Американські студенти створили дрон, використовуючи креслення Леонардо да Вінчі
Наприкінці 1480-х років Леонардо да Вінчі накреслив витончену конструкцію одномісного гелікоптера, що рухався за допомогою «повітряного гвинта». Можливо, ви бачили його креслення і замислювалися, чи зможе один із гелікоптерів колись злетіти. Тепер ми знаємо відповідь. Італійський геній мав рацію.
Починаючи з 2019 року група інженерів Університету Мериленда розробляла й тестувала базову технологію в межах конкурсу дизайнерів. Потім член дослідницької команди Остін Прете побудував безпілотний дрон-квадрокоптер Crimson Spin, використовуючи гвинтоподібну конструкцію да Вінчі, і відправив його в кілька коротких подорожей.
«Я був абсолютно здивований, що це спрацювало», — розповів Прете, аспірант факультету аерокосмічної техніки університету, який створив пристрій для отримання ступеня магістра. Спочатку він і інші члени команди були налаштовані скептично, але після того, як деякі комп'ютерні симуляції та надруковані на 3D-принтері прототипи гвинтів показали многообіцяючі тенденції, вони стали більш натхненними дизайном да Вінчі.
Він представив свої результати та перше відео польоту апарата на конференції Transformative Vertical Flight 2022 у Сан-Хосе (штат Каліфорнія) минулого тижня.
Цей проєкт є хорошим прикладом того, як сучасні технології розходяться з конструкцією звичайних літаків і гелікоптерів, хоча малоймовірно, що літаючий пристрій 15-го століття доставить посилку Amazon найближчим часом. На конференції було представлено колекцію екзотичних літальних апаратів, які можуть злітати вертикально, як гелікоптер, а потім летіти горизонтально, як літак.
Такі компанії, як Kitty Hawk, Airbus, Transcend Air і Jaunt, сподіваються, що здійснять революцію в цій галузі та перевозитимуть людей на повітряних таксі.
Хоча Прете побудував лише невеликий безпілотник, ця технологія може працювати з достатньо великим літальним апаратом, щоб перевозити людину. «Я справді вважаю, що він має бути здатний достатньо добре масштабуватися», — заявив Остін.
Аспірант із Мериленда скористався матеріалами, яких да Вінчі не міг дістати. Будівельні матеріали епохи Відродження, такі як дерево та шкіра, були занадто щільними для літаків. У да Вінчі також не було компактних джерел енергії.
Прете мав доступ до алюмінію, пластику, електродвигунів, батарей і комп'ютерних систем керування, які зробили можливою конструкцію повітряного гвинта. Також корисним виявилося програмне забезпечення для автоматизованого проєктування та обчислювальної гідродинаміки, яке інженер використовував для розробки прототипів і моделювання аеродинаміки всередині комп'ютера.
Сучасні технології квадрокоптерів також допомогли зробити дизайн практичним. Вони керують тонкими змінами швидкості обертання гвинта, які так чи інакше нахиляють безпілотник. За словами Прете, було б набагато складніше спробувати побудувати одновальну конструкцію, як у звичайного гелікоптера. Гелікоптери використовують складну передачу та органи керування для безперервного регулювання нахилу кожного несучого гвинта в міру його обертання.
Однак є безліч проблем, зокрема більша вага повітряних гвинтів і потенційна нестабільність. Прете виявив, що якась дивна аеродинаміка, ймовірно, допомагала тримати Crimson Spin у повітрі.
Літаки з трикутним крилом, такі як надзвуковий Конкорд, створюють закручений повітряний вир одразу за передньою кромкою крила. Цей вир створює зону низького тиску, яка може збільшити підйомну силу. Моделювання показує, що подібний вир формується вздовж зовнішнього краю плоскої поверхні повітряного гвинта, спірально спускаючись по всій конструкції і створюючи висхідну тягу.
Одним із результатів цієї аеродинаміки є те, що повітряний гвинт створює менший потік донизу, ніж звичайні пропелери. За словами аспіранта, це означає, що під ним буде менше пилу, піску та іншого матеріалу, що здувається. Імовірно, він також значно тихіший.
Цей робочий повітряний гвинт є невеликим безпілотником розміром із DJI, але Прете вважає, що його можна покращити за рахунок «оптимізації геометрії та досліджень продуктивності в різних режимах польоту». Хоча він більше не працюватиме над цим проєктом, інженер вважає, що дослідження можуть бути продовжені в Університеті Мериленда за наявності інтересу та фінансування.
«Це може бути практична летюча машина, здатна потенційно масштабуватися до можливості перевезення людини, але я не бачу її використання в сучасних розробках компаній, доки не будуть проведені додаткові дослідження функцій, надійності та продуктивності. Однак зрештою вона може працювати в тих самих положеннях, що й канальні ротори»
Дрон, натхненний ескізами да Вінчі, здатний злітати і переміщатися. Під час польоту незвичайні пропелери генерують шум, нехарактерний для безпілотних літальних апаратів, який більше нагадує дриль.
