Päivän videolla BlackFly: tämä makea yhden hengen lentävä eVTOL-moottoripyörä on pian ostettavissa

Kanadalainen Opener-niminen yritys valmistaa BlackFly -nimistä täyssähköistä kahdeksanroottorista eVTOL-konetta (electric vertical takeoff and landing), jonka se pyrkii saamaan luokiteltua ultrakevyeksi. Olisiko tässä unelmien lentolaite kotikäyttöön?

BlackFly -nimi tarkoittaa suomennettuna "Mäkärää".

Mikäli tämäntyyppiset pystysuoraan nousevat ja laskeutuvat lentolaitteet mullistavat kuljetusalan, niin päivämäärä 5.10.2011 saattaa saada suuren merkityksen ilmailun historiassa. Silloin eläkkeelle vetäytynyt koneinsinööri Marcus Leng lensi ensi kerran itserakentamallaan eVTOL:illa kotipihallaan Kanadan Warkworthissa säikyttäen samalla vaimonsa ja useita ystäviään henkihieveriin.

Mies lensi noin 180 cm korkeudessa vaimoaan ja paria ystäväpariskuntaa kohti, ja seisautti sitten laitteensa heidän eteensä. Vaikka lento ei sujunutkaan aivan kuten aikomus oli, laite osoitti lentokelpoisuutensa ja häiriönsietokykynsä. Kyse oli toisesta kerrasta maailmassa, kun kukaan missään oli koskaan lentänyt eVTOL:illa.

Tällä hetkellä monet sadat yritykset kymmenissä eri maissa suunnittelevat, valmistavat tai lentävät eVTOL:eilla. Ja edelleen 11 vuotta Lengin ensilennon jälkeen, yhtään laitetta ei ole toimitettu asiakkaille tai tuotettu kaupallisessa mittakaavassa. Yhtään ei ole edes sertifioitu siviili-ilmailukäyttöön USA:ssa tai Euroopassa.

Käänne vuonna 2023

Spectrum-sivuston mukaan vuosi 2023 näyttää käänteentekevältä eVTOLien kannalta. Moni yritys on saavuttanut tärkeitä askeleita sertifiointiprosessissa. Ja Lengin perustama Opener-niminen yritys saattaa toimittaa ensimmäisenä asiakkailleen omat lentolaitteensa.

Lokakuuhun 2022 mennessä Palo Altossa Kaliforniassa toimiva yritys on valmistanut noin 70 lentoalusta, ja lentänyt jo yli 30:llä niistä. Vuoden 2022 lopulla yritys on alkanut kouluttaa operaattoreista omassa virtuaalitodellisuussimulaattorissaan.

Openerin BlackFly on yhden hengen istuimella varustettu lennin, joka on tarkoitettu enemmän henkilökohtaiseen käyttöön kuin matkustajien kuljettamiseen, mikä tekee siitä uniikin. Yritys pyrkii saamaan lentolaitteelleen ultrakevyen lentolaitteen luokituksen, jolloin sillä lentämiseen ei tarvittaisi lentolupakirjaa.

Luokitussertifiointi roikkuu suurimpana tuntemattomana uhkana koko eVTOL-liiketoiminnan päällä ainakin Yhdysvalloissa, sillä tiedossa ei vielä ole, milloin asiasta määräävä viranomainen aikoo saada valmiiksi eVTOL-lentolaitteiden sertifiointiprosessin. Opener pelaa siis riskillä, koska se ei voi tietää, hyväksyvätkö viranomaiset sen koneen ultrakevyeksi vai ei.

Lengin unelma

Black Fly on hyvin erilainen lentolaite, ja se on syntynyt kokonaan Leng'in päässä. Hän oli lapsena haaveillut lentolaitteesta, joka pystyisi nousemaan ja laskeutumaan pystysuoraan. Unelma ei koskaan jättänyt häntä rauhaan, ja koneinsinöörin tutkinto sekä työskentely lentokoneteollisuuden johtotehtävissä eivät saaneet unelmaa hiipumaan.

