× Zamknąć
Prasoon Suchandra (po lewej) i Shabnam Rayai wykorzystali szybką fotografię, aby uchwycić, jak różne aranżacje lotu wpływają na opór każdego obiektu. Źródło: Chris Snibbe/Fotograf Harvard Staff
Ptaki od wieków inspirują ludzi do lotów, ale Shabnam Rayay wierzy, że mogą również zaoferować lekcje w zakresie ograniczania zużycia energii.
Rayai, pracownik Harvard's Rowland Institute, pracuje nad wyodrębnieniem fizyki o praktycznych zastosowaniach ze zjawisk naturalnych, takich jak latające ptaki czy łuski rekinów. Czerpiąc wskazówki z formacji lotu ptaków wędrownych w kształcie litery V, zespół Rayai ujawnił nowe spostrzeżenia na temat tego, w jaki sposób można zaprojektować lot bezzałogowych statków powietrznych, takich jak drony, tak, aby zapewnić dłuższą żywotność źródeł zasilania.
Wyniki będą miały również zastosowanie do wszystkich rodzajów ruchu masowego w mediach, od pojazdów poruszających się pod wodą po sposoby rozmieszczania płatów roślinności w celu kontrolowania powodzi. Artykuł badawczy zatytułowany „Wpływ konfiguracji V inspirowanej biologią na przepływ obiektów nielewitujących po aranżacji” opublikowany W magazynie Fizyka płynów.
Badania nad udoskonaleniem lotów masowych nie są nowe, ale większość z tych eksperymentów skupiała się na stałopłatach, w których siła nośna mechaniczna jest generowana przez kształt skrzydeł – twierdzą naukowcy. Niewiele wiadomo na temat „niepodnośnych” części pojazdów, takich jak nadwozia pojazdów o małym napędzie, które stają się coraz ważniejsze w środowiskach przemysłowych i wojskowych. „A co by było, gdyby nasze maszyny lub pojazdy nie miały stałych skrzydeł?” Powiedział Rayai. „Jak zmienia się fizyka przepływu?”
Odpowiedź na te pytania wymaga kreatywnego układu eksperymentalnego, który uwzględnia dokładność pomiaru i efektywność kosztową. Wykorzystując tunel wodny i cylindry do odwzorowania pojazdów w locie, zespół zastosował technikę zwaną prędkościometrią obrazu molekularnego do pomiaru pola przepływu wokół każdego obiektu. Pojedynczy laser i cztery przecinające się arkusze światła stworzyły w pełni oświetloną przestrzeń, w której badacze wykorzystali szybkie obrazowanie, aby uchwycić, jak różne układy wpływają na opór każdego obiektu. Ponieważ woda i powietrze są płynami newtonowskimi, proste obliczenia umożliwiają ekstrapolację dla różnych zastosowań.
Oto ich obserwacje: W jednej konfiguracji stwierdzili zmniejszenie oporu powietrza o 45% w przypadku członków drugiego rzędu za liderem oraz pewne dodatkowe korzyści w postaci zmniejszenia oporu w przypadku lidera. Z danych wynika, że korzyści te zmniejszały się wraz ze zwiększaniem się kąta V.
Rayai podkreślił, że metryki stanowią podstawowy zestaw zasad, dzięki którym różni badacze lub branże mogą stosować własne standardy w celu poprawy wydajności. „Ulepszenie ma wiele ścieżek, w zależności od tego, co chcesz robić” – powiedziała. „Czy chcesz, aby cała siódemka Twoich członków korzystała z tej samej ilości baterii między punktem A a punktem B? Jeśli tak, musisz znaleźć sposób na zmianę lokalizacji członków podczas podróży”.
Docelowo Rayai chce pomóc przetrzeć szlak w kierunku dekarbonizacji, oferując nowe sposoby zmniejszenia zużycia energii i przejścia na elektryfikację. A natura ma na to sposób.
„Wiele zwierząt decyduje się na manewrowanie w grupach i to jest dla nich dobre – zarówno te, które chodzą, jak i te, które pływają lub latają” – powiedziała.
więcej informacji:
Prasoon Suchandra i in., Wpływ konfiguracji V inspirowanej biologią na wcześniejsze ustalenia dotyczące przepływu dla obiektów niedźwigniowych, Fizyka płynów (2024). doi: 10.1063/5.0186287
Dostarczone przez Harvard Gazette
Ta historia została opublikowana dzięki uprzejmości Gazeta Harvarda, Dziennik Urzędowy Uniwersytetu Harvarda. Więcej aktualności uniwersyteckich znajdziesz na stronie Harvard.edu.
„Nieuleczalny myśliciel. Miłośnik jedzenia. Subtelnie czarujący badacz alkoholu. Zwolennik popkultury”.
More Stories
Ding! Christopher Ward ogłasza nowe Bel Canto
Najlepszą reklamą podczas wydarzenia Apple Mac była bezpłatna aktualizacja pamięci RAM dla MacBooka Air
Startup zajmujący się obserwacją Ziemi wychodzi z zapomnienia z 12 milionami dolarów