Lift-en-cruiseconfiguratie
Een lift-en-cruiseconfiguratie is een manier om een elektrisch vliegtuig te bouwen dat verticaal kan opstijgen en landen, zoals een helikopter, maar tijdens de vlucht zelf vliegt als een klein vliegtuigje. Het toestel heeft twee gescheiden aandrijfsystemen: één set rotoren die alleen dient om recht omhoog en omlaag te komen, en een aparte propeller (of soms twee) die het toestel voorwaarts stuwt zodra het eenmaal in de lucht hangt en de vaste vleugels de last overnemen. Vergelijk het met een triatleet die eerst zwemt en daarna, aan de kant, de fiets pakt: twee totaal verschillende "aandrijvingen" voor twee fasen van dezelfde reis, in plaats van één alleskunner die beide moet kunnen.
Deze configuratie is een van de drie hoofdvarianten binnen de zogeheten eVTOL-industrie (electric Vertical Take-Off and Landing, oftewel elektrische vliegtuigen met verticale start en landing), naast de "multicopter" (alleen rotoren, zoals een grote drone) en "vectored thrust" (rotoren die tijdens de vlucht kantelen). Lift-en-cruise-toestellen duiken steeds vaker op in nieuws over toekomstige luchttaxi's en korteafstandsvluchten tussen steden, omdat fabrikanten zoeken naar een ontwerp dat zowel veilig en simpel te bouwen is als geschikt voor iets langere afstanden dan een kale drone aankan.
Wat is het precies?
Een lift-en-cruise-toestel heeft doorgaans vier tot acht relatief kleine rotoren die horizontaal gemonteerd zijn, verspreid over de vleugels en soms de romp. Deze rotoren draaien alleen tijdens het opstijgen, landen en zweven (hoveren), net als bij een multicopter-drone. Zodra het toestel voldoende hoogte en snelheid heeft, nemen de vaste vleugels de dracht (de opwaartse kracht die het gewicht compenseert) over, zoals bij een gewoon lijnvliegtuig.
Vanaf dat moment is er geen taak meer voor de lift-rotoren: ze worden uitgeschakeld en vaak stilgezet of met de bladen in de rijrichting gedraaid ("gefeatherd"), zodat ze zo min mogelijk luchtweerstand veroorzaken. Het voorwaarts vliegen wordt overgenomen door een apart aandrijfsysteem, meestal één of twee grotere propellers aan de achterkant (een "pusher"-opstelling) of vooraan, vergelijkbaar met een gewoon propellervliegtuig. Bij de landing wordt de volgorde omgekeerd: de cruise-propeller valt weg in belang, de lift-rotoren starten weer en het toestel daalt verticaal.
Het cruciale verschil met een "vectored thrust"-toestel is dat bij lift-en-cruise geen enkele rotor hoeft te kantelen of te draaien. Bij vectored-thrust-ontwerpen (ook wel tiltrotor of tiltwing genoemd) draaien dezelfde rotoren van verticaal naar horizontaal, wat mechanisch complexer is: er is een kantelmechanisme nodig dat onder alle omstandigheden betrouwbaar moet werken. Bij lift-en-cruise blijft elk onderdeel zijn hele leven in dezelfde stand, wat het ontwerp mechanisch eenvoudiger maakt, tegen de prijs van extra gewicht: de lift-rotoren en hun motoren worden gewoon meegesleept tijdens de kruisvlucht, ook al doen ze dan niets nuttigs meer.
Wat wil men ermee bereiken?
De belangrijkste belofte is een compromis tussen twee uitersten. Een pure multicopter (alleen lift-rotoren, geen vleugels) is mechanisch simpel en stil bij lage snelheid, maar erg inefficiënt over langere afstand: rotoren zijn nu eenmaal minder efficiënt dan vleugels om een vliegtuig in de lucht te houden tijdens horizontale vlucht. Een vectored-thrust-toestel is efficiënter over afstand, maar het kantelmechanisme is een extra onderdeel dat kan haperen, wat weer extra eisen stelt aan certificering en onderhoud.
Met lift-en-cruise hopen ontwikkelaars twee dingen tegelijk te krijgen: het opstijg- en landingsgemak van een multicopter (geen start- en landingsbaan nodig, dus bruikbaar midden in een stad) en het brandstof- en batterijvoordeel van een vliegtuig met vleugels tijdens de kruisvlucht, wat resulteert in een groter bereik en hogere snelheid dan een multicopter kan halen. Omdat er geen kantelende onderdelen zijn, redeneren fabrikanten bovendien dat de kans op een bepaald type mechanisch falen kleiner is, wat het traject richting officiële luchtwaardigheidscertificering in theorie voorspelbaarder maakt. Voor bedrijven die volledig onbemande (pilootloze) vluchten nastreven, is een voorspelbaar en mechanisch simpel systeem eveneens aantrekkelijk, omdat er minder bewegende delen zijn die kunnen falen tijdens een vlucht zonder ingrijpende piloot aan boord.
