Zcela nový tvar vrtule přináší nižší hlučnost, výrazně vyšší výkon a úsporu paliva

Speciálně tvarované kroucené vrtule by mohly přinést významný pokrok v leteckém a námořním odvětví. Jsou radikálně tišší než běžné vrtule ve vzduchu i ve vodě a vykazují obrovský nárůst účinnosti. Vrtule jsou navrženy tak, aby nasávaly vzduch nebo vodu a pomocí rotačního pohybu je protlačovaly, jak píše server New Atlas.

V jistém smyslu se jedná o evoluci Archimédova šroubu, který se pravděpodobně používal ve starém Egyptě již tisíce let před tím, než jej Archimédes v roce 234 př. n. l. popsal.U vrtulí již dlouho nedošlo k žádným převratným konstrukčním změnám.

Letadla stále používají vrtule s aerodynamickými lopatkami, které se konstrukčně podobají bambusovým vrtulníkům, jež bavily čínské děti před 2400 lety. Přitom se jejich účinnost oproti dřevěným vrtulím, které v roce 1903 vyvinuli bratři Wrightové v aerodynamických tunelech, zvýšila jen nepatrně. Na lodích se naopak stále používají šroubové vrtule, jejichž varianty se objevily již kolem roku 1700. Nyní však několik skupin tvrdí, že prokázaly významné výhody vrtulí výrazně odlišného tvaru, konkrétně zvláštních kroužkovitých tvarů, které se zdají být nejen mnohem tišší než tradiční konstrukce, ale také podstatně účinnější.

Jedním z hlavních problémů vrtulí multikoptér je jejich nepříjemný hluk. Pokud multikoptéry v budoucnu zaplní vzdušný prostor a budou nabízet rychlé, levné a čisté letecké služby, mohly by do městského prostředí přinést další nepříjemné zvuky. Tým, který v Lincolnově laboratoři MIT pracuje na tichém letadle poháněném ionty, proto zvažuje, zda by hluk nebylo možné zmírnit jinak tvarovanými vrtulemi. Po několika pokusech tým skutečně našel konstrukci, která snižuje nejen celkovou hladinu hluku při dané úrovni tahu, ale zejména hluk v pásmu 1 až 5 kHz. Podle týmu vydává dron s těmito vrtulemi zvuk zhruba na úrovni běžného dronu na přibližně dvojnásobnou vzdálenost, jak píše oficiální web MIT.

Zdá se, že klíčovou věcí, která vrtuli činí tišší, je skutečnost, že víry, které vytváří, jsou nyní rozloženy po celém jejím tvaru, a ne pouze na její špičce. Díky tomu se pak v atmosféře rychleji rozptýlí. Protože se vír nešíří tak daleko, je méně pravděpodobné, že ho uslyšíte.

Hluk vrtule lze do určité míry řešit umístěním akustických ochranných kroužků po obvodu dráhy listů, které mohou z bezpečnostního hlediska sloužit také jako ochrana vrtule. Ty však zvyšují parazitní hmotnost a zkracují životnost baterie, navíc ve venkovních podmínkách mohou zachycovat vítr, což ztěžuje udržení stability dronu.

Tým analyzoval tyto podivně vypadající toroidní vrtule, aby zjistil, zda nesnižují účinnost tahu. Ukázalo se, že ne. Nejvýkonnější návrh týmu byl nejen tišší při dané úrovni tahu než nejlepší standardní vrtule, kterou testovali, ale také produkoval větší tah při dané úrovni výkonu. Kromě toho smyčkový tvar nejen zvyšuje strukturální stabilitu, ale také snižuje pravděpodobnost, že vrtule prořízne nebo zachytí věci, do kterých narazí. Nevýhodou jsou poměrně složité tvary, které znesnadňují jejich výrobu ve srovnání se standardními vrtulemi. Pravděpodobně je bude třeba vytisknout na 3D tiskárně. Ale i když nová konstrukce zdvojnásobí nebo ztrojnásobí cenu vrtulí, jedná se o levnou součást dronu a celkový dopad nemusí být tak závažný.

Tým si nechal návrh patentovat, a přestože není jasné, zda se plánuje jeho komerční využití, zdá se, že MIT je připraven poskytnout licenci zájemcům z řad výrobců. Aerodynamika a hydrodynamika spolu úzce souvisejí a ukazuje se, že v oblasti námořní techniky již existuje produkt, který se blíží výrobě a využívá velmi podobný přístup. Společnost Sharrow Marine používá u svých lodních vrtulí místo standardních listů toroidní smyčky. Po několika letech vývoje společnost otestovala své vrtule ve srovnání se stovkami standardních vrtulí a rozdíl je markantní.

Šípovité vrtule nevytvářejí na špičce víry, které jsou hlavním zdrojem energetických ztrát a mají velký podíl na celkovém hluku přívěsného motoru. Toroidní vrtule výrazně snižují množství kapaliny, která „klouže“ po stranách vrtule, místo aby jí byla protlačována, a nasávají více vody na jednu otáčku a posouvají loď dále. Zdvojnásobují rychlost, kterou může loď dosáhnout při nižších a středních rychlostech, a snižují spotřebu paliva přibližně o 20 %.

Společnost uvádí, že se jedná o vrtuli, kterou můžete připojit k víceméně jakémukoli závěsnému motoru a pak plout rychlostí 48 km/h dostatečně tiše, abyste mohli vést konverzaci na palubě bez zvyšování hlasu. Společnost Sharrow již prodává své toroidní vrtule, které jsou CNC obráběny tak, aby pasovaly na širokou škálu běžných závěsných motorů většiny hlavních výrobců. Nevýhodou je však cena; bez ohledu na model stojí 4999 dolarů za kus (v přepočtu cca 108 tisíc Kč), zatímco cena běžné vrtule se může blížit 500 dolarům (cca 11 tisíc Kč).

Zdroj: redakce, newatlas.com, news.mit.edu