Un guide pour les voitures volantes

Voler des voitures est un thème hype. Brad Templeton, un pionnier dans le domaine des voitures robotiques, essaie de trier et de classer les options qui existent vraiment avec un esprit froid.

Maintenant, il existe de nombreuses options pour les candidats aux voitures volantes, une sorte d'explosion cambrienne. Considérez certaines des principales options de conception, leurs avantages et essayez de déterminer qui est le plus susceptible de gagner la course évolutive.

Rotors à voilure fixe ou rotors

EHang multi-rotor pour 2 personnes, introduit en 2017. Déjà en vol

Actuellement, le drone multi-rotors ne pose plus de questions ni de problèmes. Nous savons comment le construire. Il n'est pas très efficace, donc sa portée de vol est limitée par les batteries. Depuis qu'il a déjà été traité, les drones ont été les premiers appareils capables de décoller. Ce sont des multicoptères purs comme le Volocopter (avec 18 rotors) et l'eHang. Il existe une autre sous-catégorie: les «Hoverbikes» («motos volantes»), qui ressemblent encore plus à un drone grand public car elles n'ont qu'un seul siège, souvent situé au-dessus des hélices. Cela comprend le premier Kitty Hawk, le Flyer.

C'est beaucoup plus facile à faire, donc on en parle davantage dans la presse. Il peut être considéré comme une augmentation du multicoptère, de sorte qu'il se passe quelque chose qui peut supporter 60 à 120 kg de charge et voler pendant 30 minutes. Cependant, il y a une limite, à mesure que la batterie devient plus grande (pour supporter plus de charge et couvrir une plus grande distance), elle devient plus lourde, réduisant ainsi la charge admissible et la plage de vol tout en augmentant le coût.

Le plus gros problème est qu'un quadcopter est encore pire qu'un hélicoptère en termes d'efficacité. Un design avec une plage de vol décente, en règle générale, a un entraînement électrique hybride.



Volocopter est un véhicule de type drone qui vole déjà. Le rayon de vol est plus petit, mais la conception est plus simple.

C'est pourquoi la plupart des équipes travaillent sur des hybrides qui décollent comme des multicoptères, mais ils ont une aile et immédiatement après le décollage, ils (multicoptères) se transforment en avion ordinaire. L'aile n'est pas nécessaire pour un décollage normal, elle ne devrait pas être aussi grande que sur un avion conventionnel.

Giravions (et autres poussées déviées)

Vol d'essai de l'Airbus Vahana avec position fixe de l'hélice et aile déviable.

La conception la plus ancienne pour les avions à deux rotors et une aile est un rotor pivotant. Les grands rotors sont orientés vers le haut et peuvent être inclinés vers l'avant. Le V22-Osprey est connu pour sa conception similaire, qui a entraîné des accidents mortels.

Cependant, les connaissances acquises lors de la construction de cette conception chez Bell Helicopter ont mené à la conception du Nexus, qui utilisait des hélices fermées et déviées. D'autres conceptions installent des rotors sur l'aile et inclinent l'ensemble de l'aile. Lilium Jet les place dans la queue et s'incline également.



Lilium Jet - de nombreuses hélices rejetées. Déclaré une vitesse et une portée très élevées.

L'astuce est que vous devez dévier en toute sécurité les rotors pendant le décollage et l'atterrissage. Ce n'est pas facile.

Hélice de poussée (prop de poussée)

Si vous ne déviez pas les rotors, vous pouvez voler en ajoutant une hélice supplémentaire, plus traditionnelle, généralement par l'arrière. Il s'agit de la construction de Kitty Hawk Cora et de plusieurs autres avions, dont l'avion cargo Elroy. Ce dernier utilise un moteur à essence pour contrôler directement l'hélice de poussée.



Vol d'essai Kitty Hawk Cora avec 12 rotors pour VTOL et hélice à voilure fixe.

La conception est simple - sans pente, ce qui sera un gros problème en cas de problème. Cela signifie que tous les rotors restent immobiles pendant la majeure partie du vol, offrant une résistance au lieu de la traction ou de la portance.

