電動垂直離着陸機
2023年のJoby Aviation eVTOL
エアバス・シティエアバスeVTOLホバリング

電動垂直離着陸機（eVTOL ）は、電力を用いてホバリング、離着陸を垂直に行うVTOL（垂直離着陸）機の一種です。この技術は、モーター、バッテリー、電子制御装置、プロペラなどを含む電気推進技術の飛躍的な進歩によって誕生しました。[ 1 ]同時に、先進航空モビリティ（ AAM）や都市型航空モビリティ（ UAM ）の分野では、より環境に優しく静かな飛行を可能にする新しい航空機への需要が高まっています。電動・ハイブリッド推進システム（EHPS）は、航空機の運用コストを削減する可能性も秘めています。[ 2 ] : 1–2

オリジナルのeVTOL機体設計は、相手先ブランド製造会社（OEM）によって開発されています。これらのOEMには、エアバス、ボーイング、[ 3 ] 、エンブラエル、ホンダ、ヒュンダイ、トヨタなどの老舗メーカーに加え、アーチャー・アビエーション、EHang、ジョビー・アビエーション、オーバーエア、ボロコプターなどの新興企業も含まれます。eVTOLを開発する企業のエコシステムには、エンブラエルのEmbraerX部門から生まれたEve Air Mobilityなどの老舗航空機メーカーからのスピンオフ企業や、ボーイングとラリー・ペイジのキティホークとの合弁企業として設立されたWisk Aeroなどのパートナーシップ企業が含まれます。

歴史

2021年のアラウダMk3スピーダー

eVTOL航空機のコンセプトは、2009年11月11日にNASAのPuffin eVTOLコンセプト[ 4 ]のビデオが話題になったことで登場しました。このビデオでは、技術の一人乗りコンセプトレンダリングと飛行中のコンセプトが紹介されていました。これに続き、2010年1月9日のVFSスペシャリスト航空力学会議で最初のPuffin論文が発表されました。このコンセプトでは、分散型電気推進（DEP）と呼ばれるNASAで開発された新技術が活用されました。追加のPuffin論文は、9月13日の第10回AIAA ATIO会議で、NASA Puffin電動テールシッターVTOLコンセプト[ 5 ]とPuffin冗長電動パワートレインシステム[ 6 ]として発表されました。[ 7 ]これは、 2014年にバージニア州で開催された「革新的な推進力とエネルギーアーキテクチャによる新しい飛行コンセプトの実現に関する変革的垂直飛行コンセプト共同ワークショップ」で、垂直飛行協会とアメリカ航空宇宙学会（AIAA）によって正式に導入されました。[ 8 ]

エアバスのeVTOL設計

それ以来、航空機メーカーの間でeVTOLへの関心が大幅に高まり、ボーイング、エアバス、ベルなどの企業もこの技術に取り組んできました。[ 9 ]

これらの大手航空機メーカーに加えて、スタートアップ企業もこれらの航空機の開発において重要な役割を果たしており、時には技術進歩のリーダーとなってきました。[ 11 ]

Uberは、ジェフ・ホールデン、ニキル・ゴエル、マーク・ムーアが共同執筆した「Elevate」というプロジェクトに関する論文を発表しました。[ 12 ]この論文は、オンデマンド航空輸送システムの実現可能性を概説しています。この論文と、同社が2017年から2019年にかけて毎年開催したElevateサミットは、eVTOL機と都市型航空モビリティ（UAM）のコンセプトを、SF的な構想から、数十の開発プロジェクトが追求する潜在的な航空宇宙分野へと発展させるのに貢献しました。[ 13 ]

2020年12月、UberのElevateはJoby Aviationに買収されました。[ 14 ]買収時に、JobyのCEOであるジョーベン・ビバートは、「Uber Elevateのチームは私たちの業界で重要な役割を果たしただけでなく、オンデマンドモビリティを可能にする10年以上の経験に基づいて、優れたソフトウェアツールセットを開発しました。」と述べました。[ 15 ]

