面向高效能的自组织水翼鱼群形成调控
流体动力学
2024-10-04 v1
摘要
我们报告了自由游动的仿真和受约束实验中成对 pitching 水翼的领袖-跟随者行内排列。具有匹配振幅的水翼自由游动仿真显示，在无需任何控制的情况下会自组织形成稳定的 formations，保持恒定的间距。领导者水翼的跟随者水翼的前缝分离在创建这些 formations 中发挥着关键作用，通过作为跟随者的额外动态阻力源而实现，这种阻力取决于间距和相位同步程度。在典型生物学条件下，我们发现稳定间距 scale with 实际孤立水翼的 wake 波长而非名义 wake 波长。推导了实际 wake 波长的 scaling law，并在 Re 从 200 到无穷大的范围内的数据均得到验证。此外，在仿真和实验中发现，振幅不匹配的水翼通过 (1) 将水翼推入高效能区的稳定间距增大以及 (2) 提升这些区域的效率水平，使水翼鱼群的效率提高 70%，同时保持稳定 formations且无需闭环控制。该研究通过表明受约束-水翼测量可用于映射水翼鱼群潜在的效率收益，从而弥合了受约束和不受约束 studies 之间的鸿沟。这些发现可助力生物机器人鱼群的高效能设计，也可能为鱼群的能量消耗和行为提供洞见。
引用
@article{arxiv.2410.01932,
title = {Tailoring formations of self-organizing hydrofoil schools towards high-efficiency},
author = {Tianjun Han and Amin Mivehchi and Seyedali Seyedmirzaei Sarraf and Keith W. Moored},
journal= {arXiv preprint arXiv:2410.01932},
year = {2024}
}