Летательный аппарат, спроектированный Леонардо да Винчи, мог бы быть функциональнее и значительно тише современных дронов, выяснили исследователи из Университета Джонса Хопкинса в Мэриленде. Своими выводами они поделились в препринте на arXiv.
Ученые установили, что «воздушный винт» да Винчи, предложенный им в 1480 году во время работы военным инженером, но так и не построенный, может создавать такую же подъемную силу, как и обычный винт дрона, но с меньшими энергозатратами.
Конструкция напоминает архимедов винт — спиральный насос, который перекачивает воду при вращении. Да Винчи предполагал, что его винт будет приводиться в действие мускульной силой, что из-за веса сделало бы взлет затруднительным. Однако с легкими электрическими двигателями, вращающими винт, аппарат мог бы летать.
Физики создали симуляцию винта и поместили его в виртуальную аэродинамическую трубу, чтобы проверить эффективность в режиме зависания. Они протестировали его при разных скоростях вращения и сравнили с обычным двухлопастным винтом дрона.
Расчеты показали, что «воздушный винт» да Винчи может создавать такую же подъемную силу при более медленном вращении — а значит, меньшем потреблении энергии.
Измерив давление и потоки воздуха вокруг виртуального винта, исследователи также рассчитали уровень производимого им шума. Оказалось, что при той же подъемной силе он шумит меньше, чем традиционный винт.
«Мы были удивлены, — признался профессор Раджат Миттал. — Мы предполагали, что из-за необычной спиральной формы этот винт будет аэродинамически неэффективным и не сможет превзойти современные лопасти. Но результаты оказались иными».
Теперь команда Миттала хочет усовершенствовать дизайн да Винчи, чтобы повысить его эффективность, сохранив при этом его выдающиеся шумовые характеристики.
Поскольку дроны все чаще используются в городах, например, для доставки или экстренных служб, проблема шумового загрязнения становится все актуальнее. Это побуждает исследователей искать новые конструкции винтов, которые меньше шумят при той же подъемной силе.
«Авторы справедливо отмечают, что если можно создать такую же тягу при меньшей скорости вращения как у [винта] да Винчи, то шума будет меньше. Не обязательно использовать именно дизайн да Винчи, но здорово, что его вариант работает», — заметила Шерил Грейс из Бостонского университета в Массачусетсе.
Однако чтобы доказать практическую применимость конструкции да Винчи, нужно протестировать ее не только в режиме зависания, но и в полете, а также учесть влияние дополнительного веса винта на производительность, добавила она.
Расшифрована ДНК родственников Леонардо да Винчи и их потомков
Плазма на крыльях почти вдвое улучшает аэродинамику высотных дронов
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram