많은 회사들이 eVTOL 개발에 적극적으로 나서는 만큼 현재 UAM 시장에 여러 가지 eVTOL 디자인이 있다. 각 모델들을 장단점을 비교하고 용도를 구별해보자.
먼저, Multicopter는 가장 보편적이고 쉽게 알아볼 수 있는 eVTOL 모델이다. 이름에서 알 수 있듯이 여러 개의 로터를 사용하여 차량의 수직 리프트 및 수평 이동에 동력을 공급한다. 즉, 가변 로터를 사용하여 다양한 패턴으로 속도를 높이거나 낮춤으로써 수평 이동을 달성할 수 있다. Multicopter는 상업용 드론 모델에서도 자주 볼 수 있는 디자인이며, 비교적 거의 가장 단순한 설계로, 고려 중인 eVTOL의 크기와 적용에 맞게 확장하기에 용이하다.
Volocopter는 Multicopter eVTOL의 대표적인 예시이다. 상용 항공 택시인 Volocity는 각각 직경이 2.3m인 18개의 로터를 사용한다. 전체 대기 속도는 70mph이고 범위는 21마일정도이다.
Quadcopter는 네 개의 로터가 있는 Multicopter의 가장 기본적인 형태이다. 작은 크기와 가벼운 무게로 인해 비용 효율적인 UAV 설계로 꼽힌다. 그러나 로터 주위에 덕트를 포함하면 전진 동작은 향상되지만 수직 정적 리프트가 방해된다는 단점이 있다. 이를 보완하기 위해 CityAirbus는 8개의 로터를 Quadcopter 디자인으로 배열하였다.
각 모델은 특정 응용 분야에서 이점을 가지고 있다. 예를 들어, Fixed-Wing eVTOL은 공기역학적이기 때문에 더 먼 거리를 비행할 수 있다. 또한, 날개를 포함하는 함으로써 항력을 줄이고 차량이 수평으로 이동하는 데 에너지를 덜 소비할 수 있다. 그러나 날개를 추가하면 제한된 공간에서 유연성이 감소한다. 반면에 Multicopter 설계는 먼 거리를 비행하기 어려우나, 작은 eVTOL 크기로 제한된 공간에서 큰 유연성을 가진다. 그러므로 Volocopter 모델은 도심, 단거리 운송에 더 적합하고 Lilium Jet는 도시 간 및 장거리 비행에 적합하다.
Multicopter 모델 간에도 다른 이점들이 있다. 덕트 로터 eVTOL은 조용하며 안정감 있는 비행을 할 수 있다. 특히, 바람이 많이 부는 상황에서 더 효과적이어서 고층 빌딩 주변이나 날씨 변화가 큰 도시에 적합하다. 반면에 개방형 로터 모델은 비교적 더 거칠고, 간섭을 상쇄하는 데 필요한 추가 에너지로 인해 효율성이 조금 떨어지지만, 가격이 더 저렴하므로 일상적인 사용에 적합하다.
충전 시간 또한 중요한 고려 사항이다. 어떤 모델이든 급속 충전이 가장 확실한 해결책이지만, 배터리 수명을 제한하게 된다. Volocity와 같은 모델에는 탈착식 배터리가 있다. 배터리를 사용하지 않는 동안 충전할 수 있으므로 생산성이 크게 향상된다. 또한, 차량을 사용하는 동안에도 배터리를 유지할 수 있기 때문에 배터리 수명도 향상된다. 그러나 eVTOL에는 새로운 충전 솔루션이 필요하다. 더 큰 용량과 더 긴 수명을 가진 새로운 배터리 모델을 개발해야 하며, 더 짧은 충전 시간도 고려해야 한다.
SMG Consulting은 ARI(Advanced Air Mobility Index)라는 지수를 만들어 각 회사가 시장에 진입하는 데 얼마나 근접했는지 보여준다. ARI는 회사가 받는 자금, 회사를 운영하는 팀, 차량의 기술적 준비 상태, 차량의 인증 진행 상황, 대규모 제조를 위한 생산 준비 상태의 5가지 요소를 기반으로 한다. 공개적으로 사용 가능한 정보와 전문 지식을 사용하는 독점 공식을 기반으로 하는 평가 도구로, 아래 그림을 통해 확인할 수 있다.
- Lee, B.-S., Yun, J.-Y., & Hwang, H.-Y. (2020). Flight Range and Time Analysis for Classification of eVTOL PAV. Journal of Advanced Navigation Technology, 24(2), 73–84.