طلاب أمريكيون يصنعون طائرة درون باستلهام رسومات ليوناردو دا فينشي
في أواخر ثمانينيات القرن الخامس عشر، رسم ليوناردو دا فينشي تصميمًا بارعًا لمروحية أحادية المقعد تُدفع بواسطة «لولب هوائي». ربما رأيت رسوماته وتساءلت عما إذا كان بإمكان إحدى هذه المروحيات أن تحلّق يومًا ما. والآن نعرف الجواب. كان العبقري الإيطالي محقًا.
منذ عام 2019، طوّر وأختبر فريق من مهندسي جامعة ميريلاند التقنية الأساسية ضمن مسابقة للمصممين. ثم قام عضو في فريق الباحثين، أوستن بريتي، ببناء درون رباعي المراوح يُدعى Crimson Spin، باستخدام تصميم دا فينشي اللولبي، وأرسله في عدة رحلات قصيرة.
«فوجئت تمامًا بنجاح الفكرة»، قال بريتي، وهو طالب دراسات عليا في قسم هندسة الفضاء بالجامعة، والذي صنع الجهاز للحصول على درجة الماجستير. في البداية، كان هو وأعضاء آخرون في الفريق متشككين، لكن بعد أن أظهرت بعض المحاكاة الحاسوبية ونماذج الأولية للمراوح المطبوعة بطابعة ثلاثية الأبعاد توجهات واعدة، أصبحوا أكثر حماسًا لتصميم دا فينشي.
عرض نتائجه ومقطع الفيديو الأول لرحلة الطائرة في مؤتمر Transformative Vertical Flight 2022 في سان خوسيه (ولاية كاليفورنيا) الأسبوع الماضي.
يُعد هذا المشروع مثالًا جيدًا على كيفية تباعد التقنيات الحديثة عن تصميم الطائرات والمروحيات التقليدية، رغم أنه من غير المرجح أن يوصل جهاز طائر من القرن الخامس عشر طرد أمازون في أي وقت قريب. وقد عُرضت في المؤتمر مجموعة من المركبات الجوية الغريبة التي يمكنها الإقلاع عموديًا كالمروحية، ثم الطيران أفقيًا كالطائرة.
تأمل شركات مثل Kitty Hawk وAirbus وTranscend Air وJaunt أن تُحدث ثورة في هذا القطاع وأن تنقل الناس في سيارات أجرة جوية.
رغم أن بريتي بنى طائرة صغيرة فقط، يمكن لهذه التقنية أن تعمل مع مركبة جوية كبيرة بما يكفي لنقل إنسان. «أعتقد حقًا أنه يجب أن يكون قادرًا على التوسع بشكل جيد»، صرّح أوستن.
استفاد طالب الدراسات العليا من ميريلاند من مواد لم يكن دا فينشي قادرًا على الحصول عليها. فمواد البناء في عصر النهضة، مثل الخشب والجلد، كانت ثقيلة جدًا بالنسبة للطائرات. ولم تتوفر لدى دا فينشي أيضًا مصادر طاقة مدمجة.
كان لدى بريتي إمكانية الوصول إلى الألومنيوم والبلاستيك والمحركات الكهربائية والبطاريات وأنظمة التحكم الحاسوبية، التي جعلت تصميم المروحة الهوائية ممكنًا. كما كانت برمجيات التصميم بمساعدة الحاسوب وديناميكا الموائع الحسابية مفيدة، إذ استخدمها المهندس في تطوير النماذج الأولية ومحاكاة الديناميكا الهوائية داخل الحاسوب.
ساعدت تقنيات الدرونات رباعية المراوح الحديثة أيضًا في جعل التصميم عمليًا. فهي تتحكم في تغييرات دقيقة في سرعة دوران المروحة، تؤدي بطريقة أو بأخرى إلى إمالة الدرون. وبحسب بريتي، كان سيكون أصعب بكثير محاولة بناء تصميم بعمود واحد كما في المروحية التقليدية. تستخدم المروحيات ناقلات حركة معقدة وأدوات تحكم للتعديل المستمر لميل كل مروحة رافعة أثناء دورانها.
مع ذلك، توجد تحديات كثيرة، منها الوزن الأكبر للمراوح الهوائية وعدم الاستقرار المحتمل. وقد اكتشف بريتي أن نوعًا غريبًا من الديناميكا الهوائية ربما ساعد في إبقاء Crimson Spin في الهواء.
الطائرات ذات الأجنحة المثلثة، مثل الطائرة الأسرع من الصوت كونكورد، تولّد دوامة هوائية تلتف مباشرةً خلف الحافة الأمامية للجناح. تخلق هذه الدوامة منطقة ضغط منخفض يمكن أن تزيد قوة الرفع. تُظهر المحاكاة أن دوامة مشابهة تتشكل على طول الحافة الخارجية للسطح المسطح للمروحة الهوائية، وتهبط حلزونيًا عبر التصميم كله، مولّدة دفعًا صاعدًا.
من نتائج هذه الديناميكا الهوائية أن المروحة الهوائية تولّد تيارًا هوائيًا هابطًا أقل من المراوح التقليدية. وبحسب الطالب، هذا يعني أن الغبار والرمل وغيرهما من المواد المتطايرة أسفلها سيكون أقل. ومن المرجح أيضًا أنها أهدأ بكثير.
هذه المروحة الهوائية العاملة تمثل درونًا صغيرًا بحجم DJI، لكن بريتي يعتقد أنه يمكن تحسينها من خلال «تحسين الهندسة وأبحاث الأداء في أنماط الطيران المختلفة». ورغم أنه لن يعمل على هذا المشروع بعد الآن، يرى المهندس أن الأبحاث يمكن أن تستمر في جامعة ميريلاند في حال وجود الاهتمام والتمويل.
«قد تكون هذه آلة محلّقة عملية، يمكن أن تتطور لتصبح قادرة على نقل إنسان، لكنني لا أرى استخدامها في تطويرات الشركات الحالية حتى تُجرى أبحاث إضافية حول الوظائف والموثوقية والأداء. ومع ذلك، قد تعمل في النهاية في المواضع نفسها التي تعمل فيها المراوح ذات القنوات»
درون مستوحى من رسومات دا فينشي قادر على الإقلاع والتنقل. وأثناء الطيران، تولّد المراوح غير المعتادة ضجيجًا غير مميز للطائرات بدون طيار، يشبه صوت المثقاب أكثر.
