新的成像過程以更低的成本產(chǎn)生更準(zhǔn)確的結(jié)果。圖片來源：橫濱國立大學(xué) Takeshi Fujimoto、Taro Kawasaki 和 Keiichi Kitamura

當(dāng)戰(zhàn)斗機(jī)快速上升并向前加速時(shí)，音爆會在噴氣式飛機(jī)的表面和周圍的聲波中回蕩。充其量，這是令人不快的噪音污染。在最壞的情況下，它會損壞飛機(jī)的表面。消散這種沖擊波是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)方法往往能提供效率或精度，但不能同時(shí)提供兩者。

現(xiàn)在，日本橫濱國立大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種統(tǒng)一的沖擊傳感器，可以快速準(zhǔn)確地消除有害沖擊波。他們于 7 月 4 日在《計(jì)算物理學(xué)雜志》上發(fā)表了他們的結(jié)果。

日本橫濱國立大學(xué)工程學(xué)副教授 Keiichi Kitamura 說：“計(jì)算流體動力學(xué)中越來越需要一種簡單而準(zhǔn)確的沖擊檢測方法。” 但科學(xué)家們并不想完全消除沖擊——畢竟不是所有的沖擊都是壞的。如果應(yīng)用得當(dāng)，沖擊波可以流過腎結(jié)石并分解鈣化的巖石，使人更容易通過。該過程需要更高的準(zhǔn)確性以避免損壞健康組織，但這可能非常耗時(shí)。

“通過體外沖擊波碎石術(shù)，沖擊已應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，”北村說�！斑@是美國最常見的腎結(jié)石治療方法之一。但大多數(shù)傳統(tǒng)的防震方法旨在滿足準(zhǔn)確性或效率。”

“在所有情況下，快速確定沖擊波的確切位置都非常重要，”北村說。

在這項(xiàng)新研究中，研究人員將圖像處理方法與可壓縮流動物理學(xué)中預(yù)期條件的理論相結(jié)合——當(dāng)流體流動具有可壓縮效應(yīng)時(shí)，例如當(dāng)流體移動速度超過聲速時(shí)會產(chǎn)生沖擊波。這種速度是造成沖擊的原因。

研究人員改變了成像處理方法來尋找壓力，而不是數(shù)字圖像中亮度的不連續(xù)變化。這使他們能夠快速看到?jīng)_擊波。通過將沖擊的可視化圖像與壓力應(yīng)如何跨越?jīng)_擊的理論相結(jié)合，研究人員可以準(zhǔn)確地預(yù)測特定沖擊波的表現(xiàn)。成像處理方法是北村所說的“計(jì)算成本低”，因?yàn)樗�只關(guān)注最大壓力的輪廓，而不是試圖解釋圖像中的所有可變壓力。

研究人員還將他們的方法與傳統(tǒng)傳感器進(jìn)行了比較，以測試效率和準(zhǔn)確性：Kaamori-Suzuki 傳感器和 Ducros 傳感器。Kanamori-Suzuki 使用流動特性理論來感知沖擊，并以其準(zhǔn)確性而著稱。Ducros 被廣泛使用并以其低廉的效率而聞名。

“在我們的示例中，我們確認(rèn)我們的方法與 Kanamori-Suzuki 方法一樣準(zhǔn)確，并且與 Ducros 傳感器一樣便宜，”Kitamura 說。

目前，該方法僅限于方形單元格，這是成像軟件使用的。接下來，該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃擴(kuò)展他們的方法以應(yīng)用于各種不同結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格。這可以應(yīng)用于各種技術(shù)，包括改進(jìn)噴氣機(jī)消散沖擊的方式。

“隨著這項(xiàng)研究的進(jìn)展，震動捕捉能力將變得更加高效，從而導(dǎo)致開發(fā)飛行器和追求太空發(fā)展的成本大幅降低，”北村說。