【为了使海豹须对上游物体的流体动力学轨迹敏感，它能够感知物体尾迹的主导频率】
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为了使海豹须对上游物体的流体动力学轨迹敏感 ， 它必须能够感知物体尾迹的主导频率 。 一条游泳鱼的尾迹由一串交错的3D涡流结构组成 ， 类似于反向卡门涡街 。 在这种情况下 ， 主导频率是反向卡门街道中涡流产生的频率 。 由于鱼的尾迹包含可预测的流动特征 ， 海豹能够解释以推断猎物的方向、大小和形状 ， 因此可以假设 ， 提取和解释相关信息从尾流中 ， 海豹须的振动必须锁定在尾流的主要频率中 。
比姆和特里安塔菲卢使用物理建模方法研究了受控涡流发生器后海豹胡须启发结构的行为 。 根据真实晶须的尺寸对晶须状塑料结构进行3D打印 ， 并悬臂式连接到传感底座 ， 该底座可准确测量结构在流入和横向流动中的尖端位移方向 。 当晶须状结构在没有上游物体的情况下置于开放流动中时 ， 由于涡激振动抑制 ， 它记录了最小的振动 ， 验证了以前用真实晶须进行的工作 。
然而 ， 当晶须状结构被放置在刚性上游圆柱体的尾流中时 ， 该圆柱体释放的涡流近似于真鱼尾流中预期的涡流 ， 该结构在横向流动方向上的振动幅度很大 。 比其开放水域响应更高的振幅 ， 并成功“锁定”到刺激的涡旋脱落频率 。 这种“尾流引起的振动”即使对于涡流发生器——晶须距离大至160倍晶须直径的情况下仍然存在 ， 尾流引起的振动总是大于结构在开放流动中的振动响应 。
这意味着受海豹启发的起伏椭圆形状总是能有效地通过最小化其涡激振动引起的噪声来感知信号 。 虽然与圆形和椭圆形圆柱体相比 ， 波动的晶须激发结构的低涡激振动响应在很大程度上是预期的 ， 但晶须与尾流的主要频率同步的能力 ， 即使在上游之间的距离很大时也是如此圆柱体和晶须 ， 在现有流固耦合文献的背景下很有趣 。 对于由刚性上游圆柱体激发的柔性下游圆柱体的类似情况 ， 下游圆柱体的尾流引起的振动出现的频率既不等于尾流的主频率也不等于圆柱体本身的固有频率 。
比姆和特里安塔菲卢表明 ， 造成晶须状结构锁定的机制是由于晶须状结构进行的优雅的“回转”运动 ， 以有效地从上游涡流发生器中提取能量 。 在横向尾流引起的振动期间 ， 须状结构首先接近一侧最近的迎面而来的涡旋 ， 并由于与涡旋相关的低压区域而被拉向该涡旋；然后 ， 随着晶须向前推进 ， 它向一侧移动 ， 接近另一侧的下一个涡旋 ， 再次被其低压梯度拉动 ， 依此类推 。 有趣的是 ， 激流机制是鱼类普遍采用的一种策略 ， 用于在其他鱼类之后进行节能步态 。
尽管实验是在放大的晶须状模型上进行的 ， 但研究人员的工作意义重大 ， 因为它为精致的灵敏度提供了第一个机械解释起伏的海豹胡须 。 他们提出了一种晶须-涡流相互作用的替代机制 ， 类似于在大鼠晶须中观察到的粘滑事件 。 建议帮助他们编码纹理信息 。 研究人员使用一种创新的实验装置 ， 包括3D打印的海狮头和接近枪口胡须的光纤 ， 研究了流入和横流偏转 。 选择模仿海狮晶须的光纤具有与真实晶须相似的特性和尺寸 ， 唯一的出发点是纤维的横截面是圆形的 ， 而不是椭圆形的海狮晶须 。
这种独特的实验装置还使研究人员能够观察晶须阵列与流动的相互作用 ， 这种方法改进了仅研究流动中孤立晶须行为的流行方法 。 激流回旋和粘滑机制的差异可能归因于两项研究中使用的上游涡流发生器的刺激频率不同 。 科学家使用的尾流频率与其结构的自然频率相同 ， 而他们使用的尾流频率比晶须状纤维的自然频率低约三十五倍 。
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