Úplne nový tvar vrtule prinesie menej hluku, podstatne väčší výkon aj úsporu paliva

Špeciálne tvarované skrútené vrtule by mohli priniesť významný pokrok v sektore letectva a námornej dopravy. Sú radikálne tichšie ako bežné vrtule vo vzduchu aj vo vode a vykazujú obrovské zvýšenie účinnosti. Vrtule sú navrhnuté tak, aby nasávali vzduch alebo vodu a používali rotačný pohyb na ich pretlačenie. V istom zmysle ide o evolúciu Archimedovej skrutky, ktorá sa pravdepodobne používala v starovekom Egypte tisíce rokov predtým, ako ju opísal Archimedes v roku 234 p. n. l. V prípade vrtúľ už dlho nedošlo k žiadnym prevratným konštrukčným zmenám.

Lietadlá stále používajú vrtule s aerodynamickými listami, ktoré majú podobnú konštrukciu ako bambusové vrtuľníky, ktorými sa pred 2400 rokmi zabávali čínske deti. Pritom ich účinnosť oproti dreveným vrtuliam, ktoré bratia Wrightovci vyvinuli v roku 1903 v aerodynamických tuneloch, vzrástla len nepatrne. Na lodiach sa zasa stále používajú skrutkové vrtule, ktorých varianty sa vyskytli už okolo roku 1700. Teraz však niekoľko skupín tvrdí, že preukázali významné výhody vrtúľ výrazne odlišného tvaru, konkrétne zvláštnych skrútených prstencovitých tvarov, ktoré sa zdajú nielen oveľa tichšie ako tradičné konštrukcie, ale aj podstatne účinnejšie.

Jeden z kľúčových problémov vrtúľ multikoptér je ich nepríjemný hluk. Ak v budúcnosti multikoptéry zaplnia vzdušný priestor, ponúkajúc rýchle, lacné a čisté letecké doručovacie služby, mohli by do mestského prostredia pridávať ďalšie nepríjemné zvuky. Tím pracujúci na tichom lietadle s iónovým pohonom v Lincolnovom laboratóriu MIT sa preto zamyslel nad tým, či by sa hluk dal zmierniť inak tvarovanými vrtuľami. Po niekoľkých pokusoch tím skutočne našiel dizajn, ktorý znížil nielen celkovú hladinu hluku pri danej úrovni ťahu, ale najmä hluku v rozsahu 1 až 5 kHz. Podľa tímu dron s týmito vrtuľami vydáva zvuku zhruba na úrovni bežného dronu asi v dvojnásobnej vzdialenosti.

Kľúčová vec, ktorá zrejme spôsobuje, že vrtule sú tichšie, je skutočnosť, že víry, ktoré vytvára, sa teraz rozdeľujú po celom jej tvare, a nielen na jej špičke. Vďaka tomu sa potom v atmosfére rýchlejšie rozptýlia. Keďže vír sa nešíri tak ďaleko, je menej pravdepodobné, že ho budete počuť.
Hluk vrtule sa dá do istej miery riešiť umiestnením prstencov akustickej úpravy po obvode dráhy listov, ktoré môžu z hľadiska bezpečnosti fungovať aj ako ochrana vrtule. Tie však zvyšujú parazitnú hmotnosť, čím skracujú životnosť batérie, navyše vo vonkajších podmienkach môžu zachytávať vietor, čo spôsobuje, že dron si ťažšie udržiava stabilitu.

Tím analyzoval tieto zvláštne vyzerajúce toroidné vrtule, aby zistil, či by sa pri nich znížila účinnosť ťahu. Ukázalo sa, že nie – najvýkonnejší návrh B160 tímu bol nielen tichší pri danej úrovni ťahu ako najlepšia štandardná vrtuľa, ktorú testovali, ale produkoval aj väčší ťah pri danej úrovni výkonu. Navyše slučkový tvar nielenže zvyšuje konštrukčnú stabilitu, ale znižuje aj pravdepodobnosť, že vrtuľa prereže alebo zachytí veci, do ktorých narazí. Nevýhodou sú pomerne zložité tvary, ktoré komplikujú ich výrobu v porovnaní so štandardnými vrtuľami. Pravdepodobne ich bude treba vytlačiť na 3D tlačiarni. No aj keď nový dizajn zdvojnásobí alebo strojnásobí cenu vrtúľ, ide o nízkonákladovú súčasť dronu a celkový dosah nemusí byť až taký tvrdý.

Tím si dal patentovať dizajn, a hoci nie je jasné, či sa plánuje jeho komercializácia, zdá sa, že MIT je pripravený poskytnúť licenciu zainteresovaným výrobcom. Aerodynamika a hydrodynamika spolu úzko súvisia a ukazuje sa, že v námornej oblasti už existuje produkt, ktorý je blízko výroby a využíva veľmi podobný prístup. Spoločnosť Sharrow Marine pri lodných vrtuliach namiesto štandardných lopatiek používa toroidné slučky. Po niekoľkých rokoch vývoja spoločnosť otestovala svoje vrtule v porovnaní so stovkami štandardných vrtúľ a rozdiel je markantný.

Vrtule Sharrow nevytvárajú na špičke víry, ktoré sú hlavným zdrojom energetických strát a majú veľký podiel na celkovom hluku závesného motora. Toroidné vrtule výrazne znižujú množstvo kvapaliny, ktorá „prekĺzne“ okolo bokov vrtule namiesto toho, aby bola pretláčaná, a na jednu otáčku nasávajú viac vody a posúvajú loď ďalej. Zdvojnásobujú rýchlosť, ktorú môže loď dosiahnuť pri nižších a stredných otáčkach, a znižujú spotrebu paliva približne o 20 %.

Spoločnosť tvrdí, že ide o vrtuľu, ktorú môžete pripevniť viac-menej na akýkoľvek prívesný motor a potom uháňať rýchlosťou 48 km/h dostatočne ticho na to, aby ste na palube mohli viesť rozhovor bez zvyšovania hlasu. Sharrow už predáva svoje toroidné vrtule, ktoré sú opracované CNC tak, aby vyhovovali širokej škále bežných prívesných motorov od väčšiny veľkých výrobcov. Nevýhodná je však cena; stoja 4999 USD za kus bez ohľadu na model, pričom cena bežnej vrtule sa môže približovať k 500 USD.

Zdroj: newatlas.com.