Inktvissen en andere koppotigen gebruiken een vorm van straalaandrijving die niet goed wordt begrepen, vooral als het gaat om hun hydrodynamica onder turbulente stromingsomstandigheden. Het ontdekken van hun geheimen kan helpen bij het creëren van nieuwe ontwerpen voor bio-geïnspireerde onderwaterrobots en voertuigen die in deze omgeving moeten opereren.

Onderzoekers in Schotland, de VS, en China onderzoeken het fundamentele mechanisme achter de voortstuwing van inktvissen. In Fysica van vloeistoffen , de groep beschrijft hun numerieke studie van de straalaandrijving van koppotigen met turbulente stroming die voor het eerst wordt overwogen. Onder hun ontdekkingen, ze ontdekten dat stuwkrachtproductie en efficiëntie worden onderschat binnen laminaire, of niet-turbulente, stromen.

Het model voor dit onderzoek is een 2-D inktvisachtige zwemmer met een flexibel mantellichaam met een drukkamer en een mondstuk dat dient als inlaat en uitlaat van water. Een externe kracht, die de vernauwing van de inktvisspier nabootst, wordt aangebracht op het flexibele manteloppervlak van het model.

"Als resultaat, het interne volume van het lichaam neemt af en water in de kamer wordt uitgeworpen om een ​​straalstroom te vormen, " zei Yang Luo, een van de auteurs en een onderzoeksassistent aan de Universiteit van Strathclyde in Glasgow, Schotland. "De inktvis wordt voortgestuwd door de sterke straal in de tegenovergestelde richting, dan wordt de mantel automatisch opgeblazen als gevolg van opgeslagen elastische energie. Tijdens het opblazen van de mantel, water wordt de kamer in gezogen en wordt uitgeworpen tijdens de volgende manteldeflatie."

Straalvoortstuwing kan efficiënter zijn wanneer turbulente stroming wordt overwogen, volgens Luo. De groep ontdekte ook symmetrie-brekende instabiliteit van wervels rond de jetter, die waterstralen uitstraalt, na verschillende continue straalcycli.

"Dit kan helpen om beter te begrijpen waarom burst-and-coastzwemmen wordt gebruikt door jonge en volwassen inktvissen die vaker binnen turbulente stromingen opereren in vergelijking met inktvisjongen die binnen laminaire stromingen opereren, " zei Luo.

Voorbij straalaandrijving, juveniele en volwassen inktvissen vertrouwen ook vaak op vintrillingen op hun hoofd om te zwemmen. De groep ontdekte dat deze burst-and-coast-stijl inktvissen kan helpen de symmetrie-brekende instabiliteit van de omringende stroomvortex te vermijden die stuwkracht en verslechtering van de efficiëntie zou kunnen veroorzaken.

"De bevindingen van ons werk over het mechanisme van symmetriedoorbrekende instabiliteit bieden richtlijnen voor het ontwerp van op inktvissen geïnspireerde onderwaterrobots en -voertuigen, "zei Luo. "Continue straalaandrijving is misschien niet gunstig, en er zijn specifieke maatregelen nodig om het effect van deze instabiliteit tijdens het ontwerp van op straalaandrijving geïnspireerde onderwatervoertuigen of voortstuwingssystemen te verminderen via actieve controle van lichaamsvervorming om de evolutie van het interne wervelingspatroon te veranderen."

Zullen we binnenkort nieuwe op straalvoortstuwing gebaseerde onderzeeërs zien?

"Het is op dit moment moeilijk te bepalen, " zei Luo. "Maar als een relatief minder uitgebreid bestudeerde vorm van onderwatervoortstuwing, het is voordelig in termen van een eenvoudig mechanisme voor effectieve onmiddellijke ontsnapping en hoge manoeuvreerbaarheid. Dit maakt het veelbelovend voor integratie met typische voortstuwing van een boegschroef om on-demand manoeuvreerbaarheid te bereiken."