.Using dragonfly wings to study the relationship between corrugated wing structure and vortex motions
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.Using dragonfly wings to study the relationship between corrugated wing structure and vortex motions
잠자리 날개를 사용하여 주름진 날개 구조와 소용돌이 운동 사이의 관계 연구
히로시마 대학 갑작스런 출발 후에는 날개의 공기 흐름이 작용합니다. 빨간색과 파란색 영역은 시계 반대 방향과 시계 방향 흐름을 나타내는 양의 와도와 음의 와도를 나타냅니다. 곡선은 유선을 나타냅니다. 앞쪽 가장자리 근처의 주름진 구조는 리프트 향상의 핵심 요소인 중요한 빨간색 형성을 방해합니다. 저작자: 후지타 유스케/히로시마 대학
-히로시마 대학의 과학자들은 주름진 날개 구조와 소용돌이 운동 사이의 관계를 더 잘 이해하기 위해 잠자리 날개에 대한 연구를 수행했습니다. 그들은 주름진 날개가 평평한 날개보다 더 큰 양력을 나타낸다는 것을 발견했습니다. 그들의 연구는 2023년 12월 7일 Physical Review Fluids 저널에 게재되었습니다 . 연구자들은 잠자리 날개의 주름이 양력을 높이는 비밀 요소인지 확인하기 시작했습니다.
과거의 연구에서는 전진 운동 중 날개 주위의 꾸준한 흐름을 크게 확대했지만 주름진 구조에 의해 생성된 소용돌이가 양력에 미치는 영향은 미스터리로 남아 있습니다. 잠자리, 매미, 벌과 같은 곤충의 날개 표면은 여객기의 날개처럼 평평하지 않습니다. 곤충 의 날개는 신경과 막으로 구성되어 있으며, 그 단면 형상은 꼭지점(신경)과 선분(막)으로 구성되어 있습니다. 모양의 기하학은 V자 모양이나 다른 모양과 개체의 연결로 나타납니다.
이전 연구에서는 능선과 홈이 있는 주름진 날개가 낮은 레이놀즈 수에서 부드러운 날개보다 더 나은 공기 역학적 성능을 갖는 것으로 나타났습니다. 공기 역학에서 레이놀즈 수는 유체의 흐름 패턴을 예측하는 데 도움이 되는 수량입니다. 주름진 날개에 대한 초기 공기 역학적 연구는 소형 비행 로봇, 드론 및 풍차에 적용하는 데 기여했습니다. 곤충은 근력이 낮기 때문에 어떤 면에서는 주름진 날개가 공기역학적 이점을 제공해야 합니다.
그러나 과학자들은 복잡한 날개 구조와 흐름 특성으로 인해 작동 메커니즘을 완전히 이해하지 못했습니다. 연구진은 직접적인 수치 계산을 사용하여 2차원 주름형 날개 주변의 흐름을 분석하고 주름형 날개 성능을 평면 날개의 성능과 비교했습니다. 그들은 첨단 소용돌이의 초기 생성과 분리 전의 후속 상호 작용 사이의 기간에 대한 연구에 중점을 두었습니다.
-그들은 바람이 날개와 만나는 각도인 받음각이 30°보다 클 때 주름진 날개 성능이 더 좋다는 것을 발견했습니다. 주름진 날개의 고르지 못한 구조는 복잡한 흐름 구조와 소용돌이 운동으로 인해 불안정한 양력을 생성합니다. "우리는 뚜렷한 주름진 구조에 의해 시작되는 독특한 기류 댄스에 의해 구동되는 부스팅 리프트 메커니즘을 발견했습니다.
이는 단순한 플레이트 날개 시나리오에서 게임 체인저가 될 수 있습니다."라고 Yusuke Fujita 박사는 말했습니다. 히로시마 대학 생명종합과학연구과 학생. 연구진은 실제 잠자리 날개를 사용하여 주름진 날개의 2차원 모델을 구축했습니다. 이 모델은 앞쪽 가장자리의 더 깊은 주름진 구조와 뒤쪽 가장자리의 덜 깊거나 평평한 구조로 구성되었습니다. 2차원 모델을 사용하여 날개 동작을 더욱 단순화하고 정지 상태에서 변환하여 불안정한 양력 생성에 중점을 두었습니다.
