eVTOL-Start-ups für Multicopter
VOLOCITY von Volocopter
(Mit freundlicher Genehmigung/Courtesy of Volocopter GmbH [Media Hub])
Management Summary
Abb. 1 – Übersicht Multicopter-Start-ups weltweit
Multicopter sind flügellose Senkrechtstarter, bei den mehrere vertikal angebrachte Propeller für Auftrieb und Vortrieb sorgen. Die Technik von Multicoptern ähnelt der von ferngesteuerten Spielzeugdrohnen, wobei natürlich alle Komponenten wesentlich größer ausgelegt sind. Multicopter werden sowohl für den kommerziellen Luftverkehr als auch für Privatkunden entwickelt, eine vollständige Übersicht alle Start-ups finden Sie in Abb. 1.
Zu den Pionieren bei den Multicoptern für den kommerziellen Luftverkehr gehört die deutsche Firma Volocopter, die bereits 2011 einen bemannten Erstflug mit einem Prototypen durchführen konnte. Der nächste große Show-Case ist die Olympiade 2024 in Paris, gerüchteweise möchte Staatspräsident Macron mit dem 2-sitzigen Volocity ins Olympia-Stadion einfliegen.
Die chinesische Firma Ehang ist ein direkter Wettbewerber von Volocopter, der von diesem Start-up entwickelte Multicopter Ehang 216 hat sehr ähnliche Leistungsdaten wie der Volocity. Auch dieses Start-up hat bereits eine Vielzahl von Testflügen durchgeführt, unter anderem auch in Europa.
Bei SkyDrive und UMILES sind bemannte Testflüge erst in den kommenden Jahren geplant:
- Der vom japanischen Start-up SkyDrive entwickelte Multicopter ähnelt dem Volocity, erster Showcase ist die World EXPO 2025 in Osaka.
- Das spanische Start-up UMILES hat eine Wankstabilisierung für Video-Drohnen entwickelt, diese soll jetzt auf Multicopter übertragen werden.
Unter den Start-ups, die an Multicopter für Privatkunden arbeiten, entwickeln 4 Hersteller Senkrechtstarter nach der Ultralight-Vehicle-Spezifikation. Fluggeräte dieser Kategorie dürfen in den USA ohne Pilotenschein und Zulassung geflogen werden, wobei das Leergewicht unter 115 kg (254 Pfund) und die Höchstgeschwindigkeit unter 101 km/h (55 knots) liegen muss.
Das schwedische Start-up Jetson-Aero und die US-Start-ups Ryse Aero, LIFT und ZEVA haben bereits flugtaugliche, einsitzige Multicopter in dieser Kategorie entwickelt:
- Der Multicopter von Jetson Aero wird bereits seit 2022 verkauft, Zielkunden sind vor allem Privatleute, die zum Freizeitvergnügen fliegen wollen.
- Die Firma Ryse Aero vermarktet ihren Multicopter als Arbeitsgerät für Farmen mit sehr große Flächen, der Vertrieb soll in 2023 starten.
- LIFT Aircraft möchte seinen Multicopter an touristischen Hot-Sports vermieten, Reservierungen sind bereits heute auf der Homepage möglich.
- Auch ZEVA Aero setzt auch auf Freizeit-Piloten, Termine für Produktion und Vertrieb sind uns nicht bekannt.
Das englische Start-up Bellwether Industries und das US-Start-up Doroni Aerospace arbeiten an 2-sitzigen Multicoptern für Privatkunden:
- Bellwether hat bereits einen fliegenden Prototypen entwickelt, allerdings gibt es noch keine Information zum Verkaufsstart.
- Der Multicopter von Doroni befindet sich noch in der Entwicklung, der Vertrieb ist ab der 2. Jahreshälfte 2025 geplant.
Eine Besonderheit bildet das US-Start-up Alef Aeronautics, das an einem Flugauto mit Multicopter-Technologie arbeitet. Alef betont, das der noch in der Entwicklungs befindliche Multicopter namens Model A wie ein Pkw auf normalen Straßen fahren kann.
