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研究人員開(kāi)發(fā)統(tǒng)一傳感器以更好地控制沖擊波的效果
來(lái)源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2021/11/5

新的成像過(guò)程以更低的成本產(chǎn)生更準(zhǔn)確的結(jié)果。圖片來(lái)源:橫濱國(guó)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(huì)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(huì)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(guó)立大學(xué)的研究人員開(kāi)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(guó)立大學(xué)工程學(xué)副教授 Keiichi Kitamura 說(shuō):“計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)中越來(lái)越需要一種簡(jiǎn)單而準(zhǔn)確的沖擊檢測(cè)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(guò)腎結(jié)石并分解鈣化的巖石,使人更容易通過(guò)。該過(guò)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(guò)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(shuō)!斑@是美國(guó)最常見(jiàn)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(shuō)。


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)物理學(xué)中預(yù)期條件的理論相結(jié)合——當(dāng)流體流動(dòng)具有可壓縮效應(yīng)時(shí),例如當(dāng)流體移動(dòng)速度超過(guò)聲速時(shí)會(huì)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(lái)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(guò)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(cè)特定沖擊波的表現(xiàn)。成像處理方法是北村所說(shuō)的“計(jì)算成本低”,因?yàn)樗魂P(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(cè)試效率和準(zhǔn)確性:Kaamori-Suzuki 傳感器和 Ducros 傳感器。Kanamori-Suzuki 使用流動(dòng)特性理論來(lái)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(shuō)。


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(lái),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(dòng)捕捉能力將變得更加高效,從而導(dǎo)致開(kāi)發(fā)飛行器和追求太空發(fā)展的成本大幅降低,”北村說(shuō)。


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