Fuselage dévié (plan incliné)

L'ouvreur "Blackfly" vole déjà. Le design est très simple, 8 rotors.

L'ouvreur offre une alternative intéressante. Il a deux ailes avec 8 rotors montés dessus, et l'aile est installée à un angle par rapport au fuselage. Il décolle avec les rotors pointant verticalement, et le pilote dévie fortement vers l'arrière, et tout l'avion dévie avec lui jusqu'à ce que les ailes et les rotors prennent une position horizontale, et le pilote est devant et légèrement plus bas. Pour le pilote, ce n'est pas très confortable, mais cela contribue à l'absence de pièces mobiles, à l'exception des rotors et des gouvernes.

Tout électrique ou hybride

Au cœur de la révolution VTOL est l'utilisation d'un moteur électrique. Cela vous permet de créer un tout nouveau type de VTOL, différent des hélicoptères de la vieille école. Les batteries d'aujourd'hui sont à peine suffisantes, donc l'autonomie et la taille du véhicule sont limitées. Une alternative consiste à installer un générateur en plus des batteries, généralement alimenté par de l'essence ou du carburéacteur. Des batteries seront toujours nécessaires pour la puissance de pointe VTOL et pour atterrir en toute sécurité en cas de panne du générateur. Étant donné que la panne du générateur est désormais une menace moindre, vous pouvez installer un moteur qui n'est pas aussi fiable et coûteux que les moteurs d'avion conventionnels.

L'essence est populaire car elle peut être achetée n'importe où. Mais en même temps, il n'est pas si facile d'approvisionner les stations-service partout, y compris sur les toits des bâtiments et sur les sites d'atterrissage privés. Il est plus facile d'obtenir l'autorisation pour les bornes de recharge électriques.

De plus, cette approche n'est pas particulièrement respectueuse de l'environnement. Les gens ne veulent pas développer un nouveau transport qui polluera encore plus les anciens.

Une alternative, pas encore courante, est l'utilisation de piles à combustible. L'hydrogène est un carburant très dense, si l'on parle de son poids, en plus il nécessite des réservoirs encombrants. Il n'est pas facile de le trouver ou de le ravitailler. Aujourd'hui, les piles à combustible sont assez chères, vous avez donc toujours besoin de batteries pour le VTOL et les atterrissages d'urgence.

Grand, petit ou sans roues

Certaines équipes prennent littéralement le terme de «voiture volante» - elles veulent un véhicule qui peut se déplacer sur des roues au sol, le rendre assez petit pour rouler sur les routes et se garer dans les parkings et même dans les garages privés. D'autres veulent que le véhicule puisse simplement faire de petits mouvements autour de l'aérodrome, par exemple, pour aller à un parking ou à des bornes de recharge. D'autres encore ne prévoient pas de roues - la voiture reste au même endroit où elle atterrit.

Un compromis n'est pas si simple. Une grande question est de savoir où mettre tous les véhicules si vous ne pouvez pas les conduire. De nombreux modèles, même s'ils ne sont pas énormes, ont toujours la taille de 4 ou 6 voitures. S'il y en a un million, il n'y aura aucun endroit dans la ville où ils pourraient être placés. Même s'il y en a 100 000, c'est encore beaucoup. Ils peuvent se déplacer dans des zones ouvertes, voler vers des ports de charge, mais ne peuvent se trouver nulle part où ils ne peuvent pas atterrir. Ils peuvent décoller et se déplacer vers d'autres sites lorsque vous devez attendre jusqu'à ce qu'ils quittent l'aérodrome, mais ils ne pourront pas rouler sur les routes.

D'autre part, les roues et la capacité de conduire ajoutent des pièces mobiles, de la complexité et, pire encore, du poids. Le poids est très important. Chaque kilogramme vaut un kilogramme de charge utile ou de batterie. Nous sommes en équilibre au bord d'une autonomie et d'une charge de vol décentes, et les roues, les moteurs et tout ce dont vous avez besoin pour conduire légalement sur les routes ne font que compliquer la tâche.

