Overraskende fund om fysik i vandindtrængning kan føre til smartere design af skibe

Utallige gange om dagen, havfugle dykker og fanger bytte fra havet, både kommer ind i vandet fra tørt land, og vandflyvere rører forsigtigt ned midt i bølgerne. Fænomenet med objekter, der kommer ind i vand, er almindeligt, alligevel er en fuld forståelse af fysikken ved vandindtrængning stadig undvigende, især hvad angår tilfælde, hvor en fast genstand kommer ind i en vandmasse, der indeholder andre faste genstande, såsom en måge, der dykker ned i et stenet hav.

Et team af forskere ved NYU Tandon School of Engineering undersøger dette relativt uberørte forskningsområde og har offentliggjort en række overraskende fund, der kan føre til strategier for at minimere belastningen af ​​vandindtrængning på marine fartøjer, vandflyvere, og kapsler til rumbesætning designet til vandlanding.

"Mange undersøgelser af vandindtrængning overser tilstedeværelsen af ​​faststof, stationære genstande som is eller klipper i vandet, og det er klart, at disse emner kan påvirke genstande, der kommer ind i vandet og ændre påvirkningens fysik, "sagde Maurizio Porfiri, professor i mekanik og rumfartsteknik ved NYU Tandon og hovedforfatter til papiret "Solid Obstacles Can Reduce Hydrodynamic Loading Under Water Entry, ", der fremgår af journalen Fysisk gennemgangsvæske . Porfiris samarbejdspartnere omfatter NYU Tandon Adjunct Faculty Member Ghania Benbelkacem, i Institut for Mekanik og Rumfartsteknik, og Mohammad Jalalisendi, en nyuddannet doktorgrad i Porfiris gruppe.

Porfiri og hans samarbejdspartnere i Dynamical Systems Laboratory skabte et eksperiment ved hjælp af en fast kile, der faldt ned i en vandtank, der indeholdt en neutralt flydende cylinder. Sensorer i opsætningen målte acceleration, tryk, og dybde, og teamet brugte partikelbilledhastighed til at visualisere flow og måle hastigheden på vandstråler produceret af kilen, da den ramte vandet. Analyser afslørede, at cylinderens tilstedeværelse i vandet dramatisk ændrede fysikken for påvirkning af kilen på uventede måder.

Til forskernes overraskelse, de bemærkede et fald i trykket i ophobningen-det område af væsken, hvor en højhastighedsstråle frembringes, når kilen lander-på siden af ​​kilen nærmest cylinderen. Porfiri og teamet tilskrev dette fald til cylinderen, der lukkede væske på den side, så der blev fortrængt mindre vand ved stød. Imidlertid, i et modstridende fund, holdet bemærkede en stigning i trykket mod kilens køl, angiver en rig, kompleks effekt fra cylinderen. Yderligere undersøgelser er nødvendige for at forene disse modstridende fund, men forskerne bemærker vigtigheden af ​​at fortsætte med at undersøge samspillet mellem stationære genstande i vand og objekter, der kommer ind i vandet.

"Det er klart, at der er sympatiske interaktioner mellem disse objekter, og når vi får en bedre forståelse af dem, det kan føre til design og materialer, der dæmper en del af belastningen på marine fartøjer, der sejler i okkluderede farvande, især dem, der udforsker og navigerer i polarområder, "sagde Porfiri.