Fastest Fish Shapes and Optimal Supercavitating and Hypersonic Bodies of Revolution

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorNesteruk, I.
dc.date.accessioned2021-04-19T20:14:10Z
dc.date.available2021-04-19T20:14:10Z
dc.date.issued2020
dc.description.abstractenBackground. The best swimmers have a streamlined shape that provides a flow pattern without boundary layer separation and delays the laminar-to-turbulent transition. Their shape itself could be the reason of small drag and high locomotion velocity. The fastest fish, e.g., sailfish, swordfish, black marlin, etc. have another feature of their shape – a very sharp nose – rostrum, the purpose of which remains unclear. Popular belief that the rostrum is used by these predators to pierce their prey is often disputed. Objective. In this study, we analyze the hydrodynamic aspects of the rostrum presence and the possible use of similar hulls for supercavitating underwater vehicles and fast penetration into water. We illustrate that shapes with the very sharp nose could be useful for hypersonic motion in order to eliminate overheating of the vehicle fuselage. Methods. We use the known exact solutions of the Euler equations for the incompressible fluid to simulate the pressure distribution on the bodies of revolution with a sharp nose. The slender body theory is used to simulate the supercavitation and the axisymmetric air flows at high Mach numbers. Results. Bodies of revolution with a rostrum similar to trunks of the fastest fish (sailfish, swordfish, black marlin) and corresponding pressure ant temperature coefficients were calculated. The proposed shapes ensure no stagnation points and no high pressures and temperatures on their noses at sub- and supersonic speeds both in water and air. The drag on such bodies of revolution was estimated for attached, supercavitating and supersonic flow patterns. Conclusions. A method of calculation of axisymmetric bodies without stagnation points on their surface was proposed. This peculiarity of the shape allows diminishing the maximum pressure and temperature on the nose without a significant increase in drag. Such shapes with the sharp concave nose could be recommended for high-speed attached and supercavitating bodies of revolution and for the hypersonic motion.uk
dc.description.abstractruПроблематика. Лучшие пловцы имеют обтекаемую форму, которая обеспечивает течение без отрыва пограничного слоя и задерживает ламинарно-турбулентный переход. Сама их форма может быть причиной малого сопротивления и высокой скорости передвижения. Самые быстрые рыбы, например парусник, рыба-меч, черный марлин и т.д., имеют еще одну особенность формы – очень острый нос – рострум, назначение которого остается неясным. Распространенное мнение о том, что эти хищники используют рострум для прокалывания своей добычи, часто оспаривается. Цель. В этом исследовании мы анализируем гидродинамические аспекты наличия рострума и возможное использование подобных корпусов для суперкавитирующих подводных аппаратов и быстрого проникновения в воду. Мы иллюстрируем, что формы с очень острым носом могут быть полезны для гиперзвукового движения, чтобы исключить перегрев фюзеляжа транспортного средства. Методика реализации. Для моделирования распределения давления на телах вращения с острым носом ми используем известные точные решения уравнений Эйлера для несжимаемой жидкости. Для моделирования суперкавитации и осесимметричных течений воздуха при высоких числах Маха используется теория тонкого тела. Результаты. Рассчитаны тела вращения с рострумом, подобные туловищам самых быстрых рыб (парусника, рыбы-меч, черного марлина), и соответствующие коэффициенты давления и температуры. Предложенные формы гарантируют отсутствие точки торможения потока и высокого давления и температуры на носике на до- и сверхзвуковых скоростях как в воде, так и в воздухе. Проведены оценки сопротивления таких тел вращения для безотрывных, суперкавитационных и сверхзвуковых схем обтекания. Выводы. Предложена методика расчета осесимметричных тел без точек торможения на их поверхности. Эта особенность формы позволяет снизить максимальное давление и температуру на носике без значительного увеличения лобового сопротивления. Такие формы с острым вогнутым носиком могут быть рекомендованы для высокоскоростных безотрывных и суперкавитационных тел вращения, а также для гиперзвукового движения.uk
