Flügelschlagantrieb an der Wasser-Luft-Grenzfläche

• Antragsteller: Xiaojue Zhu, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 540422505

Zahlreiche fliegende und schwimmende Lebewesen nutzen den Bodeneffekt, um ihre Vortriebsleistung zu steigern, wobei sich der "Boden'' entweder auf eine feste Begrenzung oder eine freie Oberfläche bezieht. Während unser Wissen darüber, wie sich eine feste Begrenzung auf die biologische Fortbewegung auswirkt, relativ umfassend ist, sind der Bodeneffekt einer freien Oberfläche und seine biologischen Auswirkungen noch nicht vollständig verstanden. In der Natur bevorzugen beispielsweise gleitende Pelikane, fliegende Fische und Schwertfische das Schwimmen/Fliegen in der Nähe der (freien) Wasseroberfläche, und es gibt viele weitere Beispiele. Das Verständnis des instationären Bodeneffekts freier Oberflächen würde nicht nur die Leistung von Schwimmern in der Natur entschlüsseln, sondern auch dazu beitragen, die Konstruktion von instationären Unterwasserantrieben zu verbessern, die unter Berücksichtigung des möglichen Bodeneffekts effizient nahe der Wasseroberfläche schwimmen können. Dieser Vorschlag befasst sich mit mehreren offenen Fragen bezüglich des Einflusses von freien Oberflächen auf die Dynamik und Leistung von Schlagschwimmern. Wir werden zunächst die vorhandene Literatur zusammenfassen, um Statistiken über die Froude-Zahlen von Fischen zu sammeln, und dann die folgenden Fragen beantworten: (a) Tritt der instationäre Bodeneffekt auf, wenn man in der Nähe einer freien Oberfläche schwimmt? (b) Wie unterscheidet sich der durch eine freie Oberfläche induzierte Bodeneffekt von dem einer festen Begrenzung? © Gibt es eine optimale Froude-Zahl, die den Bodeneffekt maximiert? (d) Kann die Flexibilität einer Folie den Bodeneffekt verstärken? Zur Beantwortung dieser Fragen werden wir direkte numerische Simulationen in zwei- und dreidimensionaler Form durchführen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen