开发出冲击波传感器,可以控制音爆等冲击波!

开发出冲击波传感器,可以控制音爆等冲击波!
2019年09月20日 20:55 新浪网 作者 博科园

当一架战斗机快速上升并向前加速时,音爆在飞机表面和周围的声波中回响。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。然而消散这种冲击波是一项艰巨的挑战,因为传统方法往往提供效率或精度,但不是两者兼而有之。现在,日本横滨国立大学研究人员已经开发出一种统一的冲击波传感器,可以快速准确地消除有害冲击波,其研究发表在《计算物理》期刊上发表了他们的研究结果。

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日本横滨国立大学工程学副教授北村庆一说:在计算流体动力学中,对简单而准确的冲击检测方法的需求越来越大。但科学家并不想完全消除冲击波,毕竟并非所有冲击波都是坏处。当正确应用时,冲击波可以流过肾结石并分解钙化的岩石,使其更容易通过。这个过程需要更多的精确度来避免损伤健康组织,但它可能很耗时。休克已经通过体外冲击波碎石术应用于医学领域,这是最常见的肾结石治疗方法之一。但大多数传统的防震方法都是为了满足准确性或效率的要求。在所有情况下,快速确定冲击波的确切位置非常重要。

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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中预期条件的理论相结合:当流体流动具有可压缩效果时,例如当流体运动速度比音速快时会产生冲击波。这个速度是造成震动的原因。研究人员改变了成像处理方法,以寻找压力,而不是数字图像中亮度的不连续变化。这使他们能够迅速看到冲击波,通过将冲击波的可视化图像与压力应该如何跨越冲击波的理论相结合,研究人员可以准确地预测特定冲击波的行为。

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成像处理方法被Kitamura称为“计算成本低廉”,因为它只关注最大压力的轮廓,而不是试图说明所有可变压力。研究人员还将该方法与传统传感器进行了比较,以测试效率和准确性:Kanamori-Suzuki传感器和Ducros传感器。Kanamori-Suzuki使用流量特性理论来感知冲击,并且以其精确性而闻名。Ducros被广泛使用,并以其廉价且高效率而闻名。

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在新研究中,证实了该方法与Kanamori-Suzuki方法一样精确,与Ducros传感器一样便宜。目前,该方法仅限于正方形单元的网格,这是成像软件使用的。下一步,该团队计划扩展他们的方法,以适用于广泛的不同结构的网格。这可以应用于各种技术,包括改进喷气式飞机消散冲击波的方式。随着这项研究的进展,捕捉冲击波的能力将变得更加有效,导致开发飞行器和追求太空开发的成本大幅降低。

博科园|研究/来自:横滨国立大学

参考期刊《计算物理》

DOI: 10.1016/j.jcp.2019.06.071

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