Il est donc préférable de laisser la capacité de voler aux véhicules volants, et la voiture devrait rester une voiture. Une machine volante peut atterrir, et une personne peut en sortir et entrer dans des robots. Ce n'est pas si mal. Une voiture est une voiture et un avion est un avion.

Airbus propose une approche hybride assez étrange. Elle consiste à installer un «conteneur passagers», qui peut être soit récupéré par la partie volante, soit placé dans un berceau roulant à roulettes. Ainsi, le conteneur avec le passager volera avec le châssis au-dessus d'eux, après quoi le conteneur atterrira, le plaçant dans une base mobile. Les rotors se détachent et s'envolent pour se fixer à une autre voiture, tandis que le conteneur est pincé à la base du berceau et peut voyager sur la route. Cela résout le problème du poids, mais c'est très difficile, et vous ne pouvez atterrir que là où il y a de tels conteneurs.
Un autre problème est que les véhicules routiers doivent être certifiés pour la sécurité routière, et pour cela ils doivent avoir beaucoup de poids.

Certains modèles, comme l'Opener Blackfly, peuvent également atterrir sur l'eau et l'herbe. Ils n'ont pas de roues et ils ne peuvent pas du tout se déplacer sur terre.



Terrafugia est une option de transition entre un avion traditionnel à voilure fixe avec de l'essence, il ne peut plier une aile que pour rouler sur la route.

L'une des conceptions les plus anciennes, Terrafugia Transition, vole strictement comme un avion à voilure fixe, ses ailes se replient pour pouvoir rouler sur des routes sur roues. C'est une idée old-school (pratique) d'une voiture volante, mais à cause de VTOL même Terrafugia est passé à un design différent.

Actuellement, très peu de modèles ont des roues ou leur disposition.

Piste ou absence de piste

Certains véhicules utilisent encore la piste. Les avions ne sont plus un problème et ils peuvent être efficaces. Le Terrafugia original mentionné ci-dessus est un exemple classique. Le décollage en hélicoptère est bruyant et il consomme beaucoup d'énergie. Les pistes utilisent beaucoup de terrain, et il y en a peu. Une option consiste à combiner Robotaxi avec un avion à voilure fixe. Robotaxi vous emmène directement à l'avion, vous changez rapidement de tout et décollez. Même chose dans l'ordre inverse. Cela vous permettra de créer des voitures volantes avec une efficacité et une autonomie élevées, et cela vaut la peine de se battre.



Autogire / voiture Pal-V en «mode plié» dans le garage.

D'autres sont intéressés par les conceptions d'autogire. Autogyro est également une technologie très ancienne, et elle est désormais disponible. Les autogyres ont besoin d'une piste très courte pour décoller ou atterrir. Si court que de nombreux parkings ou même les toits des bâtiments feront l'affaire. Cependant, ils ne sont pas aussi efficaces que les avions. Auparavant, ils ont réussi à les vendre en raison du fait qu'ils sont plus efficaces que les hélicoptères, mais maintenant ce n'est pas si pertinent.

Cependant, un véhicule volant personnel est plus en demande que de nombreuses voitures aujourd'hui.

Lames ouvertes, lames protégées, visser le capot annulaire

Dans certains modèles, les pales du rotor ouvertes, et parfois ils essaient de les intégrer dans le corps, dans les boucliers ou dans le capot annulaire. En les protégeant, vous pouvez réduire le bruit et les risques pour les piétons, mais cela peut augmenter le poids et interférer avec la circulation de l'air. Les vis dans le capot annulaire peuvent produire une forte traction si elles sont faites correctement, mais cela est difficile.



Hélicoptère Bell avec six gigantesques hélices obliques dans des capots annulaires.

Il n'est pas clair si les autorités de sécurité accepteront des lames ouvertes qui peuvent nuire aux personnes, en particulier si les véhicules atterrissent sur les routes et les parkings comme beaucoup le souhaitent.

