Phoenix 2, il jet elettrico personale a decollo verticale

La società aerospaziale Lilium GmbH ha sviluppato Phoenix 2, il velivolo elettrico in grado di decollare ed atterrare come un elicottero pur mantenendo in volo tutte le caratteristiche di un aereo. L’idea innovativa prevede lo studio di un nuovo concetto dell’ala legata al moto dell’aeromobile sia verticale che orizzontale. L’azienda tedesca ha informato che il velivolo arriverà sul mercato nel 2024.

Phoenix 2, tra i primi all’avanguardia

Nei test di sviluppo del jet elettrico, Lilium ha dimostrato la transizione dell’ala del nuovo velivolo. Quest’ultimo infatti è riuscito a passare da un volo verticale grazie alla spinta dei motori ad un volo alare sfruttando la portanza. L’azienda è riuscita a realizzare, senza precedenti, il primo eVTOL (electric Vertical Take Off and Landing) a grandezza naturale dimostrando il successo tecnologico che potrà essere adottato in futuro. I prossimi test si concentreranno sulla transizione completa dell’ala anteriore.

Ma cosa significa raggiungere la transizione dell’ala?

Dal punto di vista della fisica del volo, completare la transizione dell’ala significa che il flusso d’aria che passa sopra i flap si ricongiunge e diventa regolare. Questo consente la generazione di portanza dall’ala proprio come nei velivoli ad ala fissa convenzionale. Phoenix 2 ha ora raggiunto questa pietra miliare sull’intera ala principale, consentendo il decollo e l’atterraggio verticale con volo orizzontale.

La tecnologia dei motori di Phoenix 2

L’innovazione che sta alla base del Lilium Jet è Ducted Electric Vectored Thrust (DEVT). Dei motori a reazione elettrici sono integrati nei flap alari. Essi offrono notevoli vantaggi in primis per l’efficienza aerodinamica e per il carico utile. Inoltre permettono di mantenere una rumorosità inferiore e forniscono il controllo del vettore di spinta per le eventuali manovre successive del Lilium Jet. Ma c’è di più. I motori elettrici a reazione si basano su un unico sistema rotore-statore, che determinano uno stadio, azionato da un motore elettrico a zero emissioni.

Gli elementi principali del motore

• Ventilatori canalizzati, successivi alla presa d’aria, possiedo elevata efficienza grazie alle ridotte perdite di punta della lama e al flusso guidato.
• Motore elettrico del Lilium Jet.
• Ugelli variabili, per assicurare la massima efficienza del motore in volo di hover e crociera.
• Rivestimenti acustici, catturano e dissipano rumore dell’ambiente.

La sfida eVTOL e Phoenix 2

Uno dei primi obiettivi degli aeromobili eVTOL è stabilire il caricamento del disco (disk loading). Questo si definisce come il peso totale dell’aeromobile da sollevare diviso l’area aggregata dei rotori utilizzati durante il sollevamento. Un elevato carico del disco è associato a una bassa efficienza di sollevamento in stazionamento e quindi ad un’elevata richiesta di potenza. I tradizionali progetti eVTOL tentano di ridurre al minimo questo attributo attraverso rotori di diametro maggiore, a scapito però del rumore e dell’efficienza di crociera. Lilium ha affrontato questa sfida e ha sfruttato un inviluppo di volo tipico di un velivolo ad ala fissa commerciale, piuttosto che un velivolo ad ala rotante. Con il nuovo Phoenix 2 si combinano piccoli getti elettrici a ventola, aventi maggiore carico del disco, ed una presa verticale dell’aereo in decollo e atterraggio.

Il concetto di propulsione elettrica distribuita

Invece di avere grandi ventole intubate che causerebbero una maggiore resistenza al volo di crociera, Phoenix 2 possiede 36 ventole intubate più piccole incorporate nell’ala posteriore. Il vantaggio è quello di avere una superficie della gondola meno bagnata, che aumenta la portata a causa della minore resistenza aerodinamica. Questo concetto è noto come propulsione elettrica distribuita. L’aeromobile è poi controllabile utilizzando il vettore di spinta senza alcuna necessità di superfici di controllo aerodinamiche standard. Queste caratteristiche essenziale riducono il peso e la complessità strutturale e la resistenza aerodinamica, con conseguenze positive per le prestazioni della missione.

