När ett stridsflygplan snabbt stiger upp och accelererar framåt, en sonisk bom ekar över jetens yta och genom de omgivande ljudvågorna. I bästa fall, det är obehagligt buller. Som värst, det kan skada flygplanets yta. Att sprida denna chockvåg utgör en tuff utmaning eftersom traditionella metoder tenderar att erbjuda effektivitet eller precision, men inte båda.

Nu har forskare vid Yokohama National University i Japan utvecklat en enhetlig chocksensor för att snabbt och exakt skingra skadliga chockvågor. De publicerade sina resultat den 4 juli i Journal of Computational Physics .

"Det finns ett växande behov av en enkel och noggrann chockdetekteringsmetod inom beräkningsvätskedynamik, "sa Keiichi Kitamura, docent i teknik vid Yokohama National University i Japan. Men forskare vill inte helt eliminera chocker - inte alla chocker är dåliga, trots allt. När den tillämpas korrekt, en chockvåg kan flöda genom njurstenar och sönderfalla de förkalkade stenarna för att göra det lättare för en person att passera. Den processen kräver betydligt mer noggrannhet för att undvika att skada frisk vävnad, men det kan vara tidskrävande.

"Chock har applicerats på det medicinska området genom Extracorporeal Shock Wave Lithotripsy, "Kitamura sa." Det är en av de vanligaste behandlingarna för njursten i USA. Men de flesta av de konventionella stötsäkra metoderna är utformade för att tillfredsställa endast noggrannhet eller effektivitet. "

"I samtliga fall, det är av stor vikt att snabbt identifiera den exakta platsen för chockvågen, "Sa Kitamura.

I den nya studien, forskare kombinerade en bildbehandlingsmetod med en teori om de förväntade förhållandena i komprimerbar flödesfysik - när vätskeflöde har komprimerbara effekter, som att skapa en chockvåg när vätskan rör sig snabbare än ljudets hastighet. Denna hastighet är ansvarig för chock.

Forskarna ändrade bildbehandlingsmetoden för att leta efter tryck istället för diskontinuerliga förändringar av ljusstyrkan i digitala bilder. Detta gör att de snabbt kan se chockvågen. Genom att kombinera den visualiserade bilden av chocken med teorin om hur trycket ska hoppa över chocken, forskare kan exakt förutse hur en specifik chockvåg kommer att bete sig. Bildprocessmetoden är vad Kitamura kallar "beräkningsmässigt billigt, "eftersom det bara fokuserar på konturerna av det största trycket, snarare än att försöka redogöra för allt det variabla trycket i bilden.

Forskarna jämförde också sin metod med traditionella sensorer för att testa för effektivitet och noggrannhet:Kanamori-Suzuki-sensorn och Ducros-sensorn. Kanamori-Suzuki använder teorin om flödesegenskaper för att känna av chock och den är känd för sin noggrannhet. Ducros är allmänt använd och känd för sin billiga effektivitet.

"I våra exempel vi bekräftade att vår metod är lika exakt som Kanamori-Suzuki-metoden och lika billig som Ducros-sensorn, "Sa Kitamura.

För närvarande, metoden är begränsad till rutnät för kvadratceller, vilket är vad bildprogramvaran använder. Nästa, teamet planerar att utöka sin metod för att tillämpas på ett brett utbud av olika strukturerade rutnät. Detta kan tillämpas på en mängd olika tekniker, inklusive förbättringar av hur en jet sprider chock.

"När denna forskning går framåt, chockfångstförmågan blir mer effektiv, som leder till drastiska kostnadsminskningar för att utveckla flygplanfordon och driva rymdutveckling, "Sa Kitamura.