Voorbeelden uit de praktijk
Het Chinese bedrijf EHang presenteerde in 2024 de VT-35, een pilootloos toestel in lift-en-cruiseconfiguratie met een tandemvleugel (twee vleugels achter elkaar) en een opgegeven bereik van ruim 200 kilometer. Dat is een aanzienlijke sprong ten opzichte van EHangs eerdere en bekendere EH216-S, een pure multicopter zonder vleugels die vooral geschikt is voor korte sightseeing-vluchten van een paar tientallen kilometers. Met de VT-35 richt EHang zich nadrukkelijk op verbindingen tussen steden in plaats van rondvluchten.
In de Verenigde Staten ontwikkelt Wisk Aero, sinds 2023 volledig in handen van Boeing, al sinds de jaren 2010 lift-en-cruise-toestellen, waaronder de tweemotorige Cora en de nieuwere, volledig onbemande Generation 6. Wisk richt zich specifiek op autonome (pilootloze) luchttaxi's zonder stuurknuppel aan boord.
Beta Technologies, eveneens Amerikaans, bouwde de ALIA-250 in een lift-en-cruise-variant met vier verticale lift-rotoren en één stuwende cruise-propeller, bedoeld voor onder meer medisch en vrachtvervoer. Beta ontwikkelt daarnaast een variant met conventionele start en landing (dus zonder de verticale lift-rotoren), omdat die route naar verwachting sneller kan worden gecertificeerd.
Een vroeg en spraakmakend voorbeeld was de Heaviside van Kitty Hawk, een eenpersoons lift-en-cruise-prototype dat opviel door zijn geringe geluidsproductie. Kitty Hawk staakte zijn activiteiten in 2022; delen van de ontwikkelde technologie en kennis gingen over naar Wisk Aero, waarin Kitty Hawk-oprichter mede-investeerder was.
Tot slot gebruikt ook NASA een lift-en-cruise-testtoestel, ingezet binnen het Advanced Air Mobility-onderzoeksprogramma, om regelwerk voor besturing en veiligheidsprocedures te beproeven voordat commerciële toestellen op grote schaal gaan vliegen.
Hoe ver is de techniek?
De basistechniek is bewezen: meerdere lift-en-cruise-prototypen hebben al honderden proefvluchten voltooid, inclusief de overgang van verticaal hoveren naar horizontale vleugelvlucht en terug, wat lange tijd als het lastigste onderdeel van dit soort ontwerpen gold. Wat nog grotendeels ontbreekt, is volledige typecertificering voor commercieel personenvervoer door de grote luchtvaartautoriteiten (in de VS de FAA, in Europa EASA, in China de CAAC). Sommige toestellen, zoals de EH216-S van EHang, hebben in eigen land al een typecertificaat behaald voor beperkt, onbemand gebruik; toestellen zoals die van Wisk en Beta bevinden zich nog in een certificeringstraject waarvan het einde nog niet vastligt.
De belangrijkste technische obstakels liggen niet zozeer bij de lift-en-cruise-architectuur zelf, maar bij randvoorwaarden die voor alle eVTOL-configuraties gelden: de energiedichtheid van batterijen (hoeveel energie per kilogram ze kunnen opslaan) begrenst nog altijd het praktische bereik, geluidsoverlast rond start- en landingsplekken ("vertiports") in dichtbevolkte gebieden blijft een punt van zorg, en er is nog nauwelijks infrastructuur voor grootschalig gebruik. Ook is nog onduidelijk hoe snel toezichthouders bereid zijn volledig pilootloze vluchten boven bewoond gebied goed te keuren, iets waar juist lift-en-cruise-ontwerpen vanwege hun relatieve eenvoud op mikken.
Wie werken eraan?
Naast de hierboven genoemde EHang (China), Wisk Aero (Verenigde Staten, eigendom van Boeing) en Beta Technologies (Verenigde Staten) houden ook onderzoeksinstellingen als NASA zich bezig met lift-en-cruise-ontwerpen, vooral om vlieggedrag en regelgeving te testen los van commerciële belangen. De Vertical Flight Society, een Amerikaanse vakvereniging voor verticale luchtvaart, volgt en categoriseert wereldwijd vrijwel alle actieve eVTOL-projecten, inclusief de lift-en-cruise-tak, en is een goede bron om de stand van zaken bij te houden. Certificering en toezicht liggen bij nationale luchtvaartautoriteiten: de FAA in de Verenigde Staten, EASA in de Europese Unie en de CAAC in China zijn de instanties die uiteindelijk bepalen of en wanneer deze toestellen met passagiers de lucht in mogen.