La propulsion électrique est sur le point de provoquer les plus grands changements dans l’aviation depuis l’avènement du moteur à réaction. À première vue, il peut sembler que le poids excessif (à faible énergie spécifique) des batteries limite aujourd’hui avion électrique, au mieux, à des usages de niche. Cependant, les propriétés de la propulsion électrique comparée à la puissance de combustion traditionnelle, et conjuguée aux progrès technologiques récents promettent d’assouplir de façon significative les contraintes de conception typiques pour de nombreuses configurations d’aéronefs, ce qui permettra l’émergence de nouveaux types d’avions auparavant difficiles ou impossibles à réaliser. Cela est particulièrement vrai pour les aéronefs à courte portée, qui ont toujours été relativement petits et propulsés par des moteurs à piston.

Pourquoi la propulsion électrique ?
En raison de la taille, du poids et des besoins d’entretien des moteurs à piston, la plupart des avions à piston sont limitées à un petit nombre de moteurs (souvent un seul). Voilà pourquoi la plupart des avions et des hélicoptères de l’aviation civile modernes ressemblent encore beaucoup aux dessins des années 1950. En revanche, les groupes motopropulseurs électriques sont beaucoup plus petits et plus légers, et ils sont incroyablement simples – certains ayant seulement une partie mobile unique – par rapport à la complexité des moteurs à pistons, qui comprennent un système de refroidissement, un système électrique, un système d’huile, un système de carburant, et ainsi de suite. Cette complexité se traduit par une réduction des besoins de maintenance beaucoup plus faibles.

Alors que les petits moteurs à combustion souffrent d’un rapport puissance-poids et d’efficacité énergétique plus faible, les moteurs électriques n’ont pas cette contrainte. Cela signifie que le rapport entre le poids, la puissance et l’efficacité seront similaires entre, par exemple, un moteur d’un kW et un moteur de 1000 kW. Un groupe motopropulseur électrique est également environ trois fois plus efficace (environ 90% à 95% contre environ 30% à 40% pour les moteurs thermiques). En outre les moteurs électriques peuvent fonctionner sur une gamme beaucoup plus large de tours par minute, avec des changements de régime rapides. Enfin, les motorisations électriques sont nettement plus silencieuses que les motorisations à combustion, comme toute personne qui a entendu une voiture électrique peut en témoigner.

Réduction du bruit et une plus grande efficacité
Alors que le simple remplacement d’un moteur à combustion par un moteur électrique procurerait déjà un nombre important d’avantages, il est beaucoup plus intéressant de concevoir un avion à propulsion électrique dès le départ. Les propriétés de la propulsion électrique permettent d’utiliser un plus grand nombre de moteurs sans pour autant en augmenter la complexité, les coûts de maintenance et surtout, sans faire de compromis sur le poids ou la performance. Leur poids réduit et leur compacité permet en outre de les disposer sur un plus grand nombre d’endroits de l’aéronef. Et les inconvénients du transport des moteurs qui ne sont utilisés qu’à certaines étapes du vol comme le décollage et l’atterrissage sont relativement mineures, puisque les moteurs eux-mêmes sont si légers.

Bien que les moyens de propulsion traditionnels influent négativement sur les performances de l’aéronef – par exemple, la traînée provoquée par l’hélice a une incidence négative sur la vitesse de pointe et sur la consommation – la souplesse de la propulsion électrique autorise des installations qui ont une incidence positive sur leporfil aérodynamique de l’avion. Il est par exemple possible de positionner les hélices sur le bout des ailes, où elles peuvent récupérer une partie de l’énergie perdue au tourbillon marginal.

Grâce à son expertise dans la conception et la fabrication de moteur électrique, de l’analyse aérodynamique, et de la conception et fabrication de cellules composites pour l’aviation, Joby Aviation capitalise pleinement sur la promesse de cette nouvelle technologie pour développer des aéronefs aux capacités sans précédent. Toutefois, en raison de la nature complexe de ces interactions et du manque de modèles existants à partir desquels extrapoler, une grande quantité de données aérodynamiques doivent être analysées tout au long de la conception. C’est la raison pour laquelle Joby Aviation a énormément utilisé l’analyse CFD en utilisant le logiciel Star-CCM+ dans son processus de développement.