H2vtol(氢能垂直起降飞机)--Alaka'i Skai

Alaka'i Technologies 是一家新兴的空中交通设计和制造公司,由 Brian Morrison 于 2006 年创立,总部位于美国马萨诸塞州霍普金顿。其高管团队拥有数十年的航空航天开发经验,曾供职于 NASA、雷神、比奇、麦道、休斯公司等。该公司正在设计开发采用氢燃料电池的多旋翼飞行器Skai (谐音sky)。

概念样机

Skai飞行器1:1概念样机于2019年5月29日正式亮相,据悉其研发始于2015年,到2024年已经开发了9年,其研发过程对外一直保密。该机的设计理念为超大型无人机+豪车,重点关注乘客体验,宝马旗下Designworks承担设计。Skai为多旋翼飞行器,共有6个电机,驱动6个旋翼。客舱为V字型5座布局,采用大面积的透明材料,提高了所有乘员的视野。座椅为3排,1+2+2可配置飞行员或自动驾驶。

图↑ 旋翼布局

图↑ 驾驶位

图↑ 双开侧滑门

Skai客舱内的左右、前后座椅之间的距离很大,每个座椅可以轻松坐下113kg体重的乘客。

图↑ 近似全景客舱布局,乘客视野较好

图↑ 后部双开门及行李舱空间

除了6个电机和旋翼的冗余外,Skai的电池系统和飞控系统也都是有余度的,并且还带有整机降落伞。

图↑ 整机降落伞

图↑ Skai的典型性能(2024.02)

Alaka'i公司先后制造了两架试飞的原型机,编号分别为N12ZE(以下称为1号机)、N663ZE(以下称为2号机)。

1号机
1号机采用灰色涂装,试飞时,去掉了内饰,侧面的观景玻璃替换为更轻的复材壁板,减小最小起飞重量。采用了可变距的3叶桨,桨叶直径加大,电机是货架产品斯洛文尼亚的EMRAX 268,电机直接驱动桨叶。

图↑ EMRAX 268电机

图↑ 1号机地面状态

图↑ 试飞中的1号机
2号机
2号机为浅色涂装,安装了自主研发的电机系统,电机通过减速器驱动桨叶(类似于Archer的电机),由于对电机的低速扭矩要求大幅降低,整个电机系统的重量也实现了大幅优化,相比同样低速大扭矩性能的电机系统,总重量可降低50%以上,功重比和扭矩比大幅提升。根据Alaka‘i公司的招聘要求,Skai可能会采用800V或1000V的高压直流系统。
起落架支柱改为了常见的滑撬结构,成本更低,相比复材结构,可更好减缓冲击。
机身局部进行了修形,减小阻力,降低制造成本。
前期测试采用的依然是高压氢气瓶,不是液氢系统,液氢系统也在开发中。
首席运营官 Bill Spellane 在2024年2月表示1号机和2号机在进行密集试飞,几乎每天都在飞行。由于是在空军基地试飞,外界得不到其清晰的试飞照片。

图↑ 2号机装配中

图↑ 2号机地面状态

图↑ 2号机在试飞

发展前景
Skai的机身做了专门的减阻设计,可以看到风挡显得非常的尖,旋翼是前倾安装的,起飞的时候要略为先抬头,其典型巡航速度可达到160km/h,最大速度接近190km/h(机身低头约4°),远高于大家常见的多旋翼飞行器,可以实现快速到达。
Skai的旋翼转速较低,没采用上下反转设计,噪音小,桨毂的设计使振动得到改善,相比现有的多旋翼载人产品,乘客在客舱中不需要佩戴耳机或耳塞,用户体验好。
Skai的日常最佳运营行程是16-240km,由于未来将采用液氢能源(LTPEM,低温质子交换膜),液氢的能量密度相当于现有电池的80倍,相比纯电池动力来源,具有极佳的航时航程性能,最大航时为4h,最大航程超过640km,加氢时间为10分钟,有效载荷454kg,商务人士出行时不会有焦虑,进行按需旅行也更有吸引力。当然液氢系统的控制管理也是关键技术。
Alaka'i公司预计到2030年,采用氢燃料的飞行器每飞行小时的运行成本要比纯电池类飞机低20%-30%,并且由于未来制氢成本大幅降低,差距将扩大。
除了高净值人群通勤、旅游观光、贵重物品运输外,Skai客舱可以定制,并且其巨大的侧舱门便于担架、轮椅等进出,可广泛用于医疗应急等领域。

图↑ 医疗救护

图↑ 空中游览

Skai计划在2026年获得FAA认证,与动力垂直起降飞机吻合度较高,但更偏向于23部和27部。

对于更大载客要求,Skai也有扩展出更多座位的改进办法,如下图: