جت الکتریکی لیلیوم Lilium | پرواز بدون آلایندگی

جت الکتریکی لیلیوم، که به طور رسمی با نام Lilium Jet شناخته می‌شود، یک هواپیمای الکتریکی با قابلیت برخاست و فرود عمودی (eVTOL) است که توسط شرکت آلمانی Lilium GmbH طراحی و توسعه یافته است. جت لیلیوم به عنوان یک وسیله نقلیه هوایی پیشرفته برای حمل و نقل منطقه‌ای طراحی شده و هدف آن ارائه پروازهایی سریع، ایمن و بدون انتشار آلاینده‌های مستقیم است. Lilium Jet با استفاده از فناوری پیشرانش الکتریکی توزیع‌شده، قادر است از حالت برخاست عمودی به پرواز افقی منتقل شود و مسافت‌هایی تا حدود ۲۵۰ کیلومتر را با سرعت بالا طی کند. نسخه تولیدی این هواپیما برای حمل یک خلبان و شش مسافر طراحی شده و کابین آن فضایی وسیع و راحت فراهم می‌کند که از بسیاری از هلیکوپترهای VIP پیشی می‌گیرد.

این هواپیما با ۳۰ موتور الکتریکی ducted fan در بال‌ها و کاناردهای جلو تجهیز شده است که تنها قطعات متحرک خارجی آن فلپ‌های حاوی این موتورها هستند. طراحی Lilium Jet بر پایه ساده‌سازی حداکثری استوار است و فاقد سطوح کنترل آیرودینامیکی سنتی مانند دم عمودی یا ایلرون است. در عوض، کنترل هواپیما از طریق وکتورینگ رانش (تغییر جهت رانش) انجام می‌شود. این ویژگی‌ها Lilium Jet را به یکی از نوآورانه‌ترین وسایل نقلیه هوایی الکتریکی تبدیل کرده که می‌تواند از هلی‌پورت‌های موجود بدون نیاز به زیرساخت‌های جدید استفاده کند.

معرفی شرکت Lilium و اهداف آن

شرکت Lilium GmbH در سال ۲۰۱۵ میلادی توسط چهار مهندس هوافضا از دانشگاه فنی مونیخ تأسیس شد. شرکت با هدف انقلابی کردن حمل و نقل هوایی منطقه‌ای از طریق فناوری الکتریکی فعالیت خود را آغاز کرد. مقر اصلی Lilium در نزدیکی مونیخ آلمان قرار دارد و تیم آن شامل بیش از ۷۵۰ متخصص از زمینه‌های مختلف هوافضا و فناوری است. Lilium از ابتدا بر توسعه هواپیماهای الکتریکی با قابلیت VTOL تمرکز کرده و مأموریت اصلی آن ایجاد یک سیستم حمل و نقل هوایی پایدار، سریع و قابل دسترس برای همه است.

اهداف Lilium شامل کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای در بخش حمل و نقل هوایی، کوتاه کردن زمان سفرهای منطقه‌ای و ارائه تجربه‌ای راحت و کم‌صدا برای مسافران است. این شرکت با تأکید بر ایمنی در سطح هواپیماهای تجاری بزرگ، به دنبال دریافت گواهینامه‌های نوع از سازمان‌های معتبر مانند EASA (آژانس ایمنی هوانوردی اروپا) و FAA (اداره هوانوردی فدرال آمریکا) است. Lilium همچنین بر همکاری با تأمین‌کنندگان برجسته هوافضا مانند Honeywell، Denso و Aeronamic تمرکز دارد تا فناوری‌های پیشرفته را به تولید انبوه برساند. تا کنون، این شرکت سرمایه‌گذاری‌های قابل توجهی جذب کرده و برنامه‌هایی برای ورود به بازار در سال‌های آتی دارد.

