利用涡旋环实现能效驱动
流体动力学
2024-07-25 v1
摘要
利用背景流体进行驱动有潜在在提升自主航空和水下车辆的续航里程与速度。本文实验性地演示了一种完全自主的策略，用于利用涡旋环实现能效驱动。首先， underwater robot 利用 onboard 惯性测量单元（IMU）感知由 13,000 升水箱中推进器产生的涡旋环通过所产生的运动。在感知到的加速度响应下，一种冲动性机动将机器人引入涡旋环的物质边界。 entrainment 后，机器人无需消耗额外能量或控制 effort 即可沿涡旋环进行推进。通过与涡旋环共流动，机器人实现了穿越水箱所需能量近五倍的降低。利用受控有限时间 Lyapunov 指数场和相应的 Lagrangian 一致结构，我们分析并解释初始 entrainment 过程以及对 surfing 机动起点时间和位置的敏感性。此外，发现 onboard IMU 感测的线性加速度对应于背景流的压力梯度，旋转加速度被建议作为测量涡旋环 vorticity 的方法。该研究为利用 onboard 惯性测量实现与背景流体高效互动的潜力提供了概念验证。
引用
@article{arxiv.2407.16839,
title = {Surfing vortex rings for energy-efficient propulsion},
author = {Peter Gunnarson and John O. Dabiri},
journal= {arXiv preprint arXiv:2407.16839},
year = {2024}
}