Toroidalne śmigła i śruby napędowe. To przyszłość supercichych dronów i okrętów podwodnych

Jedną z wad współczesnych dronów jest hałas generowany przez ich wirniki. Hałas powodowany przez napęd jest również problemem na okrętach podwodnych. Okazuje się, że problem ten może zostać znacząco ograniczony dzięki badaniom nad toroidalnymi śmigłami i śrubami napędowymi. To rozwiązanie o ogromnym potencjale, choć – niestety – ma pewne wady.

Prace nad nowym rodzajem napędu prowadzi m.in. Thomas Sebastian z Lincoln Laboratory w MIT, którego dokonania opisuje serwis New Atlas. Jego zdaniem jedną z przyczyn, dla którego dźwięk śmigieł dronów jest dla nas tak dobrze słyszalny, a zarazem – bardzo często – irytujący, jest częstotliwość generowanego przez nie dźwięku.

Zdaniem badacza mieści się ona zazwyczaj w przedziale 100 Hz – 5 kHz, czyli w zakresie, na który ludzie są najbardziej wrażliwi. To zasługa ewolucji – w tym zakresie artykułujemy kluczowe dla porozumienia się samogłoski, a także odbieramy m.in. płacz dzieci. W przypadku drona to jednak zdecydowanie wada, a dźwięk wirników jest dla większości ludzi bardzo irytujący.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Rozwiązaniem tego problemu są śmigła toroidalne, będące radykalnym zerwaniem z formą znaną jeszcze z początku XX wieku. Choć konstrukcja śmigieł przez ten czas ewoluowała, zasada ich działania pozostała ta sama. Doświadczenia Thomasa Sebastiana zrywają z tradycyjnym kształtem śmigieł, będących w gruncie rzeczy małymi skrzydełkami umieszczonymi na wspólnej obrotowej osi.

Zamiast nich badacz postuluje toroidalne kształty, za sprawą których wirnik w widoku z góry przypomina nieco zdeformowaną cyfrę 8. Takie rozwiązanie oznacza nie tylko cichszy lot drona, ale także mniejsze ryzyko uszkodzenia wirnika, a w praktyce – przez brak konieczności stosowania różnych osłon – oszczędności na masie, przekładające się np. na zasięg urządzenia.

Ale nie tylko drony mogą skorzystać na zmianie kształtu wirnika. Podobne rozwiązanie – tyle że w środowisku wodnym – bada i sprzedaje już w formie gotowego produktu firma Sharrow Marine specjalizująca się w napędzie łodzi.

Jej doświadczenia dotyczą hałasu generowanego przez śruby napędowe. Także i w tym przypadku zastąpienie tradycyjnych łopat "ósemką" przynosi bardzo konkretne korzyści w postaci zmniejszonego hałasu.

O ile w przypadku łodzi czy sprzętu rekreacyjnego to głównie kwestia komfortu, w przypadku okrętów podwodnych śruba napędowa o nowym kształcie może oznaczać skokowe zwiększenie ich możliwości – dzięki nowemu rodzajowi napędu będą one znacznie cichsze, a tym samym trudniejsze do wykrycia.

Wadą nowego rozwiązania – zarówno w przypadku dronów, jak i okrętów podwodnych – jest dużo bardziej skomplikowany kształt napędu, trudniejszy zarówno w zaprojektowaniu, jak i wykonaniu. Korzyści w postaci mniejszego hałasu, większego zasięgu czy niższych kosztów eksploatacji wydają się jednak w tym przypadku zdecydowanie przeważać.