병진 운동 또는 슬라이딩 운동은 피칭 및 회전 외에 날개 운동의 주요 구성 요소입니다. 연구진의 분석은 잠자리가 비행 중에 사용하는 비고정 메커니즘에 대한 이해를 넓혀줍니다. 연구팀은 연구에서 2차원 모델을 고려했습니다. 그러나 그들의 연구는 흐름이 일반적으로 3차원인 곤충 비행의 공기역학에 중점을 두었습니다.
히로시마대학교 생명종합과학대학원 이마 마코토 교수는 “이러한 결과를 3차원 시스템으로 확장하면 곤충의 비행을 이해하고 산업계에 적용하기 위한 보다 실질적인 지식을 얻을 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다. 앞으로 연구원들은 3차원 모델에 대한 조사에 집중할 것입니다. "우리는 갑자기 움직임이 폭발하는 2차원 주름형 날개 모델로 작업을 시작했습니다. 이제 우리는 더 넓은 범위의 날개 모양과 동작에 걸쳐 양력 부스팅을 탐색하기 위한 탐구에 착수했습니다. 우리의 궁극적인 목표는 새로운 날개를 제작하는 것입니다. 우리의 양력 강화 메커니즘을 통해 고성능 의 생체모방 날개를 만들었 습니다."라고 Fujita는 말했습니다.
추가 정보: Yusuke Fujita 외, 와류-주름 상호 작용에 의한 잠자리 날개 모델의 동적 양력 향상 메커니즘, Physical Review Fluids (2023). DOI: 10.1103/PhysRevFluids.8.123101 저널 정보: Physical Review Fluids 히로시마대학 제공
https://phys.org/news/2024-01-dragonfly-wings-relationship-corrugated-wing.html
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메모 240127_1104,1848 나의 사고실험 qpeoms 스토리텔링
바람결 모드의 유선형 qpeoms에는 매우 촘촘한 바람결 방향성 격자의 층간 밀도 높은 구역간 구분의 vixxer 테두리가 있다. 그곳 미세한 층간 일부 바람결에서 잠자리나 날짐승의 주름진 윗곡면에 더 빠른 깃털이 날개짓하면 바람결에 양력이 생기는듯 상하 이동을 +- 와도를 통한 상승.하강 운동은 양력의 받음각 조정이 가능한 비행이다.
생태계의 날벌레와 날짐승은 이 물리적 비행기술을 매우 생물학적으로 더욱 정교하게 만든다. 기류의 와도인 소용돌이 운동 중심 (vixer)를 날개짓의 무게중심 와도가 위치 이동을 요구받게 된다. 이는 중력 반응하는 날개짓이 자연환경에 최적화에 적응하도록 생물학적 감각에 의해 훈련된다. 허허. 우주에는 날개짓하는 성운이 있고 별들이 와도 운동으로 은하계 나선형을 만들고 있다. 허허.
- Scientists at Hiroshima University conducted a study on dragonfly wings to better understand the relationship between wrinkled wing structure and vortex movement. They found that corrugated wings produced greater lift than flat wings. Their study was published December 7, 2023, in the journal Physical Review Fluids. Researchers set out to determine if the wrinkles on dragonfly wings are the secret ingredient that increases lift.
Past studies have greatly expanded the steady flow around the wing during forward motion, but the effect of the vortices created by the corrugated structure on lift remains a mystery. The wing surfaces of insects such as dragonflies, cicadas, and bees are not flat like the wings of an airliner. Insect wings are composed of nerves and membrane, and their cross-sectional shape is composed of vertices (nerves) and line segments (membrane). The geometry of a shape appears as a V-shape or the connection of other shapes and objects.
-Previous studies have shown that corrugated wings with ridges and grooves have better aerodynamic performance than smooth wings at low Reynolds numbers. In aerodynamics, the Reynolds number is a quantity that helps predict the flow patterns of a fluid. Early aerodynamic research on corrugated wings contributed to their applications in small flying robots, drones, and windmills. Insects have low muscle strength, so in some way their corrugated wings must provide an aerodynamic advantage.
- However, scientists do not fully understand the operating mechanism due to the complex wing structure and flow characteristics. The researchers used direct numerical calculations to analyze the flow around a two-dimensional corrugated wing and compared the corrugated wing performance to that of a flat wing. They focused their study on the period between the initial creation of the leading edge vortex and its subsequent interactions before separation.
