Investigación numérica de la locomoción inspirada en cefalópodos con explosiones intermitentes

Inspirados por estudios recientes sobre la dinámica de fluidos de los cefalópodos en su modo de natación de escape, proponemos un diseño novedoso de un sistema de propulsión submarina utilizando un cuerpo deformable con cámara de presión, que se propulsa en ciclos de explosión-deslizamiento a través de un efecto combinado de chorro pulsado y empuje relacionado con masa añadida. Para investigar el rendimiento de este sistema, creamos un modelo computacional de natación libre: la deformación del cuerpo es prescrita, pero el movimiento hacia adelante es impulsado por fuerzas hidrodinámicas. Nos enfocamos en un ciclo de explosión único, que corresponde al caso en que el sistema descansa entre explosiones. Los resultados también pueden aplicarse a la etapa inicial de un movimiento de crucero continuo. Se desarrolla un modelo numérico utilizando el método de elementos de contorno para estudiar computacionalmente el proceso de natación y las características dinámicas de este sistema. Los resultados muestran que en la fase de explosión su velocidad máxima depende del tamaño del cuerpo, el tiempo de deformación, la cantidad de cambio de volumen durante la deformación, y el tamaño de la boquilla donde se genera el flujo de chorro. Se encuentra que la velocidad óptima coincide con el número de formación crítico, lo que indica que la formación de anillos de vórtice en la estela juega un papel fundamental en la dinámica del sistema. También se estudian las dinámicas del sistema en la fase de deslizamiento y el proceso de recarga de la cámara de presión.