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V 形飞行编队的物理原理为能源效率提供了见解

导读 几个世纪以来,鸟类一直激励着人类飞行,但沙布南·拉亚伊 (Shabnam Raayai) 认为它们还可以为减少能源消耗提供经验教训。拉亚伊是哈佛...

几个世纪以来,鸟类一直激励着人类飞行,但沙布南·拉亚伊 (Shabnam Raayai) 认为它们还可以为减少能源消耗提供经验教训。

拉亚伊是哈佛大学罗兰研究所的研究员,致力于从自然现象(无论是飞鸟还是鲨鱼鳞片)中提取具有实际应用的物理学。Raayai 的团队从候鸟的 V 形飞行编队中汲取灵感,揭示了如何设计无人驾驶飞行器(例如无人机)的飞行以延长电源寿命的新见解。

研究结果也适用于通过介质进行的各种集体运动,从水下移动的车辆到如何安排植被斑块以进行防洪。这篇题为“仿生 V 形结构对非升力物体流经排列的影响”的研究文章发表在《流体物理学》杂志上。

研究人员表示,对群体飞行优化的研究并不新鲜,但大多数此类实验都集中在固定翼飞机上,其中机械升力是由机翼的形状产生的。人们对车辆的“非起重”部件知之甚少,例如小型推进器的机身,这些部件在工业和军事环境中变得越来越重要。“如果我们的设备或车辆没有固定翼怎么办?”拉亚伊说道。“流动物理如何变化?”

回答这些问题需要创造性的实验设置,同时考虑测量精度和成本效益。该团队使用水隧道和圆柱体来代表飞行中的车辆,并采用一种称为粒子图像测速的技术来测量每个物体周围的流场。单个激光和四片相交的光片创造了一个完全照明的空间,研究人员在其中使用高速成像来捕捉不同的排列如何影响每个物体的阻力。由于水和空气都是牛顿流体,因此简单的计算可​​以外推到各种应用。

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