В конце 1480-х годов Леонардо да Винчи спроектировал вертолёт со спиральным ротором – «воздушным винтом», основанным на идее водяного винта, предназначенного для толкания воздушной струи. Спустя более чем 500 лет команда инженеров из Мэрилендского университета разработала и испытала дрон Crimson Spin, используя дизайн итальянского гения.

Начиная с 2019 года инженеры из Мэрилендского университета работали над дроном, который воплотил бы в жизнь идею Леонардо да Винчи об использовании спиральных роторов в рамках конкурса по созданию аппаратов вертикального взлёта и посадки. Спустя более чем полтора года один из членов команда Остин Прете построил на основе разработанного его коллегами дизайна беспилотный квадрокоптер Crimson Spin. По словам Остина, он был искренне удивлён, что такой дрон способен летать. Сперва Прете и другие инженеры относились к возможности реализации идей Леонардо да Винчи с долей скепсиса, однако их отношение изменилось, когда сразу компьютерная симуляция, а затем и напечатанная на 3D-принтере модель показали подающие надежды результаты. Остин презентовал результаты эксперимента в рамках конференции Transformative Vertical Flight 2022 в Сан-Хосе.

Конференция Transformative Vertical Flight предназначена для демонстрации экзотичных летательных аппаратов, способных взлетать или садиться при нулевой горизонтальной скорости. Крайне маловероятно, что дроны, работающие на основе технологии родом из XV века, в скором времени начнут осуществлять доставку товаров на дом. Однако подобные конференции служат источником вдохновения для компаний вроде Kitty Hawk, Transcend Air, Jaunt, Airbus и пр., которые надеются революционизировать отрасль грузовых и пассажирских перевозок при помощи дронов. Хотя представленный Остином Crimson Spin – это лишь небольшой квадрокоптер, он не исключает, что аналогичная технология сработает и в масштабах аппарата, способного перевозить грузы или людей.

По мнению Остина, создание рабочего летательного аппарата с «воздушным винтом» стало возможным благодаря изобилию материалов, доступных современным инженерам. В эпоху Ренессанса изобретателям приходилось довольствоваться древесиной, натуральными тканями, кожей и пр. материалами, которые были слишком плотными и тяжёлыми для вертолёта. Кроме того, да Винчи не имел в своём распоряжении компактных источников энергии. Тем временем Прете мог использовать лёгкий алюминий, пластик, современные электрические моторчики и аккумуляторы. К тому же при проектировании дрона Crimson Spin он имел возможность создавать виртуальные прототипы аппарата и испытывать их при помощи компьютерных симуляций гидро- и аэродинамики. С их помощью инженеру удавалось находить решения для множества проблем вроде большего, по сравнению с традиционными винтами, веса спирального ротора и его склонности к нестабильному поведению.

Таким образом Остин сумел создать практичное устройство, которое может перемещаться в горизонтальной плоскости при помощи незначительного изменения угла оси пропеллеров. Воплощение идей да Винчи в аппарате с одним несущим винтом было бы гораздо более проблематичным. В большинстве вертолётов управление по крену и тангажу осуществляется при помощи изменения угла атаки отдельных лопастей: трудно представить, как подобный орган управления возможно реализовать на спиральном роторе.

В процессе разработки Crimson Spin Остин отметил, что, вероятнее всего, его способность летать обусловлена необычной аэродинамикой винтов. У внешней кромки роторов образуются вихри, которые ниспадают по конструкции дрона, тем самым «толкая» его вверх. Подобные вихри появляются на верхней плоскости треугольных / дельтовидных крыльев сверхзвуковых самолётов вроде Конкорда: сильные завихрения понижают давление воздуха, увеличивая подъёмную силу. Аэродинамические испытания Crimson Spin и его виртуальных моделей показали, что «воздушный винт» производит меньший скос воздушного потока вниз, чем традиционные пропеллеры. Это значит, что подобные аппараты будут поднимать меньше пыли и грязи при взлёте или посадке, а также, вероятно, будут несколько тише обычных дронов.