Primo volo di elicottero elettrico

Primo volo di elicottero elettrico

6 set, 2011

Moderno pioniere dell’aviazione raggiunge il primo volo umano in

Prototipo di elicottero elettrico prende il volo

Da Loz Blain

Fonte: Gizmag 

5 Settembre, 2011. E ‘facile guardare indietro alla storia delle esplorazioni e dell’aviazione e sentire come non ci siano più montagne da scalare, che l’età dei grandi pionieri è dietro di noi e che siamo condannati ad un futuro di LCD e ipnosi da monitor. Ma non provate a dire questo a Pascal Chrétien. Il 12 agosto, questo ingegnere elettrico/aerospaziale e pilota di elicotteri è stato il primo al mondo a volare in un elicottero con equipaggio completamente elettrico in una macchina prototipo che ha progettato e realizzato quasi interamente da solo entro un periodo di sviluppo di 12 mesi.

Nel suo test di volo della durata di 2m 10s, Chretien ha battuto il gigante dell’aviazione nel libro dei record – ma questo non è avvenuto senza rischi significativi. Come lo stesso uomo ha detto: “in caso di crash mi trovo con buone possibilità di finire in forma di kebab”.

Con la tecnologia delle batterie in costante progressione ed i veicoli elettrici che spuntando in tutti i tipi e modi di trasporto, gli elicotteri elettrici sono stati uno degli ultimi ad entrare nel mondo dei veicoli elettrici. Questo perché le dinamiche del volo in elicottero tendono a consumare molta energia – e in un modo che non si adatta bene con il modo di rifornimento di potenza delle batterie.

Gli aerei elettrici, ad esempio, richiedono molta potenza in fase di decollo, ma possono volare a velocità crociera e atterrare con una quantità piuttosto scarsa di energia. Ma gli elicotteri richiedono forte spunti in tutta la fase di decollo, di volo e anche nelle fasi di atterraggio – quindi bisogna essere sicuri che ci sia un sacco di energia nel serbatoio da utilizzare più dolcemente.

Così, quando l’azienda francese Solution F ha contattato Pascal Chrétien e gli chiese di costruire il primo elicottero elettrico con equipaggio, sapeva che doveva presentarsi con un design abbastanza unico – un elicottero ultra-leggero, super semplice che potrebbe volare per un tempo decente indipendentemente della potenza disponibile mella batteria.

La progettazione di un prototipo di elicottero elettrico

Un sistema di volto tradizionale non potrebbe funzionare in un elicottero elettrico come ad esempio un rotore di coda che consuma tra l’8% e il 10% del totale della potenza disponibile. Così Chretien ha modellato e costruito un design coassiale con due rotori controrotanti in alto – una coppia equilibrata di design in grado di volare senza la necessità di un rotore di coda per fermare la rotazione del velivolo – invece, ha bisogno di una semplice e leggera pinna caudale.

Al posto del controllo ciclico tipico, che utilizza un ingegnoso sistema di inclinazione variabile per controllare in che modo l’elicottero si inclina, Chretien ha scelto un estremamente semplice spostamento del peso del sistema – un grande set di manubri (che incorpora il controllo collettivo) che letteralmente manda in tilt il peso principale del velivolo sotto i rotori – come il suo sterzo. Ma questo aumenta il fattore di rischio di Chrétien di un margine significativo – perché significa che i controlli sarebbero invertiti rispetto ad un normale elicottero.

Come spiega Chrétien: “il risparmio di peso è stato notevole – da 4 a 5 kg rispetto a un sistema convenzionale … Ma le abitudini sono la seconda natura, dopo 15 anni di volare con macchine convenzionali i rischi di incidente erano piuttosto alti”.

Così durante la fase di sviluppo del velivolo, Chretien si costruì una macchina per lo spostamento pendolare del peso per usarla applicata al sistema e assicurarsi che non ha reagito nel modo sbagliato quando ha preso il volo.

Il comando di imbardata è stato allestito con una combinazione elettrica di controller (presumibilmente variando la velocità dei due rotori) e di un collegamento meccanico che inclina la pinna di coda contro il downwash dal rotore principale – ed i controlli imbardata sono gestiti tramite pedali come in un elicottero di progettazione convenzionale.

Il telaio dell’elicottero è stato costruita da tubi di alluminio saldati 7020, i materiali compositi sarebbero stati più leggeri, ma il tempo era l’essenza, ed i telai per le prove di crash in alluminio possono essere costruite in tempi molto brevi – inoltre, questa decisione ha contribuito a mantenere il costo del veicolo più basso.

Il motopropulsore

A Chrétien glli è stato dato un obiettivo di tempo di volo da 10 a 12 minuti  da Solution F, quindi la parte più critica del lavoro di progettazione degli aeromobili è il modo di immagazzinare l’energia sufficiente per questo tipo di volo, oltre che come utilizzare quella potenza nel modo più efficiente.

