Développé par l’ingénieur aéronautique Jean-Michel Schulz, appuyé par une équipe franco-suisse, le véhicule concept FlightCab pourrait faire usage de taxi volant, dans un Paris de plus en plus encombré par la circulation.

La saturation des infrastructures de transport aussi bien terrestres, qu’aéroportuaires, les difficultés pour en créer de nouvelles, leurs coûts graduels, imposent l’idée d’orienter les recherches automobiles vers la voiture volante. Quand, dans le même temps, une partie des études aéronautiques s’orientent dans les voies du décollage et de l’atterrissage vertical (VTOL : Vertical Take-Off and Landing) ou sur des pistes très courtes (STOL : Short Take-Off and Landing). Certes, l’hélicoptère répond déjà à ces exigences, mais aux prix d’une complexité, d’un impact environnemental, d’une fiabilité et finalement de coûts prohibitifs en vue de sa vulgarisation pour des usages quotidiens généralisés, plus encore, personnalisés.
Depuis les années 1950, de nombreux prototypes de voitures volantes ou d’avions convertibles sont apparus, le plus souvent sans suite commerciale, hormis quelques applications militaires souvent peu convaincantes. Mais l’avènement des matériaux composites, des nouveaux alliages d’aluminium, des commandes de vol multivariables, la diminution du rapport poids/puissance des moteurs, la maturation du principe de l’avion instable, la fiabilisation des systèmes et des composants, la précision et les temps de réponse des capteurs et des actionneurs, la puissance des calculateurs embarqués, l’intelligence artificielle et bien d’autres innovations, rendent de nouveaux projets de plus en plus crédibles. De nombreux articles sont déjà parus sur des modèles plus ou moins aboutis, comme le Vahana d’Airbus, l’Ehang 184, la TF-X de Terrafugia, l’AeroMobil, le Lilium Jet, le Volocopter, la Pal-V ou encore le très futuriste Xplorair.
Jean-Michel Schulz, ingénieur, professeur et chercheur en technologies aéronautiques à HEIG-VD (Suisse) et EIGSI La Rochelle, travaille également avec une petite équipe franco-suisse sur un nouveau concept original de voiture volante, le FlightCab. Dans un premier temps destiné à un usage professionnel de type ‘‘taxis aériens’’, ces voitures volantes pourraient rapidement se généraliser pour devenir le principal moyen de transport individuel. Une utopie pensez-vous ? Mais, « il s’avère souvent que le rêve d’hier est l’espoir d’aujourd’hui et la réalité de demain », disait l’ingénieur et physicien américain Robert Goddard.

Un modèle pour les grandes agglomérations
La différentiation du FlightCab et sa principale innovation concernent l’idée d’un carénage de propulseur hypersustentateur, dissymétrique à géométrie variable et orientable, permettant de créer et d’orienter une force de sustentation, dans le but de supprimer tout ou partie des surfaces portantes et/ou de guidages. On retrouve ici, pour partie, l’invention de W. Custer, le Wing Channel, doublée par une casquette supérieure aval à l’hélice, optimisée d’un point de vue aérodynamique, associée aux technologies modernes des convertibles, complétée par des volets aérodynamiques de portances et des trappes de décharges, agrégée à différents mécanismes d’orientation du carénage.
Le principe aérodynamique est simple, il consiste à utiliser la dépression située en amont de l’hélice et la surpression présente en aval, pour générer une force normale à l’écoulement principal du flux de propulsion. En plus du phénomène aérodynamique sur le carénage, le jet est également naturellement et légèrement dévié vers le bas. Les premières analyses dévoilent les valeurs très encourageantes de plus de 30 N de portance par kW de propulsion.
Une incidence nulle du propulseur permet le vol en croisière, de manière presque identique au mode avion. Une incidence de l’ordre de 23° permet un décollage purement vertical de type hélicoptère, alors qu’une incidence supérieure permettra en phase d’approche finale, une bonne sustentation, combinée au freinage de l’appareil. Quant à son incidence négative, elle permet d’accroître fortement l’accélération longitudinale en mode STOL, et ainsi réduire encore la distance de décollage. Ainsi, en fonction de son niveau de charge, le même appareil pourra être VTOL pour une masse moyenne au décollage, et STOL pour une masse largement plus importante.
La première application présentée de ce brevet consiste donc en l’étude d’un taxi rapide. Le FlightCab est plutôt destiné aux grandes agglomérations, et par exemple, aux navettes entre les aéroports et les centres villes. L’appareil, à décollage et atterrissage vertical, d’une masse maximale en charge de 1 000 kg, propulsé par trois moteurs Wankel de 190 HP chacun, à 6 000 tr/mn, équipé d’hélices rapides à six pales de 950 mm de diamètre, transportera en plus du pilote, un à deux passagers. Un système astucieux permet de transformer le siège passager arrière en quelques secondes d’une place large à deux places économiques.

