Движения хвоста дельфина создают мощные вихри для быстрого плавания

Исследователи из Университета Осаки установили, каким образом дельфины достигают высокой скорости передвижения в воде. Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Fluids.

Специалисты провели крупномасштабное численное моделирование на суперкомпьютере, чтобы разобраться в структуре турбулентного потока, возникающего при движении дельфина. Моделирование показало, что основную тягу создают крупные вихревые кольца, формирующиеся при вертикальных движениях хвоста животного. Эти вихри отбрасывают воду назад и обеспечивают движение вперед.

В процессе образования крупных вихрей запускается энергетический каскад, при котором возникают более мелкие вихревые структуры. Однако анализ данных продемонстрировал, что мелкие вихри практически не влияют на скорость плавания, несмотря на их количество. Вся движущая сила концентрируется в крупномасштабных вихрях.

Ведущий автор работы Ютаро Мотоори отметил, что суперкомпьютер позволил разложить турбулентный поток на составляющие и определить доминирующие компоненты. Старший автор исследования Сусуму Гото указал на критическую роль иерархии вихрей для понимания механики плавания морских млекопитающих.

Исследователи проверили полученные результаты при различных скоростях плавания. Закономерности сохранились в широком диапазоне условий. Использование вычислительных методов дало возможность детально изучить движение жидкости, что затруднительно осуществить в натурных экспериментах.

Полученные данные могут применяться при создании подводных роботов с улучшенными характеристиками скорости и энергоэффективности.

Источник: Phys.org