Chretien ha scelto un motore a spazzola DC per gli alberi rotore, anche se la potenza richiesta era “proprio al limite di ciò che può essere realizzato con motori a spazzole” – perché i motori a spazzola sono eccezionalmente efficienti, e le loro unità di controllo semplici risultano considerevolmente più leggere di quelli dei più potenti e meno efficienti motori brushless.

Con questi particolare sistemato, Chrétien è stato in grado di raggiungere un’efficienza energetica del 87,5% tra i terminali della batteria e gli alberi del rotore.

Le celle delle batterie ricaricabili sono al litio polimero, con una densità di energia di 160 Watt-ora per chilogrammo. Anche se ragionevolmente leggere, queste celle presentato probabilmente il più grande pericolo per Chrétien in fase del test di volo. Come dice lui:

“L’instabilità termochimica del litio/cobalto non lascia spazio ad errori … E ‘importante prendere volo lentamente, se non voglio distruggere decine di migliaia di euro di hardware, ma inoltre, in caso di crash mi trovo con buone possibilità di finire in forma kebab. Le batterie al LiPo sono notoriamente malfamate per scoppiare in fiamme. La reazione chimica esotermica è violenta. Questa macchina sembra un giocattolo, e vola come un giocattolo, ma vi è una tigre che imperversa sotto il sedile, in attesa di mordere al primo errore. “

 

Voli di prova

Chretien ha avviato un paio di voli di prova legato a terra con gli arnesi di sicurezza all’inizio di quest’anno, ed è stato in grado di testare l’azione e l’equilibrio della coppia dei controlli del rotore, il peso dell’inclinazione direzionale e il comportamento dell’effetto suolo del velivolo.

E poi, il 12 agosto, è stato il momento dell’evento tanto atteso, quello di essere il primo al mondo ad alzarsi in volo con un elicottero elettrico con equipaggio e senza cavi, un evento che è durato 2m 10s fino ad un’altezza massima di 1 metro.

In quel momento, Chretien e Solution F hanno battuto il Golia dell’aviazione Sikorsky, che ha lavorato su un proprio progetto per costruire il primo elicottero elettrico con equipaggio e portarlo in aria, ed ha presentato il suo prototipo di pre-volo Firefly alla mostra Experimental Aircraft Association AirVenture nel luglio 2010.

Ma il Firefly è un elicottero molto più convenzionale rispetto alla creazione di Chrétien – che utilizza una forma convenzionale di corpo recintato, un singolo rotore superiore con un piatto oscillante convenzionale e controllo ciclico, e un rotore di coda – che aggiunge considerevole peso, e quindi richiedono ulteriori batterie pesanti .Questo può aver contribuito al fatto che Sikorsky non sia stata in grado di eseguire ancora il suo primo volo con equipaggio.

E ‘forse un pò più ironico pensare che Chretien ha battuto Sikorsky con il progetto di un doppio rotore coassiale proprio a Sikorsky che è uno dei principali sostenitori degli elicotteri coassiali – in particolare spingendo una versione dimostrativa del suo X2 a un record non ufficiale di velocità in elicottero di 250 nodi l’anno scorso.

Verso dove si va ora?

Mentre si lavora sullo sviluppo del dispositivo di volo, Chretien ha un paio di cose a cui pensare dopo il suo pionieristico volo di prova. Il treno a trazione elettrica ha bisognodi ulteriore lavoro, ad esempio, e Chretien ritiene che “guardando l’eccellente riserva di potenza che abbiamo oggi, sembra che abbiamo potuto usare un ciclico convenzionale di controllo come bastone di sicurezza.”

Prima di portare l’elicottero fuori dalla zona di effetto suolo – o al di sopra dei 4 metri – bisogna affinare l’attuale configurazione del controllo di imbardata.

Alla fine, Chretien vede un motopropulsore ibrido come risultato finale di questo progetto. Per capire perché questo è importante, è necessario comprendere che in questo momento, il volo in elicottero è quasi 40 volte più pericoloso del volo in aereo, con circa 23 morti per milione di ore di volo contro appena lo 0,6 degli aerei.

Secondo le cifre attuali, dice Chrétien, bisogna ammettere che la rottura del motore e gli insuccessi interni/meccanici sono aditati come responsabili di oltre il 40% dei casi della caduta di un elicottero. Ma se un elicottero usa un sistema ibrido di alimentazione, è possibile memorizzare l’alimentazione di backup delle batteria. Chrétien dice che un semplice sistema potrebbe offrire 3-4 minuti di volo a batteria se il motore a benzina fallisce, sufficiente per arrivare a terra in modo sicuro e contribuire a ridurre il 40% degli incidenti.

Così, mentre si lavora sui brevetti e si sviluppa ulteriormente il prototipo di elicottero elettrico, Chretien è certamente un uomo impegnato – ha avuto solo sei giorni di pausa dallo scorso agosto ed è difficile vedere come le cose rallenteranno da qui!

In bocca al lupo da Electric Motor News e complimenti per il suo nuovo posto nei libri di storia!

 

 

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TAGS: batterie al litio elicottero elettrico Pascal Chrétien polimeri Sikorsky

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