Volocopter совершил первый в Южной Корее полет eVTOL с экипажем. [17]
В ноябре 2021 года Национальная академия наук опубликовала исследование [18] Шашанка Шрипада и Венката Вишванатана из Университета Карнеги-Меллона , которое показало, что самолеты eVTOL могут иметь энергоэффективность, сравнимую с наземными электромобилями или превышающую их. Исследование также установило высокий уровень технологической готовности для eVTOL с батарейным питанием.
В октябре 2020 года, инвестировав 60 миллионов долларов в Joby Aviation, компанию по производству электрических самолетов с вертикальным взлетом и посадкой (eVTOL), предназначенных для предоставления услуг воздушного такси, Delta присоединилась к списку авиакомпаний, финансирующих стартапы в области технологий электромобилей. [19]
Четыре американские компании имеют контракты на летную годность в рамках военной программы Agility Prime: Joby Aviation, Beta Technologies, Lift Aircraft и совсем недавно Kitty Hawk, самолет которой Heaviside был принят в июле 2021 года. [20]
Archer, Joby, Lilium и Вертикаль присоединились к компаниям по приобретению специального назначения (SPAC), чтобы выйти на биржу. [21] Первой была компания Archer Aviation , которая в феврале 2021 года одновременно объявила о заказе более 200 самолетов у United Airlines на сумму 1 000 000 000 долларов США. [22] Archer также была первой, кто публично представил свои самолеты Maker в том же году. [23]
Компания Upper Aerospace объявила о предварительных заказах на 1000 самолетов eVTOL в июне 2021 года, в том числе от American Airlines, Virgin Atlantic и арендодателя самолетов Avalon Holdings. [24]
По состоянию на январь 2022 года Embraer Eve Air Mobility подписала контракты с семнадцатью компаниями на 1735 заказов EVE eVTOL на сумму 5 миллиардов долларов США. [25]
Многие конструкции работают без крыльев. В мультикоптерах обычно используются радиальные рычаги для размещения двигателей/пропеллеров, например, Volcopter 2X или Jetson One . [26]
Конструкции с векторной тягой изменяют направление тяги, направляя тягу вертикально при взлете/посадке и горизонтально во время крейсерского полета. Все крыло (наклоняемое крыло) может вращаться вокруг несущих винтов или только на них (наклоняемый винт). Archer Maker, [27] Lilium Jet , Joby S4 , [28] Вертикальный аэрокосмический VA-X4 и Zuri 2.0 [29] — это летательные аппараты с поворотным винтом. В AMSL Aero Vertiia используется гибрид, который поворачивает часть, удерживающую ротор, в конструкции крыла коробчатого типа с фиксированной конструкцией. [30] Другой подход к изменению вектора тяги заключается в использовании закрылков для отклонения воздуха, поступающего от горизонтального двигателя, вниз для создания подъемной силы. Craft Aero примечателен своим коробчатым крылом , которое прикреплено к нижней части фюзеляжа спереди и к верхней части фюзеляжа сзади, представляя ромбовидную форму, если смотреть сверху. В конструкции предусмотрен турбогенератор для увеличения дальности полета. [31] Векторы тяги Odys Aviation создают 16 двигателей за счет выпуска закрылков, которые направляют идущий назад воздух вниз при взлете и посадке. [32]
Конфигурации с наклонным крылом поворачивают крыло frocio вместе с прикрепленными к нему двигателями, такими как Dufour Aerospace. [33]
Системы подъема и круиза используют один набор двигателей для вертикального полета и другой набор для крейсерского полета, например Beta Alia, [34] Airbus , [35] и eMagic. [36]
PteroDynamics использует конструкцию складного крыла, которая позволяет легко транспортировать автомобиль при хранении и наземной транспортировке. Взлет происходит со сложенными крыльями, с переходом в полете в полностью выдвинутое положение. [37]
В гибридных конструкциях используются некоторые фиксированные и некоторые наклонные двигатели, как показано Archer Maker, [38] Upper Aerospace VA-1X, [39] и Wisk Cora. [39]
Типичные мультикоптеры не используют крылья, полагаясь исключительно на поворотные лопасти для подъемной силы.
В конструкциях тандемного крыла используются переднее и заднее крылья, при необходимости прикрепленные друг к другу на законцовках.
В конструкциях коробчатого или закрытого крыла также используются два крыла, но крылья соединены таким образом, что законцовки крыла отсутствуют. Крылья могут быть сложены вертикально или расположены спереди и сзади, как в тандемных конструкциях.
