Una hélice toroidal es un tipo de hélice que tiene forma de anillo y cada pala forma un bucle cerrado. Las hélices son significativamente más silenciosas en rangos de frecuencia audibles , entre 20 Hz y 20 kHz, al tiempo que generan un empuje comparable al de las hélices tradicionales. En la práctica, las hélices toroidales reducen la contaminación acústica tanto en la aviación como en el transporte marítimo . [1]
En los siglos posteriores a la invención del tornillo de Arquímedes , los avances en el diseño de hélices condujeron a la hélice marina toroidal, descrita entonces como una hélice con "palas dobles". Fue inventada a principios de la década de 1890 por Charles Myers de Manchester, afiliado a Fawcett, Preston and Company . [2] El diseño se probó con éxito en varios remolcadores de vapor y transbordadores de pasajeros ingleses de la época. [3]
En la década de 1930, Friedrich Honerkamp patentó un ventilador toroidal, [4] y Rene Louis Marlet patentó una hélice toroidal para aviones. [5] La hélice marina fue patentada nuevamente a fines de la década de 1960 por el ingeniero australiano David B. Sugden, afiliado a Robbins Company de Seattle. [6] En general, la categoría relevante de la Clasificación Cooperativa de Patentes , B63H1/265 Palas, cada pala está constituida por una superficie que encierra un espacio vacío, por ejemplo, formando un bucle cerrado , presenta más de 160 patentes en 120 años en todo el mundo a partir de 2024. [7]
La tecnología fue adaptada para la dinámica de fluidos en la década de 2010 por Gregory Sharrow con bucles retorcidos en lugar de palas tradicionales. Él patentó hélices que abordaron problemas con la propulsión rotatoria a través de la reducción de la cavitación de la punta y los vórtices para aumentar el rendimiento en los barcos . [8] Sharrow Marine argumentó que los beneficios de un menor consumo de combustible , una mayor eficiencia y una reducción del ruido son aún mayores en el agua. [9] Su hélice MX fue reconocida como una de las "Mejores invenciones de 2023" de la revista Time por ser más eficiente y más silenciosa que las hélices de barco estándar. [10]
El diseño distribuye los vórtices generados por la hélice a lo largo de toda su forma, lo que significa que el ruido se distribuye y amortigua más rápidamente sin necesidad de componentes que añadan peso para aumentar la potencia total. [9] Tiene similitudes con el ala cerrada , que tiene forma anular y, por lo tanto, distribuye los vórtices generados a lo largo de toda la forma en lugar de solo en la punta. Esto disminuye la probabilidad de que la hélice giratoria se enganche en objetos o corte superficies. [11]
Se ha demostrado que las hélices de drones fabricadas según este principio emiten una frecuencia entre 1 y 5 Hz, que está fuera del espectro audible para los humanos. [12]
Las hélices toroidales son las más utilizadas en las industrias de la aviación y marítima. En los drones se utilizan con empujes comparables a las hélices de drones multirotor, y en los barcos con un notable aumento de la eficiencia. Debido a su frecuencia inaudible, las hélices también se han asociado con protocolos de despegue y aterrizaje silenciosos y aeronaves furtivas . También se ha considerado el uso de vehículos aéreos no tripulados como Amazon Prime Air , drones valkyrie, drones tolerantes a colisiones y drones de carga. [11]