Leonardo wraca do gry. Renesansowy wynalazek lepszy niż współczesna technologia?
Nowoczesne symulacje komputerowe sugerują, że zaprojektowana przez Leonarda da Vinci w XV w. „śruba powietrzna” mogłaby rzeczywiście działać. Badacze z Johns Hopkins University przeanalizowali jej aerodynamikę i emisję hałasu – zaskakujące wyniki mogą mieć praktyczne zastosowanie
Leonardo stworzył szkic spiralnej maszyny około 1480 r. Jej kształt przypominał poziomo ustawioną śrubę Archimedesa. Choć nigdy jej nie zbudowano, pomysł ten zaintrygował współczesnych inżynierów. Zespół Rajata Mittala z Johns Hopkins University przeprowadził zaawansowane symulacje numeryczne, aby sprawdzić, jak ten nietypowy wirnik zachowuje się w ruchu i jaką generuje emisję dźwięku.
Badacze przygotowali trójwymiarowy model wirnika, oparty na wcześniejszych analizach technicznych.Konstrukcja składała się z pojedynczego zwoju spirali, który zwężał się ku górze – jego górna krawędź miała połowę szerokości podstawy.
Symulacje obejmowały przepływ powietrza przy różnych liczbach Reynoldsa (od 2000 do 8000), odpowiadających różnym warunkom aerodynamicznym. Wyniki porównano z parametrami klasycznego dwupłatowego wirnika, stosowanego w wielu dronach.
Ciszej i oszczędniej kosztem siły nośnej
Zespół spodziewał się, że projekt sprzed 600 lat wypadnie znacznie gorzej niż nowoczesne konstrukcje. Wyniki okazały się zaskakujące.
Choć klasyczny wirnik wytwarzał siłę nośną nawet o 137,5 proc. większą, spiralna śruba da Vinci wymagała znacznie mniej mocy do uzyskania tej samej siły unoszącej. Kluczowym czynnikiem była większa powierzchnia wirnika oraz jego wolniejsze obroty.
„Większa powierzchnia wirnika pozwala uzyskać tę samą siłę nośną przy niższej prędkości obrotowej, co skutkuje niższą emisją hałasu” – wyjaśniają autorzy badania.
To właśnie w kwestii hałasu spiralna konstrukcja da Vinci wypada wyjątkowo dobrze. Analiza wykazała, że przy tej samej sile nośnej „śruba powietrzna” generuje znacznie mniejsze natężenie dźwięku – zarówno w paśmie tonalnym, jak i szerokopasmowym. Cicha praca to efekt spiralnej geometrii, która redukuje zakłócenia wynikające z nakładania się wirów wytwarzanych przez kolejne łopaty, typowe dla tradycyjnych śmigieł.
Cicha spiralna rewolucja?
Dodatkową zaletą spiralnej konstrukcji jest ograniczenie zjawiska tzw. blade-vortex interaction (BVI) – jednego z głównych źródeł drażniącego świstu dronów. Jednocześnie analiza wykazała, że duża część powierzchni wirnika nie generuje istotnej siły nośnej, co ogranicza jego efektywność jako napędu głównego.
Zespół Mittala planuje obecnie modyfikację konstrukcji spiralnej, tak aby zwiększyć jej efektywność bez utraty kluczowej zalety – cichej pracy. W dalszej kolejności przewidywane są testy w warunkach rzeczywistego lotu oraz analiza stabilności konstrukcji tak nietypowego wirnika.
Wraz z rosnącym wykorzystaniem dronów w przestrzeni miejskiej – od dostaw po akcje ratunkowe – coraz większego znaczenia nabiera to, by działały możliwie jak najciszej. Typowe wielołopatowe śmigła generują intensywny dźwięk, który bywa uciążliwy dla ludzi i zwierząt. Z tego powodu inżynierowie coraz chętniej sięgają po alternatywne geometrie, inspirowane naturą lub historycznymi projektami.
Badania zespołu Mittala pokazują, że pomysł sprzed 500 lat może znaleźć zastosowanie we współczesnych technologiach niskoszumowych. „To nie jest jeszcze gotowe rozwiązanie – ale warto eksplorować nietypowe koncepcje, jeśli mogą pomóc ograniczyć hałas i zużycie energii” – podsumowują naukowcy.
⸻
Źródło:Prakhar, S., Seo, J.-H., & Mittal, R. (2025). Aerodynamics and Aeroacoustics of da Vinci’s Aerial Screw. arXiv:2506.10223v1 [physics.flu-dyn], https://arxiv.org/abs/2506.10223