EAPSI: Wake Induced by a Group of Seal Whiskers: Implication to High-sensitivity Underwater Flow Sensors

EAPSI:一组海豹晶须引起的尾流:对高灵敏度水下流量传感器的影响

基本信息

  • 批准号:
    1713991
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 0.54万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Fellowship Award
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-06-01 至 2018-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

High-sensitivity underwater flow sensors are critical for autonomous underwater vehicles (AUVs) to navigate through dark, cramped, and unstable terrain where vision-based and sonar sensors do not function well. Harbor seals are found to be able to track their prey by capturing even minute disturbance of the ambient water solely by using their whiskers. This is attributed to the exceptional capability of seal whiskers to suppress vortex-induced vibration in the wake flow. This project will conduct flow experiments of seal whiskers at Pohang University of Science and Technology University (POSTECH) in South Korea, under the mentorship of Professor Sang Joon Lee. The collaboration provides flow facilities and equipment to obtain unique data that will enable new insights into the wake structure of multiple seal whiskers and its implication to design high-sensitivity underwater flow sensors. Many researchers have studied the effects of key parameters of the whisker morphology on wake structure with idealized whisker-like models. However, due to the natural variation in length, size and twist along the length of seal whiskers, it is not well understood how a real seal whisker changes wake flow, in particular the vortex shedding. It is also unclear how a group of whiskers with a certain configuration interact with each other to affect the wake properties. Lack of knowledge of the wake structure generated by multiple seal whiskers in a group hinders the capability to design whisker-inspired high-sensitivity underwater flow sensors. The goal of this research is to understand the wake of multiple seal whiskers of various configurations at the Reynolds number similar to which harbor seal whiskers are subject to. Experiments will be conducted in a water tunnel using Particle Imaging Velocimetry (PIV). The results will provide insights of how individual wakes interact with each other and if the interaction is beneficial to suppress the vortex shedding. This research will fill the gap of understanding the wake structure that multiple real seal whiskers create. Ultimately knowledge will be used to develop high-sensitivity underwater flow sensors for AUVs operating in a complex environment.This award, under the East Asia and Pacific Summer Institutes program, supports summer research by a U.S. graduate student and is jointly funded by NSF and the National Research Foundation of Korea.
高灵敏度水下流量传感器对于自主水下航行器 (AUV) 在黑暗、狭窄和不稳定地形中导航至关重要,在这些地形中,视觉传感器和声纳传感器无法正常工作。人们发现斑海豹能够仅通过胡须捕捉周围水域的微小扰动来追踪猎物。这归因于密封晶须具有抑制尾流中涡流引起的振动的卓越能力。该项目将在韩国浦项科技大学 (POSTECH) 教授 Sang Joon Lee 的指导下进行海豹晶须的流动实验。此次合作提供流量设施和设备来获取独特的数据,从而使人们能够对多个海豹晶须的尾流结构及其对设计高灵敏度水下流量传感器的影响有新的了解。许多研究人员利用理想化的须状模型研究了须状形态的关键参数对尾流结构的影响。然而,由于沿海豹晶须长度的长度、尺寸和扭曲的自然变化,人们尚不清楚真正的海豹晶须如何改变尾流,特别是涡旋脱落。目前还不清楚一组具有特定配置的晶须如何相互作用以影响尾流特性。由于缺乏对一组中多个海豹晶须产生的尾流结构的了解,阻碍了设计受晶须启发的高灵敏度水下流量传感器的能力。这项研究的目的是了解不同配置的多个海豹胡须在雷诺数下的尾流,类似于斑海豹胡须所受到的雷诺数。实验将在水洞中使用粒子成像测速(PIV)进行。结果将提供有关各个尾流如何相互作用以及这种相互作用是否有利于抑制涡旋脱落的见解。这项研究将填补理解多个真实海豹晶须产生的尾流结构的空白。最终,这些知识将用于开发在复杂环境下运行的 AUV 的高灵敏度水下流量传感器。该奖项属于东亚和太平洋夏季研究所计划,支持美国研究生的夏季研究,由 NSF 和韩国国家研究基金会。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Wake induced by an undulating elephant seal whisker
由波动的象海豹胡须引起的唤醒
  • DOI:
    10.1007/s12650-018-0484-4
  • 发表时间:
    2018-03-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Joseph Bunjevac;Jodi Turk;Aidan Rinehart;Wei Zhang
  • 通讯作者:
    Wei Zhang
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  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Matthew R. Gazella;Zakery Koster;Jodi Turk;Richard E. Kreeger;A. Work;R. Douglass
  • 通讯作者:
    R. Douglass
Wake induced by an undulating elephant seal whisker
  • DOI:
    10.1007/s12650-018-0484-4
  • 发表时间:
    2018-03-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Joseph Bunjevac;Jodi Turk;Aidan Rinehart;Wei Zhang
  • 通讯作者:
    Wei Zhang
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    Alexis Omilion;Jodi Turk;Wei Zhang
  • 通讯作者:
    Wei Zhang

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    $ 0.54万
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作者:{{ showInfoDetail.author }}

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