cómo las hélices toroidales podrían impactar en los sectores aéreos + marinos

 

Ideadas por primera vez por Arquímedes en el año 200 a. C., las hélices son dispositivos mecánicos. Están compuestos por varias palas que giran a alta velocidad para permitir que un avión o un vehículo acuático se desplace. Los humanos han estado optimizando estos motores durante siglos. Sin embargo, los cambios parecen haberse estancado en los últimos 100 años, empujando a varias empresas e instituciones a probar nuevas iteraciones, conocidas como hélices toroidales, que podrían revolucionar los sectores aéreos y marítimos, específicamente en el rendimiento de drones y barcos.

 

El Laboratorio Lincoln del MIT y la empresa estadounidense Sharrow Marine tomaron las dos características más desafiantes de los rotores tradicionales (su zumbido y su eficiencia obsoleta) para proponer hélices retorcidas en forma de toroide que reducen drásticamente el ruido y maximizan el rendimiento sin desperdiciar energía. Así es como cada equipo diseñó sus modelos.

hélices toroidales convierten drones y barcos en máquinas silenciosas
Hélice Sharrow MX™ | imagen cortesía de Sharrow Marine

 

 

la tecnología de hélices de sharrow marine

 

En cuanto a la hidrodinámica, Sharrow Marine ha desarrollado una gama de hélices. Estas hacen avanzar significativamente la tecnología de rotores, que se detuvo después de la década de 1830. Diseñados como bucles retorcidos en lugar de palas tradicionales, los dispositivos han «resuelto el problema más básico de la propulsión rotatoria. Específicamente, la cavitación y los vórtices de la punta se han eliminado o reducido significativamente, transformando toda su experiencia de navegación», explica la empresa.

 

Al disminuir e incluso eliminar la cavitación y los vórtices de la punta, los modelos Sharrow también reducen drásticamente el ruido y la pérdida de energía cuando un barco navega en aguas abiertas. Los beneficios adicionales incluyen un 50% más de empuje inverso. También, ofrecen un 30% más de alcance, menos vibración y el doble de velocidad a RPM de rango medio. Al poner a prueba sus productos, Sharrow demuestra en el siguiente video la gran diferencia en la producción de ruido entre una hélice estándar y su diseño toroidal.

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Sharrow NX™ Inboard | imagen cortesía de Sharrow Marine

 

El Sharrow MX™ es adecuado para motores fuera de borda, de 150 a 450 HP. El Sharrow NX™ está disponible para aplicaciones internas (de 25 a 60 pulgadas de diámetro). Asimismo, el Sharrow CX-1™ Duo Propeller es un modelo exclusivo disponible para los constructores de embarcaciones a través de programa propio de la empresa. Sharrow utiliza máquinas CNC para producir sus modelos de acuerdo con la fabricación a nivel industrial de motores fuera de borda/interior.

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Sharrow CX-1™ Duo Propeller | imagen cortesía de Sharrow Marine

 

 

diseño ganador de rotor para drones del laboratorio lincoln de MIT

 

Pasando del agua al aire, un equipo de investigadores del MIT Lincoln Laboratory propuso un prototipo de hélice toroidal entre los ganadores de 2022 de los premios R&D 100. Construido como un diseño cerrado y retorcido, el invento del MIT permite que aeronaves multirrotor sin piloto, como los drones, conocidos por su molesto zumbido, vuelen casi sin hacer ruido. «Al habilitar un dron que genera menos molestias acústicas, esta hélice puede acelerar la aceptación de dicho avión para una amplia gama de usos, por ejemplo, entregas aéreas, cinematografía, inspecciones industriales o de infraestructura y monitoreo agrícola», escribe el equipo LL del MIT.

 

El prototipo toroidal con cancelación de ruido surgió cuando el Dr. Thomas Sebastian, miembro senior del Grupo de Ingeniería de Fluidos Térmicos y Estructurales del laboratorio, probó un avión silencioso impulsado por «viento iónico». En un video de demostración reciente compartido en la cuenta de Twitter de la institución, Sebastian explica:

 

 

 

 

«Las hélices, como sabemos, son bastante ruidosas. Y podemos mirar las alas para ver cómo funcionan. Antes, cuando a la gente se le ocurrían todo tipo de ideas locas para los aviones a principios del siglo XX y durante la Segunda Guerra Mundial, había un par de diseños que eran básicamente estas alas anulares. Así que me preguntaba cómo se vería si tomaras un ala anular y convirtieras algo así en una hélice. Se nos ocurrió este concepto inicial de usar una forma toroidal, esta forma de ala anular, para hacer una hélice más silenciosa. Un interno mío, absolutamente fenomenal, tuvo la idea. Tomó el concepto y creó un montón de iteraciones usando impresoras 3D.»

 

hélices toroidales convierten drones y barcos en máquinas silenciosas
Hélices toroidales premiadas del LL MIT | imagen © Glen Cooper vía MIT Lincoln Laboratory

 

 

El resultado es una increíble reducción del ruido. Este podría alcanzar una frecuencia de 1 a 5 Hz. Como consecuencia, el movimiento de vuelo del dron suene como un silbido distante en lugar de un zumbido molesto. Y la razón detrás de eso es el diseño de torsión inusual que propaga vórtices. «La clave que pensamos que era hacer que las hélices fueran más silenciosas fue el hecho de que ahora estás distribuyendo los vórtices que genera la hélice en toda su forma, en lugar de solo en la punta. Lo que luego hace que se disipe más rápido en la atmósfera. Ese vórtice no se propaga tan lejos, por lo que es menos probable que se escuche», continúa Sebastian.

 

Si bien aún es experimental, la promesa de tales hélices toroidales podría enviarse para la producción en masa en servicios aéreos comerciales, incluidas entregas aéreas, cinematografía, inspecciones industriales o de infraestructura y monitoreo agrícola.

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imagen cortesía del Laboratorio Lincoln del MIT