Tým, pracující v Lincolnově laboratoři MIT na tichém letadle s iontovým pohonem, vyrobil několik nových zařízení pro letadla a drony, která dosahují působivého zvýšení účinnosti a jsou radikálně tišší. „Toroidní vrtule umožňuje malému vícerotorovému nepilotovanému stroji nebo dronu pracovat tišeji než současné drony, které používají tvary vrtulí nezměněné od počátku letectví,“ uvádí vědci v prohlášení.
Toroidní vrtule
Tichá toroidní vrtule se skládá ze dvou lopatek, které se spojují do smyčky tak, že se špička jedné lopatky stáčí zpět do druhé. Tato uzavřená struktura snižuje a reguluje odporové účinky vířivých vzduchových tunelů (tj. vírů), které vznikají na koncích lopatek, a posiluje celkovou tuhost vrtule.
Zásadní je, že tak lze výrazně snížit hlučnost vrtule, aniž by to mělo vliv na její výkon. Testy prototypů toroidních vrtulí na komerčních kvadrokoptérách vykázaly při podobném výkonu tah srovnatelný s tahem konvenčních vrtulí. Výsledná snížená hladina hluku umožnila dronům vybaveným toroidními vrtulemi fungovat bez ovlivnění lidského sluchu na o polovinu menší vzdálenosti.
Dron s toroidními vrtulemi
„Klasické vrtule jsou docela hlučné,“ řekl webu NewAtlas Thomas Sebastian, který pracuje jako vedoucí pracovník skupiny pro konstrukční a tepelně-kapalinové inženýrství Lincolnovy laboratoře.
„Můžeme se podívat na křídla, abychom zjistili, jak to funguje. Na počátku 20. století a během druhé světové války vymýšleli nejrůznější bláznivé nápady na letadla. Existovalo několik návrhů, které v podstatě představovaly tato prstencová křídla. Tak mě napadlo, jak by to vypadalo, kdybychom vzali prstencové křídlo a z něčeho takového udělali vrtuli.“
Zásadní redukce hluku
S trochou úsilí se vědcům podařilo vytvořit model, který snižuje úroveň hluku v rozsahu 1 až 5 kHz. „Klíčovým faktorem, který dle našeho názoru přispívá ke ztišení vrtule, je skutečnost, že víry, které vrtule vytváří, se nyní rozdělují po celém jejím tvaru, a nikoli pouze na špičce,“ vysvětluje Sebastian. „Díky tomu se pak v atmosféře účinněji rozptylují. Vír se nešíří tak daleko, takže je méně pravděpodobné, že ho uslyšíte.“
Mezi klíčové vlastnosti nových vrtulí patří podstatné omezení signálů ve frekvenčním rozsahu, na který jsou lidské uši nejcitlivější, a výrazné snížení hlučnosti bez požadavku na další komponenty, které by zvyšovaly hmotnost a spotřebu energie. V jistém smyslu jde o evoluci Archimédova šroubu, který se používal ve starověkém Egyptě tisíce let předtím, než ho Archimédes v roce 234 př. n. l. popsal.
Zvuky dronu osazeného toroidními vrtulemi skutečně připomínají spíše šumění větru než kvílející bzučení, takže jsou mnohem méně rušivé. Tým si návrh nechal patentovat, a přestože není jasné, zda se plánuje jeho komercializace, zdá se, že MIT je připraven poskytnout licenci zájemcům z řad výrobců.
Ještě větší výhoda ve vodě
Jistě nikoho nepřekvapíme tvrzením, že aerodynamika a hydrodynamika spolu úzce souvisejí. V oblasti lodních pohonů již existuje produkt, který se blíží výrobě a využívá velmi podobný přístup. Společnost Sharrow Marine dosahuje skutečně velkolepých výsledků s lodními šrouby, které místo standardních lopatek používají toroidní smyčky.
Lodní šroub Sharrow Marine
Po několika letech vývoje otestovala své lodní šrouby ve srovnání se stovkami standardních lodních šroubů a rozdíl je doslova neuvěřitelný. „Vrtule“ Sharrow nevytvářejí víry na špičce, které jsou hlavním zdrojem energetických ztrát a tvoří překvapivě velkou složku celkového hluku.
Toroidní vrtule výrazně snižují množství kapaliny, která „vyklouzne“ z boků lodního šroubu, místo aby byla protlačena skrz něj, a tím nasávají více vody a na jednu otáčku posouvají loď dál. Tím radikálně rozšiřují efektivní rozsah otáček motoru a snižují spotřebu paliva přibližně o 20 %, což je vzhledem k obrovským energetickým nárokům lodí poháněných lodními šrouby a rozsahu tohoto odvětví opravdu hodně.
Dle výrobce se jedná o lodní šroub, který můžete nasadit na víceméně jakýkoli přívěsný motor a pak s ním uhánět rychlostí 48 km/h dostatečně tiše na to, abyste mohli na palubě vést konverzaci bez zvyšování hlasu. Jedinou významnou nevýhodou proti klasickým lodním šroubům je tak zhruba desetinásobná cena.