Pilote autorisé, opérateur de drone ou autonomie de la batterie

En fin de compte, tout le monde espère faire des taxis entièrement autonomes. En vertu de la loi actuelle, ce n'est pas possible, et c'est toujours un problème. Certaines machines seront initialement publiées pour être utilisées uniquement avec un pilote sous licence. En raison du poids de la batterie, ils sont difficiles à qualifier d '«avions de sport légers» qui nécessitent une licence de pilote plus simple, ils ne peuvent pas être appelés ultra-légers, mais il y a des suggestions que la FAA (Federal Aviation Administration) pourrait changer le poids autorisé à gérer des voitures électriques sur des batteries inédites. S'ils le font, cela permettra aux véhicules de décoller du sol et de tomber entre les mains des utilisateurs avant que l'automatisation ne soit prête à l'emploi ou légale.

Il y a quelques suggestions que ceux qui ressemblent le plus à des drones peuvent voler avec une licence de pilote de base conçue pour les drones contrôlés à distance, mais je ne suis pas sûr si cela sera appliqué après les tests.

Taxis de grande capacité ou voiture privée

Il y a quelques années, ils ont annoncé Uber Elevate , une initiative majeure pour amener les entreprises à développer des services de taxi aérien qu'Uber peut gérer pour déplacer des personnes entre les ports d'hélicoptères. Uber Elevate a déclaré qu'il s'agirait de véhicules avec 4 passagers et d'un pilote (il n'y a pas encore d'équipement automatique) et décollant principalement des toits des bâtiments dans les villes densément peuplées afin de ne pas charger encore plus le trafic. C'est une vision qui a conduit à l'émergence de nombreux modèles de véhicules. Essayer de fabriquer ces voitures uniquement avec les mêmes batteries est un autre défi. Dans le même temps, de nombreux autres se sont concentrés sur une voiture personnelle, avec 1 à 3 passagers et le mode pilote automatique. Ils sont destinés soit à la propriété privée, soit aux taxis sur de courtes distances.

Vol, maquette, prototype ou rêve

Le Hoversurf est un exemple d'un excellent hoverbike, minimaliste, pour une personne.

Bien qu'il y ait près de 100 projets, et même plus sont fermés, ils sont tous à différents stades de développement. Seulement 3 acceptent des commandes ou vendent. Seuls quelques-uns ont des véhicules volants de grande taille capables de parcourir n'importe quelle distance. Quelques autres ont des prototypes à grande échelle, mais ils n'ont fait que du vol vertical. D'un autre côté, certaines des sociétés telles qu'Airbus, Boeing, Bell Helicopter et Embraer disposent de vastes ressources et d'une grande expérience de l'aviation. Quelques autres sociétés ont des modèles volants en taille réelle. Les 81 autres sociétés répertoriées sur TransportUp n'ont que des modèles et des modèles informatiques. Les premières voitures prêtes pour la production sont des modèles plus anciens (comme le Pal-V et Terrafugia), des voitures avec seulement un rotor (comme le Volokopter et certaines motos volantes), et très probablement Blackfly, prétendent qu'il sera en vente cette année de l'ordre de 70 000 $

Qui va gagner

En ce moment, il y a beaucoup de débats sur ce sujet. Cependant, je pense que les designs suivants gagneront très probablement:

1. Un quadcopter et une aile fixe, offrant efficacité et portée.
2. Petit et capable dans une certaine mesure de se déplacer dans des endroits où il attendra des passagers, mais incapable de parcourir de longues distances sur les routes.
3. Avec des lames protégées pour atterrir dans une variété d'endroits et être plus silencieux.
4. Conçu pour qu'un ou deux passagers restent petits et légers.
5. Avions inclinables ou à hélices pour éviter le mouvement de pièces complexes du rotor.
6. Initialement besoin d'un pilote, idéalement dans une licence de pilote limitée.

En attendant, laissez fleurir mille dessins.

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