De vliegende auto is al decennialang de ultieme fantasie van persoonlijk vervoer. Helaas is dit nog nooit werkelijk geworden, ondanks de vele pogingen. In Delft is nu echter een nieuw Dream Team ontstaan, dat zich bezig zal houden met dit vraagstuk. Het team, dat Albatross heet, richt zich niet op traditionele luchtvaart of de standaard vliegende auto, maar introduceert een geheel nieuwe categorie: Compact Regional Air Mobility (CRAM).
De CRAM: een nieuwe categorie
Binnen de huidige markt van Electric Vertical Take-Off and Landing (eVTOL) voertuigen bestaat een harde scheiding tussen twee concepten: Regional Air Mobility (RAM) en Personal Air Mobility (PAM). RAM is gericht op afstanden van 150 tot 250 kilometer, maar afhankelijk van grote, speciaal ingerichte vertiports. PAM daarentegen past op een reguliere parkeerplaats, maar heeft een zeer beperkte actieradius van slechts 15 tot 30 kilometer. Albatross probeert deze twee werelden te verenigen met hun CRAM-concept: een toestel dat qua afmetingen op een standaard parkeerplaats past, maar wel een bereik van 175 kilometer realiseert.
Om deze specificaties te behalen zonder in te leveren op compactheid, is de aerodynamica cruciaal. Het team kiest voor een blended wing body gecombineerd met kantelbare rotors. Dit ontwerp maximaliseert de lift-to-drag ratio tijdens de kruisvlucht, waardoor het specifieke energieverbruik per kilometer veel lager ligt dan bij traditionele multi-rotor eVTOL’s.
De energie-efficiëntie tijdens de kruisvlucht
De claim dat een CRAM-toestel qua energieverbruik per kilometer kan concurreren met een elektrische auto, hangt volledig af van de transitie naar aerodynamische lift. Tijdens de verticale startfase (hover) is de benodigde stuwkracht T gelijk aan het totale gewicht van het voertuig W. Het benodigde vermogen in deze fase is extreem hoog:
P_{hover} = \sqrt{\frac{T^3}{2\rho A}}
Zodra het toestel accelereert en overgaat naar de kruisvlucht, genereren de vleugels de benodigde liftkracht. De motoren hoeven dan alleen nog de aerodynamische weerstand D te overwinnen. Het benodigde vermogen tijdens de kruisvlucht Pcruise wordt berekend met:
P_{cruise} = D \cdot v = \frac{W}{\left(\frac{L}{D}\right)} \cdot v
Dankzij de hoge efficiëntie van een blended wing body kan de L/D-ratio zo gunstig uitvallen dat het energieverbruik bij een constante snelheid v van bijvoorbeeld 200 km/u binnen de marges van moderne batterijpakketten valt. De uitdaging verschuift hierdoor van pure energiecapaciteit naar thermisch beheer: de batterijcellen moeten zowel de extreme stroompiek tijdens de start als de langdurige ontlading tijdens de kruisvlucht aankunnen zonder oververhit te raken.
Autonomie en luchtruimintegratie
Naast de energievraag is de factor ‘mens’ de grootste barrière om vliegen voor iedereen toegankelijk te maken. Het behalen van een traditioneel vliegbrevet is voor de gemiddelde Nederlander simpelweg onhaalbaar. Albatross zet daarom vanaf de basis in op volledige autonomie. Vaak wordt er te makkelijk gedacht dat autonoom vliegen simpeler is dan autonoom autorijden omdat de lucht ‘leeg’ is. Helaas is dat niet zo… Zodra je met een eVTOL tussen gebouwen en in de buurt van parkeerplaatsen vliegt, krijg je te maken met onvoorspelbare windstoten en turbulentie, wat de software feilloos en in een fractie van een seconde kunnen corrigeren.
Naast de uitdagingen die het onwerp van een CRAM met zich meebrengt, moet hier ook nagedacht worden over regel- en wetgeving. Om de veiligheidsstatistieken van de commerciële luchtvaart te evenaren, eist de luchtvaartautoriteit (EASA) dat de kans op een kritieke fout extreem klein is, namelijk minder dan 10^{-9}per vlieguur.
Om hieraan te voldoen, moeten alle kritieke systemen en sensoren dubbel of driedubbel zijn uitgevoerd. Valt er een motor uit? Dan moeten de overige motoren het direct overnemen om het toestel stabiel te houden. Als ultieme noodgreep is er een ingebouwde parachute aan boord. De echte bottleneck voor CRAM is dan ook niet de mechanische hardware, maar het leveren van het bewijs dat de computer de vlucht onder elke denkbare weersomstandigheid veilig kan uitvoeren.
Conclusie
Het initiatief van Albatross laat zien dat de grenzen van de luchtvaarttechniek succesvol worden verlegd door studententeams. Door te focussen op de CRAM-categorie en aerodynamische lift tijdens de kruisvlucht, omzeilen ze de beperkingen van pure hover-voertuigen. Toch blijft terughoudendheid wat betreft de tijdslijn voor brede maatschappelijke integratie. Zelfs als het team een functionerend, autonoom prototype levert dat technisch voldoet aan de wetten van de aerodynamica, blijft de certificering van autonome AI-vluchtsystemen in dichtbevolkte gebieden een bureaucratische en infrastructurele bottleneck die waarschijnlijk nog jaren in beslag zal nemen.
Robert Dilber
Bronnenlijst
- Albatross Delft- Afbeeldingen + informatie
- TU Delft – Nieuw TU Delft Dream Team: Elektrisch en autonoom vliegen voor iedereen
- Sofema Aviation Services – https://sassofia.com/blog/easa-failure-condition-classifications-and-probability-terms/