Междисциплинарное сотрудничество трех групп, включая исследователей в области гидродинамики, микропроизводства и биомеханики из Эдинбургского университета Шотландии, представит свои выводы по этой теме на 70-м ежегодном собрании Отделения гидродинамики Американского физического общества, которое состоится 19-21 ноября. в Денвере, Колорадо. Исследователи выясняют, почему при низких числах Рейнольдса правила для больших парашютов не применяются к маленьким одуванчикам. Число Рейнольдса, отношение сил инерции к силам вязкости, часто используется в инженерии, чтобы предсказать, будут ли условия потока турбулентными, с высоким числом Рейнольдса или ламинарными.
Хотя физика и правила конструкции парашютов, созданных руками человека, хорошо известны, до усилий команды Эдинбурга обтекания миниатюрного парашюта одуванчика не было.Ответ, по словам члена исследовательской группы Катала Камминса, заключается в водовороте. «В своей работе мы раскрываем механизм полета плода одуванчика, парашютирующего с парашютом, и обнаруживаем новый тип вихря, отвечающий за его способность к полету», — сказал Камминс.Эта работа потенциально может быть применена для миниатюризации MAV, полезных для дистанционного наблюдения и рассеивания в целом ряде приложений, от сельского хозяйства до исследования космоса, особенно в условиях, опасных для человека.
Их работа начинается с модели парашюта.«Когда парашютисты прыгают с высоты в атмосфере, возникает множество вопросов, — сказал Камминс.Одуванчик развил парашют, который учитывал атмосферные условия, неся свое семя медленным, устойчивым спуском и с минимальным использованием материалов. С точки зрения физики парашют из одуванчика эволюционировал для достижения высокого сопротивления без ущерба для стабильности и с очень небольшим количеством материала — это 90 процентов пустого пространства.
Это приводит к четырехкратному увеличению коэффициента лобового сопротивления по сравнению с непроницаемой мембраной, такой как секция крыла. «Наше исследование могло бы изменить парадигму дизайна небольших пассивных летательных аппаратов, таких как воздушные микроавтомобили», — сказал Камминс.Предыдущие модели плодов одуванчика считали, что каждая нить парашюта действует независимо, и что общую силу сопротивления, создаваемую парашютом, можно найти, сложив каждый из этих вкладов.«В действительности все обстоит иначе: способность одуванчика к полету увеличивается за счет« соседнего эффекта »соседних нитей, которые действуют вместе, создавая разделенный тороидальный вихрь (STV) вслед за одуванчиком», — сказал Камминс.
В лаборатории исследователи показали, что создание миниатюрного парашюта с низкой пористостью приводит к дестабилизации этого STV и, следовательно, к вращающему моменту, вызывающему вращение плода. Выбрав парашют с высокой степенью пористости, одуванчик пропускает через свой купол поток воздуха, достаточный для стабилизации этого парашюта, устраняя этот крутящий момент.
При этом коэффициент лобового сопротивления парашюта в 4 раза больше, чем у парашюта с низкой пористостью. «Наши исследования показывают, что парашют одуванчика — прекрасный пример того, что меньше значит больше», — сказал Камминс.