伊利诺伊大学香槟分校 旗帜挥舞说明了流体结构的相互作用
信用:黛布拉·勒维·拉索 安德烈斯·J
伊利诺伊大学厄巴纳-尚佩恩分校的戈扎发现，当车辆在空中或水中行驶时，频率和被动动力之间的关系有助于更好地理解如何利用这些力来提高性能
在非常基础的水平上理解这种流体-结构的相互作用，将有助于为具有非常不同的运动方式的新型飞机和潜艇设计提供信息
从汽车达到每小时70英里时后视镜的振动，到地震中开始以特定频率振动时倒塌的建筑，有未开发的能量可以用于推进
在最近的研究中
戈扎发现，当车辆在空中或水中行驶时，频率和被动动力学之间的关系起了作用，从而更好地理解如何利用这些力来提高性能
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校航空航天工程系助理教授戈扎说，他的工作是努力寻找新的生物激励推进策略
“鱼游得非常有效率，而鸟飞得非常有效率，那么我们如何利用这些观察来为我们设计的运动策略的真正范式转变提供信息，”他说
“例如，鸟的翅膀和鱼的尾巴是灵活的，当这些动物飞行或游泳时，它们周围的空气和水会引起被动运动
“另一个例子是，当空气吹过一面旗帜，使它飘动，它会影响周围的空气运动，”戈扎说
“如果我们能够在非常基本的层面上理解这种流体-结构相互作用或流体-结构耦合，我们能否用它来设计具有非常不同的运动方式的飞机和潜艇？” 戈扎说，车辆周围空气或水流的速度以及制造它们的材料的密度在共振和被动诱导运动中都起着作用
“科学家们已经理解，在这种流体-结构相互作用的背景之外，当你以共振频率激发一个结构或系统时，会有一种深刻的反应，”戈扎说
“但是这些被动动力学起着什么作用，我们能否调整结构特性，使你的系统的共振频率以某种方式与流动有意义地联系起来——也就是说，与你开出的运动联系起来？” 这项研究的一个关键点是，共振频率的标准定义假定结构处于真空中
“但这不是；它在流体中，流体影响共振频率，”戈扎说
因此，第一步是定义一个包含流体效应的共振概念
“这项研究的一个重大贡献是明确定义了这个谐振频率，然后证实了在这个谐振频率附近，我们实际上看到了各种不同参数的性能优势，”他说
也就是说，如果结构在这个气流中以一定的频率摆动或移动，就能提高推力
" 戈扎说，较大的升沉幅度计算更能反映鱼的游动
结果表明，在这些较大的振幅下，共振和非共振机制都起作用
“共振是根据超小的波动来定义的，但是我们知道鱼实际上是在大幅度游泳，”戈扎说
“我们在定义有流体存在的小振幅环境下共振的含义和接受鱼经历更大的情感之间架起了桥梁
我们建立了与小振幅情况下结果的联系，发现即使在与生物推进实际相关的大振幅下，性能优势也持续存在于共振附近
" 戈扎说，视情况而定，峰值推力在与小振幅相关的共振频率附近
“关键是，当你移动到这些大振幅时，共振将继续发挥主导作用
我们发现，在大多数情况下，共振的小线性振幅概念适用于预测和理解这些峰值和推力
“如果这种被动运动在运动中有用，它可以减少输入系统的能量，”戈扎说
“我们可以利用这些被动动力，让它们为我们提供动力
" 戈扎说，这项研究的下一个阶段将是研究现代活性材料，这些材料可以被调谐到正确的共振频率，以诱导具有所需输出的被动动力学
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