Nhóm kỹ sư tại Đại học Maryland chế tạo drone 4 cánh quạt với hình dạng xoắn ốc độc đáo và bay thử nghiệm thành công.
Cuối những năm 1480, thiên tài Leonardo da Vinci phác thảo một thiết kế độc đáo cho máy bay trực thăng hoạt động nhờ "đinh vít trên không" - cánh quạt dạng xoắn giống những đường rãnh của đinh vít. Tuy nhiên, khi đó ông đã không thể chế tạo một cỗ máy thực sự hoạt động được.
Thiết kế máy bay của Leonardo da Vinci những năm 1480. (Ảnh: Thư viện Quốc hội Mỹ)
Năm 2019, một nhóm kỹ sư tại Đại học Maryland, Mỹ, nghiên cứu và thử nghiệm ý tưởng trên trên trong một cuộc thi thiết kế. Sau đó, trong khoảng một năm rưỡi qua, thành viên Austin Prete của nhóm đã dành thời gian để phát triển và chế tạo Crimson Spin. Đây là mẫu drone có 4 cánh quạt xoắn giống thiết kế của da Vinci, đã bay thử nghiệm những đoạn ngắn.
"Tôi cực kỳ ngạc nhiên khi nó hoạt động", Prete, nghiên cứu sinh khoa kỹ thuật hàng không vũ trụ của Đại học Maryland, cho biết. Ban đầu, anh cùng các thành viên khác trong nhóm nghi ngờ về tính khả thi. Tuy nhiên, họ ngày càng hào hứng với thiết kế của da Vinci khi một số mô phỏng máy tính và nguyên mẫu in 3D chứng minh tiềm năng của chúng. Prete trình bày kết quả nghiên cứu tại hội nghị Transformative Vertical Flight 2022 ở San Jose, California, diễn ra ngày 25 - 27/1.
Drone Crimson Spin thử nghiệm bay. (Video: Cnet/Austin Prete/Đại học Maryland)
Prete mới chỉ chế tạo một chiếc drone nhỏ, nhưng công nghệ này có thể áp dụng với một chiếc máy bay đủ lớn để chở người. "Tôi tin nó có thể tăng quy mô lên khá nhiều", anh nói.
Khi chế tạo Crimson Spin, Prete hưởng lợi từ những vật liệu mà da Vinci không có. Các vật liệu xây dựng tiên tiến thời Phục Hưng, ví dụ như gỗ và da, quá dày với máy bay. Da Vinci cũng không có hệ thống cung cấp năng lượng nhỏ gọn.
Trong khi đó, Prete có thể sử dụng nhôm, nhựa, động cơ điện, pin và hệ thống điều khiển máy tính giúp hiện thực hóa thiết kế đinh vít trên không. Ngoài ra, anh còn sử dụng thiết kế do máy tính hỗ trợ và phần mềm điện toán động lực học chất lưu để thiết kế các mẫu thử nghiệm và mô phỏng khí động lực học trên máy tính.
Công nghệ drone 4 cánh quạt ngày nay cũng giúp hiện thực hóa thiết kế của da Vinci. Loại drone này di chuyển nhờ những thay đổi tinh tế về tốc độ cánh quạt, khiến máy bay nghiêng theo hướng này hoặc hướng khác. Prete cho biết, sẽ phức tạp hơn nhiều nếu cố chế tạo nguyên mẫu một trục giống trực thăng truyền thống. Tuy nhiên, drone cánh quạt xoắn cũng phải đối mặt với nhiều thách thức, bao gồm trọng lượng lớn của đinh vít trên không và nguy cơ mất ổn định.
Ngoài ra, Prete phát hiện một số yếu tố khí động lực học kỳ lạ có thể đã giúp Crimson Spin bay. Máy bay cánh delta - loại máy bay có cánh lớn hình tam giác như máy bay siêu thanh Concorde - tạo ra một luồng khí xoáy đi qua rìa trước của cánh. Luồng xoáy này tạo ra một vùng áp suất thấp có thể tăng lực nâng. Các mô phỏng cho thấy một luồng khí tương tự hình thành dọc theo rìa ngoài mặt phẳng của đinh vít trên không, cuộn xoáy dọc theo toàn bộ cấu trúc và tạo ra một lực đẩy hướng lên.
Một trong những ảnh hưởng của yếu tố khí động học này là đinh vít trên không tạo ra luồng khí hướng xuống ít hơn so với các cánh quạt truyền thống. Điều đó đồng nghĩa với ít bụi và các vật chất khác bị thổi tung bên dưới. Ngoài ra, thiết kế độc đáo này cũng có thể giúp giảm tiếng ồn.