研究人员开发统一传感器以更好地控制冲击波的效果

新的成像过程以更低的成本产生更准确的结果。图片来源：横滨国立大学 Takeshi Fujimoto、Taro Kawasaki 和 Keiichi Kitamura

当战斗机快速上升并向前加速时，音爆会在喷气式飞机的表面和周围的声波中回荡。充其量，这是令人不快的噪音污染。在最坏的情况下，它会损坏飞机的表面。消散这种冲击波是一项艰巨的挑战，因为传统方法往往能提供效率或精度，但不能同时提供两者。

现在，日本横滨国立大学的研究人员开发了一种统一的冲击传感器，可以快速准确地消除有害冲击波。他们于 7 月 4 日在《计算物理学杂志》上发表了他们的结果。

日本横滨国立大学工程学副教授 Keiichi Kitamura 说：“计算流体动力学中越来越需要一种简单而准确的冲击检测方法。” 但科学家们并不想完全消除冲击——毕竟不是所有的冲击都是坏的。如果应用得当，冲击波可以流过肾结石并分解钙化的岩石，使人更容易通过。该过程需要更高的准确性以避免损坏健康组织，但这可能非常耗时。

“通过体外冲击波碎石术，冲击已应用于医疗领域，”北村说。“这是美国最常见的肾结石治疗方法之一。但大多数传统的防震方法旨在满足准确性或效率。”

“在所有情况下，快速确定冲击波的确切位置都非常重要，”北村说。

在这项新研究中，研究人员将图像处理方法与可压缩流动物理学中预期条件的理论相结合——当流体流动具有可压缩效应时，例如当流体移动速度超过声速时会产生冲击波。这种速度是造成冲击的原因。

研究人员改变了成像处理方法来寻找压力，而不是数字图像中亮度的不连续变化。这使他们能够快速看到冲击波。通过将冲击的可视化图像与压力应如何跨越冲击的理论相结合，研究人员可以准确地预测特定冲击波的表现。成像处理方法是北村所说的“计算成本低”，因为它只关注最大压力的轮廓，而不是试图解释图像中的所有可变压力。

研究人员还将他们的方法与传统传感器进行了比较，以测试效率和准确性：Kaamori-Suzuki 传感器和 Ducros 传感器。Kanamori-Suzuki 使用流动特性理论来感知冲击，并以其准确性而著称。Ducros 被广泛使用并以其低廉的效率而闻名。

“在我们的示例中，我们确认我们的方法与 Kanamori-Suzuki 方法一样准确，并且与 Ducros 传感器一样便宜，”Kitamura 说。

目前，该方法仅限于方形单元格，这是成像软件使用的。接下来，该团队计划扩展他们的方法以应用于各种不同结构的网格。这可以应用于各种技术，包括改进喷气机消散冲击的方式。

“随着这项研究的进展，震动捕捉能力将变得更加高效，从而导致开发飞行器和追求太空发展的成本大幅降低，”北村说。

若本文收录的图片文字侵犯了您的权益，请邮件联系我们，我们将在24小时内予以删除。