Leng perusti aikanaan oman yrityksen, kehitti eräänlaisen muistivaahdon, myi firmansa pois isosta rahasta, ja jäi eläkkeelle 36-vuotiaana vuonna 1996.

Pystysuoraan nousuun kykenevän lentolaitteen suunnittelu edellyttää sekä nostovoimaa että eteenpäin työntävää voimaa. Useimmat eVTOL-valmistajat saavuttavat tämän kallistamalla fyysisesti isoja roottoreita pystyyn ilmaan noustaessa ja taas vaakaan, kun lennetään eteenpäin. Mutta tällainen ratkaisun pitää olla mekaanisesti äärimmäisen järeä, joten se väistämättä lisää rakenteiden monimutkaisuutta ja painoa. Lisäksi kallistuvat roottorirakenteet vievät tilaa ja merkitsevät kompromisseja roottoreiden kokoon ja niiden sijoitteluun suhteessa siipiin.

BlackFlyn rakenne on sikäli erikoinen, että sen keskivartalo on varsin pullea ja sen sijaan, että siinä olisi kahdeksan erillisesti ohjautuvaa roottoria, se on varustettu kahdella pystysuunnassa kallistuvalla siivellä. Toinen siipi on laitteen edessä ja toinen takapäässä. Kummassakin siivessä on kiinteästi asennettuna neljä roottoria. Se yksinkertaistaa huomattavasti laitteen mekaanista rakennetta ja pienentää painoa liikkuviin roottoreihin perustuvaan ratkaisuun verrattuna.

Pilotti ohjaa laitetta joystickillä elektronisesti. Visuaalisesti BlackFly on varsin villin näköinen. Siitä tulee väistämättä mieleen vanhat scifi-sarjakuvat. Samalla se on insinööriosaamisen hieno taidonnäyte.

Matka alkoi 2008

Matka eVTOL:in rakentamiseen alkoi jo 2008, kun Leng totesi, että tarvittavat avainteknologiat olivat olemassa. 2010 mies alkoi kehitellä laitetta omin varoin kaupallisesti saatavilla olevista komponeneteista. Moottorit Lang modifioi tavanomaisista, moottorinohjaimet olivat hyllykamaa, kiihtyvyysmittausyksikkö open sourcea ja perustui Arduinon mikrokontrolleriin. Akustot puolestaan oli modifioitu tavanomaisista litiumpolymeeriakuista.

Ennen vuoden 2011 lentoa mies ehti rakentaa ja hienosäätää kaikkia pääkomponentteja kunnes ne olivat sellaisessa kunnossa kuin hän halusi. Moottorit tuottivat alkuun 160 Newtonin staattisen työntövoiman, mikä oli aivan liian vähän. Leng yritti saada valmistajaa kustomoimaan hänelle tehokkaampia moottoreita ja ehdotti muutoksia, mutta hänelle kerrottiin, etteivät ne toimi.

Niinpä hän alkoi suunnitella omia harjattomia AC-moottoreitaan. Moottorin tehotiheyden kasvattamisen ongelmana on niiden kuumeneminen suurella teholla erityisesti leijumisen aikana, kun ilmavirran viilentävä vaikutus on minimissään. Lang kehitti järjestelmän, joka pakottaa ilman kulkemaan moottorin läpi. Sen jälkeen hän alkoi kehittää moottorin roottoria (ei pidä sekoittaa moottorin nostovoimaa tuottavien roottoreiden kanssa). Se on tyypillisesti rautaa, jolla on voimakas magneettinen permeabiliteetti. Kerrostamalla roottorin teräsosan, Leng pystyi suuresti vähentämään sen lämmöntuottoa, sillä ohuemmat teräskerrokset rajoittivat kuumuutta aiheuttavia pyörrevirtoja. Vähemmän lämpöä merkitsee sitä, että pystytään käyttämään tehokkaampia neodyymimagneetteja. Seuraavaksi hän järjesti magneetit Halbachin asetelmaan. Lopulta Lengin moottorit kykenivät tuottamaan 609 Newtonin työntövoiman. 

