電動垂直離着陸機

電動垂直離着陸機（eVTOL）は、電力を使用して垂直にホバリング、離着陸するVTOL（垂直離着陸）機の一種です。この技術は、電気推進（モーター、バッテリー、燃料電池、電子コントローラー）の大きな進歩と、より環境に優しく静かな飛行を可能にする都市航空移動用の新しい航空機の新たなニーズによって生まれました。電気およびハイブリッド推進システム（EHPS）は、航空機の運用コストを下げる可能性もあります。^{[1] ：1–2}

オリジナルのeVTOL航空機設計は、エアバス、ボーイング、^[2] 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や、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を含む相手先ブランド製造会社（OEM）によって開発されています。eVTOLを開発してい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や、ボーイングとラリー・ペイジのキティホークとの合弁として立ち上げられたWisk Aeroなどのパートナーシップも含まれています。

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^[3]のビデオが話題になったときに登場しました。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。これに続いて、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。このコンセプトは、NASAで開発された分散型電気推進（DEP）と呼ばれる新しい技術を利用していました。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^[4]とPuffin冗長電動パワートレインシステム^[5]を発表しました。これに続いて、2011年にはAugustaWestland Project Zero（イタリア）、Volocopter VC1（ドイツ）、Opener BlackFly（米国）など、いくつかの業界の取り組みがすぐに続きました。^[6]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。^[7]

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。^[8]

• エアバスA³ヴァハナは2017年にパリ航空ショーで発表され、^[9] 2018年1月に初飛行した。
• ボーイング - オーロラ・フライト・サイエンシズPAV、2017年から開発中、2019年に初飛行
• Bell Nexus 6HXがCESp 2019で発表されました

これらの大手航空機メーカーに加えて、新興企業も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。^[10]

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。^[11]この論文では、オンデマンド航空輸送システムの実現可能性について概説しました。この文書と、同社が2017年から2019年にかけて主催した年次Elevateサミットにより、eVTOL航空機と都市型航空モビリティ（UAM）の概念は、SFのコンセプトから、数十の開発プロジェクトによって追求される潜在的な航空宇宙分野へと進化しました。^[12]

2020年12月、UberのElevateはJoby Aviationに買収された。^[13]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も開発しました」と述べた。^[14]

2020年、テトラ・アビエーションは、GoFly個人飛行コンテストで、単座eVTOLで「ディスラプター賞」を受賞しました。2021年、同社は2022年に納品予定のMk5個人eVTOLを発表しました。この機体には、細長い前翼と後翼に分散された32個の垂直リフトローターと、巡航用の後部プッシャープロペラが組み込まれています。主にアルミニウム製のフレームを使用し、カーボンファイバー/アラミド強化ポリマーの車体を採用しています。機体は幅8.62メートル（28.3フィート）、長さ6.15メートル（20.2フィート）、高さ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）のパイロットを乗せることができます。この機体には少なくとも3つの飛行制御装置が搭載されており、モーターまたは飛行制御装置が故障した場合には32個の垂直プロペラを駆動し、完全に故障した場合にはパラシュートが開きます。この飛行機は、自家用操縦免許のみを必要とする実験キット航空機として販売される予定です。^[15]

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技術の新興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。^[16]

2021年、アーバンeVTOLは、3人乗り、最高時速250マイル（400 km/h）、航続距離300マイル（480 km）の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。翼はダブルボックスウィング設計です。標準的な自動車スペースに駐車できるほど小型化を目指しています。分割バッテリーシステムの容量は66kWhです。弾道パラシュートが付属しています。まだ飛行していません。^[17]

2021年、ボロコプターは韓国初の有人eVTOL飛行を実施した。^[18]

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^[19]を発表し、eVTOL航空機のエネルギー効率は地上の電気自動車と同等かそれ以上になる可能性があることを示しました。この研究では、バッテリー駆動のeVTOLの技術的準備レベルも高く評価されました。

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、交通渋滞に悩む都市部で短距離の高速移動の需要が見込まれることから、2030年までにアジアでeVTOL事業に参入する計画を発表した。同社は子会社のウィスクエアロで、自律技術を組み込んだ電動垂直離着陸機を開発している。^[20]

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の4社で、同社のヘビサイド航空機は2021年7月に受け入れられた。^[21]

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）に加わり、上場した。^[22]最初はアーチャー・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。 ^[23] アーチャーは、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。^[24]

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。^[25]

2024年3月現在、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の注文契約を締結しており、その価値は80億米ドルに上る。^[26]

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、 Volcopter 2XやJetson Oneなどのラジアルアームを使用してモーター/プロペラを収容します。^[27]