-They found that corrugated wing performance was better when the angle of attack, which is the angle at which the wind meets the wing, is greater than 30°. The uneven structure of the corrugated wing generates unstable lift due to the complex flow structure and vortex motion. “We discovered a boosting lift mechanism driven by a unique airflow dance initiated by distinct corrugated structures.
Note 1.
The cross section of the wing is generally flat on the lower surface, while the upper surface is slightly curved. When air flows along a wing like this, the flow speed on the upper surface becomes faster than on the lower surface, so the force acting on the lower surface becomes relatively greater than the upper surface, ultimately generating an upward force, or lift.
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Memo 240127_1104,1848 My thought experiment qpeoms storytelling
Streamlined qpeoms in wind mode have vixxer borders with dense inter-layer zonation of a very tight wind directional grid. When faster feathers flutter on the wrinkled upper surface of dragonflies or birds in some wind patterns between fine layers, lift is created in the wind. Ascending and descending movement through +- vorticity is a flight in which the angle of attack of lift can be adjusted.
The insects and birds of the ecosystem make this physical flight technique even more biologically sophisticated. The vorticity center of the wing movement (vixer), which is the vorticity of the airflow, is required to move the position of the center of gravity of the wings. It is trained by biological senses to optimally adapt gravity-responsive wing flapping to the natural environment. haha. There are flapping nebulae in space, and the movement of stars creates a galaxy spiral. haha.
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.Breaking Cosmic Speed Limits: Powerful Astrophysical Jet Challenges Existing Theories
우주 속도 한계 깨기: 강력한 천체물리학 제트가 기존 이론에 도전하다
주제:천문학천체물리학막스 플랑크 연구소입자물리학 작성자: 막스 플랑크 핵물리연구소 2024년 1월 27일 천체 물리학적 제트 입자 가속기 예술 SS 433에 대한 최근 연구에서는 감마선 방출 뒤에 숨은 메커니즘이 밝혀졌으며 제트 내에서 입자가 어떻게 가속되는지 밝혀졌습니다. 이번 발견은 기존 이론에 도전하고 우주 현상을 이해하는 데 중요한 상대론적 제트를 구동하는 과정을 자세히 살펴볼 수 있게 해줍니다. 신용: SciTechDaily.com
감마선이 은하 마이크로퀘이사 SS 433 제트의 속도를 추적하고 매우 효율적인 입자 가속을 밝혀내는 방법. 마이크로퀘이사 SS 433은 우리 은하계 내에서 가장 흥미로운 물체 중 하나로 눈에 띕니다 . 반대 방향으로 향하는 한 쌍의 플라즈마 빔 ( "제트")은 빛 속도의 1/4이 조금 넘는 속도로 쌍성계 디스크 표면에서 수직으로 나선형으로 멀어집니다.
나미비아의 HESS 관측소는 이제 SS 433 제트에서 매우 높은 에너지 감마선을 감지하고 은하계에서 가장 효과적인 입자 가속기 중 하나의 제트 내 정확한 위치를 식별하는 데 성공했습니다. 서로 다른 에너지의 감마선 이미지 비교를 통해 HESS 협력은 처음으로 발사 지점에서 멀리 떨어진 제트 속도를 추정하여 입자를 매우 효율적으로 가속하는 메커니즘을 제한할 수 있었습니다. SS 433은 우리 은하계에서 가장 흥미로운 물체 중 하나로 돋보입니다.
그 중심에서 블랙홀은 밀접하게 공전하는 동반성으로부터 물질을 끌어와 뜨거운 강착 원반을 생성합니다. 특히, 반대 방향으로 향하는 한 쌍의 플라즈마 빔("제트")은 광속의 1/4이 조금 넘는 속도로 디스크 표면에서 수직으로 나선형으로 멀어집니다. 나미비아의 HESS 관측소는 이제 SS 433 제트에서 매우 높은 에너지 감마선을 감지하고 은하계에서 가장 효과적인 입자 가속기 중 하나의 제트 내 정확한 위치를 식별하는 데 성공했습니다.
