Flygtaxin blir inte verklighet i år

Det är inte lätt att vara kritisk. För bara några veckor sedan var jag tveksam till tunga drönare som levererar varor vid dörren (Drönare och AI) och nu visar det sig att Niklas Zennström (Skype) har investerat pengar i en autonom elektrisk flygtaxi som skall göra bilar omoderna. Websidan är tjusig och prototypen flyger, men alltsammans har tyvärr en liten doft av ”ormolja”.

Egentligen hade jag den här gången tänkt skriva om miljöbilssubventioner, men Niklas Zennströms investering i det tyska företaget Lilium fick mig på andra tankar. Det handlar ju om ”en banbrytande teknik som kan lösa några av mänsklighetens största problem” (som det står på företagets hemsida).

Lilium säger sig kunna bygga en femsitsig självkörande flygtaxi med eldrift och en räckvidd på 30 mil. Planet är inte mycket större än en vanlig bil och skall kunna starta och landa vertikalt var som helst. Marschhastigheten är ca 300 km/h och resan skall inte bli dyrare än en vanlig taxiresa.

Burt Rutan
Det här låter helt fantastiskt och företaget har redan gjort testflygningar med skalmodeller av planet. Så vad gnäller jag över?

Problemet är det gamla vanliga. Jag har svårt att låta bli att plocka fram papper och penna och göra egna överslagsberäkningar. Företaget lovar ju trots allt något som låter fullständigt orimligt.

Som tur är behöver jag inte förlita mig så mycket på beräkningar. En gång i tiden planerade jag att bygga ett eget flygplan (det blev aldrig mer än planer) och sedan den tiden har jag en rejäl mängd böcker, tidningar och ritningar som jag brukar kika i då och då.

I det här fallet var det inte svårt att hitta en bra utgångspunkt, eftersom Lilium-planet på många sätt är en kopia av Burt Rutans nyskapande konstruktioner. Möjligheterna att starta och landa vertikalt är nya, men när planet går över i planflykt är likheterna med flygplan som VariEze, LongEze och Defiant slående.

Burt Rutan är en av världens främsta flygplankonstruktörer och var mycket tidig med att bygga extremt energieffektiva och lätta flygplan i kompositmaterial. Han har också konstruerat och byggt de två flygplan som har flugit jorden runt utan att tanka: Rutan Voyager (1986) och Virgin Atlantic GlobalFlyer (2006). Så han vet vad han håller på med.

Defiant
Fem passagerare väger en hel del, så det går inte att utgå från små tvåsitsiga plan. Det närmaste är i stället Defiant, ett fyrsitsigt tvåmotorigt flygplan i kompositmaterial som Burt Rutan konstruerade i slutet av sjuttiotalet. Planet har en tomvikt på 770 kg och en maxvikt på 1 360 kg och drivs av två fyrcylindriga motorer på vardera 160 hästkrafter. Maxhastigheten är ca 340 km/h, medan marschhastigheten ligger strax över 300 km/h. Vi talar alltså om ca 180 kWh ut på propelleraxlarna för att klara 30 mil.

Batteri
Redan här verkar Lilium-planet gå ”i spin”. En räckvidd på 30 mil ser ut att kräva väldigt stora batterier. 180 kWh innebär idag en batteripacke på över ett ton och det skulle innebära en flygvikt på en bit över två ton med fem personer ombord. Inte riktigt som en fullastad Tesla, men något åt det hållet.

Om vi dessutom tar hänsyn till Lilium-planets framdrivningssystem blir det ännu värre. Ett stort antal små elektriska ”jetmotorer” har svårt att nå upp i samma verkningsgrad som en eller två fullstora propellrar. För att få bra verkningsgrad gäller det ju att inte ha alltför stor hastighetsskillnad mellan den omgivande luften och luften från propellrarna.

En Defiant med O360-motor (fyrcylindrig standardmotor i flygsammanhang) kan ha en propeller med 2 m diameter. Det ger en svept area på tre kvadratmeter. Lilium-planet drivs av 36 stycken ”elektriska jetmotorer” som ser ut att ha en diameter på ca 15 cm och motorn i mitten. Det ger en totalt svept area på mindre än 0,5 kvadratmeter och en betydligt större hastighetsskillnad.

Vertikalt
Men det riktigt intressanta kommer när man skall starta och landa vertikalt med bara 0,5 kvadratmeter svept area. En vanlig helikopter som t ex Bell 206 JetRanger har en huvudrotor med 10 m diameter. Den sveper alltså 75 kvadratmeter och behöver inte sätta överdrivet hög fart på ”luftpaketet”. Med en motor på 300 kW klarar helikoptern att lyfta en maxvikt på 1 450 kg. Trots den stora svepta arean blåser det ordentligt när en sådan helikopter startar.

Att lyfta en betydligt tyngre farkost med bara en halv kvadratmeter svept area kräver en fruktansvärt hög hastighet på luftströmmarna. Verkningsgraden blir rimligen väldigt dålig, vilket gör att det mycket väl kan krävas uppåt 1 000 kW för att klara jobbet.

Problemet är detsamma som man kan se i filmer med tidiga jetplan. Motorerna har hyfsad effekt, men de är enkelströmsmotorer med litet utblås. Vid starten är hastighetsskillnaden enorm mellan luftström och den omgivande luften och accelerationen är minst sagt usel. Tidiga jetplan krävde mycket långa startsträckor (och de lät hemskt).

