當(dāng)一架戰(zhàn)斗機(jī)快速上升并向前加速時(shí)，音爆在飛機(jī)表面和周圍的聲波中回響。充其量，這是令人不快的噪音污染。在最壞的情況下，它會(huì)損壞飛機(jī)的表面。然而消散這種沖擊波是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)方法往往提供效率或精度，但不是兩者兼而有之。

現(xiàn)在，日本橫濱國立大學(xué)研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種統(tǒng)一的沖擊波傳感器，可以快速準(zhǔn)確地消除有害沖擊波，其研究發(fā)表在《計(jì)算物理》期刊上發(fā)表了他們的研究結(jié)果。

日本橫濱國立大學(xué)工程學(xué)副教授北村慶一說：在計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)中，對(duì)簡單而準(zhǔn)確的沖擊檢測(cè)方法的需求越來越大。但科學(xué)家并不想完全消除沖擊波，畢竟并非所有沖擊波都是壞處。當(dāng)正確應(yīng)用時(shí)，沖擊波可以流過腎結(jié)石并分解鈣化的巖石，使其更容易通過。這個(gè)過程需要更多的精確度來避免損傷健康組織，但它可能很耗時(shí)。休克已經(jīng)通過體外沖擊波碎石術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，這是最常見的腎結(jié)石治療方法之一。但大多數(shù)傳統(tǒng)的防震方法都是為了滿足準(zhǔn)確性或效率的要求。在所有情況下，快速確定沖擊波的確切位置非常重要。

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(dòng)物理中預(yù)期條件的理論相結(jié)合：當(dāng)流體流動(dòng)具有可壓縮效果時(shí)，例如當(dāng)流體運(yùn)動(dòng)速度比音速快時(shí)會(huì)產(chǎn)生沖擊波。這個(gè)速度是造成震動(dòng)的原因。研究人員改變了成像處理方法，以尋找壓力，而不是數(shù)字圖像中亮度的不連續(xù)變化。這使他們能夠迅速看到?jīng)_擊波，通過將沖擊波的可視化圖像與壓力應(yīng)該如何跨越?jīng)_擊波的理論相結(jié)合，研究人員可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)特定沖擊波的行為。

成像處理方法被Kitamura稱為“計(jì)算成本低廉”，因?yàn)樗魂P(guān)注最大壓力的輪廓，而不是試圖說明所有可變壓力。研究人員還將該方法與傳統(tǒng)傳感器進(jìn)行了比較，以測(cè)試效率和準(zhǔn)確性：Kanamori-Suzuki傳感器和Ducros傳感器。Kanamori-Suzuki使用流量特性理論來感知沖擊，并且以其精確性而聞名。Ducros被廣泛使用，并以其廉價(jià)且高效率而聞名。

在新研究中，證實(shí)了該方法與Kanamori-Suzuki方法一樣精確，與Ducros傳感器一樣便宜。目前，該方法僅限于正方形單元的網(wǎng)格，這是成像軟件使用的。下一步，該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃擴(kuò)展他們的方法，以適用于廣泛的不同結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格。這可以應(yīng)用于各種技術(shù)，包括改進(jìn)噴氣式飛機(jī)消散沖擊波的方式。隨著這項(xiàng)研究的進(jìn)展，捕捉?jīng)_擊波的能力將變得更加有效，導(dǎo)致開發(fā)飛行器和追求太空開發(fā)的成本大幅降低。

博科園｜研究/來自：橫濱國立大學(xué)

參考期刊《計(jì)算物理》

DOI: 10.1016/j.jcp.2019.06.071

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