다양한 에너지의 감마선 이미지 비교를 통해 하이델베르그의 Max-Planck-Institut für Kernphysik과 HESS 협력의 과학자들은 우리 은하계의 상대론적 제트의 움직임과 역학을 밝혀 이러한 놀라운 천체 물리학 현상에 대한 귀중한 통찰력을 제공했습니다. 이번 연구 결과는 사이언스(Science) 저널 최신호에 게재됐다.
SS 433 시스템의 아티스트 인상 비디오 시각화 및 논문의 주요 결과 요약. 출처: MPIK/HESS 과학 커뮤니케이션 연구소
Arthur C. Clarke의 독특한 불가사의: SS 433 SF 작가 아서 C. 클라크(Arthur C. Clarke)는 1997년 BBC TV 시리즈에서 세계 7대 불가사의를 직접 선정했습니다. 그가 포함시킨 유일한 천체는 SS 433이었습니다. SS 433은 X선 방출로 인해 이미 1970년대 후반부터 주목을 받았습니다. 나중에 이 수생 포유류를 닮은 독특한 모양으로 인해 해우 성운이라고 불리는 가스 성운의 중심에 있는 것으로 밝혀졌습니다.
SS 433 제트기의 미스터리 SS 433은 질량이 태양의 약 10배인 블랙홀과 질량은 비슷하지만 훨씬 더 큰 부피를 차지하는 별이 13일의 주기로 서로 공전하는 쌍성계입니다. 블랙홀의 강렬한 중력장은 별 표면의 물질을 찢어내고, 이 물질은 블랙홀에 공급되는 뜨거운 가스 원반에 축적됩니다. 물질이 블랙홀 쪽으로 떨어지면 두 개의 시준된 하전 입자 제트(플라즈마)가 디스크 평면에 수직으로 광속의 4분의 1 속도로 발사됩니다(그림 1 참조).
SS 433 시스템 아티스트의 감상 그림 1. 대규모 제트(파란색)와 주변 매너티 성운(빨간색)을 묘사한 SS 433 시스템에 대한 예술가의 인상. 제트는 처음에는 발사 후 마이크로퀘이사로부터 짧은 거리에서만 관찰할 수 있는데, 너무 작아서 이 사진에서 볼 수 없습니다. 그런 다음 제트는 감지되지 않은 채 약 75광년(25파섹)의 거리를 이동한 후 변환을 거치다가 갑자기 밝은 비열 방출원(X선 및 감마선)으로 다시 나타납니다. 입자는 이 위치에서 효율적으로 가속되며, 이는 강한 충격(입자를 가속할 수 있는 매질의 불연속성)이 있음을 나타낼 가능성이 높습니다. 출처: MPIK/HESS 과학 커뮤니케이션 연구소
SS433의 제트는 너무 어두워져서 볼 수 없게 되기 전에 중앙 쌍성 양쪽에서 1광년 미만의 거리에 있는 엑스선 범위까지 무선으로 감지할 수 있습니다. 그러나 놀랍게도 발사 지점에서 약 75광년 떨어진 곳에서 제트기가 갑자기 밝은 X선 광원으로 다시 나타나는 것이 보입니다. 이 재현의 이유는 오랫동안 제대로 이해되지 않았습니다. 유사한 상대론적 제트가 활성 은하(예: 퀘이사)의 중심에서 방출되는 것도 관찰됩니다.
이러한 제트는 SS 433의 은하 제트보다 크기가 훨씬 더 큽니다. 이러한 비유로 인해 SS 433과 같은 물체는 마이크로퀘이사로 분류됩니다. 획기적인 감마선 검출 최근까지 마이크로퀘이사에서 감마선 방출이 감지된 적은 없습니다. 그러나 2018년 HAWC(High Altitude Water Cherenkov Gamma-ray Observatory)가 처음으로 SS 433의 제트에서 매우 높은 에너지 감마선을 탐지하는 데 성공하면서 상황이 바뀌었습니다. 이는 제트 입자 어딘가에 있다는 것을 의미합니다. 극도의 에너지로 가속됩니다. 수십 년간의 연구에도 불구하고 천체물리학 제트 내에서 입자가 어떻게 또는 어디서 가속되는지는 여전히 불분명합니다.
