Des recherches récentes menées par Andres J. Goza à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign ont révélé des relations entre les fréquences et la dynamique passive en jeu lorsque les véhicules se déplacent dans l'air ou dans l'eau afin de mieux comprendre comment utiliser ces forces pour améliorer les performances. Comprendre cette interaction fluide-structure à un niveau très basique, pourrait aider à informer de nouvelles conceptions d'avions et de sous-marins avec un type de locomotion très différent.

Des vibrations du rétroviseur juste au moment où votre voiture atteint précisément 70 miles par heure à un bâtiment qui s'effondre lorsque, dans un tremblement de terre, il commence à vibrer à une fréquence spécifique, il y a une énergie inexploitée qui pourrait être exploitée pour la propulsion. Dans des recherches récentes, Andres J.Goza, ont trouvé des relations entre les fréquences et la dynamique passive en jeu lorsque les véhicules se déplacent dans l'air ou dans l'eau afin de mieux comprendre comment utiliser ces forces pour améliorer les performances.

Selon Goza, professeur assistant au Département de génie aérospatial de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, son travail est un effort pour rechercher de nouvelles stratégies de propulsion bio-inspirées.

"Les poissons nagent très efficacement et les oiseaux peuvent voler très efficacement, alors comment pouvons-nous utiliser ces observations pour informer de réels changements de paradigme dans les stratégies de locomotion que nous concevons, " dit-il. " Par exemple, l'aile d'un oiseau et la queue d'un poisson sont flexibles et lorsque ces animaux volent ou nagent, l'air et l'eau qui les entourent induisent un mouvement passif.

"Un autre exemple est lorsque l'air passe devant un drapeau, le faire claquer, il affecte le mouvement de l'air autour de lui, " a déclaré Goza. " Si nous pouvons comprendre cette interaction fluide-structure ou couplage fluide-structure à un niveau très basique, pourrions-nous l'utiliser pour concevoir des avions et des sous-marins avec un type de locomotion très différent ?"

Goza a déclaré que la vitesse du flux d'air ou d'eau autour du véhicule et la densité des matériaux dont ils sont faits jouent un rôle, à la fois dans la résonance et dans le mouvement induit passivement.

« Les scientifiques ont compris, en dehors de ce contexte d'interaction fluide-structure, qu'il y a une réponse profonde lorsque vous excitez une structure ou un système à sa fréquence de résonance, " dit Goza. " Mais quel rôle jouent ces dynamiques passives, et pouvons-nous régler les propriétés structurelles de sorte que la fréquence de résonance de votre système soit en quelque sorte liée de manière significative au flux, c'est-à-dire à la motion que vous prescrivez ? »

Un point de friction dans cette recherche était que la définition standard de la fréquence de résonance supposait que la structure était dans le vide. "Mais ce n'est pas le cas; c'est dans le fluide et le fluide affecte la fréquence de résonance, " dit Goza.

Par conséquent, la première étape consistait à définir une notion de résonance qui incorpore l'effet du fluide.

"L'une des grandes contributions de cette recherche a été de définir sans ambiguïté cette fréquence de résonance, puis confirmant que sur une large gamme de paramètres différents, nous voyons réellement des avantages en termes de performances près de cette fréquence de résonance, " dit-il. " A savoir, si la structure bat ou se déplace à une certaine fréquence au sein de ce flux, cela conduit à une amélioration de la poussée."

Goza a déclaré que les calculs d'amplitude de soulèvement plus importants reflètent davantage la nage des poissons. Les résultats ont indiqué qu'à ces plus grandes amplitudes, les mécanismes résonants et non résonants ont joué un rôle.

"La résonance est définie en termes de super petites ondulations, mais nous comprenons que les poissons nagent en fait à de grandes amplitudes, " a déclaré Goza. "Nous avons comblé le fossé entre la définition de ce que signifie la résonance dans ce réglage de petite amplitude lorsqu'il y a un fluide présent, mais aussi embrasser le fait que les poissons subissent des émotions beaucoup plus grandes. Nous avons établi des liens avec les résultats dans le cas de petite amplitude, constatant que les avantages en termes de performances persistent près de la résonance, même à de grandes amplitudes qui sont réellement pertinentes pour la propulsion biologique. »

Selon le régime, Goza a dit, le pic de poussée est proche de cette fréquence de résonance associée à une faible amplitude.

"La clé est, lorsque vous vous déplacez vers ces grandes amplitudes, la résonance continue de jouer un rôle prédominant. Nous avons trouvé que la notion de résonance de petite amplitude linéaire était appropriée pour prédire et comprendre ces pics et poussées dans la majorité des cas.

« Si ce mouvement passif peut être utile à la locomotion, il peut réduire la quantité d'énergie mise dans le système, " a déclaré Goza. "Nous pouvons exploiter ces dynamiques passives et les laisser faire la propulsion pour nous."

Goza a déclaré que l'une des prochaines phases de cette recherche sera d'examiner les matériaux actifs modernes qui peuvent être réglés pour avoir la bonne fréquence de résonance pour induire une dynamique passive avec la sortie souhaitée.