VTOL STOL électrique

[steph_tsf]

Bonjour à tous

Le 5 juillet 2020, jeromef a publié un tableau Excel traitant du vol électrique en phase de décollage vertical.

Voir ici : https://www.forum-ulm-ela-lsa.net/viewt ... 4&start=15

J'avais trituré ledit tableau Excel et jeromef et moi en avions conclu que Lilium (4 occupants sans bagages) équipé d'hélices carénées de 16 cm de diamètre, n'était pas viable (besoin d'une puissance de 1000 kW en phase de décollage vertical), alors que par contre, Lilium équipé d'hélices carénées de 25 cm de diamètre était presque viable (besoin d'une puissance de 500 kW en phase de décollage vertical).

Depuis, le contact avec jeromef est rompu. Or, on ne peut s'empêcher de penser qu'une sorte de Lilium doté d'hélices carénées de 39 cm de diamètre serait préférable sur le plan du rendement aérodynamique en phase de décollage vertical. Dès lors, on songe à concevoir un Lilium Dolmush capable de transporter 6 occupants (sans bagages). Un tel Lilium doit être doté d'ailes grandes assez et rigides assez pour supporter la base pivotante qui supporte les hélices carénées de 39 cm de diamètre, d'une façon qui ne ruine pas la finesse en phase de vol horizontal.

Une option à tel niveau consiste à doter chaque tuyère de deux hélices contrarotatives, de façon à tranquilliser la masse d'air éjectée. Mais gare au surpoids. Inutile de sur-motoriser. En ce qui concerne le décollage et l'atterrissage vertical, jeromef fait bien de dire qu'il faut plafonner la vitesse d'éjection en sortie de tuyère de façon à éviter que le moindre gravier sur le tarmac ne se transforme en projectile potentiellement mortel.

Une finesse de 8,5 est-elle atteignable en phase de vol horizontal, qui est le double de la finesse de la navette spatiale, et la moitié de la finesse d'un jet commercial?

A tel stade, on peut estimer le poids approximatif représenté par les 6 occupants (disons 540 kg sans bagages), la cellule nue (disons 540 kg), les ailes (disons 135 kg), et les tuyères motrices montées sur leur base pivotante (disons 135 kg au pifomètre, valeur à affiner de façon itérative). Total ici : 1.350 kg hors batterie.

Commence alors un calcul itératif visant à déterminer le poids des tuyères motrices (avec électronique, moteur, hélice, pylône), la puissance électrique nécessaire lors du décollage vertical, la puissance électrique nécessaire lors de la montée transitionnelle, la puissance électrique nécessaire lors du vol horizontal à 200 km/h, l'énergie électrique nécessaire pour opérer une mission-type, et "last not but least", le poids de la batterie.

Voici la mission-type : opérer un vol en ligne droite de 100 kilomètres consistant en une montée verticale jusqu'à 25 mètres, un vol transitionnel en montée pour atteindre 500 mètres d'altitude et 200 km/h, un vol horizontal à 200 km/h à 500 mètres d'altitude, un vol transitionnel en descente pour attendre 25 mètres d'altitude et 0 km/h, et une descente verticale jusqu'au sol. Telle mission-type consiste à établir une liaison de centre-ville à centre-ville, ou éventuellement de centre-ville à gare internationale ou aéroport international.

On calculera la capacité nominale de la batterie à neuf (en kWh) en sachant que telle mission-type doit être opérée au moyen d'une batterie chargée à 90% de sa capacité nominale à neuf, et qu'après avoir atterri, telle batterie doit encore contenir de quoi tenir 3 minutes en vol stationnaire, ce qui peut vouloir dire 30 kWh nets délivrés pendant 3 minutes sous une puissance constante de 600 kW.

