Леонардо да Винчи известен не только своими художественными работами, но и инженерными концепциями. Среди сотен его эскизов — «воздушный винт», или «вертолет». Устройство напоминает водяной винт Архимеда, только предназначено не для подъема воды, а для полета. Проект появился в конце 1480-х годов, когда да Винчи трудился военным инженером у миланского герцога Лодовико Сфорца.

Модель на чертежах да Винчи установлена на прочной круглой платформе. В центре — вертикальный стержень, поддерживаемый тремя диагональными элементами, сходящимися на небольшой круглой пластине примерно на полпути к стержню. 

Верхняя половина стержня — опорная ось для большого спиралевидного льняного паруса, радиусом почти пять метров. Внутренний край паруса наматывается вокруг древка по часовой стрелке, а внешний край соединен веревками или проволокой с кольцом, которое вращается вокруг нижней платформы. Проект предусматривал экипаж из нескольких человек, которые вращали бы парус.

Изобретатель предполагал, что льняной воздушный винт, если его поворачивать достаточно быстро, будет толкать воздух и поднимет всю конструкцию. Но оказалось, что из-за веса людей и примитивных материалов эпохи Возрождения проект не осуществим. 

С появлением легких электродвигателей у современных инженеров появилась возможность протестировать, как бы вела себя эта конструкция, если бы ее построили. До сих пор об этом говорили лишь в теории — но теперь пришло время цифр и реальных расчетов. 

Команда американских инженеров из Университета Джонса Хопкинса под руководством Раджата Миттала решила проверить, может ли винт да Винчи работать в реальности. Исследователи создали цифровую модель «воздушного винта» и поместили в виртуальную аэродинамическую трубу. Они сравнили винт с современным двухлопастным ротором дрона, тестируя оба устройства в режиме зависания на разной скорости вращения. 

Статья по теме: Создан подводный робот с гибкими «жгутиками», которые имитируют движение бактерий

Оказалось, что устройство да Винчи может поднимать ту же массу, что и обычные современные лопасти, но при этом вращается медленнее. А это значит — потребляет меньше энергии, а именно на 30 процентов. И самое неожиданное — работает тише. Ученые проанализировали распределение давления и потоки воздуха вокруг виртуального винта. Расчеты показали, что при равной подъемной силе он гораздо меньше шумит, чем привычные лопасти дронов.

Теперь Миттала и его коллеги хотят усовершенствовать винт, сохранив его тихую работу, но повысив эффективность. В условиях городов, где дроны все чаще используются для доставки и работы служб спасения, снижение шума становится особенно важным. Обычные лопасти шумят сильно — это не нравится многим жителям, которые все чаще жалуются на гул. Устройство да Винчи может стать решением проблемы.

В виртуальных экспериментах ученые обнаружили два взаимосвязанных решения для снижения шума дронов, вдохновленных проектом Леонардо да Винчи. Первое — замена стандартных прямых лопастей ротора на винтовую конструкцию, напоминающую Архимедов винт. Второе — спиральный винт создает такую же подъемную силу, как обычный ротор, но вращается медленнее. Именно это снижение скорости вращения —  главная причина уменьшения шума.

Конструкция винта из чертежей да Винчи, хотя и выглядит на первый взгляд неэффективной, оказалась перспективной именно из-за возможности снизить шум без потерь в подъемной силе. Это открывает путь к созданию более «тихих» дронов, особенно важных для использования в городах.

Научная работа опубликована на сайте электронного архива научных статей и препринтов Корнеллского университета.