Hi,
vielen Dank für das Interesse und positiven Rückmeldungen!
Der Grund für meine späte Rückmeldung ist die Geburt meiner kleinen Tochter! Drohnen Projekte gerade auf hold! :-)
Hier noch ein paar mehr Hintergrund Infos zum Floater4, was, wie, warum!
Warum hat dieses Flugzeug so eine lange Flugzeit für ein E-VTOL?
1. Antrieb
Natürlich macht es letztendlich das Komplettpaket aus allem.
Trotzdem würde ich sagen die Abstimmung der Antriebskomponenten Motor, Regler und Propeller war das Kernthema, sie einfach alle nahe an ihrem effizientesten Betriebspunkt zu betreiben.
Der Wirkungsgrad ist keine Konstante, sondern eine Kurve über mehrere Parameter. Und jede Komponente hat ihre eigenen Kurven.
Es ist die Herausforderung, sie alle zusammenzubringen und alle nahe an ihrem Optimum zu betreiben.
Ich habe in den letzten Jahren mit einem Motorprüfstand viel über diese Eigenschaften gelernt und gemessen.
Was zur Optimierung des Antriebs entscheidend beiträgt, sind mit Sicherheit auch die getrennten Schwebe- und Cruise-Motoren.
Auf diese Weise kann man jeden einzelnen perfekt optimieren, um unter Cruise-Bedingungen optimal zu sein, oder Schwebemotoren zum Schweben. SMan muss keine Kompromisse eingehen.
Ich habe in den letzten 5 Jahre verschiedene VTOL-Konzepte gebaut, siehe auch meine Homepage.
Als mein erstes VTOL-Flugzeug 2015 habe ich ein Tilt-Motor Konzept gebaut. Denn auf den ersten Blick erscheint es schlau zum Cruisen die gleichen Motoren zu verwenden wie zum Schweben.
Ich habe auch einen Tailsitter und verschiedene weitere Arten von VTOLs mit Tilt-Motoren gebaut.
Auf den zweiten Blick ist umso deutlicher zu erkennen, dass ein Tilt-Motor-Konzept immer einen Kompromiss bedeutet, je detailierter man sich damit beschäftigt, und je mehr Dimensionierungsberechnungen und -optimierungen man macht.
Die Cruisebedingungen unterscheiden sich erheblich von den Schwebebedingungen. Man muss bei einem Tilt-Motor VTOL oder Tailsitter einen Punkt dazwischen wählen, der dann für beide niemals perfekt sein wird.
Einfaches Beispiel:
Das Liliums-Flugzeug soll 300 km/h fliegen, daher muss der Propellerstrom des Cruiseantriebs etwas schneller sein, z.B. 360 km/h.
Zum Schweben benötigt man mehr Leistung, um das Eigengewicht zu tragen. Bedeutet, dass man beim Schweben einen Propellerstrom schneller als 400km/h erhalten wird! Das wird verdammt ineffizient sein! Ein äußerst effizienter Schwebeflugantrieb hat bekanntlich große Propeller und einen super langsamen Propellerstrom.
Was ich sagen möchte ist:
Einfache VTOL-Konzepte mit getrenntem Schwebeflug und Cruiseantrieb sind besser als Sie auf den ersten Blick erscheinen!
Aus meiner Entwicklungserfahrung habe ich gelernt, dass es nie nur eine „beste Lösung“ gibt. Es gibt nur eine beste Lösung für einen Anforderungssatz.
Unterschiedliche Anforderungen, unterschiedliche Lösung. Deshalb sieht eine Biene anders aus als ein Eta-Segelflugzeug.
Wenn man Tilt-Motoren verwendet und diese besser anpassen kann, z.B. durch Verstellpropeller kann das Ergebnis besser aussehen. Z.B. Joby Aviation macht das.
In der Gesamtbilanz muss man jedoch das zusätzliche Gewicht und den zusätzlichen Aufwand für Kippaktuatoren und Propelleraktuatoren mit einberechnen. Gewicht, zusätzlicher Stromverbrauch der Aktorik, Zuverlässigkeit etc..
2. Batterie
Offensichtlicherweise sind Zellen mit hoher Energiedichte erwünscht, aber oft sind diese bekanntlich in den maximalen Strömen begrenzt. Wenn man einen ineffizienten Schwebeflugantrieb hat, wie dies bei vielen VTOLs mit Tilt-Motoren der Fall ist, verbrauchen sie z.T. 2 mal mehr Strom als mein einigermaßen guter Schwebeflug Antrieb (bei Lilium ist es sicherlich noch viel mehr als Faktor 2). Man muss also Zellen mit höherer Leistung und damit geringerer Energiedichte verwenden.
Die halbwegs effizienten Schwebeantriebe ermöglichten es mir, Zellen mit höherer Energiedichte zu verwenden, als ich für einen Tilt-Motor VTOL oder einen Tailsitter hätte wählen können.
3. Das Flugzeug selbst
Ein effizientes und leichtes Flugzeug gehört natürlich dazu.
In diesem Bereich bin ich halbwegs geübt, da ich als Luft- und Raumfahrtingenieur mein ganzes Leben lang in der Produktentwicklung von „fliegenden Dingen“ zu Gange bin. Eigene Flugzeugkonstruktionen ab 14 Jahren, 10 Jahre professionelle Kiteentwicklung, Hydrofoils zum Kiten, elektrische Hydrofoilboards, Kiteboards, Drohnen…
Wenn ich Leichtbaustrukturen aus faserverstärkten Kunststoffen baue und die Aerodynamik optimiere, fühle ich mich zu Hause.
4. Auto-straight Propeller Ausrichte Vorrichtung
Wenn man die großen Schwebe-Props zum Cruisen gerade ausrichtet spart das offensichtlich Luftwiderstand.
Doch wie viel ist das wirklich? Ich habe ein paar Vergleiche mit meiner kleineren 5-Motor-VTOL Drohne gemacht, indem ich sie mit 1. geraden Props und im Vergleich 2. allen Props quer zur Flugrichtung von Hand gestartet habe.
Der Unterschied ist signifikant! Aus meinen Tests rund 10% Cruiseleistung!
Das 4-Stunden-Endurance-Video das ich gepostet habe, war übrigens noch ohne die Auto-straight-Props.
Und es war ein windigerer Nachmittag als ich gehofft hatte. Der Motor lief oft viele Minuten mit der dreifachen normalen Cruiseleistung! Ich dachte zuerst, dieser Flug würde nicht sehr lang werden.
Ich bin mir also ziemlich sicher, dass es unter ruhigeren Bedingungen und inkl. mit den Auto-straight-Props würde er sicher länger fliegen.
Anbei übrigens noch ein paar Screenshots vom GPS Track des 4h Testflugs. Habe im Kreisverkehr die Ausfahrt nicht gefunden! :-)
Ciao,
Andi