[steph_tsf]

On tiendra compte du fait que dans les dernières minutes de la mission, une batterie qui a fourni 70% ou 80% de l'énergie qui était stockée en elle, est chimiquement incapable de délivrer la puissance qui est nécessitée par l'atterrissage vertical, aussi bref soit-il. En règle générale, les batteries nécessitent d'être chargées au-delà de 50% pour arriver à en tirer leur puissance nominale. Dès lors, on concevra une batterie "composite" stockant 150 kWh constituée de deux sortes de cellules. D'une part 100 kWh de cellules "énergie" qui stockent 240 Wh du kilogramme, qui endurent 4.000 cycles de décharge complète au régime "C 2,0" qui assurent les phases de vol à haute vitesse qui bénéficient de l'effet de portance (vol à 160 km/h à 2% de montée, vol horizontal à 200 km/h). Noter que compte tenu du coefficient de finesse (qui vaudrait 8,5), le vol à 160 km/h à 2% de descente nécessiterait un peu moins de puissance. Et d'autre part 50 kWh de cellules "puissance" qui stockent 120 Wh du kilogramme, qui endurent 8.000 cycles de décharge complète au régime "C 12,0" et qui assurent le vol transitionnel de haute puissance (en montée et en descente) ainsi que la sustentation verticale qui bénéficient peu ou pas du tout de l'effet de portance. Total 850 kg (cellules nues). Première donnée donnée pour l'itération.

Dès lors, une électronique de puissance dédiée doit recharger en vol les cellules "puissance" de sorte que lorsque le vol transitionnel de haute puissance en descente commence, la puissance nominale (disons 600 kW) soit à nouveau disponible.

Dès lors, la batterie qui tend à s'user et à perdre en capacité (en kWh) ne demeure "bonne pour le service", que si après avoir été chargée à 90% de sa capacité dégradée, et opéré la mission-type, telle batterie doit encore contenir de quoi tenir 1 minute en vol stationnaire, ce qui peut vouloir dire 10 kWh nets délivrés pendant 1 minute sous une puissance constante de 600 kW.

S'ensuit alors la détermination du poids de telle batterie sachant qu'un surpoids de 18% doit être compté pour le câblage des cellules, la mesure de la tension électrique, le refroidissement, et la mise en coffret étanche. On passe dès lors de 850 kg (cellules nues), à 1.000 kg (coffret entier).

Mettons que le calcul donne comme résultat : une batterie stockant 150 kWh, capable de fournir encore 600 kW pendant 3 minutes après la mission-type, pesant 1.000 kg, interchangeable moyennant 30.000 euros tout compris.

La masse total au décollage (et à l'atterrissage) atteint donc 1.350 kg + 1.000 kg = 2.350 kg. Reste à déterminer si une puissance de 600 kW tirée de la batterie, puis modulée avec un rendement de 80% sur des moteurs qui entraînent des hélices carénées de 39 cm de diamètre, éventuellement contra-rotatives, arrive à soulever ces 2.350 kg. Telle et la nature itérative du calcul qu'il faut opérer, jusqu'à arriver à l'équilibre, en espérant qu'un équilibre puisse être atteint. Notez bien, il se peut que le calcul itératif ne débouche sur rien. Il se peut qu'un équilibre ne puisse être atteint du fait que le rendement des hélices carénées de 39 cm soit insuffisant, et du fait que les batteries ne stockent pas assez de kWh par kilogramme.

[steph_tsf]

Au cas où un équilibre peut être atteint, on considérera que telle batterie qui tend à s'user et à perdre en capacité (en kWh) n'est économiquement viable, que si elle tient au moins 4.000 missions.

Admettons au pifomètre et à la louche, que le remplacement de telle batterie "composite" coûte 30.000 euros tout compris, et que chaque mission consomme 150 kWh.
L'engin neuf muni d'une batterie neuve serait vendu 600.000 euros. Tout, mis à part la batterie, serait conçu pour tenir 40.000 missions.
Chaque mission coûterait donc 7,50 euros en amortissement de batterie, plus 22,50 euros en consommation électrique, plus 15,00 euros en achat, total 45 euros.
Il se trouvera toujours un public, acceptant de débourser 90 euros pour se déplacer rapidement à quatre ou à cinq en privé, sur 100 kilomètres.
Le pilote de tel Dolmush réalise dès lors un bénéfice brut de 45 euros par mission après avoir payé la batterie, l'électricité, et l'engin.
En admettant que tel pilote accomplisse 6 missions par jour, 5 jours par semaine, il réalise un bénéfice brut de 1.350 euros PAR SEMAINE.
Les 40.000 missions représentent 1.333 semaines de travail autrement dit 30 années de travail à hauteur de 44 semaines par an.

