Optimal chordwise stiffness distribution for self-propelled heaving flexible plates

拍打 物理 刚度 推力 抗弯刚度 弯曲 机械 推进效率 推进 分布(数学) 流离失所(心理学) 结构工程 数学分析 数学 工程类 热力学 心理治疗师 心理学
作者
Wenjiang Wang,Haibo Huang,Xi‐Yun Lu
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:32 (11) 被引量:18
标识
DOI:10.1063/5.0029806
摘要

The effect of non-uniform chordwise stiffness distribution on the self-propulsive performance of three-dimensional flexible plates is studied numerically. Some typical stiffness distributions, including uniform, declining, and growing distribution, are considered. First, the normalized bending stiffness K̃ is derived, which can well represent the overall bending stiffness of the non-uniform plates. For different non-uniformly distributed plates with the same K̃, the maximum displacement difference between the trailing and leading edges of the plate during the flapping is almost identical. There exists a common optimal K̃ at which all the plates achieve their optimal performance, i.e., the highest cruising speed and efficiency. Second, we reveal what kind of non-uniform distribution could be the best at a specific K̃ in terms of the propulsive performance. The force analysis indicates that a larger bending deformation in the anterior part for the growing distribution leads to a larger thrust. Hence, the large local slope along the anterior flexible plate is preferred to enhance the propulsive performance. The results obtained in this study may shed some light on a better understanding of the hydrodynamic effect on the self-propulsion of the non-uniform stiffness wings or fins of animals.

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