Il crescente utilizzo dei droni in ambito ricreativo, per consegne pacchi, fotografia, interventi di emergenza e altri scopi deve affrontare numerose sfide. Tra queste, l’inquinamento acustico prodotto è una delle più delicate (leggi di più qui) e rischia di diventare un vero e proprio problema per lo sviluppo in ambito AAM, ossia tutti quei servizi aere innovativi che in futuro coinvolgeranno sempre di più le nostre città. Al momento i Paesi dove il fastidio per il rumore dei droni è più “sentito” sono USA, Canada e Regno Unito.
Per trovare una soluzione a questo problema, un gruppo di ricerca guidato da Rajat Mittal, professore di ingegneria meccanica presso la Johns Hopkins Whiting School of Engineering, si è ispirato al genio di Leonardo da Vinci. Il team ha esaminato il disegno della cosiddetta vite aerea di Leonardo, un design datato 500 anni fa che può essere considerato un precursore dell’elicottero moderno. Non è la prima volta che l’incredibile idea del genio di Leonardo viene collegata ai droni, visto che già quasi 2 anni fa vi parlammo del progetto Crimson Spin, relativo a un drone con delle eliche strutturate come un cavatappi ribaltato.
La ricerca del gruppo, finanziata dall’U.S. Army Research Office e intitolata “Aeroacoustics of Unconventional Drone Rotors – From Leonardo da Vinci’s Designs to Toroidal Loops”, è stata presentata al 76° Meeting Annuale della Division of Fluid Dynamics a Washington D.C. con l’obiettivo di combinare l’ispirazione storica con le moderne simulazioni al computer, allo scopo di concepire un drone più silenzioso. Il team, formato da Mittal, Jung-Hee Seo, professore associato di ingegneria meccanica, e Suryansh Prakhar, candidato al dottorato in ingegneria meccanica, era a conoscenza delle ricerche che esplorano eliche a forma di anello, meno rumorose delle eliche tradizionali con le loro pale piatte e sottili e bordi inclinati.
Per scoprire se la struttura dell’elica di Da Vinci potesse essere più silenziosa delle eliche ad anello, il gruppo di ricerca ha creato un modello 3D basandosi su un progetto precedentemente realizzato da studenti di ingegneria aerospaziale dell’Università del Maryland. Grazie a un software di simulazione chiamato ViCar3D, il gruppo ha potuto prevedere la velocità dell’aria intorno all’elica e i pattern di pressione.
Utilizzando la formulazione di Farassat, una teoria sviluppata da uno scienziato della NASA alla fine degli anni ’70 per prevedere i livelli sonori basati su modelli di flusso d’aria simulati, il team è riuscito a calcolare il rumore prodotto dall’elica di Da Vinci a cinque metri di distanza dalle pale, confrontandolo con il rumore prodotto dalle eliche tradizionali stesse condizioni.
I risultati hanno dimostrato che l’elica di Da Vinci produce molto meno rumore per la stessa quantità di sollevamento generata rispetto all’elica tradizionale, sebbene in generale la sua efficienza aerodinamica sia inferiore. I risultati suggeriscono quindi che questa forma delle pale può essere utile per applicazioni in cui la riduzione del rumore è più importante dell’efficienza aerodinamica.
Il team prevede ora di condurre ulteriori simulazioni per modellare i livelli di rumore delle eliche quando i droni sono più grandi e funzionano a velocità più elevate.