On est dans le durable écologique, pour autant que l'électricité consommée soit aussi dans le durable écologique.
Sachant cela, on ne lésinera pas sur la qualité et la durabilité. On utilisera exclusivement de l'acier galvanisé à chaud sur les deux face, revêtu d'une couche de vernis protecteur transparent, simplifiant l'examen visuel.

Se déplacer par la voie des airs demeurera coûteux.
On n'a pas encore abordé la façon dont un trafic aérien de basse altitude doit être organisé et régulé.
Les décollages, les survols et les atterrissages causent une nuisance acoustique et visuelle, et un risque sécuritaire.

Mieux vaut garder à l'esprit que se déplacer engendre coûts et nuisances. La mobilité n'est pas une fin en soi. Grâce à internet et les télécoms, il devient envisageable de passer plus de temps chez soi, y exercer un métier non dévorant, y éduquer sa progéniture, et passer beaucoup de temps à faire société avec le voisinage immédiat.

Idem en ce qui concerne l'automobile électrique. Une voiture électrique qu'on recharge chaque soir sur une prise ordinaire (grosso-modo 0,15 euro du kWh), qui permet de rouler à moins de 3,00 euros les 100 km, risque de motiver à rouler énormément. Or, c'est bien connu : "qui va à la chasse, perd sa place". On néglige trop souvent un coût peu apparent, auquel on s'habitue trop, qui est le coût de l'absence. Votre environnement immédiat est stérile, à la dérive, parce que tout simplement, étant toujours reclus (devant la TV) ou absent (coincé dans les embouteillages), vous l'avez négligé, cet environnement immédiat. Cinquante années durant, vous avez contribué à faire s'effondrer le commerce de proximité. Et maintenant, vous ressentez une sorte de malaise. Soit vous vous terrez devant la TV, soit vous choisissez de passer l'essentiel de vos journées, loin de chez vous. Le pessimiste dira que la fée électricité appliquée à l'automobile va accélérer telle stérilisation. L'optimiste dira que la fée électricité va motiver les gens à s'établir ailleurs. Or, rien ne garantit que dans tel ailleurs, les gens qui ont contribué à stériliser leur environnement immédiat, se comporteront de façon productive pour le biotope et la société.

Passez une excellent journée

[Quatrailes]

Un peu loin des ULM et LSA tout çà....

[Yankeeromeo]

Certes, mais ça répond (en partie) au problème récurrent des bouchons en Île de France...
En Belgique, je ne sais pas, mais peut-être ont-ils prévu une solution bilingue...

[sonex710]

Des bouchons en Île de France ???

[bebe44]

De toutes les manières, en voyant la photo des transports en commun prise à 20h50 par notre ami Yurec , les distanciations n'étant pas respectées, absence de masque, ce sera 135 € pour tout le monde
je sors pour ne pas être dans le lot.
Même si nous sommes loin des ULM, ces études de VTOL/STOL électriques nous ouvrent à ces perspectives à venir dans un lointain plus ou moins proche.

[Yankeeromeo]

[Mode HorsSujet ON]
Objection, votre Honneur !
Ce n'est pas moi qui ai apporté ce savoureux dessin, mais mon ami, sonex710.
Et il ne s'agit pas d'une délation, mais bien au contraire, de rendre à César ce qui lui appartient.
Pour aller encore plus loin, voici l'adresse du site, où cette image a été puisée : https://www.jovanovic.com/
Mais là, on est vraiment très, très loin des ULM, des LSA, et de tout ça...
[Mode HS OFF]

[bebe44]

Mes excuses à toi Sonex710