Symulacja „śruby powietrznej” zaprojektowanej przez Leonarda da Vinci w 1480 roku sugeruje, że do wytworzenia tej samej siły nośnej zużywałaby mniej energii niż współczesne wirniki dronów – i generowałaby przy tym znacznie mniej hałasu.
Latająca maszyna zaprojektowana przez Leonarda da Vinci mogłaby być w pełni funkcjonalna i znacznie cichsza od współczesnych konstrukcji bezzałogowców.
Rajat Mittal z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa w Maryland wraz ze swoim zespołem odkrył, że „śruba powietrzna” da Vinciego – koncepcja, którą artysta zaproponował w latach 80. XV wieku lecz której nigdy nie zbudował ani nie przetestował – może wymagać mniej mocy do wytworzenia takiej samej siły nośnej jak konwencjonalny wirnik drona.
Maszyna ta przypomina śrubę Archimedesa – spiralną pompę, która transportuje wodę podczas obracania. Da Vinci wyobrażał sobie, że śruba powietrzna będzie napędzana siłą ludzkich mięśni, co ze względu na ciężar konstrukcji uczyniłoby start niezwykle trudnym. Jednak wyposażona w lekkie silniki elektryczne napędzające wirnik, mogłaby rzeczywiście wznieść się w powietrze.
Wirtualny tunel aerodynamiczny
Mittal i jego zespół zbudowali symulację komputerową śruby i umieścili ją w wirtualnym tunelu aerodynamicznym, aby sprawdzić jej osiągi podczas zawisu. Testowali ją przy różnych prędkościach obrotowych i porównywali z konwencjonalnym dwułopatowym wirnikiem drona.
Okazało się, że śruba powietrzna jest w stanie wygenerować identyczną siłę nośną, obracając się wolniej – a to oznacza mniejsze zużycie energii.
Mierząc ciśnienie oraz wzorce przepływu powietrza wokół wirtualnej śruby, zespół Mittala mógł również obliczyć poziom generowanego dźwięku. Wyniki pokazały, że przy tej samej sile nośnej konstrukcja da Vinciego była cichsza od tradycyjnego wirnika.
„Byliśmy zaskoczeni” – przyznaje Mittal. „Przystępowaliśmy do badań z przekonaniem, że ponieważ kształt tej spiralnej śruby jest całkowicie, w pewnym sensie, przypadkowy, intuicyjnie wydawało nam się, że osiągi aerodynamiczne będą tak słabe, iż nie uda nam się uzyskać żadnych przewag nad konwencjonalnymi łopatami”.
Drony w miastach – narastający problem
W miarę jak drony są coraz powszechniej wykorzystywane w miastach – do dostaw przesyłek czy przez służby ratunkowe, a także i przez wojsko – zanieczyszczenie hałasem staje się coraz poważniejszym problemem. Skłania to naukowców do poszukiwania nowych konstrukcji wirników, które przy podobnej sile nośnej generowałyby mniej dźwięku.
„Autorzy trafnie wskazują, że jeśli można wytworzyć ten sam ciąg przy niższych obrotach – a wirnik da Vinciego właśnie to robi – to poziom hałasu będzie niższy” – komentuje Sheryl Grace z Uniwersytetu Bostońskiego w Massachusetts. „Nie musi to być akurat projekt da Vinciego, ale miło wiedzieć, że jego konstrukcja spełnia te założenia”.
Co dalej?
Zespół Mittala planuje teraz sprawdzić, czy uda się ulepszyć projekt da Vinciego, zwiększając jego wydajność przy jednoczesnym zachowaniu właściwości redukujących hałas.
Jednak, aby wykazać, że konstrukcja mistrza renesansu może znaleźć realne zastosowanie, konieczne będzie przetestowanie jej w locie – nie tylko w zawisie – a także uwzględnienie wpływu dodatkowej masy wirnika na osiągi, zauważa Grace.
Źródło: New Scientist
