D'innombrables fois par jour, les oiseaux de mer plongent et capturent des proies de l'océan, les bateaux entrent dans l'eau depuis la terre ferme, et les hydravions se posent doucement au milieu des vagues. Le phénomène des objets entrant dans l'eau est banal, pourtant, une compréhension complète de la physique de l'entrée de l'eau reste insaisissable, en particulier en ce qui concerne les cas où un objet solide pénètre dans un plan d'eau qui contient d'autres objets solides, comme une mouette plongeant dans une plaque rocheuse de la mer.

Une équipe de chercheurs de la NYU Tandon School of Engineering explore ce domaine de recherche relativement intact et a publié une série de résultats surprenants qui pourraient conduire à des stratégies pour minimiser la contrainte d'entrée d'eau sur les navires, hydravions, et des capsules d'équipage spatial conçues pour l'atterrissage sur l'eau.

"De nombreuses études sur l'entrée d'eau négligent la présence de solides, des objets fixes comme de la glace ou des cailloux dans l'eau, et il est clair que ces objets peuvent affecter les objets entrant dans l'eau et modifier la physique de l'impact, " a déclaré Maurizio Porfiri, professeur d'ingénierie mécanique et aérospatiale à NYU Tandon et auteur principal de l'article "Solid Obstacles Can Reduce Hydrodynamic Loading during Water Entry, " qui apparaît dans le journal Liquides d'examen physique . Les collaborateurs de Porfiri comprennent Ghania Benbelkacem, membre adjoint du corps professoral de NYU Tandon, au Département de génie mécanique et aérospatial, et Mohammad Jalalisendi, un récent titulaire d'un doctorat dans le groupe de Porfiri.

Porfiri et ses collaborateurs du laboratoire de systèmes dynamiques ont créé une expérience utilisant un coin solide plongeant dans un réservoir d'eau contenant un cylindre à flottabilité neutre. Les capteurs dans la configuration ont mesuré l'accélération, pression, et la profondeur, et l'équipe a utilisé la vélocimétrie par image de particules pour visualiser le flux et mesurer la vitesse des jets d'eau produits par le coin lorsqu'il heurte l'eau. Les analyses ont révélé que la présence du cylindre dans l'eau a radicalement changé la physique de l'impact sur le coin de manière inattendue.

A la surprise des chercheurs, ils ont noté une diminution de la pression dans l'empilement - la région du fluide où un jet à grande vitesse est produit lorsque le coin atterrit - du côté du coin le plus proche du cylindre. Porfiri et l'équipe ont attribué cette diminution au liquide de confinement des cylindres de ce côté, de sorte que moins d'eau a été déplacée lors de l'impact. Cependant, dans un constat contradictoire, l'équipe a noté une augmentation de la pression vers la quille du coin, indiquant un riche, effet complexe du cylindre. D'autres études sont nécessaires pour concilier ces résultats contradictoires, mais les chercheurs notent l'importance de continuer à explorer l'interaction entre les objets stationnaires dans l'eau et les objets entrant dans l'eau.

"Il est clair qu'il y a des interactions sympathiques entre ces objets, et à mesure que nous les comprenons mieux, cela peut conduire à des conceptions et des matériaux qui atténuent une partie de la pression sur les navires qui voyagent dans des eaux obstruées, en particulier ceux qui explorent et naviguent dans les régions polaires, " dit Porfiri.