Ny forskning av Andres J. Goza vid University of Illinois i Urbana-Champaign fann samband mellan frekvenser och den passiva dynamiken vid spel när fordon rör sig i luft eller vatten mot en bättre förståelse för hur man använder dessa krafter för att förbättra prestanda. Förstå denna vätske-struktur-interaktion på en mycket grundläggande nivå, kan hjälpa till att informera nya flygplan och ubåtsdesigner med en mycket annorlunda rörelse.

Från backspegelns vibrationer precis som din bil når exakt 70 miles i timmen till en byggnad som kollapsar när, i en jordbävning, det börjar vibrera med en specifik frekvens, det finns outnyttjad energi som kan utnyttjas för framdrivning. I ny forskning har Andres J.Goza, hittade samband mellan frekvenser och den passiva dynamiken vid spel när fordon rör sig i luft eller vatten mot en bättre förståelse för hur man använder dessa krafter för att förbättra prestanda.

Enligt Goza, biträdande professor vid Institutionen för rymdteknik vid University of Illinois i Urbana-Champaign, hans arbete är ett försök att söka nya bioinspirerade framdrivningsstrategier.

"Fisk simmar mycket effektivt och fåglar kan flyga mycket effektivt, så hur kan vi använda dessa observationer för att informera verkliga paradigmskiften i de rörelsestrategier som vi konstruerar, "sa han." Till exempel fågelns vinge och fiskens svans är flexibla och när dessa djur flyger eller simmar, luften och vattnet runt dem framkallar passiv rörelse.

"Ett annat exempel är när luft blåser förbi en flagga, får det att klappa, det påverkar luftrörelsen runt den, "Sade Goza." Om vi ​​kan förstå denna vätske-struktur-interaktion eller vätskestrukturkoppling på en mycket grundläggande nivå, kan vi använda den för att designa flygplan och ubåtar med en mycket annorlunda rörelse? "

Goza sa att hastigheten på luft- eller vattenflödet runt fordonet och densiteten hos de material de är gjorda av spelar en roll, både i resonansen och i den passivt inducerade rörelsen.

"Forskare har förstått, utanför detta vätske-struktur-interaktionskontext, att det finns ett djupt svar när du exciterar en struktur eller ett system med dess resonansfrekvens, "Sade Goza." Men vilken roll spelar denna passiva dynamik, och kan vi ställa in strukturegenskaperna så att resonansfrekvensen för ditt system på något sätt är meningsfullt bunden till flödet - det vill säga till motionen som du skriver ut? "

En stickpunkt i denna forskning var att standarddefinitionen av resonansfrekvens antog att strukturen var i ett vakuum. "Men det är det inte; det är i vätska och vätskan påverkar vad resonansfrekvensen är, "Sa Goza.

Följaktligen, steg ett var att definiera ett resonansbegrepp som innehåller vätskans effekt.

"Ett av de stora bidragen i denna forskning var entydigt att definiera denna resonansfrekvens, och sedan bekräfta att vi över ett brett spektrum av olika parametrar faktiskt ser prestandafördelar nära denna resonansfrekvens, "sa han." Nämligen om strukturen klappar eller rör sig med en viss frekvens inom detta flöde, det leder till en förbättring av dragkraften. "

Goza sa att beräkningarna med större amplitud -amplitud återspeglar mer fisk simning. Resultaten indikerade att vid dessa större amplituder, både resonanta och icke-resonanta mekanismer spelade en roll.

"Resonans definieras i form av super små vågor, men vi förstår att fiskar faktiskt simmar i stora amplituder, "Sa Goza." Vi överbryggade klyftan mellan att definiera vad resonans betyder i denna lilla amplitudinställning när det finns en vätska närvarande, men också omfamna det faktum att fisk genomgår mycket större känslor. Vi etablerade kopplingar till resultat i fallet med liten amplitud, att finna att prestandafördelarna kvarstår nära resonans även vid stora amplituder som faktiskt är relevanta för biologisk framdrivning. "

Beroende på regim, Goza sa:topptrycket är nära denna resonansfrekvens associerad med liten amplitud.

"Nyckeln är, när du flyttar till dessa stora amplituder, resonans fortsätter att spela en dominerande roll. Vi fann att den lilla linjära amplitudbegreppet resonans var lämpligt för att förutsäga och förstå dessa toppar och drag i de flesta fall.

"Om denna passiva rörelse kan vara användbar vid rörelse, det kan minska mängden energi som läggs in i systemet, "Sade Goza." Vi kan utnyttja denna passiva dynamik och låta dem göra framdrivningen för oss. "

Goza sa att en av de nästa faserna av denna forskning kommer att vara att titta på moderna aktiva material som kan ställas in för att ha rätt resonansfrekvens för att inducera passiv dynamik med önskad effekt.