Kahden kilowatin painoiset moottorit pystyvät tuottamaan 20 kilowatin tehon, mikä tarkoittaa 10 kilowatin tehotiheyttä kiloa kohti. Se on poikkeuksellisen paljon.

2014 hän tapasi investori Sebastian Thrunin ja ilmailualan konferenssissa yksi Googlen perustajista, Larry Page, investoi Lengin projektiin, mikä mahdollisti kehitystyön.

Ohjaus joystickillä

BlackFlyn aivot muodostuvat kolmesta erillisestä lennonohjainjärjestelmästä, jotka laskevat lentolaitteen orientaation ja position inertiamittausyksikön, GPS-vastaanottimen ja magnetometrin antamien tietojen turvin. Ilmanopeuden määrittämiseen käytetään pitot-putkia. Lennonohjaimet tai -säätöyksiköt tekevät jatkuvasti tuottamansa datan ristiintarkastuksia, että niiden tulkinnat ovat samat. Ne myös antavat ohjeita, jotka perustuvat siihen, miten lentäjä / operaattori liikuttaa joystickiä, kullekin kahdeksalle moottorin ohjausyksikölle.

Ohjausjärjestelmä on siis hyvin samantapainen kuin perinteisessä pikku droonissa, kiitos edistyneiden lennonohjaimien, ja tietyssä mielessä yksinkertainen käyttää, kun polkimet ja ohjaussauva on korvattu joystickillä ja tietokoneilla.

BlackFlyn hinta ei vielä ole tiedossa, mutta Opener on arvioinut, että se maksaisi (Yhdysvalloissa) saman verran kuin loistoluokan SUV. Vaikuttaa siltä, että eVTOLien markkinat Yhdysvalloissa olisivat olemassa, kunhan laitteita vain saataisiin myyntiin. 

Kun kilpailijoita on tulossa markkinoille pilvin pimein, mikä voisi olla Openerin avainargumentti erottua joukosta? Ilmeisesti yksi sellainen on ainakin se, että yritys on perustanut koko kehitystyönsä testaamiseen. Sillä on loputtomasti lentodataa, joka ei perustu analyysiin, vaan todellisen maailman tapahtumiin. Tämä data on kaiken avain. 

"He voivat tehdä kaikki päätöksensä todellisen maailman toimintaan perustuen", toteaa entinen NASAn astronautti ja Googlen johtaja Ed Lu.

Yrityksellä on dataa kaikista tehdyistä lennoista, ja he pystyvät myös hallinnoimaan tätä dataa. Lu'n mielestä se on iso etu siinä vaiheessa kun BlackFly't pääsevät toimintaan reaalimaailmassa.

Teknisiä tietoja:

Yksipaikkainen PAV (Personal Aerial Vehicle), eVTOL (Electric Vertical Take-Off and Landing). Kaksisiipinen. Täysin sähköinen propulsio. Luokittelu: ultralight. Amfibiokykyinen (sisävesillä). Ohjaus: joystick, fly-by-wire. Rakenne hiilikuitua. Laskeutumisalustat: ruoho, asvaltti, lumi, jää. Vikasietoinen design. 8 kiinteää propulsioyksikköä. Ballistinen laskuvarjo. Toimintaolosuhteet: maksimituuli 32 km/h. -10:stä +33°C lämpöalue. Kuljettajan pituus maks. 195 cm. Laitteen paino tyhjänä 156 kg. Akku 8 kWh. Lataus 240 V 50 A 20%-200% 1 tunti. Lentomatka latauksella 32 km (20 % varalla). Maksimi risteilynopeus rajoitettu 96 km/h.

Opener-yrityksen sivuille pääset tästä.

Alla video ilmailualan EAA AirVenture 2022 tapahtumasta. Voit katsoa sen myös täällä.

Toinen video puolestaan kertoo lentocruisailusta Kalifornian rannikkoa pitkin. Voit katsoa sen myös täällä.