Technik von Multicoptern
Die Technik von Multicoptern ähnelt der von ferngesteuerten Spielzeugdrohnen und ist im Vergleich zu Hubschraubern relativ einfach gehalten:
- Vertikale Propeller sorgen dafür, dass Multicopter senkrecht starten und landen können.
- Durch eine unterschiedlichen Drehzahl an vorderen und hinteren Propeller kann die Drohne vorwärts oder rückwärts fliegen.
- Über Drehzahlunterschiede auf der linken und rechten Seite kann der Multicopter auch seitwärts fliegen.
- Jeder Propeller wird von einem eigenen Elektromotor angetrieben.
Im Vergleich zu Tragflächen-Senkrechtstartern haben Multicopter prinzipiell eine geringere Reichweite, da sich die Propeller auch beim Überlandflug drehen müssen, um Auftrieb zu erzeugen.
Da Sicherheit beim Fliegen eine sehr große Rolle spielt, ist das Antriebssystem bei allen Multicoptern redundant ausgelegt. Das bedeutet, dass der Ausfall eines oder mehrerer Propeller nicht zu einem Absturz führt, weil die verbleibenden Propeller immer noch für genug Auftrieb sorgen.
Die maximale Reichweite der zweisitzigen Multicopter liegt derzeit bei ca. 35 km, diese wird im wesentlichen durch die Lithium-Ionen-Zellen der Batterien bestimmt. Die Erhöhung der Energiedichte von Lithium-Ionen-Zellen ist ein sehr aktuelles Forschungsthema, wir können daher davon ausgehen, dass sich die Reichweite von Multicoptern in den nächsten Jahren noch erhöhen wird. Allerdings werden Multicoptern prinzipiell nie an die Reichweite von tragflächen-basierten Senkrechtstartern herankommen.
Multicopter für den kommerziellen Luftverkehr
Ein Pionier unter den Start-ups ist die deutsche Firma Volocopter aus Bruchsal, Baden-Württemberg, der Erstflug eines bemannten Multicopters war am 28.10.2011. Aus dem Entwicklungsteam der Pionierjahre sowie den verschiedenen, früheren GmbHs ist die Firma Volocopter hervorgegangen, die heute neben Bruchsal Standorte in München und Singapur unterhält.
Zu den Investoren gehören prominente Namen wie die Mercedes-Benz AG, DB Schenker, Continental und Blackrock. Seit Oktober 2022 wird Volocopter nicht mehr vom Mitgründer Florian Reuter sondern vom ehemaligen Airbusmanager Dirk Hoke geleitet.
Abb. 2 – Volocity von Volocopter
(Mit freundlicher Genehmigung/Courtesy of Volocopter GmbH [Media Hub])
Volocopter hat einen zweisitzigen Multicopter (1 Passagier, 1 Pilot) namens Volocity entwickelt, der Passagierflüge im urbanen Raum ermöglichen soll. Er verfügt über 18 vertikale Rotoren, hat eine Höchstgeschwindigkeit von 110 km/h und eine Reichweite von mindestens 35 km (Abb. 2).
Das Geschäftsmodell von Volcopter sieht sowohl den Verkauf der Multicopter an Flugdienstbetreiber als den Aufbau eines eigenen Flugbetriebs vor:
- Zu den ersten Kunden von Volocopter gehört der ADAC, der bereits 2 Volocity gekauft und den Einsatz in der medizinischen Luftrettung erprobt hat, eine Option auf weitere 150 Volocity wurde kürzlich unterzeichnet.
- Mit der Eröffnung der Olympiade 2024 in Paris ist auch der Start eines kommerziellen Flugbetriebs geplant, dabei soll das Olympia-Gelände mit den beiden Pariser Flughäfen CDG und Orly sowie der Innenstadt verbunden werden. Nach Abschluss der Olympiade möchte Volocopter den Flugbetrieb in Eigenregie fortführen.
Volocopter arbeitet mit Wechselakkus, d.h. die leere Batterie wird nach der Landung gegen eine volle Batterie getauscht. Vorteile dieses Ansatzes sind:
- Der Akku-Tausch ist wesentlich schneller als das Laden des Akkus, der Flugbetrieb kann so viel enger getaktet werden.
