Thread by @Tonio_Logique

Demain, des taxis volants électriques ?
On ne passe pas une semaine sans un nouveau projet, avec un proto qui affiche déjà 20 mn d’autonomie.
Les taxis volants biplaces, ça existe : ça s’appelle un hélicoptère, type Robinson R22 … Et si on en électrifiait un … [thread]

1/20 Cela reste un travail sur le papier, mais il montrera les limites de l’exercice … qui est encore plus complexe IRL.
On va s’intéresser à un hélico bien connu, le Robinson R22 : biplace, 2h13mn d’autonomie maxi à 175 km/h avec 2 passagers de 91 kg (182 kg).

2/ Masse max autorisée au décollage : 635 kg
Masse à vide (sans pax, sans essence) : 399 kg
Il va falloir enlever le moteur thermique et le réservoir vide, mettre un moteur électrique, et ajouter des batteries pour arriver, avec les 182 kg de pax, à 635 kg, et pas un gramme de +

3/ Allons-y : on dépose le moteur thermique : ça allège de 150 kg.
On ajoute un moteur élec. (et son électronique) pouvant délivrer la même puissance mécanique : disons 50 kg
On met 2 gars de 91 kg dedans.
On est à 479 kg. On peut donc ajouter pour 156 kg de batteries.

4/ Combien une batterie peut-elle fournir d’énergie mécanique, comparée à l’essence.
Avec l’essence :
1 kg d’essence aéro Avgas 100LL (soit 1.39 L) contient 12 200 Wh d’énergie.
Mais un moteur thermique est surtout un excellent radiateur … Prenons un rendement de 25%.

5/ Nous n’avons donc que 12200 x 0.25 = 3050 Wh d’énergie mécanique par kilo d’essence.
Sur un réservoir de 73 L, soit 52.56 kg d’essence, cela donne un total de 160 308 Wh d’énergie mécanique pour l'essence.

6/ Passons à l’électrique :
1 kg de batterie stocke 160 Wh (oui, 75 fois moins que l’essence …), mais le rendement moteur est bien meilleur : disons 95%.
On récupère donc en énergie mécanique : 160 x 0.95 = 152 Wh par kilo de batterie emporté.

7/ On a calculé qu'on pouvait caser 156 kg de batteries, soit un total de 23 712 Wh d’énergie mécanique pour l'électrique.

8/ Qd on fait le rapport des énergies utilisables pour faire voler le R22, entre l’élec. et le thermique, on a donc :
23712 / 160308 = 14.8%
156 kg de batteries ne permettent de fournir à l’appareil que 15% de l’énergie mécanique fournie par le réservoir d’essence de 73 litres.

9/ Notre autonomie en thermique est de 133 minutes.
14.8% x 133 = 19.7 mn
En électrifiant un hélico existant, et pour voler dans les mêmes conditions d’emport de pax et à la même vitesse, nous n’avons que 20 mn d’autonomie avant l’extinction moteurs.

10/ Cela dit, c’est très cohérent avec tous les tests réels des prototypes actuels, qui donnent environ 20 mn d’autonomie : les lois de la physique s’appliquent à tout le monde.
Concrètement, personne ne pourrait voler 20 mn : il faut éviter l’extinction du moteur en vol !

11/ Si vous acceptez de vous poser avec une marge de 10 mn (vous êtes courageux) : il ne vous reste plus que 10 mn de vol, soit 30 km
Voila l’état de l’art, sur le papier, avec les perfos actuelles des batteries.
« ah oui mais les batteries progressent ! ».
Sûrement…

12/ Pour vous dire, on a multiplié le stockage au kilo de batterie par 5 depuis … la 1ère batterie au plomb inventée en 1859 par Gaston Planté … Oui, il y a 160 ans. Fois 5 en 160 ans ... 160 fucking years. (retenez ces chiffres pour plus loin).

13/ (D’autant que le stockage c’est bien, mais il faut des batteries TRÉS stables pour une utilisation aéronautique).
En faisant le calcul à l’envers, on peut chercher la densité énergétique de batterie nécessaire pour garder la même autonomie qu’en thermique (2h13mn)

14/ On arrive à … 1073 Wh par kilo … soit une multiplication par 6,7… (vous vous rappelez le x5 en 160 ans ?...). Aujourd’hui, il n’existe pas de chemin technologique connu pour arriver à un tel résultat à moins de 10 ans. C'est de la magie ou de la SF.

15/ Peut-on faire mieux ?
Sur le papier, j’ai « électrifié » l’hélicoptère Robinson R44, le modèle 4 places, mais en ne mettant toujours que 2 pax pour 182 kg.
Mon autonomie monte à 32 minutes à 200 km/h.
En gardant 10 mn de réserve, ça laisse 22 mn de vol, soit 73 km.

16/ Bien entendu, tous ces calculs sont faits à isoperfomance.
Si on réduit la vitesse, on réduit plus que proportionnellement la conso. Et on augmente la distance franchissable.
À 100 km/h (au lieu de 200), la distance franchissable va augmenter un peu.
Pas très satisfaisant.

17/ On peut également essayer d’alléger la structure pour gagner du poids de batterie. Mais une structure en titane serait tellement chère que le jeu n’en vaudrait pas la chandelle.

18/ Au-delà de l’autonomie, il faut ajouter qu’au bout de 10 ans d’utilisation, le réservoir de notre R22 thermique emporte toujours 73 litres, qui représentent toujours la même énergie. Au bout de combien de cycles une batterie s’épuise t-elle ? Pensez à votre mobile.

19/ Mon essence a grosso modo le même contenu en énergie qq soit la température extérieure. Quid de la batterie, à 0°C ?
Mon réservoir se remplit en moins de 2 mn pour une totale recharge en énergie. Combien de temps pour recharger ma batterie ?

20/ En conclusion, je souhaite bonne chance aux gogos… euh … aux courageux et visionnaires investisseurs qui ont mis leur argent dans ces projets.
Et je vous recommande l'excellente vidéo de @MrBidouille sur
(à laquelle j'avais contribué ces calculs).

Voila, c'était mon 1er thread. Merci de l'avoir suivi !
Je ne suis pas ingé, il y a peut-être quelques erreurs.
En revanche, étant pilote privé, je me rends vite compte du délire total derrière ces projets. Infaisables dans des conditions économiques/techniques réelles...

Pour poursuivre : j’ai calculé l’autonomie d’un Schweizer 300 (comparable au R22) en électrique (il a une masse max autorisée assez élevée, autorisant + d’emport).
Je monte à 44 mn d’autonomie (vs 20 mn R22), avec 180 kg de pax.
(Je l’aime bien avec sa bouille d’insecte !).

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