Châssis tubulaire
La formule aérodynamique du FlightCab est de type instable, avec une surface alaire totale de 5,6 m2, répartie entre une voilure haute à flèche inversée, située à l’avant du centre de gravité de l’appareil, et une surface de profondeur portante à l’arrière. La largeur hors-tout de l’appareil reste inférieure à trois mètres. Sa structure se compose d’un châssis tubulaire en alliage d’aluminium 6082, soudée autour d’une colonne vertébrale en tube carré, mis en forme par hydroformage, qui assure la rigidité longitudinale et en torsion de l’engin. Tube dans lequel passe l’ensemble des faisceaux électriques et sur lequel est fixé un planché en sandwich d’aluminium. La coque et les surfaces portantes de l’appareil sont en matériaux composites, principalement moulées par infusion sous vide.
Après le décollage et une courte phase de transition qui utilisent une puissance proche du maximal, la vitesse de croisière se stabilisera à 315 km/h, à une altitude située entre 1 000 et 3 000 mètres, qui ne nécessite pas de pressurisation de la cabine. La puissance consommée sera alors d’environ 135 kW à 4 100 tr/mn, et la consommation d’essence aviation (type Avgas 100LL) de l’ordre de 30 kg/h. Cette ‘‘surmotorisation’’, imposée par le décollage et l’atterrissage vertical pour une durée de quelques minutes par vol, permettra de solliciter faiblement les moteurs en phase de croisière, donc d’augmenter le TBO (temps entre deux révisions) vers les 2 000 heures de vol, et de réduire fortement les coûts de maintenance de cet aéronef relativement simple et robuste.
A terme, le prix de vente du FlightCab ne devrait pas dépasser les 350 000 euros, pour une durée de vie en exploitation intensive de plus de 10 ans. Un tel marché peut être estimé dans un premier temps aux environs de 1 000 véhicules par an, puis pourrait rapidement se développer. En consultant les quelques publications officielles et économiques, les prévisions de DOC (Direct Operating Cost) placent ce concept polyvalent en très bonne position au regard des technologies concurrentes actuelles et prédites.

Près de 10 euros par minute de vol
Les tarifs de ce type de transport permettent d’envisager une marge confortable pour l’exploitant du FlightCab et devraient se situer entre 6 et 10 euros par minute de vol, suivant sa configuration. Soit une course Roissy-Paris centre-ville pour moins de 100 euros, en 10 minutes de vol, à n’importe quel moment de la journée. La capacité de carburant de plus de 90 litres, autorise aussi d’envisager des transports inter-cités, pour des distances allant jusqu’à 600 km. Par exemple, un transport Paris-Londres, personnalisé de porte à porte, en moins de 75 mn et pour environ 500 euros.
La vitesse maximale à l’altitude de 3 000 m peut atteindre 500 km/h. La sécurité ultime en cas de défaillance sérieuse, est assurée par un parachute de secours de la cellule complète de l’aéronef, et l’appareil possède la flottabilité nécessaire pour surnager sur un plan d’eau. Dans les zones urbaines, les toits d’immeubles seront des points privilégiés pour l’exploitation et minimiseront l’impact du bruit au sol. Quelques particuliers se paieront certainement le luxe d’une acquisition personnelle.
La vulgarisation, une production en grandes séries, de futures motorisations plus sobres et écologiques, sans doute pour parties électriques ou au moins hybrides, peut-être GPL ou même à hydrogène liquide, ainsi que l’augmentation des performances des batteries ou des piles à combustible, laisseront percevoir la généralisation à un moyen de transport individuel et familial à horizon 2050.
Naturellement, l’accroissement de ce type d’appareils dans un espace aérien réduit, l’utilisation nocturne ou par des visibilités réduites, génèreront d’importants risques de collisions. La solution proviendra certainement des progrès réalisés en intelligence artificielle. Les récents essais de l’US Air Force sur les essaims de drones offrent la voie à explorer. Le pilote se contente de désigner son point d’arrivée. L’intelligence est distribuée sur la totalité des appareils en vol, les machines gèrent les positions et distances avec les autres aéronefs à proximité et adaptent automatiquement leur plan de vol pour s’y rendre sans accident. De même, ce système communiquera directement avec les espaces d’envols et d’atterrissages, minorant ainsi le besoin de personnels au sol. De fait, pour piloter ces aéronefs, un nouveau concept de commandes de vol intuitives, semi-vectorielles, autorégulées et de nombreux asservissements et assistances permettront un apprentissage rapide, sécurisé et simple au pilotage de ce type d’appareils, en vue de sa généralisation à une grande partie de la population.

Bus du futur
D’autres déclinaisons de ce brevet sont également à l’étude. Par exemple, un appareil d’intervention médicale rapide et low-cost, le FlightHero, qui reprendrait presque toutes les capacités de l’hélicoptère, pour un coût d’exploitation plus proche de l’ambulance routière et également capable d’emporter de grandes capacités de matériels et de personnels en cas de catastrophe, par une utilisation STOL.
Des avions régionaux inter-cités, les FlightCoach qui seraient capables de se poser et de décoller depuis l’équivalent d’un terrain de foot ou d’un parking de supermarché en plein centre-ville, sortes de bus du futur. Ou encore l’application et l’adaptation de ce carénage aux turboréacteurs d’avions moyens et long-courriers pour la diminution des surfaces portantes et/ou la suppression de toutes ou parties des surfaces de gouvernes. D’autres projections portent sur des drones ou des adaptations martiales.
Bien entendu, il reste un travail conséquent, d’études, d’essais et de travaux règlementaires à mettre en place, avant de voir ce type d’engins être certifiés, puis évoluer et se généraliser dans notre ciel et particulièrement au-dessus de nos villes.
« Inventer un avion n’est rien, le construire est un début, voler c’est tout », disait Otto Lilienthal, le pionnier allemand de l’aéronautique. Mais les inventeurs, Jean-Michel et Romain Schulz sont particulièrement décidés et continuent au sein du groupe Flight-Alternatives, d’affiner et de préciser l’ensemble des concepts, dans le but d’intéresser des partenaires techniques et financiers. A cet effet, ils seront présents à l’Ebace de Genève et au Salon du Bourget.