Experimental study on vortical propulsion mechanism of biology locomotion on water surface

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究では, アメンボの推進, 着水, 及び連続推進によって水面の流れを撮影し, PIV解析を行った. 推進及び着水の際に渦が発生する原因は, アメンボの脚で水面に力がはたらいたとき, 水の粘性により, 水面が変形することで流体内に流れが生じたためであることがわかった. また, 推進時に発生する渦は, アメンボに推進力を提供していて, 着水時に発生する渦は, アメンボにブレーキがかかる力を提供していることがわかった. 連続推進と, 推進及び着水を比較すると, 推進のみでは前脚による渦が発生して, 着水のみでは後ろ脚による渦が発生していたが, 連続推進ではそれらの渦が発生しなかった. これは, 着水時に前脚と後ろ脚は水面を変形させるほどの力を加えず, 水面を滑るように進むため, 前脚と後ろ脚による渦が発生しなかったということがわかった.アメンボの運動エネルギーに関しては, 連続推進では, 推進を開始し始めてから運動エネルギーは一度減少してから増加しているが, これは, 減少している間のアメンボの中脚の運動による水面にかかる力が推進力を妨げていることがわかった. また, 運動エネルギーが最大になってから減少し続けている原因は,アメンボの中脚が離水したことで, 中脚の運動による水面からの反力が得られなくなったためであり, アメンボはこの反力を最大限利用して推進していることがわかった. 連続推進と推進のみを比較すると, 連続推進は, 初めの推進による運動エネルギーを活かすことで, 推進のみより中脚による水面にかかる力が小さいのにもかかわらず, その後の最大の運動エネルギーは推進のみより大きくなっていることがわかった.