鱿鱼和其他头足类动物使用一种尚不为人了解的喷气推进方式,特别是当涉及到它们在湍流条件下的流体动力学时。发现它们的秘密可以帮助创造新的设计,以生物为灵感的水下机器人和需要在这种环境中运行的交通工具。
苏格兰、美国和中国的研究人员正在探索乌贼脉冲喷气推进的基本机制。在AIP出版的《流体物理学》中,该小组描述了他们对头足类动物喷气推进的数值研究,首次考虑湍流。在他们的发现中,他们发现在层流或非紊流中,推力的产生和效率被低估了。
本研究的模型是一个二维乌贼状游泳者,具有一个柔性的外套体,带有一个压力室和一个作为水的入口和出口的喷嘴。在模型的弹性套膜表面施加一个外力,以模拟鱿鱼肌肉的收缩。
研究人员之一、苏格兰格拉斯哥斯特拉斯克莱德大学(University of Strathclyde)的研究助理杨洛(Yang Luo)说:“结果,身体的内部体积减小,水从腔内喷射出来,形成了喷射流。”乌贼被相反方向的强射流推进,地幔由于储存的弹性能量而自动膨胀。在地幔膨胀的过程中,水被吸入室内,并在下一次地幔紧缩时被喷出。
罗表示,如果考虑紊流的话,喷气推进的效率会更高。研究小组还发现,在连续几个喷射循环后,喷射机周围的旋涡会产生破坏对称性的不稳定性。
“这可能有助于更好地理解为什么在湍流中活动的幼乌贼和成年乌贼更喜欢在激流中游泳,而在层流中活动的刚孵化的鱿鱼则更喜欢在激流中游泳,”罗说。
除了喷气推进,幼乌贼和成年乌贼还经常依靠头部摆动的鳍来游泳。该研究小组发现,这种爆炸-海岸模式可能有助于鱿鱼避免周围流动漩涡的对称性破坏不稳定性,这种不稳定性可能导致推力和效率下降。
“我们关于对称破坏不稳定性机制的研究发现,为乌贼启发的水下机器人和交通工具的设计提供了指导,”罗说。“持续的喷射推进不一定是有利的,在设计喷射推进水下飞行器或推进器时,
杏耀娱乐如何开户 ,需要采取具体措施,通过主动控制机体变形,改变内部旋涡形态的演变,减轻这种不稳定性的影响。”
我们很快会看到新型喷气推进潜艇吗?
“这一点很难确定,”杏耀注册罗说。但作为一种研究相对较少的水下推进形式,它的优势在于具有直接的机制,可以有效地瞬时逃脱和高机动性。这使得它有望与典型的推进器推进系统集成,以实现随需应变的机动性。”