2020年、テトラ・アビエーションは、GoFly個人飛行コンテストにおいて、単座eVTOLで「ディスラプター賞」を受賞しました。同社は2021年に、2022年の発売を見込んでいるMk5個人eVTOLを発表しました。この機体は、細長い前後の翼に32枚の垂直離着陸ローターを装備し、巡航時には後部のプッシャープロペラで推進します。フレームは主にアルミニウム製で、機体はカーボンファイバー/アラミド強化ポリマー製です。機体幅は8.62メートル（28.3フィート）、全長は6.15メートル（20.2フィート）、全高は2.51メートル（8フィート3インチ）です。バッテリーパックの容量は13.5kWhです。自重は488キログラム（1,076ポンド）で、最大79キログラム（174ポンド）のパイロットを搭乗させることができます。この機体には少なくとも3つのフライトコントローラーが搭載されており、モーターまたはフライトコントローラーの故障時には32個の垂直プロペラを駆動し、完全故障時にはパラシュートが作動する。この機体は、自家用操縦免許のみで操縦可能な実験キット機として販売される予定である。[ 16 ]

2020年10月、デルタ航空は、エアキャブサービスの提供を目的とした電動垂直離着陸機（eVTOL）を製造するJoby Aviationに6,000万ドルを投資し、EV技術のスタートアップ企業に資金を提供する航空会社のリストに加わりました。[ 17 ]

2021年、アーバンeVTOLは3人乗り、最高時速250マイル（400km/h）、航続距離300マイル（480km）の機体「Leo」を発表しました。垂直方向の揚力を得るための直径40cm、10kWのダクトファン16基と、水平方向の推力を得るための直径28cm、タービンブレードのリアエンジン6基を搭載しています。主翼はダブルボックスウィング構造で、標準的な自動車駐車スペースに収まるサイズを目指しています。分割型バッテリーシステムの容量は66kWhです。防弾パラシュートも付属しています。まだ飛行は未確認です。[ 18 ]

2021年、ボロコプターは韓国初の有人eVTOL飛行を実施しました。[ 19 ]

2021年11月、米国科学アカデミーはカーネギーメロン大学のシャシャンク・スリパッドとベンカット・ヴィスワナサンによる研究[ 20 ]を発表しました。この研究では、eVTOL機のエネルギー効率は地上電気自動車と同等かそれ以上になる可能性があると示されました。また、この研究では、バッテリー駆動のeVTOLの技術的成熟度は高いと評価されました。

2024年4月19日、米国の航空機メーカーであるボーイングは、2030年までにアジアでeVTOL事業に参入する計画を発表しました。これは、交通渋滞が深刻な都市部において、eVTOLが短距離の高速移動手段の需要拡大につながると見込んでいるためです。同社は子会社のウィスク・エアロにおいて、自律走行技術を搭載した電動垂直離着陸機（eVTOL）を開発しています。[ 21 ]

アジリティプライム

BETA Technologies A250 eVTOLプロトタイプ

米軍のアジリティ・プライム・プログラムを通じて軍用耐空性契約を結んでいるのは、ジョビー・アビエーション、ベータ・テクノロジーズ、リフト・エアクラフト、そして最近ではキティホークで、同社のヘビサイド航空機は2021年7月に受け入れられた。[ 22 ]

SPAC

アーチャー、ジョビー、リリウム、バーティカルは特別買収会社（SPAC）に参加して株式を公開した。[ 23 ]最初に上場したのはアーチャー・アビエーションで、 2021年2月にユナイテッド航空から200機以上の航空機を10億ドルで注文したことを同時に発表した。 [ 24 ] アーチャーはまた、その年にメーカー航空機を直接公開した最初の企業でもある。[ 25 ]

注文

アーチャー・アビエーションは2024年11月7日、日本航空と住友グループの合弁会社であるソラクルが、アーチャー・アビエーションから最大5億ドル相当の電気航空機を購入することで合意したと発表した。[ 26 ]これにより、両社の受注残総額は60億ドルを超える。[ 27 ]

バーティカル・エアロスペースは2021年6月にアメリカン航空、ヴァージン・アトランティック航空、航空機リース会社アバロン・ホールディングスなどから1,000機のeVTOLの事前注文を受けたと発表した。[ 28 ]

2024年3月時点で、エンブラエルは13カ国30社の顧客から28社と2,850機のeVTOLの受注契約を締結しており、受注額は80億米ドルに上る。[ 29 ]