- Die Akkus können am Boden langsamer und damit für die Zellen verschleißärmer aufgeladen werden.
- Bei einem intensiven Flugbetrieb hat die HV-Batterie eine geringere Lebensdauer als das Fluggerät selbst.
Nach Ende der Nutzungsdauer kann der Akku sehr leicht ausgetauscht werden, dabei es ist kein Werkstattaufenthalt erforderlich.
Die chinesische Firma Ehang ist ein direkter Wettbewerber von Volocopter. Ehang hat einen zweisitzigen Multicopter namens Ehang 216 entwickelt, der bzgl. der Leistungsdaten mit Volocity vergleichbar ist. Allerdings sind beim Ehang 216 die Propeller nicht oberhalb sondern unterhalb der Kabine angeordnet, wodurch bei rotierenden Propellern eine potentielle Verletzungsgefahr für die Passagiere besteht.
Abb. 3 – Ehang 216 bei Demonstrationsflug in Spanien
(Mit freundlicher Genehmigung/Courtesy of Guangzhou EHang Intelligent Technology Co. Ltd. [Homepage])
Auch Ehang kann bereits auf eine Vielzahl von bemannten Test- und Demonstrationsflügen verweisen, am 11.10.2022 hat fand der erste Flug in Europa in Spanien statt (Abb. 3).
Ehang strebt einen automatisierten Flugverkehr an, um den Piloten einzusparen und damit die Passagierkapazität erhöhen zu können. Dazu sollen Flugkontrollzentren aufgebaut worden, die den innerstädtischen Flugverkehr steuern und überwachen. Eine konkrete Roadmap zur Umsetzung dieser Pläne haben wir auf der Homepage von Ehang nicht gefunden.
Die spanische Firma UMILES wurde von von 2 Brüdern gegründet, die sich zuvor sehr intensiv mit unbemannten Video-Drohnen für die Film- und Werbeindustrie beschäftigt haben. Dabei wurden insbesondere auch Technologien zur Wankstabilisierung von Drohnen entwickelt.
Abb. 4 – UMILES-Konzept Wankstabilisierung
(Mit freundlicher Genehmigung/Courtesy of UMILES Technologies S.L. [Homepage])
Abb. 5 – Unbemannter UMILES-Testflug 2022 in Toulouse, Frankreich
(Mit freundlicher Genehmigung/Courtesy of UMILES Technologies S.L. [Homepage])
In der Abb. 4 ist das Prinzip zu sehen. Jeweils 4 Propeller sind in einem beweglichen Trägergestell zusammengefasst; bei Seitenwind wird das Trägergestell gegen die Windrichtung geneigt. Die Kabine selbst bleibt dabei stabil, was für die Passagiere einen wesentlichen Komfortgewinn darstellt.
Das Prinzip der Wankstabilisierung soll nun auch für einen bemannten einsitzigen Multicopter angewendet werden. Dieser hat 16 Vertikalpropeller, eine Nutzlast von 100 kg, eine Höchstgeschwindigkeit von 80 km/h und eine Reichweite von 15 km. Unbemannte Testflüge wurden bereits in 2022 durchgeführt. die Abb. 5 oben rechts zeigt einen Testflug in Toulouse.
Auch ein Tragflächen-Senkrecht-Starter ist geplant, im Gegensatz zum Multicopter existieren aber hier noch kein flugfähiger Prototyp.
Eine Roadmap mit den Terminen für Zertifizierung und Serienproduktion des Multicopters ist nicht bekannt.
Abb. 6 – Skizze SkyDrive Multicopter
(Mit freundlicher Genehmigung/Courtesy of SkyDrive Inc. [Homepage]])
Auch die japanische Firma SkyDrive entwickelt einen zweisitzigen Multicopter, allerdings existiert noch kein flugfähiges Modell. Demonstrationsflüge sind erst für 2024 angekündigt, der erste öffentlichkeitswirksame Einsatz ist für die World EXPO 2025 in Osaka geplant.
Zu den Investoren gehören eine Vielzahl japanischer Banken und Unternehmen, seit 2019 gibt es ein Partnerschaftsabkommen mit Toyota.
