Kuşlar yüzyıllardır insanların uçuşuna ilham kaynağı olmuştur ancak Shabnam Raayai onların aynı zamanda enerji tüketimini azaltma konusunda da dersler verebileceğini düşünüyor.
Bilim'daki Rowland Enstitüsü'nden bir araştırmacı olan Raayai, ister uçan kuşlar ister köpekbalığı pulları olsun, doğa olaylarından pratik uygulamalarla fizik çıkarmak için çalışıyor. Göçmen kuşların V şeklindeki uçuş formasyonlarından ipuçları alan Raayai'nin ekibi, dronlar gibi insansız hava araçlarının uçuşunun, güç kaynaklarının daha uzun ömürlü olmasını sağlayacak şekilde nasıl tasarlanabileceğine dair yeni bilgiler yayınladı. Sonuçlar aynı zamanda su altında hareket eden araçlardan taşkın kontrolü için bitki örtüsünün nasıl düzenlenebileceğine kadar ortamdaki her türlü kolektif harekete de uygulanabilir.
Araştırmacılar, grup uçuşu optimizasyonuna yönelik araştırmaların yeni olmadığını ancak bu tür deneylerin çoğunun, mekanik kaldırma kuvvetinin kanatların şekliyle oluşturulduğu sabit kanatlı uçaklara odaklandığını söylüyor. Endüstriyel ve askeri ortamlarda giderek önem kazanan küçük pervaneli gemilerin gövdeleri gibi araçların “kaldırılmayan” parçaları hakkında daha az şey biliniyor. “Ya cihazlarımızın veya araçlarımızın sabit kanatları yoksa?” dedi Raayai. “Akış fiziği nasıl değişir?”
Prasoon Suchandra (solda) ve Shabnam Raayai, farklı uçuş düzenlemelerinin her bir nesnenin sürüklenmesini nasıl etkilediğini yakalamak için yüksek hızlı görüntüleme kullandı.
Kris Snibbe/Bilim Personel Fotoğrafçısı
Bu soruları yanıtlamak, hem ölçüm doğruluğunu hem de maliyet etkinliğini dikkate alan yaratıcı bir deney düzeneği gerektiriyordu. Uçuş halindeki araçları temsil etmek için bir su tüneli ve silindirler kullanan ekip, her nesnenin etrafındaki akış alanını ölçmek için parçacık görüntülü hız ölçümü adı verilen bir teknik kullandı. Tek bir lazer ve kesişen dört ışık tabakası, tamamen aydınlatılmış bir alan yarattı; burada araştırmacılar, farklı düzenlemelerin her bir nesnenin sürüklenmesini nasıl etkilediğini yakalamak için yüksek hızlı görüntüleme kullandı. Su ve havanın her ikisi de Newton tipi akışkanlar olduğundan, basit hesaplamalar çeşitli uygulamalara ekstrapolasyon yapılmasına olanak sağlar.
Gözlemleri arasında şunlar yer alıyor: Bir konfigürasyonda, liderin arkasındaki ikinci sıradaki üyeler için sürüklenmede yüzde 45'lik bir azalma ve lider için bir miktar ek sürüklenme azaltma faydası buldular. Verilere göre V'nin açısı büyüdükçe bu faydalar azaldı.
Raayai, ölçümlerin, farklı araştırmacıların veya endüstrilerin optimizasyon için kendi parametrelerini uygulayabilecekleri temel ilkeler dizisi olduğunu vurguladı. “Ne yapmak istediğinize bağlı olarak optimizasyonun birden fazla yolu vardır” dedi. “Yedi üyenizin hepsinin A noktasından B noktasına kadar aynı miktarda pil kullanmasını ister misiniz? Eğer durum buysa, uçuşunuz boyunca üyelerin pozisyonlarını değiştirmenin bir yolunu bulmanız gerekecek.”
Sonuç olarak Raayai, enerji tüketimini azaltmanın ve elektrifikasyona doğru ilerlemenin yeni yollarını sunarak karbonsuzlaştırmaya giden yolun açılmasına yardımcı olmak istiyor. Ve doğanın onu dürtme gibi bir yolu var.
“Birçok hayvan grup halinde manevra yapmayı tercih ediyor ve bu onlar için faydalı oluyor; yürüyenler, yüzenler veya uçanlar” dedi.
Akışkanlar Fiziği makalesi, “Biyo-esinli V-formasyonunun, kaldırılmayan nesnelerin akış geçmişi düzenlemesi üzerindeki etkisi”, Rowland Enstitüsü doktora sonrası araştırmacısı Prasoon Suchandra tarafından ortak yazılmıştır ve Amerikan Fizik Enstitüsü'nün Scilight tarafından öne çıkarılmaktadır.
