萊昂納多於1486-1490年間繪製了Ms B 83v圖紙，其中就包括這一空中螺旋槳設計。圖片來源：Luc Viatour/Wikipedia
哪怕只是粗略地研究一番萊昂納多·達文西（Leonardo da Vinci）——這位在文藝復興時期創作了《蒙娜麗莎》（Mona Lisa）和《最後的晚餐》（The Last Supper）的博學者，你就能發現，他筆下的許多理論構想，其誕生時間比工程師真正製造出類似機器早了幾個世紀。他的筆記本里寫滿了各種奇思妙想：能夠在空中或水下旅行的機器、革新性的武器設計，甚至還有自動行駛的車輛。
如今，當我們更深入解讀達文西手稿後發現，其中一些草圖依然具有超越其美學和歷史價值的意義。
例如，曾有這樣一個事例：一位英國牙醫在達文西著名的《維特魯威人》（Vitruvian Man）雕像中發現了一種隱藏的新形狀。據IFLScience報道，美國約翰·霍普金斯大學（Johns Hopkins University）機械工程系在預印本文庫arXiv上發表的一篇新論文指出，達文西設計的一種飛行器可能藏着製造出更安靜、更高效無人機的秘訣。
比克堡直升機博物館收藏了萊昂納多·達文西設計的螺旋直升機模型。
圖片來源： Matthias Stäblein/Wikipedia
「萊昂納多·達文西在15世紀構想的空中螺旋槳，是最早能產生升力的旋轉飛行概念之一，」該論文作者在開篇摘要中指出。達文西的上述設計曾在眾多教科書和博物館展品中被復刻呈現，其特徵是一個獨特的螺旋推進器，設計初衷是由人力在其底部轉動裝置來實現飛行。
古老手稿，現代難題
論文作者在談到這一設計時錶示：「儘管它具有重要的歷史意義……但這種旋翼的空氣動力學和空氣聲學性能，卻鮮有科學上的關注。」而正是對空氣聲學的考量，促使這些研究人員試圖為達文西的設計找到極具現代意義的應用。
在無人機技術風靡一時的年代，一些科技公司的高管曾信誓旦旦地承諾，我們將生活在一個由無人機送貨的烏托邦里，然而時至今日，我們還並未身處這樣的世界。這篇論文的作者之一，博士研究生蘇里安什·普拉卡爾（Suryansh Prakhar）對這一願景為何未能實現提出了自己的看法。
普拉卡爾告訴 IFLScience：「雖然使用無人機運輸食物和包裹的業務正在不斷發展……但氣動聲學噪聲依然是限制其在人口密集地區廣泛應用的一大難題。」
設計師：Soldatini Alberto Mario (progettista), Somenzi Vittorio (progettista)
圖片來源：Catalogo collezioni (in it). Museoscienza.org. Museo nazionale della scienza e della tecno
跨越500年的競賽
直接用達文西的空中螺旋槳設計，作為解決這一問題的方法，或許會讓一些人感到不可思議。但事實上，這並不是研究者第一次將這位博學者的直升機設計應用到現代無人機上。
早在2020年，垂直飛行協會（Vertical Flight Society）在其年度學生設計大賽中發起了一項挑戰，要求參賽者重新構想達文西的空中螺旋槳設計。最終獲勝的方案是美國馬利蘭大學（University of Maryland）的Elico。這是一款「全自動載人四旋翼飛行器」，它在達文西的設計基礎上進行了改進，採用錐形空中螺旋槳為飛行器提供全部升力、推力和控制。
在他們的靜音無人機實驗中，約翰·霍普金斯大學的團隊利用直接數值模擬分析了現代化的達文西螺旋槳設計在一系列雷諾數（流體動力學研究中使用的無量綱量）下的氣動力和聲發射特性。隨後，他們將結果與現代無人機設計中常用的傳統雙葉旋翼進行了比較。
他們發現，雖然達文西的螺旋槳比起雙葉旋翼「升力係數更低」——在這一點上，貝爾直升機的發明者亞瑟·M.楊（Arthur M. Young）設計的旋翼更勝一籌——但這種空中螺旋槳「……在產生相同的淨升力時，需要的機械功率明顯更少，所產生的聲壓強度也低得多」。
亞瑟·M.楊正控制其創造的雙葉旋翼直升機模型。
圖片來源：Florida Memory, Public domain, via Wikimedia Commons
無人機的未來
該研究指出，「螺旋槳巨大的浸潤面積和較低的轉速」是這些優勢的主要原因，同時也承認「該設計本身並未針對性能進行優化」。
最後，這篇尚未經過同行評審的論文並沒有建議將所有無人機的雙葉旋翼全部替換為這位著名藝術家筆記本上的設計。相反，它利用這些數據證明了「非傳統的旋翼幾何形狀在噪聲敏感型應用中的潛在益處」。
因此，無人飛行的未來並非完全掌握在達文西於文藝復興盛期所做的計算中，真正的答案或許來自於我們學習達文西那種非凡的能力——勇於跳出思維定式，大膽嘗試非傳統的理念。
原文連結：
https://www.popularmechanics.com/science/a65529376/leonardo-da-vinci-drones/
