Блогер сравнил пропеллер-бублик с обычным и получил неожиданный результат

Модель тороидального пропеллера

Автор YouTube-канала Neuronautics сравнил тороидальный пропеллер, оптимизированный с помощью компьютерного моделирования, с обычным заводским. Тороидальными называют винты, у которых лопасти замкнуты в петли и похожи на бублик. Их давно считают перспективной заменой обычным пропеллерам для дронов, в первую очередь из-за шума.

Идею в 2017 году представила Лаборатория Линкольна Массачусетского технологического института. В замкнутой конструкции вихри распределяются по всей лопасти, а не срываются с кончиков, поэтому звук получается тише и менее раздражающим.

Поводом для изобретения послужили эксперименты с кольцевыми крыльями начала XX века. В исследовании, которое опубликовали в журнале Aerospace Systems, отмечается, что такие пропеллеры могут серьезно снизить шум дронов в городе. По данным первых испытаний MIT, дрон с тороидальными винтами можно подпустить к человеку вдвое ближе, прежде чем его звук начнет раздражать. К тому же такие винты легко напечатать на 3D-принтере.

Шум автор канала не измерял, его интересовала эффективность. Он описал форму петли 17 параметрами и перебрал варианты с помощью вычислительной гидродинамики. Так называют компьютерный расчет того, как воздух обтекает лопасти.

Сначала автор обучил нейросеть на 512 расчетах, затем выбирал лучшие варианты, досчитывал их и снова дообучал модель. За основу он взял научную работу по оптимизации пропеллеров из журнала Energies. Лучший вариант получил обозначение G1401. Тороидальные винты изучают и в академической среде, например им посвящена диссертация в шведском Технологическом университете Чалмерса.

Результат оказался скромным. По расчетам КПД оптимизированного тороидального винта составил 62,9%, а в реальных испытаниях около 62%, т. е. расчет почти совпал с тестом. Обычный заводской пропеллер показал 73%, примерно на 10 п. п. больше. Это значит, что при той же тяге тороидальный винт тратит больше энергии, и дрон с ним пролетит меньше. Для аппаратов на аккумуляторах это заметная разница.

Hackaday отмечает, что сравнение не совсем честное. Тороидальный винт автор напечатал на 3D-принтере из смолы, а обычный пропеллер сделан на заводе, и такие различия сами по себе влияют на результат. Но, по мнению автора заметки, будь у тороидальной формы явное преимущество, такие винты уже стояли бы на дронах повсюду. Полное видео эксперимента автор выложил на YouTube.

Ранее мы писали о том, как еще можно сделать дроны тише. Ученые Бристольского университета выяснили, что пористые поверхности вроде травы и мха снижают шум при посадке до 30 дБ на низких и средних частотах и заодно помогают винтам создавать больше тяги.