Multicopter für Privatkunden
Video 1 – Flug eines Jetson-ONE über einer Dünenlandschaft
(Mit freundlicher Genehmigung/Courtesy of Jetson AB [Homepage]])
Das schwedische Start-up Jetson Aero hat hat einen einsitzigen Multicopter namens Jetson ONE entwickelt, der bereits seit 2022 zu einem Preis von 98.000 $ verkauft wird. Der Jetson ONE erfüllt die Ultralight-Vehicle-Regulation in den USA und darf daher ohne keine Pilotenlizenz geflogen werden.
Das Video auf der Homepage mit einem Jetson ONE, der im Sonnenuntergang über eine malerische Dünenlandschaft fliegt, hat uns in der Redaktion sehr fasziniert (siehe Video 1). Es weckt Erinnerungen an Luke Skywalker in seinem X34-Landspeeder, wie er in dem Star-Wars-Film von 1977 über die Wüste gleitet.
Abb. 8 – Multicopter von Ryse Aero
(Mit freundlicher Genehmigung/Courtesy of Ryse Aero Technologies, LCC [Homepage])
Auch die Firma Ryse Aero Technologies aus Ohio/USA entwickelt einen einsitzigen Multicopter für Privatkunden (Abb 8), der in den USA unter die Ultralight-Vehicle-Regulation fällt (keine Pilotenlizenz erforderlich).
Allerdings hat Ryse ein ganz anderes Kundenklientel im Blick. Ryse möchte amerikanische Farmer bei den alltäglichen Arbeiten auf den typischerweise sehr großen Farmen unterstützen, wie z.B. beim Zusammentreiben von Vieh, bei der Kontrolle des Pflanzenwachstums, etc. Der Verkauf startet in 2023, Reservierungen sollen bald über die Homepage möglich sein.
Abb. 9 – LIFT-Multicopter HEXA
(Mit freundlicher Genehmigung/Courtesy of LIFT Aircraft Inc.. [Homepage])
Abb. 10 – LIFT-Homepage für HEXA-Reservierung
(Mit freundlicher Genehmigung/Courtesy of LIFT Aircraft Inc.. [Homepage])
Die Firma LIFT Aircraft aus Austin/Texas plant mit einem anderen Geschäftsmodell. Der von LIFT entwickelte, einsitzige Multicopter HEXA (Abb. 9) soll nicht verkauft sondern an Privatkunden vermietet werden. HEXA fällt unter die Ultralight-Vehicle-Regulation und kann daher in den USA ohne Pilotenlizenz geflogen werden. Dank der Schwimmkörper kann HEXA auch auf Wasser landen.
Die Miete wird über eine App abgewickelt, mit der der Kunde einen HEXA-Flug in seiner Umgebung buchen kann. Vor dem Flug erfolgt eine Einweisung in das Fluggerät, die auch einen virtuellen Fluges mittels VR-Flugsimulator enthält. Anschließend darf der Kunde 8-15 Minuten mit HEXA fliegen, wobei die Miete 249 $ beträgt.
Konkrete Angaben zum Start des Flugbetriebs fehlen auf der Homepage, allerdings können bereits Reservierungen für eine Vielzahl von Städten in den USA vorgenommen werden (Abb. 10). Besonders interessant sind natürlich Flüge an touristischen Hot-Spots wie z.B. der Freiheitsstatue in New-York oder den Niagara-Fällen. Wir sind gespannt, an welchen Sehenswürdigkeit LIFT Aircraft einen HEXA-Flug anbieten wird.
Abb. 11 – Bellwether-Multicopter
(Mit freundlicher Genehmigung/Courtesy of Bellwether Industries Limited [Homepage])
Abb. 12 – ZEVA Multicopter
(Mit freundlicher Genehmigung/Courtesy of ZEVA. Inc.. [Homepage)
Die englische Firma Bellwether entwickelt einen Multicopter, der aus einem Batman-Film stammen könnte. Das Design unterscheidet sich signifikant von allen anderen Entwürfen, weil die vertikalen Rotoren komplett im Flugkörper gekapselt sind. Ein flugfähiger zweisitziger Prototyp existiert bereits, dieser verfügt augenscheinlich über 6 vertikale Propeller (Abb. 11).
