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Achieving optimal locomotion using self-generated waves

delete2026-02-10
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OA
AI
M
Miguel D. Bustamante
O
Olivier Devauchelle
G
Graham P. Benham
DOI:10.1017/jfm.2026.11133delete
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摘要

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一个在水面上浮动的振荡体产生自生波场。当振荡引起前后波幅平方差时,这些自生波可用作推动该物体沿表面水平运动的机制(Longuet-Higgins 1977 Proc. R. Soc. Lond. A; vol. 352; no. 1671; pp. 463–480)。本研究的兴趣在于对这种波浪驱动推进的优化。为研究产生最优推力的必要条件,我们将考虑一个浅水设置,其中周期性振荡的压力源充当该物体。在此框架下,通过关联前后波幅平方差推导出推力表达式。在两个最优控制问题中,对源实现最大推力的条件进行了解析和数值探索。第一种情况是对控制函数范数施加约束以使其正则化;第二种情况是研究一个更具物理意义的情况,其中源注入的功率有界。允许物体具有漂移速度将研究分为亚临界、临界和超临界区,并给出了每种情况下的最优条件。然后利用有界功率情况的结果,演示如何通过调节注入功率缓慢地将巡航速度从静止改变为超临界速度。
Keyword:
interfacial flows (free surface)
shallow water flows
wave-structure interactions
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Journal of Fluid Mechanics
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