Donutvormige propeller kan zorgen voor veel stillere drones

Een radicaal nieuw propellerontwerp kan drones in potentie een stuk stiller maken. Met als gevolg een verbeterde acceptatie van drones in de openbare leefomgeving. Dat stellen onderzoekers verbonden aan het MIT Lincoln Lab. Hun toroïdale propeller zorgt voor minder luchtwervelingen, terwijl de prestaties vergelijkbaar zijn met die van een gewone propeller. De propellers zijn alleen lastiger te fabriceren.

Donutvormig

“Propellers zijn, zoals we weten, behoorlijk luidruchtig”, zegt dr. Thomas Sebastian, een senior medewerker van de Structural and Thermal-Fluids Engineering Group van het Lincoln Lab. “Toen mensen in de vroege jaren 1900 en tijdens de Tweede Wereldoorlog met allerlei gekke ideeën voor vliegtuigen kwamen, ontstonden er een paar ontwerpen die in feite neerkwamen op ringvormige vleugels. Ik vroeg me af wat er zou gebeuren als je zo’n ringvleugel zou nemen en die in een propeller zou veranderen. Dat leidde tot ons donutvormige propellerontwerp.”

De stille toroïdale propeller bestaat uit twee bladen die in een lus lopen zodat de punt van het ene blad terugbuigt in het andere. Dankzij deze gesloten vorm ontstaan er minder luchtwervelingen aan de propelleruiteinden. Dat heeft tot gevolg dat de propellers een stuk stiller zijn en een veel acceptabeler geluid produceren. In plaats van het kenmerkende, zeurderige geluid dat de meeste consumentendrones maken, klinkt deze propeller meer als een ruisende bries.

Diverse ontwerpen

Het team maakte gebruik van 3D-printers om diverse experimentele propellerontwerpen te realiseren. Na een paar pogingen vond het team een ontwerp dat niet alleen het algehele geluidsniveau bij een bepaald stuwkrachtniveau verminderde, maar vooral het geluid in het bereik van 1-5 kHz. Dat is precies het frequentiegebied dat als onaangenaam wordt ervaren als het gaat om geluidoverlast door drones.

“Dankzij de toroïdale propeller kunnen luchtvaartuigen met meerdere rotoren stiller werken dan de huidige generatie drones die propellervormen gebruiken die sinds het begin van de luchtvaart ongewijzigd zijn gebleven”, aldus dr. Sebastian. “Door een drone mogelijk te maken die minder akoestisch hinderlijk is, kan deze propeller de acceptatie van drones voor een breed scala aan toepassingen versnellen, bijvoorbeeld voor leveringen vanuit de lucht, cinematografie, industriële of infrastructuurinspecties en landbouwmonitoring.”

Iets duurder

De donutvormige propeller heeft als nadeel dat het om vrij complexe vormen gaat, dus ze zijn veel moeilijker te vervaardigen dan gewone propellers. Maar mogelijk biedt 3D-printtechniek uitkomst. En ook al zouden de propellers twee of drie keer zo duur zijn, dan nog zou de totaalprijs van een drone amper hoger worden.

Het is in dit stadium onduidelijk of de donutvormige propeller ook geschikt zou kunnen zijn voor de aandrijving van fixed-wing drones of zelfs elektrische VTOL-luchttaxi’s. Die laatste zijn al beduidend stiller dan helikopters, maar als ze uiteindelijk op grote schaal worden toegepast in het stedelijke luchtruim, dan telt elke decibel aan geluidsreductie.

Het team heeft het ontwerp gepatenteerd en hoewel het niet duidelijk is of er plannen zijn om het te commercialiseren, lijkt MIT bereid om het in licentie te geven aan geïnteresseerde fabrikanten.

(bron: New Atlas)