مفهوم eVTOL در لیلیوم جت

مفهوم eVTOL یا هواپیمای الکتریکی با قابلیت برخاست و فرود عمودی، پایه اصلی طراحی جت الکتریکی لیلیوم است. این مفهوم ترکیبی از مزایای هلیکوپترها (برخاست عمودی بدون نیاز به باند طولانی) و هواپیماهای ثابت‌بال (پرواز کارآمد و سریع در مسافت‌های طولانی) را ارائه می‌دهد. در Lilium Jet، eVTOL با استفاده از پیشرانش الکتریکی توزیع‌شده (Distributed Electric Propulsion) محقق شده که شامل موتورهای متعدد کوچک است.

این سیستم اجازه می‌دهد هواپیما در حالت hover قدرت بالایی مصرف کند اما در پرواز کروز، تنها حدود یک‌دهم قدرت hover نیاز داشته باشد، زیرا بال‌ها نیروی برآر اصلی را تولید می‌کنند. Lilium Jet از فناوری Ducted Electric Vectored Thrust (DEVT) استفاده می‌کند که فن‌های ducted را در فلپ‌های بال ادغام کرده و رانش را به طور دقیق کنترل می‌کند. این رویکرد نه تنها کارایی انرژی را افزایش می‌دهد، بلکه نویز را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد و ایمنی را از طریق افزونگی بالا تضمین می‌کند.

طراحی آیرودینامیک بدنه و بال‌ها

آیرودینامیک جت لیلیوم بر پایه یک کانارد (بال جلو) و بال اصلی عقب استوار است که فضایی باز و راحت برای کابین فراهم می‌کند. بدنه هواپیما از مواد کامپوزیتی کربن فیبر سبک و مقاوم ساخته شده که وزن کلی را کاهش می‌دهد. بال اصلی با دهانه حدود ۱۳.۹ متر و کانارد جلو با دهانه کوچکتر، سطوح برآر مؤثری ایجاد می‌کنند که در پرواز افقی، نیروی برآر دینامیکی تولید می‌کنند.

فلپ‌های حاوی فن‌های ducted تنها قطعات متحرک خارجی هستند و در حالت hover به سمت پایین چرخیده و در پرواز افقی هم‌تراز با بال قرار می‌گیرند تا درگ آیرودینامیکی حداقل شود. این طراحی بدون نیاز به ناسل‌های جداگانه برای موتورها، سطح مرطوب را کاهش داده و کارایی آیرودینامیکی را افزایش می‌دهد. همچنین، عدم وجود سطوح کنترل سنتی مانند رودر یا دم، پیچیدگی را کم کرده و وزن را بهینه می‌کند.

سیستم پیشرانش الکتریکی چندموتوره جت لیلیوم

سیستم پیشرانش جت لیلیوم شامل ۳۰ موتور الکتریکی ducted fan است که در فلپ‌های بال اصلی (۱۸ موتور) و کانارد جلو (۱۲ موتور) توزیع شده‌اند. این موتورها توسط تأمین‌کنندگانی مانند Honeywell (برای کنترل‌ها) و Denso (برای موتور الکتریکی) ساخته می‌شوند و هر کدام بیش از ۱۰۰ کیلووات قدرت از وزنی کمتر از ۴ کیلوگرم تولید می‌کنند.

پیشرانش توزیع‌شده اجازه می‌دهد قدرت به طور مستقل به هر فن برسد و کنترل دقیق هواپیما از طریق تغییر rpm و زاویه فلپ‌ها انجام شود. این سیستم در hover قدرت بالایی نیاز دارد اما در کروز، مصرف انرژی به طور چشمگیری کاهش می‌یابد. فن‌های ducted نویز را کنترل کرده و جریان را به سمت عقب هدایت می‌کنند تا صدای کمتری به کابین و محیط برسد.

مکانیزم برخاست و فرود عمودی

مکانیزم برخاست و فرود عمودی در جت الکتریکی لیلیوم از طریق چرخش فلپ‌های حاوی فن‌ها به سمت پایین محقق می‌شود. در این حالت، رانش مستقیم به پایین تولید شده و هواپیما مانند یک هلیکوپتر hover می‌کند. ۳۰ فن ducted قدرت لازم برای بلند کردن وزن حداکثری ۳۱۷۵ کیلوگرم را فراهم می‌کنند.