L’unicità di Phoenix 2: le due ali fisse

Phoenix 2 è dotato di due ali fisse, un’ala principale nella parte posteriore dell’aereo di circa 11 metri e un’ala canard nella parte anteriore dell’aereo. Le ali canard presentano ciascuna due lembi e le ali principali ne hanno quattro. L’introduzione di un’ala canard più corta consente di generare più portanza e controllare l’aereo in modo più efficace soprattutto durante l’equilibrio in beccheggio. La stabilità in rollio viene controllata dalle gondole del motore dell’ala principale mentre in imbardata dalla spinta dei motori. Il definitiva il Lilium Jet non ha né coda né timone, nessun circuito dell’olio e nessuna pala del ventilatore a passo variabile ma solo una parte mobile nei motori.

La seconda utilità dei motori

I motori, muovendosi insieme alle loro gondole, svolgono la funzione di superfici di controllo aerodinamico, permettendo di dirigere e distribuire la spinta. In un decimo di secondo è possibile variare il numero di giri al minuto e l’angolo di ciascun set di tre motori. Come risultato si ha una traiettoria molto regolare e precisa. Inoltre ciò contribuisce ad avere una transizione fluida dal volo verticale a quello orizzontale.

Lo sviluppo delle batterie

Le prestazioni dello sviluppo delle celle delle batterie sono rapidamente migliorate negli ultimi decenni e oggi sono disponibili celle con densità di energia >300Wh/kg e densità di potenza >3kW/kg. Si utilizza materiale anodico più avanzato, come il silicio, che aumenta la capacità di scarica della cella della batteria. Poiché il tempo di hover dell’aeromobile è <90 secondi in totale, il consumo di energia dell’impatto netto è gestibile. Durante il volo di crociera, invece, si ottiene un basso consumo energetico grazie alla combinazione di una disposizione dell’ala fissa e ventole intubate compatte ed integrate, che portano a una bassa resistenza aerodinamica e un’eccellente efficienza di crociera. Si prevede un’autonomia operativa di circa 200 km, con la tecnologia della batteria disponibile oggigiorno, tenendo conto delle riserve operative.

L’obiettivo di Phoenix 2?

Lo scopo dei jet di Lilium sarebbe quello di collegare due punti geografici nel modo più rapido ed efficiente possibile. A differenza di un aereo di linea, il nuovo veicolo massimizzerebbe il tempo trascorso nella fase di volo di crociera efficiente e ridurrebbe al minimo il tempo di decollo e atterraggio (hover). Con l’introduzione di Phoenix 2 , l’intento sarebbe quello di collegare direttamente centri urbani e città su distanze comprese tra 40 e 200 km al momento del lancio a velocità fino a 300 km/h, consentendo al contempo un notevole risparmio di tempo per i singoli passeggeri rispetto alle alternative.

Quanto sarà rumoroso Phoenix 2?

L’emissioni sonore durante il volo stazionario del jet dovranno essere molto basse per garantire un accesso regolare al mercato vicino alle aree popolate. L’aeromobile sarà praticamente impercettibile durante il volo di crociera. Per la fase di hover si stimano 60dBA a 100metri: il normale discorso conversazionale è di circa 65dBA a 1 metro di distanza.

L’aerodinamica intrinsecamente stabile dell’architettura del nuovo aeromobile in combinazione con il sistema di propulsione a spinta vettoriale annulla la necessità di molte delle complicazioni associate ai velivoli tradizionali. Le nuove realizzazioni dell’aeromobile dovranno considerare la sua lunghezza e proiezione dell’apertura alare compatibile con le piattaforme di atterraggio standard per elicotteri.