Kinematics and Hydrodynamics of Aquatic Jet Bio-Propulsion

水上喷射生物推进的运动学和流体动力学

基本信息

  • 批准号:
    0854542
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 17.83万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2009
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2009-09-01 至 2011-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

CBET -0854542 Mohseni, Kamran This award is funded under the American Recovery and Reinvestment Act of 2009 (Public Law 111-5).This research program addresses the fundamental science of jet and vortex propulsion by Cephalopods (squid, cuttlefish, etc) and Medusa (Jellyfish) in contrast to more well-investigated aquatic locomotion through body and fin undulations like most fish. We plan a hybrid experimental, computational, and theoretical approach to understand and advance hydrodynamics and biomimicry of aquatic jet propulsion. The research plan has three main thrusts Kinematic Investigation, Computational Fluid Dynamics (CFD) and Experimentation and Biomimicry. A squid care and storage facility will be built for investigation on aquatic thrust-generation mechanism by jet and vortex flow. High-speed photography and flow visualization will provide kinematic data for the squid mantle cavity and siphon during several flow regimes including escape and maneuver. These new simultaneous and detailed measurements are needed for direct numerical simulation of squid locomotion based on the measured kinematic data. In addition, the swimming performances such as swimming velocity, thrust, power requirement and efficiency can be computed directly. The knowledge gained in the kinematic and CFD studies will be translated into engineering design and testing of bio-inspired actuators for effective underwater propulsion. The actuators will be modeled and experimentally characterized. Design of reliable underwater vehicles for sensor networking is playing a major role in National and Homeland Security and costal area protection. Efficient Autonomous Underwater Vehicles (AUVs) are needed for long-term operation in oceans for coastal area monitoring and protection and data collection related to global warming. This project provides an application focus that will be of interest to researchers and students working in ocean engineering, vehicle systems, and biologists. Undergraduate research assistants will be sought via supplementary REU support. The PI intends to develop a course on bio-propulsion while existing disciplinary courses will be enriched with this work, expanding student multidisciplinary exposure. A summer Bio-propulsion Summer Camp for local secondary school students to participate in a week-long educational activity and an International Exchange Student Program, initiated by the PI, will be expanded.
CBET -0854542 Mohseni, Kamran 该奖项由 2009 年美国复苏和再投资法案(公法 111-5)资助。该研究项目致力于头足类动物(鱿鱼、墨鱼等)和美杜莎的喷射和涡流推进的基础科学(水母)与大多数通过身体和鳍波动进行更深入研究的水生运动相反 鱼。我们计划采用一种混合实验、计算和理论方法来理解和推进水生喷射推进的流体动力学和仿生学。该研究计划有三个主要方向:运动学研究、计算流体动力学(CFD)以及实验和仿生学。将建造鱿鱼护理和储存设施,用于研究射流和涡流产生水生推力的机制。高速摄影和流动可视化将为鱿鱼外套腔和虹吸管在多种流动状态(包括逃逸和机动)期间提供运动学数据。基于测量的运动学数据直接数值模拟鱿鱼的运动需要这些新的同步和详细的测量。此外,还可以直接计算游泳速度、推力、功率需求和效率等游泳性能。 在运动学和 CFD 研究中获得的知识将转化为仿生执行器的工程设计和测试,以实现有效的水下推进。执行器将被建模并进行实验表征。用于传感器网络的可靠水下航行器设计在国家和国土安全以及沿海地区保护中发挥着重要作用。高效的自主水下航行器(AUV)需要在海洋中长期运行,用于沿海地区监测和保护以及与全球变暖相关的数据收集。该项目提供了海洋工程、车辆系统和生物学家的研究人员和学生感兴趣的应用重点。本科生研究助理将通过 REU 的补充支持来寻找。 PI 打算开发一门生物推进课程,而这项工作将丰富现有的学科课程,扩大学生的多学科接触。将扩大由 PI 发起的供当地中学生参加为期一周的教育活动的夏季生物推进夏令营和国际交换学生计划。

项目成果

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