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發明家和物理學家托馬斯·森克爾(Thomas Senkel)憑藉其 2011 年 10 月首次也是唯一一次試飛的影片,在網際網路上引起轟動,影片中展示了他蜘蛛網狀的概念驗證 16 旋翼直升機,名為 Multicopter 1。現在,這家實驗性個人航空飛行器的製造商、歐洲初創公司 e-volo 又回來了,並推出了修訂後的“飛行汽車”設計,增加了兩個旋翼,採用串聯混合動力驅動,並計劃長期實現 100% 電池供電。
新的設計採用 1.8 米、0.5 公斤的碳纖維葉片,每個葉片都與一個電機配對。它們圍繞一個輪轂排列成兩個同心圓,覆蓋在一個方方正正的單人或雙人座艙上方。
在 4 月份為飛行汽車概念頒發林德伯格創新獎後,查爾斯·A 和安妮·莫羅·林德伯格基金會執行董事 Yolanka Wulff 承認,多葉片直升機的想法起初看起來“古怪”。然而,她表示,除了新穎的外觀之外,e-volo 的概念在安全性、能源效率和簡單性方面都表現出色,這也是該獎項的基礎。
這三個特點的實現主要歸功於 e-volo 移除了經典的直升機元素。首先,耗能的高質量主旋翼、傳動裝置、尾梁和尾槳都消失了。普通直升機機艙上方巨大的葉片產生升力,但它們的質量對飛行器造成了高度的應力和磨損。而且,位於機艙後方尾樑上的小型尾槳可以防止直升機機身與主旋翼反向旋轉,但它也消耗了直升機約 30% 的動力。
飛行汽車的多個旋翼葉片單獨不會產生單個大型旋翼產生的扭矩,並且它們為安全提供了冗餘。該飛機的共同發明人和 e-volo 的首席結構工程師森克爾表示,從理論上講,飛行汽車可以在只有 12 個旋翼正常工作的情況下飛行,只要這些旋翼不是都集中在同一側。
如果沒有標誌性的雙螺旋槳配置,該飛行器會更輕,從而提高燃油效率並降低從單個發動機向頂部和後部葉片輸送動力的物理複雜性。飛行汽車也不需要耗能的傳動裝置。事實上,“燃氣發動機和葉片之間不會有機械連線,”森克爾說。這意味著更少的能量損失點和更大的安全冗餘。
e-volo 的設計消除了對葉片單一動力源的依賴。作為一種串聯混合動力汽車,飛行汽車將配備燃氣發動機,在這種情況下,該發動機能夠產生 50 至 75 千瓦的功率,這是超輕型飛機的典型水平。發動機不是機械驅動旋翼,而是為電動機發電併為車載鋰電池充電。如果發動機發生故障,預計電池將提供足夠的備用電力,使飛行器能夠進行受控著陸。
直升機透過改變主旋翼和尾槳葉片的傾角來導航,而飛行汽車的機動性將取決於改變單個旋翼的速度。原則上,使用三到六個冗餘微控制器(以防一個或多個發生故障)來控制飛行器,解釋來自飛行員使用類似遊戲控制檯的操縱桿發出的指令,而不是方向舵踏板、操縱桿和油門,儘管更復雜,但更精確。
Wulff 對飛行汽車設計的第一印象並不罕見。e-volo 的計算機動畫宣傳影片展示了一架閃亮的白色碳纖維和玻璃纖維飛行器,下方覆蓋著一簇簇葉片,讓人想起 19 世紀末許多長著翅膀的飛行機器。森克爾也意識到了這一點。
“我理解這些懷疑的觀點,”他說。“這種設計概念看起來像一個攪拌機。但我們確實在製造一種安全的飛行機器。”
這本身就是進步。Multicopter 1 看起來像是《百戰天龍》中一個特別不可靠的劇集裡的東西,配有包括一個銀色瑜伽球在內的起落架。森克爾坐在所有僅由鋰電池供電的旋翼中。Multicopter 1 的懸停平均功率為 20 千瓦,僅在空中停留了幾分鐘。
這個實驗性飛行器只飛行了很短的時間,而且只有一次,是有原因的。森克爾將第一架飛行器描述為“粘合和擰在一起的”。他說,他坐在與旋轉的葉片相同的平臺上,“我知道我可能會死。此外,我們證明了這個概念是可行的。如果我們再飛一次,我們能獲得什麼?”他反問道。
除了將飛行員安全地放置在葉片下方之外,修訂後的飛行汽車設計在很大程度上將與最初的原型機相同。該設計要求使用三到六個冗餘加速度計和陀螺儀來測量飛行汽車的位置和方向,形成一個反饋迴路,從而提高飛行器的穩定性,並使其更容易飛行,森克爾說。
正在建造中的飛行汽車的修訂原型最早可能在明年春天首次亮相。預計首批次產機型將在大約三年內上市,飛行時間至少為一小時,時速超過 100 公里/小時,最低飛行高度約為 2000 米,仍然遠低於標準直升機的正常飛行高度 約 3000 米。“這可能會改變我們的生活,但我預計 10 年內不會發生任何類似的事情,”森克爾補充道。
鑑於製造飛行汽車所需的大部分技術已經可用,e-volo 的合作伙伴 Smoto GmbH 的總經理 Carl Kühn 說:“這個想法很容易實現。”該公司整合了電動驅動系統和相關元件。
與森克爾一樣,儘管 Kühn 反覆強調所涉及技術的標準性質,但他對短期內的期望並不高。“我猜 e-volo 將在三年內擁有一架可以完成這項工作的[原型]飛機——它將把一兩個人從一個點運到另一個點,”他說。
目前最大的限制似乎是監管方面的。例如,Kühn 說,歐洲航空監管機構認為任何大於 60 伏的電氣系統都屬於高壓,並對這類系統進行更嚴格的監管。因此,飛行汽車將在該閾值以下執行。根據森克爾的說法,該飛行器的重量也不得超過 450 公斤,以保持在超輕型類別中,該類別同樣受較少的政府航空法規的約束。
林德伯格基金會的 Wulff 說,該組織的評委認為 e-volo 有“超過 50% 的成功機會,否則他們不會給他們頒發創新獎”。當被問及她是否會排隊在將來乘坐其中一架時,她說:“我當然會。它對我來說非常有吸引力。”