環形螺旋槳低噪低阻力 將徹底改變航空與水運推進系統

環形螺旋槳低噪低阻力 將徹底改變航空與水運推進系統
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安裝環形螺旋槳的4軸飛行器。(圖/MIT)

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不管是飛機、直升機,或是水上航行的船隻,都使用螺旋槳來推動空氣或水流來前進,在經過演化之後,又有各種新的變形,包括「旋翼」、「槳葉」或「風扇」,原理都相似。不過螺旋槳的末端會與介質產生巨大的振動,也就造成明顯的噪聲,這是槳葉切過介質而造成的,現在,一種環形的螺旋槳已被髮明,它沒有末端,也就不會造成明顯的風切(或水切),噪音立即小了很多,這種新一代的螺旋槳,可能將徹底改變航空、航運的遊戲規則。

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中國童玩竹蜻蜓,是最早的螺旋槳。(圖/shutterstock)

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在法國羅浮宮收藏,繪於15世紀的「聖母與聖子」,小耶穌拿着竹蜻蜓,另一手拿着纏繩。(圖/網路)

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用在船隻的環形螺旋槳。(圖/MIT)

新阿特拉斯(New Altas)報導,螺旋槳是誰發明的?或許是中國人。2400年前就出現的中國童玩「竹蜻蜓」,是首次利用旋轉而飛行的物體,西晉的道士葛洪,在《抱朴子》一書中提到了竹蜻蜓。大約是在中世紀後期,竹蜻蜓隨着絲綢之路傳到了西歐,許多藝術家(同時也是工匠與發明家)立即着迷這種會飛的小童玩。法國羅浮宮收藏的一副作畫於15世紀,作者不明的聖母與聖子畫像中,年幼的耶穌拿着竹蜻蜓在把玩。 到了18世紀,有了蒸氣機之後,用螺旋槳來推進船隻的設想終於具體化,最早應用螺旋槳推進的是迷你潛水艇,之後應用到船舶,取代了明輪船。到了1903年,萊特兄弟在風洞中開發出第一具航空螺旋槳,開始推進飛機起飛。

現在也該到了下一階段的進步,麻州理工學院林肯實驗室(MIT Lincoln Laboratory)的靜音離子推進飛機團隊,發明了形狀奇特的環形螺旋槳,將是航空和海洋領域的革命性進步。它有兩大好處,首先效率有了明顯的提升,運行的聲音,其次比傳統螺旋槳安靜得多。

MIT的湯馬斯‧塞巴斯汀博士(Thomas Sebastian)說:「我們可以看看機翼,機翼末稍的氣流會出現渦流,會影響升力,也加了一些阻力,這一直都是個航空問題。大約在第二次世界大戰期間,就有人提出環形機翼的概念,就不會出現渦流。」

塞巴斯汀繼續說:「我們思考了環形機翼形狀的概念,然後希望能製造出更安靜的螺旋槳。我有一個非常了不起的實習生,他一直在推動這個想法。並使用3D 列印機,將它做了出來,經過多次迭代,終於有了滿意的成果。」

在測試影片中,螺旋螺旋槳的運作聲音,更像是一陣急促的微風,而不是螺旋槳種尖銳的聲音。

塞巴斯汀說:「我們認爲讓螺旋槳更安靜的關鍵是,將螺旋槳產生的渦流分佈到整個形狀,而不是僅僅在尖端。這使得它在空氣中消散得更快。渦流不會傳播那麼遠,聲音也就不明顯了。」

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當然,它並不好製作,是一種是相當複雜的形狀,因此只能用3D列印來製作,所幸現在已相當普及,成本也不再是問題。

研究團隊正爲環形螺旋槳申請了專利,雖然尚不清楚是否有將其商業化的計劃,但MIT似乎準備將它授權給感興趣的製造商。

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