当直升机在头顶飞行时，旋转叶片与尾迹相互作用产生的熟悉的whup-whup-whup低频声音淹没了其他一切。随着无人机交付和城市空中机动车辆的普及，这种声音可能更加震耳欲聋。伊利诺伊大学香槟分校（University of Illinois Urbana-Champaign）的研究人员测试了旋转叶片设计的局限性，以找到一种高效但更安静的选择。
“就像固定翼一样，旋翼叶片通常会留下一个非常强大且连贯的叶尖涡，其中角动量浓度很高。在螺旋桨或旋翼的轴向尾迹中出现该涡可能会导致各种操作影响鈥攐航空航天工程系教授菲利普·安塞尔（PhillipAnsell）说：“这会影响飞行器的其他部分。”当一个叶片将旋涡释放到尾迹中后，另一个叶片可以经过，撞击它，然后发出隆隆声鈥攁这个声能被释放了。“”
安塞尔说，在这项研究中，他和他的研究生丹尼尔·余（DanielYu）以不同的方式看待空气动力学的基本框架，并改变了整个旋转机翼，否定了尾迹中必须形成相干涡旋的假设。
他说：“转子系统和叶片元件的设计通常是为了达到最高效率。在这种情况下，升力分布在转子叶片上，在固定推力下运行所需的功率最小。”。“然而，强大的翼尖漩涡是升力分布的结果。每当升力沿翼展分布发生急剧变化时，就会形成漩涡，这种变化通常发生在翼尖。
“我们开发了一个优化框架，以确定升力分布，该升力分布可产生与传统旋转翼相同的推力，但不会显著降低这些配置通常产生的升力。不是产生强大的叶尖涡，而是产生一薄层弱涡，其综合强度与传统涡相同，但不会形成紧密的y形编织涡结构。然而，由于升力分布与通常在旋转翼上看到的不同，因此会对转子系统的功率要求增加造成惩罚。“”
安塞尔说，这项实验工作极具争议性，因为它突破了空气动力学的基本观点，并对其提出了挑战鈥攏一只翅膀在空中飞行，产生升力，在尾迹中留下一个或一对翼尖涡。
“还有许多其他装置和策略在衰减机翼产生的叶尖涡结构方面做得很好，尽管这些方法通常只关注翼尖局部的物理设计特征。我们方法的美妙之处在于，我们考虑了导致机翼和机翼产生相干涡结构的基本机制d从整体上研究如何设计能够缓解这一过程的机翼。
“事实证明，还有许多其他方法可以使旋转翼系统相对于基线更安静鈥攕其中有些效率更高，有些效率更低。如果我们降低叶尖速度，转速会下降，噪音也会下降。但您可能需要更大、更重的机翼或更大的叶片节距，这可能会使系统陷入更大的失速风险，”他说。
安塞尔说，噪音是城市空中交通市场的主要瓶颈之一，原因显而易见。如果UAM车辆使用与直升机相同的声学特征运行，社区将不会接受。
“改变叶片-漩涡相互作用会改变效率，但如果我们想大幅增加城市无人机的交付量，就需要在噪音和效率之间进行权衡。否则，我们可以预期，未来的飞行器会产生令人想起成群愤怒蜜蜂的刺耳声音。我们需要找到设计旋转翼系统的方法，以满足作战需要。”
安塞尔说，这类研究很重要，因为它挑战了传统思维，使我们能够理解广泛适用于飞行器科学的东西，而不是假设我们已经学会了所有我们能学到的关于空气动力学的知识。
“在这些实验中，我们研究了叶尖漩涡衰减的极限，但还有很多工作要做鈥攖使一些新型的尾流卷起/尾流形成类型的物理具有高效运行鈥攊n我们可以找到一个不牺牲性能的中间地带。这样一来，转子的最小功率和最小涡卷起性能的设计就有点像一个谱，通过了解到目前为止，我们可以将系统推向两端，我们就可以更好地确定两者之间的任何东西。“”
该研究题为“被动缓解相干叶尖涡卷起的旋转翼设计”，作为AIAA科技2022论坛的一部分发布。