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Leyes de Escalado Universales para el Rendimiento Propulsivo de Foils que Producen Empuje Bajo Pitching Continuo o Intermitente

Autores: Das, Anil; Shukla, Ratnesh K.; Govardhan, Raghuraman N.

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2022

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Acceso abierto

Artículo científico
2022

Leyes de Escalado Universales para el Rendimiento Propulsivo de Foils que Producen Empuje Bajo Pitching Continuo o Intermitente


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Mecánica

Palabras clave

Foils generadores de empuje
Vehículos aéreos micro
Vehículos submarinos autónomos biomiméticos
Modelo de orden reducido
Coeficiente de empuje
Movimiento de cabeceo

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Se están investigando ampliamente los foils de generación de empuje de alta eficiencia para su posible uso como propulsores en vehículos aéreos micro y vehículos submarinos autónomos biomiméticos. Aquí, proponemos un modelo simple de orden reducido para predecir los atributos de generación de empuje de los foils que se inclinan de manera continua o intermitente en una forma periódica y posiblemente asimétrica. Nuestro modelo tiene en cuenta las distintas contribuciones de empuje de la masa añadida, la succión del borde de ataque, los términos cuasi-estacionarios y de estela, todos deducidos de una rigurosa generalización de la teoría potencial linealizada para foils que experimentan un movimiento de aleteo multimodal de pequeña amplitud. Además, el modelo se basa en la hipótesis de adelgazamiento de la capa límite de Bone-Lighthill para tener en cuenta el aumento de la fuerza de arrastre inducido por el movimiento de inclinación sobre el foil. Derivamos formas genéricas del coeficiente de empuje para movimientos de inclinación multimodal prescritos y, específicamente, en el límite de grandes frecuencias reducidas, demostramos una convergencia hacia leyes de escalado bastante simplificadas que son funciones solo del número de Reynolds y del número de Strouhal basado en la raíz cuadrada media de la velocidad del borde de salida del foil. Las comparaciones con investigaciones experimentales y basadas en simulaciones previamente reportadas demuestran que las leyes de escalado capturan la influencia del ángulo de inclinación impuesto en las características de generación de empuje a lo largo de una gama de formas de onda de inclinación que van desde sinusoidales hasta formas de onda cuadradas o triangulares, así como también formas de onda correspondientes a inclinaciones intermitentes. Las relaciones generalizadas derivadas en nuestro trabajo y las leyes de escalado asintóticas deducidas de ellas son aplicables a un amplio espectro de formas de onda que permiten la autopropulsión y producen empuje, incluyendo aquellas que pueden ser empleadas potencialmente en natación de ráfaga y deslizamiento.

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