dc.description.abstractukПроблематика. Найкращі плавці мають обтічну форму, яка забезпечує течію без відриву примежового шару і затримує ламінарно-турбулентний перехід. Сама їх форма може бути причиною малого опору та високої швидкості руху. Найшвидші риби, наприклад вітрильник, риба-меч, чорний марлін тощо, мають ще одну особливість своєї форми – дуже гострий ніс – рострум, призначення якого залишається незрозумілим. Поширена думка, що ці хижаки використовують рострум для проколювання здобичі, часто піддається сумніву. Мета. У цьому дослідженні ми аналізуємо гідродинамічні аспекти наявності роструму та можливе використання подібних корпусів для суперкавітуючих підводних апаратів і швидкого проникнення у воду. Ми ілюструємо, що форми з дуже гострим носом можуть бути корисними для гіперзвукових рухів, щоб виключити перегрів фюзеляжу транспортного засобу. Методика реалізації. Для моделювання розподілу тиску на тілах обертання з гострим носом використовуються відомі точні розв’язки рівнянь Ейлера для нестисливої рідини. Для моделювання суперкавітації та осесиметричної течії повітря за великих чисел Маха використовується теорія тонкого тіла. Результати. Розраховано тіла обертання з рострумом, подібні до тулубів найшвидших риб (вітрильника, риби-меч, чорного марліна) та відповідні коефіцієнти тиску і температури. Запропоновані форми забезпечують відсутність точoк гальмування потоку та високого тиску і температури на носику на до- та надзвукових швидкостях як у воді, так і в повітрі. Було оцінено опір таких тіл обертання для безвідривних, суперкавітаційних і надзвукових схем обтікання. Висновки. Запропоновано метод розрахунку осесиметричних тіл без точок гальмування потоку на їхній поверхні. Ця особливість форми дає змогу зменшити максимальний тиск і температуру на носику без значного збільшення опору. Такі форми з гострим увігнутим носиком можна рекомендувати для високошвидкісних безвідривних і суперкавітаційних тіл обертання та для гіперзвукового руху.uk
dc.format.pagerangePp. 169-178uk
dc.identifier.citationNesteruk, I. Fastest Fish Shapes and Optimal Supercavitating and Hypersonic Bodies of Revolution / I. Nesteruk // Innovative Biosystems and Bioengineering : international scientific journal. – 2020. – Vol. 4, No. 4. – Pp. 169–178. – Bibliogr.: 41 ref.uk
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/ibb.2020.4.4.215578
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/40680
dc.language.isoenuk
dc.publisherIgor Sikorsky Kyiv Polytechnic Instituteuk
dc.publisher.placeKyivuk
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/en
dc.sourceInnovative Biosystems and Bioengineering : international scientific e-journal, 2020, Vol. 4, No. 4uk
dc.subjectwater animal locomotionuk
dc.subjectbodies of revolutionuk
dc.subjectload reductionuk
dc.subjectdrag reductionuk
dc.subjectshape optimizationuk
dc.subjectunseparated shapesuk
dc.subjectsupercavitationuk
dc.subjecthypersonic flowsuk
dc.subjectпересування водних тваринuk
dc.subjectтіла обертанняuk
dc.subjectзменшення навантаженняuk
dc.subjectзменшення опоруuk
dc.subjectоптимізація формиuk
dc.subjectбезвідривні формиuk
dc.subjectсуперкавітаціяuk
dc.subjectгіперзвукові течіїuk
dc.subjectпередвижение водных животныхuk
dc.subjectтела вращенияuk
dc.subjectснижение нагрузокuk
dc.subjectснижение сопротивленияuk
dc.subjectоптимизация формыuk
dc.subjectбезотрывные формыuk
dc.subjectсуперкавитацияuk
dc.subjectгиперзвуковые теченияuk
dc.subject.udc532, 533uk
dc.titleFastest Fish Shapes and Optimal Supercavitating and Hypersonic Bodies of Revolutionuk
dc.title.alternativeФорми тіла найшвидших риб і оптимальні суперкавітаційні та гіперзвукові тіла обертанняuk
dc.title.alternativeФормы тела самых быстрых рыб и оптимальные суперкавитационные и гиперзвуковые тела вращенияuk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
IBB2020.4.4_01.pdf
Розмір:
1.37 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
9.01 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Innovative Biosystems and Bioengineering: international scientific e-journal, Vol. 4, No. 4