推力ベクトル設計は推力の方向を変え、離着陸時には垂直に、巡航時には水平に推力をベクトル化する。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（ティルトローター）を旋回させることもできる。Archer Maker、^[28] Lilium Jet、Joby S4、^[29] Vertical Aerospace VA-X4、およびZuri 2.0 ^[30]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翼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。^[31]推力ベクトル制御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来る空気を下方に逸らして揚力を生成することである。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翼で有名であり、上から見るとダイヤモンド形を呈している。^[32]オディス・アビエーションは、離着陸時に後方に流れ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制御します。^[33]

ティルト翼構成では、デュフォー・エアロスペースのように、取り付けられたモーターとともにフロイオ翼を旋回させる。^[34]

^{リフトアンドクルーズシステムでは、Beta Alia、 [35]} Airbus、^[36] Eve、^[26] eMagicなどの垂直飛行用のモーターセットと巡航用のモーターセットを使用します。 ^[37]

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る。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する。^[38]

ハイブリッド設計では、アーチャー・メーカー^[39]、バーティカル・エアロスペースVA-1X ^[40] 、ウィスク・コーラ^{[40]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いくつか採用されています。}

一般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、程度の差はありますが、翼を組み込むこともあります。

タンデム翼設計では、前翼と後翼を使用し、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 ウィング設計でも 2 つの翼を使用しますが、翼端がなくなるように翼が接続されます。翼は垂直に積み重ねられるか、タンデム設計のように前後に配置されます。

ダクト翼の設計では、離陸ファンを露出させるために開き、高速巡航時にはファンの周りを閉じる。^[41]

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 燃料電池を使用しています。現在、バッテリーは比エネルギーが低いという問題があります（航続距離と安全性の問題を引き起こします）。燃料電池は以前は比出力が低いという問題がありました（垂直離着陸には低すぎる可能性があります）が、新しい設計では、はるかに高い比出力でこの問題を解決したと主張しています。^{[42] [43] [44] [45]}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。^[46]

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る。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であるPipistrel 801に取り組んでいる。 ^[47]もう1つの例はVolocopterで、 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る。^[48]

Googleが所有する企業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長100km飛行し、最大1.5kgの荷物を運ぶことができる。^[49] Amazon Prime AirとUPSもドローン配送を利用している。^[50]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。^[51] 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。^[52]

重量物運搬用の無人航空機には、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、エロイ・エロイ・エア・チャパラル、ピピストレルなどの企業が重量物運搬用の無人貨物航空機を発表しており、セイバーウィングの航空機は垂直離陸シナリオで最大5,400ポンドの積載量を運ぶことができる。ボロコプターも貨物用eVTOL航空機、VoloDroneを開発しており、最大200kgを運搬でき、最大航続距離は40kmである。^[53]

eVTOLシステムは、特に作物保護やカバークロッピングの分野で、農業においてさまざまな用途に使用されています。ガーディアン・アグリカルチャーは、100kg以上を運ぶことができる重量物用無人航空プラットフォームSC1を提供しています。2023年にガーディアン・アグリカルチャーのSC1は、FAAによって全国的な運用が承認された最初のeVTOLシステムとなりました。^[54]

2020年、ジャンプエアロは、緊急サービスの迅速な展開を可能にするために、小型の1人乗りeVTOL航空機の開発に取り組んでいると発表した。このタイプの車両は、陸上車両やヘリコプターの代替品ではなく、電気モーターのおかげで他のものよりも高速な新しいツールです。^[55]

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。^[56]

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。^[57]

単座のオクトローター式eVTOL機「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。^[58]

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（島巡り用に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、販売を行う予定である。^{[59] [60]}

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。^{[61] [62]} 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アジリティ・プライムプログラムの下で有人のeVTOL機が飛行した初めてのケースであった。 ^[61]

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の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。^[63]

2018年以来、欧州航空安全機関（EASA）はそのような航空機の認証に取り組んできました。^[64] 2019年7月、彼らはSC-VTOL-01：VTOL航空機の特別条件を発行しました。この文書は、VTOL航空機の安全性と設計目標を確立しました。これにはeVTOLの特別セクションが含まれています。

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推奨事項に関する研究を発表しました。^[65]特に、パート23修正64にはeVTOLが含まれています。^[66]

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ウィキメディア・コモンズには、 EVTOL航空機に関連するメディアがあります。

• Blain, Loz (2021-12-08). 「まったく異なる方法で物事を実行する10のユニークなeVTOL航空機」。New Atlas 。2021年12月12日閲覧。
• PteroDynamics X-P4 Transwing® - PteroDynamics Inc.
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