莱昂纳多于1486-1490年间绘制了Ms B 83v图纸，其中就包括这一空中螺旋桨设计。图片来源：Luc Viatour/Wikipedia 



哪怕只是粗略地研究一番莱昂纳多·达芬奇（Leonardo da Vinci）——这位在文艺复兴时期创作了《蒙娜丽莎》（Mona Lisa）和《最后的晚餐》（The Last Supper）的博学者，你就能发现，他笔下的许多理论构想，其诞生时间比工程师真正制造出类似机器早了几个世纪。他的笔记本里写满了各种奇思妙想：能够在空中或水下旅行的机器、革新性的武器设计，甚至还有自动行驶的车辆。

如今，当我们更深入解读达芬奇手稿后发现，其中一些草图依然具有超越其美学和历史价值的意义。

例如，曾有这样一个事例：一位英国牙医在达芬奇著名的《维特鲁威人》（Vitruvian Man）雕像中发现了一种隐藏的新形状。据IFLScience报道，美国约翰·霍普金斯大学（Johns Hopkins University）机械工程系在预印本文库arXiv上发表的一篇新论文指出，达芬奇设计的一种飞行器可能藏着制造出更安静、更高效无人机的秘诀。


比克堡直升机博物馆收藏了莱昂纳多·达芬奇设计的螺旋直升机模型。

图片来源： Matthias Stäblein/Wikipedia 

“莱昂纳多·达芬奇在15世纪构想的空中螺旋桨，是最早能产生升力的旋转飞行概念之一，”该论文作者在开篇摘要中指出。达芬奇的上述设计曾在众多教科书和博物馆展品中被复刻呈现，其特征是一个独特的螺旋推进器，设计初衷是由人力在其底部转动装置来实现飞行。

古老手稿，现代难题

论文作者在谈到这一设计时表示：“尽管它具有重要的历史意义……但这种旋翼的空气动力学和空气声学性能，却鲜有科学上的关注。”而正是对空气声学的考量，促使这些研究人员试图为达芬奇的设计找到极具现代意义的应用。

在无人机技术风靡一时的年代，一些科技公司的高管曾信誓旦旦地承诺，我们将生活在一个由无人机送货的乌托邦里，然而时至今日，我们还并未身处这样的世界。这篇论文的作者之一，博士研究生苏里安什·普拉卡尔（Suryansh Prakhar）对这一愿景为何未能实现提出了自己的看法。

普拉卡尔告诉 IFLScience：“虽然使用无人机运输食物和包裹的业务正在不断发展……但气动声学噪声依然是限制其在人口密集地区广泛应用的一大难题。”


设计师：Soldatini Alberto Mario (progettista), Somenzi Vittorio (progettista)

图片来源：Catalogo collezioni (in it). Museoscienza.org. Museo nazionale della scienza e della tecno

跨越500年的竞赛

直接用达芬奇的空中螺旋桨设计，作为解决这一问题的方法，或许会让一些人感到不可思议。但事实上，这并不是研究者第一次将这位博学者的直升机设计应用到现代无人机上。

早在2020年，垂直飞行协会（Vertical Flight Society）在其年度学生设计大赛中发起了一项挑战，要求参赛者重新构想达芬奇的空中螺旋桨设计。最终获胜的方案是美国马里兰大学（University of Maryland）的Elico。这是一款“全自动载人四旋翼飞行器”，它在达芬奇的设计基础上进行了改进，采用锥形空中螺旋桨为飞行器提供全部升力、推力和控制。

在他们的静音无人机实验中，约翰·霍普金斯大学的团队利用直接数值模拟分析了现代化的达芬奇螺旋桨设计在一系列雷诺数（流体动力学研究中使用的无量纲量）下的气动力和声发射特性。随后，他们将结果与现代无人机设计中常用的传统双叶旋翼进行了比较。

他们发现，虽然达芬奇的螺旋桨比起双叶旋翼“升力系数更低”——在这一点上，贝尔直升机的发明者亚瑟·M.杨（Arthur M. Young）设计的旋翼更胜一筹——但这种空中螺旋桨“……在产生相同的净升力时，需要的机械功率明显更少，所产生的声压强度也低得多”。


亚瑟·M.杨正控制其创造的双叶旋翼直升机模型。

图片来源：Florida Memory, Public domain, via Wikimedia Commons

无人机的未来

该研究指出，“螺旋桨巨大的浸润面积和较低的转速”是这些优势的主要原因，同时也承认“该设计本身并未针对性能进行优化”。

最后，这篇尚未经过同行评审的论文并没有建议将所有无人机的双叶旋翼全部替换为这位著名艺术家笔记本上的设计。相反，它利用这些数据证明了“非传统的旋翼几何形状在噪声敏感型应用中的潜在益处”。

因此，无人飞行的未来并非完全掌握在达芬奇于文艺复兴盛期所做的计算中，真正的答案或许来自于我们学习达芬奇那种非凡的能力——勇于跳出思维定式，大胆尝试非传统的理念。

原文链接：

https://www.popularmechanics.com/science/a65529376/leonardo-da-vinci-drones/