テクノロジー

ボーイングPAVモックアップ、2019年

飛行機構

多くの設計は翼なしで動作します。マルチコプターは通常、 Volocopter 2XやJetson Oneのように、ラジアルアームにモーター/プロペラを取り付けます。[ 30 ]

コンバーチブルプレーンの設計は推力の方向を変え、離着陸時には垂直方向に、巡航時には水平方向に推力を偏向させる。翼全体（ティルトウィング）をローターに対して旋回させることも、ローターのみを旋回させることもできる（ティルトローター）。Archer Maker、[ 31 ] Lilium Jet、Joby S4、[ 32 ] Vertical Aerospace VA-X4、Zuri 2.0 [ 33 ]はティルトローター機である。AMSL Aero Vertiia は、固定されているボックスウィング設計のローター保持部分を旋回させるハイブリッドを使用している。[ 34 ]推力偏向の別のアプローチは、フラップを使用して水平モーターからの空気を下方に逸らして揚力を作り出すことである。Craft Aero は、胴体前部の底部と胴体後部の上部に取り付けられたボックスウィングで有名であり、上から見るとダイヤモンド形を呈している。設計には航続距離を伸ばすためのタービン発電機が含まれている。[ 35 ]オディス・アビエーションは、離着陸時に後方に移動する空気を下方に導くフラップを展開することで、16個のモーターからの推力を方向付けます。[ 36 ]

ティルトウィング構成では、デュフォー・エアロスペースのように、付属のモーターとともにフロイオの翼を旋回させます。[ 37 ]

リフトアンドクルーズシステムでは、Beta Alia、[ 38 ] Airbus、[ 39 ] Eve、[ 29 ] eMagic、[ 40 ] Horizo​​nなどの垂直飛行用のモーターと巡航用のモーターを別々に使用します。[ 41 ]

PteroDynamicsは、機体の陸上輸送を容易にする折りたたみ式翼設計を採用しています。離陸時は翼が折りたたまれた状態で行われ、飛行中に完全に展開された状態に移行します。[ 42 ]

ハイブリッド設計では、アーチャー・メーカー[ 43 ] 、バーティカル・エアロスペースVA-1X [ 44 ] 、ウィスク・コーラ[ 44 ]などで示されているように、固定モーターと傾斜モーターが採用されています。

翼の設計

ベータテクノロジーズ ALIA 250

典型的なマルチコプターは翼を使用せず、揚力を得るには回転するブレードのみに依存しますが、程度の差はあれ翼を組み込むこともあります。

タンデム翼設計では、前部翼と後部翼を使用し、オプションで翼端で互いに接続します。

ボックスウィングまたはクローズドウィング設計も2枚の翼を使用しますが、翼端がなくなるように翼が連結されています。翼は垂直に積み重ねられる場合もあれば、タンデム設計のように前後に配置される場合もあります。

ダクト翼の設計は、開くと離陸ファンが露出し、閉じると高速巡航速度が速くなります。[ 45 ]

ファンインウィング設計では、離着陸時に使用するファンを翼内に設置し、推進プロペラなどによって前進運動を提供する。前進飛行時には効率を高めるため、ファンを隠蔽することもある。[ 46 ]

力

現在の設計のほとんどはバッテリーで駆動されますが、一部の設計では水素燃料電池が使用されています。現在、バッテリーは比エネルギーが低いという問題を抱えており、航続距離が短くなり、安全性に問題が生じます。燃料電池は以前は比出力が低いという問題を抱えており、垂直離着陸には低すぎる可能性がありましたが、新しい設計では、はるかに高い比出力によってこの問題を解決したとされています。[ 47 ] [ 48 ] [ 49 ] [ 50 ]離着陸にはバッテリーを使用し、巡航には水素燃料電池を使用するという提案もあります。[ 51 ]

ユースケース

オンデマンド旅客サービス

ボロコプター2X

多くのeVTOLコンセプトモデルは、エアタクシー用途向けに設計されています。例えば、Uber ElevateのパートナーであるPipistrelは、 5人乗りのエアタクシー「Pipistrel 801」を開発中です。 [ 52 ]また、 VolocopterはVolocopter 2XをベースにしたVoloCityというエアタクシーサービスを提案しています。[ 53 ]