세 가지 다른 감마선 에너지 범위 SS 433 그림 2. 세 가지 다른 감마선 에너지 범위를 보여주는 SS 433의 합성 이미지. 녹색으로, 전파 관측은 이미지 중앙 근처에 밝은 점으로 보이는 마이크로퀘이사와 함께 매너티 성운을 표시합니다. 실선은 중앙 지역에서 나오는 엑스레이 방출의 윤곽과 다시 나타난 후의 대규모 제트를 보여줍니다. 빨간색은 a) 낮은(0.8-2.5 TeV, 왼쪽), b) 중간(2.5-10 TeV, 중간) 및 c) 높은(>10 TeV, 오른쪽) 에너지에서 HESS에 의해 감지된 감마선 방출을 나타냅니다. 감마선 방출 위치는 에너지가 감소함에 따라 중앙 발사 지점에서 더 멀리 이동합니다. 출처: 배경: NRAO/AUI/NSF, K. Golap, M. Goss; NASA의 WISE(Wide Field Survey Ex-plorer); X선(녹색 윤곽): ROSAT/M. 브링크만; TeV(빨간색): HESS 협업.
마이크로퀘이사로부터의 감마선 방출에 대한 연구는 한 가지 중요한 이점을 제공합니다. SS 433의 제트 관련 영역은 가장 가까운 활동 은하(센타우루스 A)의 제트 영역보다 50배 이상 작지만 SS 433은 은하수 내부에 위치하고 있습니다. 지구에 천배 더 가깝습니다. 결과적으로, 하늘에 있는 SS 433 제트의 관련 영역의 겉보기 크기는 훨씬 더 크므로 현재 세대의 감마선 망원경을 사용하여 그 특성을 연구하기가 더 쉽습니다. 감마선 방출을 정확히 찾아내기 HAWC 탐지에 따라 HESS 관측소는 SS 433 시스템의 관측 캠페인을 시작했습니다.
이 캠페인을 통해 약 200시간의 데이터와 SS 433 제트기의 감마선 방출을 명확하게 감지할 수 있었습니다. 이전 측정에 비해 HESS 망원경의 뛰어난 각도 분해능 덕분에 연구자들은 감마선의 기원을 정확히 찾아낼 수 있었습니다. 처음으로 제트기 내에서 방출하여 흥미로운 결과를 얻었습니다. 이전 X선 관측에 따르면 중앙 쌍성 영역에서는 감마선 방출이 감지되지 않지만 쌍성의 양쪽으로 약 75광년 떨어진 외부 제트에서는 방출이 갑자기 나타납니다. 그러나 천문학자들을 가장 놀라게 한 것은 다른 에너지에서 볼 때 감마선 방출 위치의 변화였습니다.
10테라전자볼트 이상의 가장 높은 에너지를 가진 감마선 광자는 제트가 갑자기 다시 나타나는 지점에서만 감지됩니다(그림 2c 참조). 대조적으로, 에너지가 낮은 감마선을 방출하는 영역은 각 제트를 따라 더 멀리 나타납니다(그림 2 참조).
HESS 천문대 HESS 관측소는 나미비아의 호마스 고원(Khomas Highlands) 남쪽 하늘 아래 해발 1,835m에 위치해 있습니다. 크레딧: Sabine Gloaguen
"이것은 천체물리학 제트의 감마선 방출에서 에너지 의존적 형태에 대한 최초의 관찰입니다."라고 HESS 연구를 이끌고 있는 하이델베르크 막스플랑크 연구소의 Laura Olivera-Nieto는 말했습니다. 박사 논문의 일부로 SS 433. “우리는 처음에 이러한 발견에 당황했습니다. X-선 제트가 다시 나타나는 지점에 이러한 고에너지 광자가 집중되어 있다는 것은 예상하지 못했던 효율적인 입자 가속이 그곳에서 일어나고 있음을 의미합니다." 현상 뒤에 숨은 과학 과학자들은 감미선 방출의 관찰된 에너지 의존성을 시뮬레이션하여 외부 제트의 속도에 대한 최초의 추정치를 얻을 수 있었습니다.
