Respuestas Dinámicas del Modelo de Bigotes de Foca de Puerto en el Flujo de Estela del Hélice
Autores: Chen, Bingzhuang; Zhang, Zhimeng; Wei, Xiang; Lei, Wanyan; Wang, Yuting; Li, Xianghe; Zhao, Hanghao; Du, Muyuan; Ji, Chunning
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Respuestas Dinámicas del Modelo de Bigotes de Foca de Puerto en el Flujo de Estela del Hélice
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Estudio
Vibración inducida por el estela
Bigote de foca de puerto
Flujos generados por hélices
Frecuencias de vibración
Interacciones de estela
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Este estudio investiga experimentalmente el comportamiento de la vibración inducida por el estela (WIV) de un modelo de bigote de foca de puerto inspirado en la biología, sometido a flujos inestables generados por hélices en corriente ascendente. Se evaluaron sistemáticamente las amplitudes de vibración, frecuencias e interacciones entre la estela y el bigote bajo diversas condiciones de flujo. La matriz de pruebas incluyó una velocidad de rotación de la hélice Np = 0~5000 r/min, un diámetro de hélice Dp = 60~100 mm, una velocidad de flujo entrante Uinfinity = 0~0.2 m/s y una distancia de separación entre el modelo de bigote y la hélice L/D = 10~30 (D = 16 mm, diámetro del modelo de bigote). Los resultados muestran que las amplitudes de vibración en línea (IL) y de flujo cruzado (CF) aumentan significativamente con la velocidad de la hélice y disminuyen con el aumento de la distancia de separación. Bajo la excitación combinada de flujo entrante y estela, emergen tendencias no monótonas. El análisis de frecuencia revela transiciones de respuestas periódicas a subarmónicas y de banda ancha, dependiendo de la estructura de la estela y la coherencia. Un ajuste de superficie no dimensional utilizando L/D y el cociente de avance (J = Uinfinity/(NpDp)) produjo ecuaciones predictivas para las respuestas RMS con buena precisión. El análisis de trayectoria de fase distingue además oscilaciones estables de dinámicas caóticas, destacando cambios en la estabilidad del sistema. Estos hallazgos ofrecen una nueva perspectiva sobre los mecanismos de WIV y proporcionan una base para aplicaciones de detección de flujo biomimética y seguimiento submarino.
Descripción
Este estudio investiga experimentalmente el comportamiento de la vibración inducida por el estela (WIV) de un modelo de bigote de foca de puerto inspirado en la biología, sometido a flujos inestables generados por hélices en corriente ascendente. Se evaluaron sistemáticamente las amplitudes de vibración, frecuencias e interacciones entre la estela y el bigote bajo diversas condiciones de flujo. La matriz de pruebas incluyó una velocidad de rotación de la hélice Np = 0~5000 r/min, un diámetro de hélice Dp = 60~100 mm, una velocidad de flujo entrante Uinfinity = 0~0.2 m/s y una distancia de separación entre el modelo de bigote y la hélice L/D = 10~30 (D = 16 mm, diámetro del modelo de bigote). Los resultados muestran que las amplitudes de vibración en línea (IL) y de flujo cruzado (CF) aumentan significativamente con la velocidad de la hélice y disminuyen con el aumento de la distancia de separación. Bajo la excitación combinada de flujo entrante y estela, emergen tendencias no monótonas. El análisis de frecuencia revela transiciones de respuestas periódicas a subarmónicas y de banda ancha, dependiendo de la estructura de la estela y la coherencia. Un ajuste de superficie no dimensional utilizando L/D y el cociente de avance (J = Uinfinity/(NpDp)) produjo ecuaciones predictivas para las respuestas RMS con buena precisión. El análisis de trayectoria de fase distingue además oscilaciones estables de dinámicas caóticas, destacando cambios en la estabilidad del sistema. Estos hallazgos ofrecen una nueva perspectiva sobre los mecanismos de WIV y proporcionan una base para aplicaciones de detección de flujo biomimética y seguimiento submarino.