Закрытые конструкции крыльев открываются, открывая доступ к взлетным вентиляторам, и закрываются вокруг них, обеспечивая более быстрый полет на более высоких скоростях. [40]
Большинство современных конструкций питаются от батарей , хотя в некоторых конструкциях используются водородные топливные элементы . В настоящее время аккумуляторы страдают от низкой удельной энергии (что приводит к увеличению запаса хода и, следовательно, к проблемам с безопасностью). Раньше топливные элементы страдали от более низкой удельной мощности (которая могла быть слишком низкой для вертикального взлета/посадки), но в новых конструкциях утверждается, что они решили эту проблему за счет гораздо более высокой удельной мощности. [41] [42] [43] [44] Также есть предложения использовать аккумуляторы для взлета/посадки и водородные топливные элементы для крейсерского полета. [45]
Многие концепции eVTOL предназначены для применения в воздушном такси. Например, Pipistrel , партнер Uber Elevate , работает над Pipistrel 801 , 5-местным воздушным такси. [46] Другим примером является Volocopter , который предложил свою службу воздушного такси под названием VoloCity, основанную на Volocopter 2X . [47]
Компания Wing , принадлежащая Google , с 2020 года предлагает услугу доставки БПЛА eVTOL. Их дроны способны летать на расстояние до 100 км и переносить до 1,5 кг. [48] Amazon Prime Air и UPS — еще две компании, использующие доставку дронами. [49] Немецкая аэрокосмическая компания Wingcopter в сотрудничестве с ЮНИСЕФ также доставила вакцины в Вануату в 2018 году . [50] В 2020 году дрон wingcopter eVTOL использовался для доставки наборов для тестирования на COVID - 19 на остров Малл. [51]
Среди беспилотных летательных аппаратов большой грузоподъемности такие компании, как Sabrewing Aircraft Company Sabrewing Rhaegal , Elroy Elroy Air Chaparral и Pipistrel, представили тяжелые беспилотные грузовые самолеты, при этом самолет Sabrewing способен нести полезную нагрузку до 5400 фунтов в вертикальном положении. сценарий взлета. Компания Volocopter также разработала грузовой самолет eVTOL VoloDrone, который может перевозить до 200 кг с максимальной дальностью полета 40 км. [52]
Системы eVTOL имеют множество применений в сельском хозяйстве, особенно в области защиты сельскохозяйственных культур и покровных культур. Guardian Agriculture предлагает тяжелую беспилотную воздушную платформу SC1, способную перевозить более 100 кг. В 2023 году SC1 компании Guardian Agriculture стала первой системой eVTOL, одобренной ФАУ для эксплуатации по всей стране. [53]
В 2020 году JumpAero объявила, что работает над небольшим одноместным самолетом eVTOL, который позволит быстро развертывать экстренные службы . Этот тип транспортных средств является не заменой наземных транспортных средств или вертолетов, а новым инструментом, который благодаря электродвигателю быстрее остальных. [54]
В 2020 году канадский консорциум Advanced Air Mobility (CAAM) изучил преимущества eVTOL для прямой транспортировки пациентов, органов и лекарств из больницы в больницу. [55]
Самолеты eVTOL были созданы для внедрения электрического полета в прогулочную или спортивную авиацию, например, в гоночную серию Airspeeder . [56]
В апреле 2020 года ВВС США объявили о финансировании проектов eVTOL на сумму 25 миллионов долларов для разработки в 2021 году. [57] [58] 20 августа 2020 года ВВС США (USAF) провели демонстрационный полет электрического самолета вертикального взлета. и приземление самолетов в Кэмп-Мабри в Остине, штат Техас . Это был первый полет пилотируемого самолета eVTOL по программе USAF Agility Prime . [57]
12 декабря 2021 года Embraer и BAE Systems объявили о планах начать совместное исследование по разработке автомобиля Eve для рынка обороны и безопасности. [59]
С 2018 года над сертификацией таких самолетов работает Агентство авиационной безопасности Европейского Союза (EASA). [60] В июле 2019 года они опубликовали SC-VTOL-01: Специальные условия для самолетов вертикального взлета и посадки. В этом документе установлены цели безопасности и проектирования самолетов вертикального взлета и посадки. Он включает в себя специальный раздел для eVTOL.
Федеральное управление гражданской авиации США (FAA) опубликовало в 2009 году исследование рекомендаций для авиации общего назначения на ближайшие 20 лет. [61] В частности, Часть 23-Поправка 64 включает eVTOL. [62]
{{cite web}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )