Тороидальные пропеллеры - путь к кардинальному увеличению эффективности

3 фото via

Известно, что пропеллеры служат для преобразования вращательного движения двигателя и создания тяги, за счет которой аппараты могут передвигаться в воздухе и на воде. Однако, эти устройства не претерпевали революционных конструктивных изменений уже долгое и долгое время, пропеллеры современных винтовых самолетов не сильно отличаются от пропеллера самолета братьев Райт, а морские суда используют гребные винты, стиль которых был определен еще в далеких 1700-х годах.

Но не стоит расстраиваться по этому поводу, в мире существует несколько научных групп, ведущих исследования в данном направлении.

И не так давно некоторые из них продемонстрировали пропеллеры весьма странной кольцевидной формы, называемые тороидальными пропеллерами. Такие тороидальные пропеллеры являются намного более тихими, и обеспечивают настолько большой прирост эффективности особенно в водной среде, что их без сомнений можно назвать революционным прорывом в данной области.

Первой группой является группа исследователей из Лаборатории Линкольна (Lincoln Laboratory) Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology, MIT). Именно эта группа занимается проблемой тихих полетов, и создала в свое время атмосферный ионный двигатель. И у одного из членов этой группы возникла необычная идея, он предложил взять кольцевое крыло и свернуть его в виде пропеллера.

Через некоторое время, потраченное на компьютерное моделирование и на работу трехмерного принтера, на свет появились лопасти тороидальных пропеллеров, которые были установлены на стандартный квадрокоптер производства DJI.

Проведенные испытания показали, что шум, издаваемый квадрокоптером при полете уменьшился в два раза, к примеру, уровень шума, издаваемого беспилотником с тороидальными пропеллерами и находящимся на дальности 30 метров, эквивалентен уровню шума от беспилотника с обычными лопастями, находящимся на удалении в 60 метров. При этом особенно сильное снижение уровня шума обеспечивается в диапазоне 1-5 кГц, в диапазоне максимальной чувствительности человеческого слуха.

С точки зрения недостатков тороидальных пропеллеров можно указать их больший вес, что снижает время нахождения беспилотника в воздухе на одном заряде аккумуляторных батарей. Также более сложная форма тороидальных пропеллеров потребует более сложного, чем простая штамповка, процесса их производства.

Но даже если стоимость пропеллеров возрастет в два или три раза, они не являются самой дорогостоящей частью и это не сильно скажется на конечной стоимости квадрокоптера в целом.

В настоящее время группа из Лаборатории Линкольна уже запатентовала дизайн своих тороидальных пропеллеров для летательных аппаратов. И с учетом того, что будущее, в котором небо будет буквально заполнено различными "летающими такси", неотвратимо настанет, то двукратное уменьшение шума от лопастей будет как нельзя уместным.

Однако, воздух - это не единственная среда, в которой могут использоваться тороидальные пропеллеры. Компания с названием Sharrow Marine уже получила в свое время результаты, которые можно назвать ошеломляющими, от использования тороидальных петель в качестве гребных винтов моторных лодок.

Оказывается, что такие лопасти почти не создают концевых завихрений воды, которые являются основным источником энергетических потерь и шума навесного лодочного двигателя.

Существенное снижение количества жидкости, вращающейся вокруг пропеллера, а не толкаемой назад, кардинально увеличивает эффективность движения. Это приводит к тому, что на низких и средних оборотах двигателя скорость моторной лодки буквально удваивается, а экономия расхода топлива достигает минимум 20 процентов. При этом, уровень шума уменьшается настолько, что на борту лодки, идущей со скоростью 50 километров в час, можно разговаривать не повышая голоса.

В настоящее время компания Sharrow Marine разработала и продает целый ряд тороидальных гребных винтов, которые можно установить на большинство популярных моделей лодочных моторов от ведущих производителей. Стоимость такого винта составляет около 5 тысяч американских долларов, практически в 10 раз больше стоимости обычного винта.

Но учитывая, что стоимость гребного винта составляет лишь малую долю от стоимости моторной лодки в целом, это не имеет большого значения. А принимая во внимание огромную прожорливость лодочных моторов, то 20-процентная экономия топлива быстро приведет к тому, что затраты на тороидальный винт полностью и быстро окупятся.