水动力相互作用扑动板的直线编队稳定性研究
流体动力学
2026-05-19 v2
摘要
本文采用涡面模型数值研究了无粘、不可压缩流体中多个平板的运动。将两到四个平板初始置于一条直线上，间距给定，并以指定的振荡沉浮运动在垂直方向驱动。垂直运动由于平板自诱导推力和流体阻力而诱发水平加速度。在某些参数范围内，平板会达到平衡的“编队模式”，即以稳定的水平速度平移，同时保持彼此间恒定的间距。发现该间距在扑动波长上是量子化的。随着平板数量的增加或振荡幅度的减小，编队模式会通过从领航板向下游传播的振荡而失稳，导致平板间碰撞，这种不稳定性与近期关于水槽中扑动机翼的实验观察到的现象相似 (Newbolt et al., 2024)。我们实施了一种简单的控制机制，其中每个平板根据其相对于正前方平板的速度，通过调整自身的扑动幅度来加速或减速。该机制被证明能成功地稳定编队模式，并对尾流中的涡旋图案规律性产生显著影响。模拟中观察到的若干现象可通过一个基于薄翼理论的简化模型来获得。
引用
@article{arxiv.2410.04626,
title = {On the stability of an in-line formation of hydrodynamically interacting flapping plates},
author = {Monika Nitsche and Anand U. Oza and Michael Siegel},
journal= {arXiv preprint arXiv:2410.04626},
year = {2026}
}