Avions électriques à décollage et atterrissage verticaux.

Les avions à haute performance existent depuis longtemps, mais jamais un avion entièrement électrique. Kittyhawk (Palo Alto, CA) a conçu et fabriqué un avion électrique à décollage et atterrissage vertical (eVTOL) qui a fait l'objet de nombreux essais au cours des dernières années. L'avion Heaviside est un eVTOL à haute performance pour un seul passager qui a littéralement réussi des centaines de transitions entre le vol vertical et le vol vers l'avant (voir la figure 1). L'appareil est conçu pour faire la démonstration des technologies essentielles qui sont nécessaires pour offrir un transport aérien personnel propre, rapide, sûr et entièrement électrique, en vue d'une utilisation généralisée.

Figure 1 : Cet avion entièrement électrique à hautes performances a effectué de nombreux essais réussis au cours de l'année écoulée.

Globalement, l'objectif de Kittyhawk est d'intégrer quatre caractéristiques essentielles à son taxi aérien. Tout d'abord, l'avion doit être peu coûteux afin qu'il puisse être fabriqué à l'échelle des automobiles actuelles. Cela leur permettra d'offrir le vol à un plus grand nombre de personnes. L'avion doit également être petit et silencieux, ce qui signifie que les modèles commerciaux n'auront qu'un seul siège pour le passager - pas de partage avec des inconnus. Comme le taxi aérien sera commandé à distance par un contrôleur au sol supervisant plusieurs véhicules, les coûts seront compétitifs par rapport aux applications de covoiturage. Comme les véhicules Kittyhawk ont la plus petite empreinte au sol de tous les taxis aériens à ailes du secteur, l'appareil peut décoller et atterrir dans plus d'endroits, pour plus de commodité.

Figure 2 : Chaque avion Heaviside subit de multiples tests au sol avant de décoller.

L'avion Heaviside - nommé d'après l'ingénieur anglais Oliver Heaviside - offre le nec plus ultra en matière de sécurité, notamment un parachute de récupération personnalisé. L'avion continue de faire preuve d'une gestion exceptionnelle des pannes de système unique et des défaillances de mode commun. En effectuant des essais en vol sans équipage, Kittyhawk a continué à rendre sa technologie eVTOL sûre et accessible à un large éventail d'utilisateurs. Bien que certains composants soient fabriqués par des partenaires techniques hautement qualifiés, chaque système essentiel de l'aéronef a été conçu et développé en interne afin de garantir que l'intégration de tous les composants et systèmes est gérée correctement. Les essais au sol associés sont également effectués par Kittyhawk (voir figure 2).

Figure 3 : L'eVTOL de Heaviside intègre huit moteurs maxon dans l'assemblage du mécanisme d'inclinaison.

La société incorpore des assemblages de moteurs conçus et fabriqués par maxon dans son avion Heaviside. Les assemblages de mécanismes d'inclinaison comprennent des moteurs, des boîtes de vitesses et des encodeurs dans un ensemble haut de gamme sous forme de sous-ensemble. Chacun d'eux est entièrement vérifié et testé avant d'être intégré dans l'avion de haut niveau. Chaque avion Heaviside utilise huit de ces ensembles, ce qui permet d'obtenir la précision nécessaire à un mouvement vertical et avant précis (voir la figure 3).

L'équipe d'ingénierie de maxon a fourni des interactions extrêmement utiles et réactives avec l'équipe d'ingénieurs de Kittyhawk, assurant une collaboration étroite pendant toute la durée du projet. Les assemblages de moteurs ont fourni à l'équipe de Kittyhawk des combinaisons de composants hautement configurables pour fournir les gammes de vitesse, de couple et de puissance qui correspondent aux spécifications critiques et aux besoins de performance détaillés pour les applications respectives dans le véhicule Heaviside.

Les moteurs assemblés conservent une haute qualité et des performances homogènes d'une unité à l'autre, ce qui permet à l'équipe d'ingénieurs de se concentrer sur d'autres aspects tout aussi importants de la conception. Les composants maxon, conçus par des experts, étaient proposés sous un format facile à intégrer et à déployer dans l'application.

Les exigences de performance du mécanisme d'Heaviside nécessitaient un moteur 12 VDC capable de fournir le couple et les vitesses de rotation nécessaires pour obtenir des marges de mécanisme de haut niveau, tout en fonctionnant dans les plages opérationnelles recommandées pour les moteurs. En raison de la configurabilité des assemblages, les exigences en matière de vitesse et de couple du moteur et de la boîte de vitesses ont pu être ajustées à mesure que les charges du mécanisme et les exigences de performance étaient affinées tout au long du développement de l'avion. L'efficacité de la masse étant une priorité absolue dans la conception de la structure et du mécanisme de l'avion, la masse du moteur et l'encombrement de la structure de montage ont été un facteur déterminant dans la sélection du moteur et la conception de l'assemblage.

Processus de sélection de l'assemblage du moteur

Selon l'équipe d'ingénieurs de Kittyhawk, le choix de l'assemblage du moteur pour l'avion Heaviside a été dicté par plusieurs exigences critiques autres que la simple vitesse et le couple, comme l'entrée de courant, les limites de l'emballage géométrique et les méthodes de montage. En outre, des exigences supplémentaires au niveau du système et de la certification devaient être satisfaites.

Les moteurs requis étant destinés à une fonction critique d'actionneur linéaire sur l'avion, ils devaient être fiables et bien caractérisés. Les modes de défaillance de chaque sous-composant de l'assemblage, ainsi que du mécanisme complet, devaient être parfaitement compris et testés de manière approfondie avant la sélection. Plusieurs moteurs de plusieurs fabricants ont été envisagés. En fin de compte, les combinaisons moteur, réducteur et encodeur de maxon étaient les seuls produits qui répondaient à toutes les exigences de l'application, tout en offrant la flexibilité supplémentaire nécessaire à un programme de développement entièrement fonctionnel.

L'aspect le plus difficile de la sélection du moteur parfait pour le mécanisme d'actionnement était d'équilibrer le couple et la vitesse de sortie du moteur pour une alimentation en courant donnée, tout en veillant à ce que les dispositifs fonctionnent dans la plage appropriée pour l'environnement de vol hautement dynamique dans lequel ils seraient placés. La conception de structures associées répondant aux exigences du programme a également été prise en compte. En fin de compte, la conception de l'actionneur était très spécifique à l'avion Heaviside, et les combinaisons de composants maxon ont fourni une excellente base pour le développement flexible du matériel.

Conclusion

Pour la conception, le développement et la fabrication de l'avion Heaviside eVTOL, maxon a continuellement fourni un ensemble de produits solides et cohérents, tandis que son équipe d'ingénieurs s'est montrée enthousiaste et essentielle à chaque étape. Les questions techniques ont été rapidement abordées et répondues, et des suggestions ont été faites pour améliorer les capacités d'assemblage. Heaviside a prouvé à plusieurs reprises que le potentiel d'une large gamme d'avions eVTOL à entrer sur le marché est une perspective réaliste et durable.