小包と配達

Google傘下のWingは、2020年からeVTOL UAV配送サービスを提供している。同社のドローンは最大100km飛行し、最大1.5kgの荷物を運ぶことができる。[ 54 ] Amazon Prime AirとUPSもドローン配送を利用している。[ 55 ]ドイツの航空宇宙企業Wingcopterもユニセフと協力して2018年にバヌアツでワクチンを配送した。[ 56 ] 2020年には、 wingcopterのeVTOLドローンがマル島にCOVID-19検査キットを配送するために使用された。[ 57 ]

バヌアツでワクチン配達飛行中のウイングコプター178HL 。

航空貨物

重量物運搬用無人航空機には、セイバーウィング・エアクラフト・カンパニー、セイバーウィング・レーガル、エルロイ・エルロイ・エア・チャパラル、ピピストレルなどの企業が含まれ、セイバーウィングの航空機は垂直離陸時に最大5,400ポンドのペイロードを運ぶことができる重量物運搬用無人貨物機を発表している。また、ボロコプターは最大200kgの荷物を運搬でき、最大航続距離40kmの貨物eVTOL機「VoloDrone」も開発している。[ 58 ]

農業

eVTOLシステムは農業において、特に作物保護と被覆作物の栽培において、多様な用途に活用されています。Guardian Agricultureは、100kg以上の荷物を積載可能な重量物用無人航空機プラットフォーム「SC1」を提供しています。2023年、Guardian AgricultureのSC1は、FAA（連邦航空局）の承認を受け、全米での運用が承認された初のeVTOLシステムとなりました。[ 59 ]

救急医療サービス（EMS）

2020年、JumpAeroは、緊急サービスの迅速な展開を可能にする小型の1人乗りeVTOL機の開発に取り組んでいると発表しました。このタイプの機体は陸上車両やヘリコプターの代替品ではなく、電動モーターのおかげで他の機体よりも高速な新しいツールです。[ 60 ]

2020年、カナダ先進航空モビリティ（CAAM）コンソーシアムは、患者、臓器、医薬品の病院間の直接輸送におけるeVTOLの利点を研究しました。[ 61 ]ホライゾン・カボライトX7は、病院や地方で使用できる航続距離、ペイロード、垂直着陸能力を備えていると宣伝されています。[ 62 ]

レクリエーション、レース、個人飛行

重要なブラックフライ

eVTOL航空機は、レースシリーズのエアスピーダーなど、レクリエーションやスポーツ航空に電気飛行を導入するために開発されました。[ 63 ]

単座のオクトローター式eVTOL 「Jetson One」は、飛行を容易にするソフトウェアを使用していることで知られています。 [ 64 ]

空飛ぶルフトカー・スーパージープニー

2024年、LuftCarはフィリピンのeFrancisco Motor Corporationと覚書を締結し、フィリピンの空飛ぶLuftCarスーパ​​ージープニー（島巡り用のeFranciscoの車両シャーシをベースに構築された水素ジープニーバンeVTOL）シリーズの開発、統合、展開、ブランド化、販売を行うことになった。[ 65 ] [ 66 ]

軍事用途

2020年4月、米空軍は2021年の開発に向けてeVTOLプロジェクトに2500万ドルの資金提供を発表した。[ 67 ] [ 68 ] 2020年8月20日、アメリカ空軍（USAF）はテキサス州オースティンのキャンプ・マブリーで電動垂直離着陸機のデモ飛行を実施した。これは、USAFのアジリティ・プライム・プログラムの下で有人eVTOL機が飛行した初めてのケースであった。[ 67 ]

2021年12月12日、エンブラエルとBAEシステムズは、防衛・安全保障市場向けのイブの車両開発を検討するための共同研究に着手する計画を発表した。[ 69 ]

認証

ヨーロッパ

2018年以来、欧州航空安全機関（EASA）は、このような航空機の認証に取り組んできました。[ 70 ] 2019年7月には、 SC-VTOL-01  ： VTOL航空機のための特別条件が発行されました。この文書は、VTOL航空機の安全性と設計目標を確立し、eVTOLに関する特別なセクションも含まれています。

アメリカ合衆国

米国連邦航空局（FAA）は2009年に今後20年間の一般航空に関する勧告に関する調査を発表しました。[ 71 ]特に、第23部修正64にはeVTOLが含まれています。[ 72 ]

参照

2023年広州モーターショーにおけるXPeng X2

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