Forskere udvikler en samlet sensor til bedre at kontrollere virkningerne af chokbølger

Når et jagerfly hurtigt stiger op og accelererer fremad, et sonisk bom giver genlyd hen over jetflyets overflade og gennem de omgivende lydbølger. I bedste fald, det er ubehagelig støjforurening. I værste fald det kan beskadige flyets overflade. At sprede denne chokbølge udgør en hård udfordring, da traditionelle metoder har tendens til at tilbyde effektivitet eller præcision, men ikke begge dele.

Nu har forskere fra Yokohama National University i Japan udviklet en samlet stødsensor til hurtigt og præcist at fjerne skadelige stødbølger. De offentliggjorde deres resultater den 4. juli i Journal of Computational Physics .

"Der er et stigende behov for en enkel og præcis støddetektionsmetode inden for beregningsvæskedynamik, " sagde Keiichi Kitamura, lektor i ingeniørvidenskab ved Yokohama National University i Japan. Men forskere ønsker ikke helt at eliminere stød - ikke alle stød er dårlige, trods alt. Når den anvendes korrekt, en chokbølge kan strømme gennem nyresten og desintegrere de forkalkede klipper for at gøre dem lettere for en person at passere. Den proces kræver betydeligt mere nøjagtighed for at undgå at beskadige sundt væv, men det kan være tidskrævende.

"Chok er blevet anvendt på det medicinske område gennem ekstrakorporeal Shock Wave Lithotripsy, " sagde Kitamura. "Det er en af ​​de mest almindelige behandlinger for nyresten i USA. Men de fleste af de konventionelle stødsikre metoder er designet til kun at tilfredsstille nøjagtighed eller effektivitet."

"I alle tilfælde det er af stor betydning at identificere den nøjagtige placering af chokbølgen hurtigt, " sagde Kitamura.

I den nye undersøgelse, forskere kombinerede en billedbehandlingsmetode med en teori om de forventede forhold i komprimerbar strømningsfysik - når væskestrøm har komprimerbare effekter, såsom at skabe en stødbølge, når væsken bevæger sig hurtigere end lydens hastighed. Denne hastighed er årsagen til stød.

Forskerne ændrede billedbehandlingsmetoden for at se efter tryk i stedet for diskontinuerlige ændringer af lysstyrken i digitale billeder. Dette giver dem mulighed for hurtigt at se chokbølgen. Ved at kombinere det visualiserede billede af stødet med teorien om, hvordan trykket skal springe hen over stødet, forskere kan præcist forudsige, hvordan en specifik chokbølge vil opføre sig. Billedprocesmetoden er, hvad Kitamura kalder "beregningsmæssigt billig, "da den fokuserer på kun konturerne af det største pres, frem for at forsøge at redegøre for alt det variable tryk i billedet.

Forskerne sammenlignede også deres metode med traditionelle sensorer for at teste for effektivitet og nøjagtighed:Kanamori-Suzuki-sensoren og Ducros-sensoren. Kanamori-Suzuki bruger teorien om flowegenskaber til at fornemme stød, og den er kendt for sin nøjagtighed. Ducros er meget udbredt og kendt for sin billige effektivitet.

"I vores eksempler vi bekræftede, at vores metode er lige så nøjagtig som Kanamori-Suzuki-metoden og lige så billig som Ducros-sensoren, " sagde Kitamura.

I øjeblikket, metoden er begrænset til gitter af kvadratiske celler, hvilket er hvad billedsoftwaren bruger. Næste, teamet planlægger at udvide deres metode til at gælde for en lang række forskellige strukturerede net. Dette kan anvendes på en række forskellige teknologier, herunder forbedringer i, hvordan et jetfly afleder stød.

"Efterhånden som denne forskning skrider frem, stødfangende evne vil blive mere effektiv, fører til drastiske omkostningsreduktioner ved udvikling af flykøretøjer og forfølgelse af rumudvikling, "Sagde Kitamura.