این مکانیزم ساده و بدون قطعات پیچیده مانند تیلت‌روتور است و تنها فلپ‌ها حرکت می‌کنند. افزونگی بالا (۳۶ موتور اولیه به ۳۰ کاهش یافته اما همچنان redundant) تضمین می‌کند که در صورت شکست یک یا چند موتور، هواپیما ایمن بماند.

نحوه انتقال از پرواز عمودی به افقی

انتقال از پرواز عمودی به افقی (transition) یکی از نقاط قوت Lilium Jet است. در ابتدا، فلپ‌ها به سمت پایین چرخیده و رانش عمودی تولید می‌کنند. با افزایش سرعت جلو، بال‌ها و کانارد نیروی برآر دینامیکی ایجاد کرده و فلپ‌ها به تدریج به موقعیت افقی بازمی‌گردند. فرآیند روان و سریع است و در تست‌های پروتوتایپ، در سرعت‌هایی حدود ۱۳۰ کیلومتر در ساعت انجام شده. کنترل fly-by-wire و تغییر دقیق رانش، انتقال را بدون نوسان عمده انجام می‌دهد. در تست‌های سال ۲۰۲۲، انتقال کامل بال اصلی و کانارد با موفقیت انجام شد.

موتورهای الکتریکی جت لیلیوم تک‌مرحله‌ای و ducted هستند با قدرت پیک بیش از چند مگاوات در مجموع. هر موتور بیش از ۱۰۰ کیلووات قدرت از وزنی حدود ۴ کیلوگرم تولید می‌کند و با بلبرینگ‌های SKF و فن‌های Aeronamic تجهیز شده. موتورها برای hover قدرت بالا (تا ۱۲C در باتری) نیاز دارند اما در کروز، مصرف کم است. نازل متغیر اجازه بهینه‌سازی جریان در حالت‌های مختلف را می‌دهد.

باتری‌ها و سیستم مدیریت انرژی

باتری‌های جت لیلیوم لیتیوم-یون با آند سیلیکون‌غالب هستند که چگالی انرژی بالا (تا ۳۲۰ وات‌ساعت بر کیلوگرم) و قدرت سریع ارائه می‌دهند. ۱۰ پک باتری مستقل در بدنه قرار گرفته که افزونگی ایجاد می‌کند. سیستم مدیریت انرژی هوشمند قدرت را بین hover (قدرت بالا) و کروز (مصرف کم) توزیع می‌کند. باتری‌ها برای مقاومت در برابر شوک، حرارت و containment طراحی شده‌اند و با استانداردهای EASA همخوانی دارند.

حداکثر سرعت و ارتفاع پرواز جت الکتریکی لیلیوم

حداکثر سرعت کروز جت الکتریکی لیلیوم حدود ۲۸۰ کیلومتر در ساعت است با برد بیش از ۲۵۰ کیلومتر. ارتفاع کروز معمول ۳۰۰۰ متر (۱۰۰۰۰ فوت) است که بدون نیاز به کابین فشاری امکان‌پذیر است. کابین جت لیلیوم طولانی‌ترین در کلاس eVTOL با طول ۳ متر است و ظرفیت یک خلبان و شش مسافر را دارد. طراحی شامل صندلی‌های راحت، پنجره‌های بزرگ و فضای مرکزی برای حرکت آسان است.

تست‌های پروازی جت لیلیوم از پروتوتایپ دوسرنشینه Eagle در ۲۰۱۷ آغاز شد. پروتوتایپ پنج‌سرنشینه Phoenix در ۲۰۱۹ بیش از ۱۰۰ پرواز انجام داد و انتقال به افقی را نشان داد. در ۲۰۲۲، Phoenix 2 انتقال کامل را در اسپانیا انجام داد. در ۲۰۲۴، تست‌های propulsion unit و power-on اولین هواپیمای تولیدی (MSN 1) موفقیت‌آمیز بود. اولین پرواز سرنشین‌دار در اوایل ۲۰۲۵ برنامه‌ریزی شده است.

منابع:

https://jet.lilium.com

https://en.wikipedia.org/wiki/Lilium_Jet