美国学生利用达·芬奇草图制造出无人机
15世纪80年代末，列奥纳多·达·芬奇绘制了一种精巧的单人直升机设计图，其由“空气螺旋桨”驱动。也许你曾见过他的草图，并想知道是否有一天真能有直升机飞起来。如今我们有了答案。这位意大利天才是对的。
自2019年起，马里兰大学的一组工程师在一项设计师竞赛框架下开发并测试了这项基础技术。随后，研究团队成员奥斯汀·普雷特制造出四旋翼无人机Crimson Spin，采用达·芬奇的螺旋设计，并让它进行了几次短途飞行。
“我完全没想到它居然能成功，”普雷特说。他是该大学航空航天工程系的研究生，为获得硕士学位而制造了这一装置。起初，他和其他团队成员持怀疑态度，但在一些计算机模拟和3D打印螺旋桨原型显示出良好趋势后，他们对达·芬奇的设计更有信心了。
上周，他在加利福尼亚州圣何塞举行的2022年变革性垂直飞行大会（Transformative Vertical Flight 2022）上展示了研究成果和飞行器的首段飞行视频。
这个项目是现代技术如何突破传统飞机和直升机设计的一个好例子，尽管这种15世纪的飞行装置短期内不太可能运送亚马逊包裹。会议展示了一系列奇特的飞行器，它们可以像直升机一样垂直起飞，然后像飞机一样水平飞行。
Kitty Hawk、空中客车、Transcend Air和Jaunt等公司希望彻底改变这一行业，并用空中出租车运送乘客。
尽管普雷特只制造了一架小型无人机，但这项技术可以用于足够大的飞行器以搭载人员。“我确实认为它应该能够较好地扩展，”奥斯汀说。
这位马里兰的研究生得益于达·芬奇无法获得的材料。文艺复兴时期的建筑材料，如木材和皮革，对于飞行器来说太重了。达·芬奇也没有紧凑的能源。
普雷特可以使用铝材、塑料、电动机、电池和计算机控制系统，这些使螺旋桨设计成为可能。此外，计算流体动力学和计算机辅助设计软件也很有用，工程师借助它们开发原型并在计算机中模拟空气动力学。
现代四旋翼技术也让这一设计变得切实可行。它们通过细微调节螺旋桨转速来控制无人机的倾斜。普雷特表示，若要像普通直升机那样构建单轴结构，难度要大得多。直升机需要复杂的传动装置和操纵机构，才能在旋转过程中持续调整每个旋翼的倾角。
不过，仍有诸多挑战，包括螺旋桨重量增加以及潜在的不稳定性。普雷特发现，某种奇特的空气动力学效应可能帮助Crimson Spin保持在空中。
像超音速客机协和式这类三角翼飞机，会在机翼前缘后方形成旋转的气涡。这一涡流产生低压区，可增加升力。模拟显示，类似的涡流沿螺旋桨平面的外缘形成，并沿整个结构螺旋下降，产生向上的推力。
这种空气动力学的一个结果是，螺旋桨产生的向下气流比普通螺旋桨小。研究生表示，这意味着其下方的灰尘、沙子和其他被吹起的物质会更少。它很可能也要安静得多。
这个可以正常工作的螺旋桨是一架尺寸与大疆无人机相当的小型飞行器，但普雷特认为，通过“优化几何结构并研究不同飞行模式下的性能”，它还可以改进。虽然他不再继续该项目，但这位工程师认为，如果有兴趣和资金，马里兰大学可以继续这项研究。
“这可能是一种实用的悬浮飞行器，有望扩展到能够搭载人员，但在进行更多关于功能、可靠性和性能的研究之前，我不认为当前公司的开发中会使用它。不过，它最终可能会用于与涵道旋翼相同的应用场景”
受达·芬奇草图启发的无人机能够起飞和移动。飞行过程中，这种不寻常的螺旋桨会发出一种不同于普通无人机的噪音，更像电钻的声音。