Bilim'daki Rowland Enstitüsü'nden bir araştırmacı olan Raayai, ister uçan kuşlar ister köpekbalığı pulları olsun, doğa olaylarından pratik uygulamalarla fizik çıkarmak için çalışıyor. Göçmen kuşların V şeklindeki uçuş formasyonlarından ipuçları alan Raayai'nin ekibi, dronlar gibi insansız hava araçlarının uçuşunun, güç kaynaklarının daha uzun ömürlü olmasını sağlayacak şekilde nasıl tasarlanabileceğine dair yeni bilgiler yayınladı. Sonuçlar aynı zamanda su altında hareket eden araçlardan taşkın kontrolü için bitki örtüsünün nasıl düzenlenebileceğine kadar ortamdaki her türlü kolektif harekete de uygulanabilir.
Araştırmacılar, grup uçuşu optimizasyonuna yönelik araştırmaların yeni olmadığını ancak bu tür deneylerin çoğunun, mekanik kaldırma kuvvetinin kanatların şekliyle oluşturulduğu sabit kanatlı uçaklara odaklandığını söylüyor. Endüstriyel ve askeri ortamlarda giderek önem kazanan küçük pervaneli gemilerin gövdeleri gibi araçların “kaldırılmayan” parçaları hakkında daha az şey biliniyor. “Ya cihazlarımızın veya araçlarımızın sabit kanatları yoksa?” dedi Raayai. “Akış fiziği nasıl değişir?”
Prasoon Suchandra (solda) ve Shabnam Raayai, farklı uçuş düzenlemelerinin her bir nesnenin sürüklenmesini nasıl etkilediğini yakalamak için yüksek hızlı görüntüleme kullandı.
Kris Snibbe/Bilim Personel Fotoğrafçısı
Bu soruları yanıtlamak, hem ölçüm doğruluğunu hem de maliyet etkinliğini dikkate alan yaratıcı bir deney düzeneği gerektiriyordu. Uçuş halindeki araçları temsil etmek için bir su tüneli ve silindirler kullanan ekip, her nesnenin etrafındaki akış alanını ölçmek için parçacık görüntülü hız ölçümü adı verilen bir teknik kullandı. Tek bir lazer ve kesişen dört ışık tabakası, tamamen aydınlatılmış bir alan yarattı; burada araştırmacılar, farklı düzenlemelerin her bir nesnenin sürüklenmesini nasıl etkilediğini yakalamak için yüksek hızlı görüntüleme kullandı. Su ve havanın her ikisi de Newton tipi akışkanlar olduğundan, basit hesaplamalar çeşitli uygulamalara ekstrapolasyon yapılmasına olanak sağlar.
Gözlemleri arasında şunlar yer alıyor: Bir konfigürasyonda, liderin arkasındaki ikinci sıradaki üyeler için sürüklenmede yüzde 45'lik bir azalma ve lider için bir miktar ek sürüklenme azaltma faydası buldular. Verilere göre V'nin açısı büyüdükçe bu faydalar azaldı.
Raayai, ölçümlerin, farklı araştırmacıların veya endüstrilerin optimizasyon için kendi parametrelerini uygulayabilecekleri temel ilkeler dizisi olduğunu vurguladı. “Ne yapmak istediğinize bağlı olarak optimizasyonun birden fazla yolu vardır” dedi. “Yedi üyenizin hepsinin A noktasından B noktasına kadar aynı miktarda pil kullanmasını ister misiniz? Eğer durum buysa, uçuşunuz boyunca üyelerin pozisyonlarını değiştirmenin bir yolunu bulmanız gerekecek.”
Sonuç olarak Raayai, enerji tüketimini azaltmanın ve elektrifikasyona doğru ilerlemenin yeni yollarını sunarak karbonsuzlaştırmaya giden yolun açılmasına yardımcı olmak istiyor. Ve doğanın onu dürtme gibi bir yolu var.
“Birçok hayvan grup halinde manevra yapmayı tercih ediyor ve bu onlar için faydalı oluyor; yürüyenler, yüzenler veya uçanlar” dedi.
Akışkanlar Fiziği makalesi, “Biyo-esinli V-formasyonunun, kaldırılmayan nesnelerin akış geçmişi düzenlemesi üzerindeki etkisi”, Rowland Enstitüsü doktora sonrası araştırmacısı Prasoon Suchandra tarafından ortak yazılmıştır ve Amerikan Fizik Enstitüsü'nün Scilight tarafından öne çıkarılmaktadır.