Leonardo Da Vinci repülőgépe jobb, mint a modern drónok

A Johns Hopkins Egyetem kutatóinak új tanulmánya szerint viszont megtette. Valójában a tervezett „légcsavaros” repülőgép nemcsak, hogy működne, hanem kiderült, hogy még néhány előnye is van a jelenlegi drónterveinkkel szemben.

„A drónok a környezeti zajszennyezés egyre növekvő új forrásává válnak” – mutat rá egy 2021-es áttekintés a drónok megnövekedett elterjedtségének társadalomra gyakorolt hatásairól, „és a drónzajra adott bosszantó reakciók valószínűleg a lakosság egyre nagyobb részében fordulnak elő.”

Ez nem egyszerűen decibel kérdése. A drónokat látszólag kifejezetten arra tervezték, hogy a lehető legirritálóbb zajt keltsék: magas frekvenciájú, tiszta szinuszos hangokat adnak ki – amelyek régóta bosszantóbbak az emberi fül számára, mint más típusú zajok –, és ezek a hangok hajlamosak visszapattanni a földről, így még hangosabbak és tartósabbak. Összességében a felülvizsgálat arra a következtetésre jut, hogy „a drónzaj lényegesen bosszantóbb, mint a közúti forgalom vagy a repülőgépek zaja azonos szinten”.

Tehát itt a kérdés: mit tehetünk ellene? Az egyik megoldás az új építőanyagok használata: „A bűnös a felfelé mozgó ventilátormozgás” - magyarázta Reza Ghaffarivardavagh, a Bostoni Egyetem Gépészmérnöki Tanszékének akkori doktorandusza 2019-ben. Xin Zhang professzorral együtt nemrég tervezett egy új „akusztikus metaanyagot”, amely 94 százalékkal csillapíthatja a hangot – és azt mondta, „ha hangtompító nyitott struktúrákat tudunk elhelyezni a drónventilátorok alatt, akkor kiolthatjuk a föld felé sugárzó hangot.”

Alternatív megoldás azonban magának a drónnak a kialakításának adaptálása lenne – és itt jön be az új tanulmány.

Nem tudom, hogy da Vinci pontosan miért tervezte csavarnak, de meg kell jegyeznünk, hogy az ő idejében nem létezett repülő gép.

„Különböző légcsavarformákat vizsgáltunk az aeroakusztikus zaj csökkentése érdekében” - mondja Suryansh Prakhar, a Johns Hopkins Egyetem Áramlásfizikai és Számítási Laboratóriumának PhD hallgatója és az új cikk vezető szerzője.

„Míg a drónokkal történő élelmiszer- és csomagszállítás növekszik, az aeroakusztikus zaj továbbra is az egyik olyan probléma, amely megakadályozza széles körű használatukat a sűrűn lakott területeken” - mondja az IFLScience-nek.

Ősi megoldás

Furcsának tűnhet, hogy a 15. századhoz fordulunk a dróntervekhez – de ha van valaki, aki megtehette volna, az Leonardo da Vinci. És oké, bevallottan a polihisztor zseni nem értette meg teljesen az ötletet – de a „légcsavarról” készült vázlatai, bármennyire is bizarrnak tűnnek a modern szemmel, valóban „a légcsavar egyik legkorai vázlata” - magyarázza Prakhar.

A légcsavar – nos, nagyjából az, aminek hangzik: egy óriási csavar, amelyet felhajtóerő és ideális esetben repülés generálására terveztek. „Nem vagyok biztos abban, hogy da Vinci pontosan miért tervezte csavarnak” - mondja Prakhar az IFLScience-nek -, de meg kell jegyeznünk, hogy az ő idejében nem létezett repülő gép.

„A légcsavarja hasonló tulajdonságokkal rendelkezik, mint az Arkhimédész csavarja, de nem ismerem a történelmi kontextust, hogy megmondjam, hogy da Vinci tudott-e az Arkhimédész csavarjáról, vagy inspirálta-e” - teszi hozzá.

Furcsán néz ki, de technikailag működhetett volna: „az antennacsavar forgó mozgásának emelést kell generálnia és generál, ezáltal érvényesítve da Vinci tervezésének általános koncepcióját” - mutat rá a tanulmány. Csak egy probléma van: „da Vinci eredeti ötlete megkövetelte, hogy az emberek egy oszlop körül futva forgassák el a csavart” – magyarázza Prakhar. „[Ez] nem működött volna” a való életben.

Ennek ellenére Leonardo furcsa tervének még lehetnek előnyei. „Érdekelt minket da Vinci csavarjának mechanikai ereje és aeroakusztikus zajjellemzői” - mondja Prakhar. „Kíváncsiak voltunk, hogyan viszonyul a hagyományos légcsavarokhoz.”

És az igazán meglepő rész? A „több évtizedes katonai és fogyasztói kutatás-fejlesztés” és „egy magányos, 15. századi végzettségű hajtókar, aki soha életében nem látott repülő gépet” közötti leszámolásban... úgy tűnik, Leonardo nyert.

Tanulás a múltból

Leonardo csavarjának vizsgálata is absztrakt módon zajlott. A csapat 3D-ben modellezte – „A légcsavaros kialakításunk az Elico-n alapul” – mondja Prakhar, utalva a Marylandi Egyetem hallgatói által még 2020-ban készített Leonardo által ihletett spirális hajtóművekre –, és az így kapott áramlást és aeroakusztikát matematikailag, nem pedig kísérletezéssel számította ki.

Nem ideális, ha a cél a tökéletes légi csavaros drón megépítése és megalkotása – de elég jó ahhoz, hogy kitaláljuk, melyik kialakításnak van nagyobb mechanikai ereje és alacsonyabb zajszintje. „Egy adott terhelés esetén a légcsavar mindkét mérőszám jobb teljesítményt mutat” - mondja Prakhar az IFLScience-nek.

Ennek oka egyszerű fizika. Mivel a légcsavar nagyobb felülettel rendelkezik, lassabban mozog, hogy ugyanazt az emelést hozza létre, ezért kevesebb energiát igényel. Minden irányban csendesebb is; a zaj, amit ad, alacsonyabb hangú, és a spirális alakjából kipörgő örvényeknek köszönhetően gyorsabban is eloszlik.