Исследователи разработали пропеллеры тороидальной формы, которые издают меньше шума и обеспечивают экономию до 20% топлива при установке на судне.
Пропеллеры предназначены для подачи жидкости, обычно воздуха или воды, и используют вращательное движение для проталкивания этой жидкости. В некотором смысле они являются эволюцией винта Архимеда, который, вероятно, использовался в Древнем Египте за тысячи лет до того, как он был описан Архимедом в 234 году до нашей эры.
Однако в устройствах, предназначенных для вращения, уже очень давно не было никаких революционных изменений в дизайне; в самолетах с пропеллером по-прежнему используются лопасти с изогнутым профилем, похожие по конструкции на бамбуковые вертолеты, которыми китайские дети наслаждались 2400 лет назад, с удивительно небольшим выигрышем в эффективности по сравнению с деревянными пропеллерами братьев Райт. На лодках все еще используются винтовые пропеллеры, варианты которых можно найти еще в 1700-х годах.
Революционные пропеллеры
Кроме того, традиционные пропеллеры создают и большое количество шума, что может стать проблемой для пассажирских летательных аппаратов, которые мы собираемся пустить в воздух над городами. Поэтому ученые из лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института разработали тороидальный пропеллер, способный не только уменьшить расход топлива, но и снизить исходящий от летательного аппарата шум.
После нескольких попыток ученые действительно нашли конструкцию, которая снизила не только общий уровень шума при заданном уровне тяги, но и особенно шум в диапазоне 1-5 кГц. Ключевым моментом, который, как думали исследователи, должен был сделать пропеллеры тише, был тот факт, что теперь вихри, создаваемые пропеллером, распределяются по всей его форме, а не только по кончику.
Шум пропеллера можно в некоторой степени устранить, разместив по окружности траектории движения винта кольца с акустической обработкой, которые также могут выполнять роль защитных ограждений. Но они добавляют паразитную массу, сокращая время автономной работы, а также могут улавливать ветер на открытом воздухе, заставляя беспилотник работать более устойчиво.
Исследователи проанализировали эти странно выглядящие тороидальные пропеллеры, чтобы выяснить, будут ли они снижать эффективность тяги. По-видимому, нет: самый производительный их пропеллеров ученых под названием B160 был не только тише при заданном уровне тяги, чем лучший стандартный пропеллер, который они тестировали, он также создавал большую тягу при заданном уровне мощности – довольно примечательно, учитывая, что стандартные пропеллеры разрабатывались более века назад, а эти тороиды находятся на очень ранней стадии своего развития. Им предстоит долгая оптимизация, которая скорее всего приведет к еще большему росту эффективности.