이 속도와 제트가 발사되는 속도의 차이는 입자를 더 멀리 가속시키는 메커니즘이 강한 충격, 즉 매체 특성의 급격한 전환임을 암시합니다. 가속된 전자도 X선 방사선을 생성하므로 충격의 존재는 제트의 X선 재현에 대한 자연스러운 설명도 제공합니다. "이 빠른 입자가 가벼운 입자( 광자 )와 충돌하면 에너지의 일부가 전달됩니다. 이것이 HESS로 관찰된 고에너지 감마 광자를 생성하는 방법입니다. 이 과정을 역 콤프턴 효과라고 합니다."라고 Brian Reville은 설명합니다. 하이델베르그에 있는 막스 플랑크 핵 물리학 연구소의 천체 물리학 플라즈마 이론 그룹의 그룹 리더입니다. SS 433에서 입자 가속 공개 "이 독특한 시스템에서 입자 가속이 발생하는 것에 대해 많은 추측이 있었습니다. 더 이상은 아닙니다.
HESS 결과는 실제로 가속 위치와 가속된 입자의 특성을 정확히 파악하고 입자의 움직임을 조사할 수 있게 해줍니다. 블랙홀이 발사한 대규모 제트기”라고 하이델베르그 막스 플랑크 핵물리연구소 소장이자 비열천체물리학과장인 짐 힌튼(Jim Hinton)은 지적합니다. DESY Zeuthen 의 박사후 연구원이자 공동 저자인 Michelle Tsirou는 "불과 몇 년 전만 해도 지상 기반 감마선 측정이 그러한 시스템의 내부 역학에 대한 정보를 제공할 수 있다는 것은 상상할 수 없었습니다."라고 덧붙였습니다 .
그러나 제트기가 다시 나타난 지점에서 충격이 발생한 원인에 대해서는 알려진 바가 없습니다. Olivera-Nieto는 “아직 제트기의 모든 특성을 균일하게 설명할 수 있는 모델이 없습니다. 아직 이 기능을 예측한 모델이 없기 때문입니다.”라고 설명합니다. 그녀는 다음으로 이 작업에 전념하고 싶어합니다. 이는 SS 433과 지구 간의 상대적인 근접성이 상대론적 제트에서 입자 가속의 발생을 연구할 수 있는 독특한 기회를 제공하기 때문에 가치 있는 목표입니다. 그 결과가 수천 배 더 큰 활성 은하와 퀘이사의 제트로 전달될 수 있기를 희망하며, 이는 가장 활동적인 우주선의 기원에 관한 많은 수수께끼를 해결하는 데 도움이 될 것입니다.
참고 자료:2024년 1월 25일 , 과학 DOI: 10.1126/science.adi2048
메모 2401272127 나의 사고실험 qpeoms 스토리텔링
qms성운 속에 qvixer 2제트는 입자들이 너무 작아서 볼 수 없었다. 그런 다음 제트는 감지되지 않은 채 약 75광년(25파섹)의 거리를 이동한 후 변환을 거치다가 갑자기 밝은 비열 방출원(X선 및 감마선)으로 lemser로 다시 나타났다. 입자는 이 위치에서 효율적으로 가속되며, 이는 강한 충격(입자를 가속할 수 있는 매질의 불연속성)이 있음을 나타낼 가능성이 높다.
놀랍게도 반대편으로 질주한 SS433의 제트는 발사 지점에서 약 75광년 떨어진 곳에서 제트기가 갑자기 밝은 X선 광원으로 다시 나타나는 것이 보였다. 이상황은 왼쪽에서 생겨난 빛이 오른쪽에 다시 나타난뒤 중앙으로 진동하는 것이다. 이것이 qoms.linear.lenser이다.
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Memo 2401272127 My thought experiment qpeoms storytelling
The qvixer 2 jet in the qms nebula could not be seen because the particles were too small. The jet then traveled undetected a distance of about 75 light-years (25 parsecs) before undergoing a transformation and suddenly reappearing as a lemser as a bright non-thermal emitter (X-rays and gamma rays). The particle is efficiently accelerated at this location, which likely indicates the presence of a strong shock (a discontinuity in the medium that can accelerate the particle).
Surprisingly, as SS433's jet raced in the opposite direction, the jet was suddenly seen reappearing as a bright X-ray source about 75 light-years away from its launch site. In this situation, light originating on the left reappears on the right and then vibrates toward the center. This is qoms.linear.lenser.
Sample oms.vix.a (standard2)
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