Blåser bort
Att styra 36 elektriska jetmotorer med en toppeffekt runt 25 kW vardera går säkert bra, men att stå i närheten är förmodligen något helt annat. Liliums hemsida talar om låg ljudvolym och svaga luftströmmar, men det låter fullständigt omöjligt. Snarare handlar det om ett fruktansvärt oväsen och våldsamma luftströmmar.

Hålla uppe
När någon påstår sig kunna flyga med samma energiåtgång som ett markfordon är det dags att dra öronen åt sig. Att hålla ett flygplan i luften kräver en lyftkraft som kan skapas av en rotor (helikopter) eller en vinge som rör sig framåt. I bägge fallen går det åt energi, även om vingen brukar vara betydligt effektivare. Därför är också flygfrakt dyrare än transporter på lastbil.

Enda sättet att slippa den här energiåtgången är att fylla luftfarkosten med något som är lättare än den omgivande luften (luft väger ca 1 kg per kubikmeter). Vätgas och helium har mycket låg densitet (90 g respektive 180 g per kubikmeter) och ett luftskepp fyllt med vätgas eller helium ”flyter” i luften utan energiåtgång. Problemet är bara att luftskeppet blir väldigt stort vilket ökar luftmotståndet vid framdrivningen. Det är knappast möjligt att bygga ett luftskepp för fem personer med en startvikt på mindre än två ton och då talar vi om en längd på kanske 50 m och en maximal diameter på ca 8 m. Att landa något sådant på tomten är inte att tänka på. Aldrig får man vara riktigt glad.

Batterier utan vikt
Med dagens batteriteknik är det svårt att se hur en femsitsig flygtaxi skall kunna fungera, ens med bara några hundra meters räckvidd. 30 mil låter fullständigt omöjligt.

Men någon gång i framtiden har vi kanske batterier med en energidensitet som närmar sig den för fossila bränslen. Det skulle kräva en förbättring med ungefär en faktor tjugo, men helt omöjligt är det väl inte.

I det läget handlar det ”bara” om att lösa de klassiska problemen – buller, säkerhet och luftströmmar – som alltid har gjort den flygande bilen hopplös. Frågan är bara om Niklas Zennström har råd att vänta så länge.

Men kanske räknar han med att det nya företaget skapar tillräckligt många tekniklösningar ”på vägen” för att det hela skall bli lönsamt. Då spelar det mindre roll om grundidén aldrig lyfter som det var tänkt.

Eller hur det nu var tänkt.

4 Responses to “Flygtaxin blir inte verklighet i år”

  1. Hej Göte,

    som vanligt har Du i princip rätt, men den är en sak som bör korrigeras. Dom har inte vanliga propellrar utan det är små turbofans. Detta gör att man får full kontroll over luftflödet. Hur mycket bättre detta blir vet jag inte men det är betydligt bättre än en propeller vid låga hastigheter. En propeller blir effektivare på detta sätt, problemet är att propellern måste placeras i ett hus som in sin tur skapar luftmotstånd. Har inte räknat på det men möjligen blir detta problem mindre om man har många små propellrar, vilket fungerar med små elmotorer men är tekniskt omöjligt men en kolvmotor.

  2. Efter många års umgänge med kullager och olika haveriorsaker blir jag bekymrad när jag läser om 36 stycken relativt högvarviga elmotorer med (rimligen) någon form av PWM-styrning. Det blir 72 lager i dimensioner som inte är kända för lång livslängd i såna sammanhang.

    Visst löser man problem med tiden men att plötsligt och till en rimlig kostnad få tillräckligt god tillförlitlighet, även om styrningen klarar att hantera ett eller ett par lagerhaverier under flygning, är nog inget som bidrar till att vi kan, eller ens vill, ringa elflygtaxi om ett år. Eller om tio år.

    Jules Verne hade nog accepterat det – eller ingenjör Andrée. Dom pojkarna var ju inte så noga med om resorna var säkra eller ej. Men numera har vi krav på långt bättre än 99,9999% (1 ppm fail) mission success. Det är inte ofta jag är så här negativt tråkig. Men här känns det svårt att vara annat.

    Keramiska kulor? Troligen – men räcker det?

  3. Kent, det finns en anledning till att dagens flygplan som har kolvmotorer också har propellrar istället för turbofans. Visst är det bra med kontroll och styrning, men frågan är om man ens har nytta av det. Verkningsgrad är däremot extremt viktigt.

    Frågan jag ställer mig är om inte hela projektet är ett sätt att lura investerare på pengar. Det är trots allt inte ovanligt att ”uppfinnare” tar in riskkapital som sedan stoppas i egna fickor.

  4. Liliums sätt att starta och landa vertikalt och deras elektriska turbofläkt kan mycket väl bli intressanta och lönsamma produkter i t ex UAV-sammanhang. Turbofläktar har också en hel del fördelar när det gäller att kontrollera luftflödet.

    Men därifrån till att skala upp tekniken till flera ton och hävda att en sådan farkost kan starta och landa var som helst – det är ett otroligt stort steg. Den som känner för att räkna lite kan säkert få fram vilka hastigheter på utblåsluften som krävs. Där ligger nog Irma väldigt, väldigt långt i lä. Och ljudet skall vi bara inte tala om.

    Den som tror fullt ut på löftena från Lilium kan nog känna sig blåst, men allt är kanske inte varmluft. Det kan finnas många bra dellösningar på vägen.

    Men Niklas Zennström får nog ändå hålla i hatten.

    /göte