Auf Basis des Prototypen soll ein dreisitziges Modell (2 Passagiere, 1 Pilot) namens Oryx entwickelt werden, hierzu werden weitere Investoren gesucht. Der Erstflug ist für 2023 in Dubai geplant. Als typischer Anwendungsfall wird der Flug von London-Heathrow zum Londener Finanzzentrum Canary Wharf genannt.
Auch die amerikanische Firma ZEVA Aero aus dem Bundesstaat Washington entwickelt einen Multicopter mit ikonischem Design. Das aktuelle Flugmodell nennt sich Z2, ist ein einsitziger Multicopter mit 8 Vertikalpropellern.und erinnert an ein um 45% gekipptes Ufo (Abb. 12).
Auffällig sind die Leistungsdaten von Z2, mit einer Geschwindigkeit von knapp 260 km/h (160 mph) und einer Reichweite von 80 km (50 miles) ist der Z2 unter den Multicoptern Best-in-Class. Allerdings fällt der Z2 damit nicht mehr unter die Ultralight-Vehicle-Regulation.
Die Roadmap auf der Zeva-Homepage bleibt bzgl. der zukünftigen Meilensteine wie FAA-Zulassung, Start der Serienproduktion, etc. sehr wage.
Abb. 13 – Skizze SkyDock-Konzept von ZEVA
(Mit freundlicher Genehmigung/Courtesy of ZEVA. Inc. [Homepage])
Bellwether und Zeva haben beide sehr futuristische Konzepte bezüglich des innerstädtischen Flugverkehrs entwickelt. Beide schlagen vor, dass die Multicopter direkt an den oberen Stochwerken von Hochhäusern landen. Zeva spricht hier auch von sogenannten Punkt-zu-Punkt-Reisen, bei denen der Zeitverlust durch Ein- und Aus-Checken an einem Flughafen vermieden werden soll.
Während Bellwether noch mit einer Landeplattform plant, die seitlich am Hochhaus fixiert ist, geht das sogenannte SkyDockTM-Konzept noch weiter. Die Idee ist, dass der Zeva-Multicopter an einer Außentür der Hochhäusern andockt, und der Passagier sich direkt vom Flugzeug in das Hochhaus begibt (Abb. 13).
Wann und wie das SkyDockTM-Konzept umgesetzt werden soll, wird auf der Homepage nicht erwähnt.
Flugautos mit Multicopter-Technologie
Das US-amerikanische Start-up Alef Aeronautics wurde 2015 in Kalifornien gegründet wurde, zu den ersten Investoren gehörte Tim Draper, der sich mit 3 Millionen $ an dem Unternehmen beteiligt hat. Draper wurde auch durch sein frühes Investment bei Tesla und SpaceX bekannt.
Abb. 14 – Model A von Alef Aeronautics
(Mit freundlicher Genehmigung/Courtesy of Alef Aeronautics Inc. [Press Kit])
Das von Alef entwickelt zweisitzige Flugauto namens MODEL A hat jeweils 4 Vertikalpropeller im Front- und Heckbereich, wobei die Propeller vollständig in der luftdurchlässigen Karosserie gekapselt sind (Abb. 14). Das Model A soll sich auf der Straße wie ein normales Auto bewegen können, die angestrebte Reichweite auf der Straße liegt bei ca. 320 km (200 ml).
Abb. 15 – Model A im Vorwärtsflug mit seitlich gedrehter und nach vorne gekippter Karosserie
(Mit freundlicher Genehmigung/Courtesy of Alef Aeronautics Inc. [Press Kit])
Interessant ist, für das Model A keine horizontalen Propeller für den Vorwärtsflug geplant sind. Stattdessen wird das Model A nach dem vertikalen Start zur Seite gedreht und anschließend um ca. 75 Grad nach vorne gekippt, so dass die Vertikalpropeller für den Vortrieb sorgen können. Die Passierkapsel ist drehbar montiert, damit der Pilot weiterhin nach Vorne schauen kann (Abb. 15).
Das Model A kostet aktuell 300.000 $, der Verkaufsstart ist für Q4/2025 geplant.