Zoals een straaljager snel opstijgt en naar voren accelereert, een sonische knal weerkaatst over het oppervlak van de jet en door de omringende geluidsgolven. Op zijn best, het is onaangename geluidsoverlast. In het slechtste geval, het kan het oppervlak van het vliegtuig beschadigen. Het afvoeren van deze schokgolf vormt een zware uitdaging, aangezien traditionele methoden doorgaans efficiëntie of precisie bieden, maar niet allebei.

Nu hebben onderzoekers van de Yokohama National University in Japan een uniforme schoksensor ontwikkeld om snel en nauwkeurig schadelijke schokgolven te verdrijven. Ze publiceerden hun resultaten op 4 juli in de Journal of Computational Physics .

"Er is een groeiende behoefte aan een eenvoudige en nauwkeurige schokdetectiemethode in computationele vloeistofdynamica, " zei Keiichi Kitamura, universitair hoofddocent engineering aan de Yokohama National University in Japan. Maar wetenschappers willen schokken niet volledig elimineren - niet alle schokken zijn slecht, ten slotte. Wanneer correct toegepast, een schokgolf kan door nierstenen stromen en de verkalkte rotsen desintegreren om ze gemakkelijker te kunnen passeren. Dat proces vereist aanzienlijk meer nauwkeurigheid om schade aan gezond weefsel te voorkomen, maar het kan tijdrovend zijn.

"Shock is toegepast op het medische veld door middel van extracorporele schokgolflithotripsie, " zei Kitamura. "Het is een van de meest voorkomende behandelingen voor nierstenen in de Verenigde Staten van Amerika. Maar de meeste conventionele schokbestendigheidsmethoden zijn ontworpen om alleen te voldoen aan nauwkeurigheid of efficiëntie."

"In alle gevallen, het is van groot belang om snel de exacte locatie van de schokgolf te identificeren, ' zei Kitamura.

In de nieuwe studie onderzoekers combineerden een beeldverwerkingsmethode met een theorie over de verwachte omstandigheden in de fysica van samendrukbare stroming - wanneer vloeistofstroming samendrukbare effecten heeft, zoals het creëren van een schokgolf wanneer de vloeistof sneller beweegt dan de snelheid van het geluid. Deze snelheid is wat verantwoordelijk is voor schokken.

De onderzoekers veranderden de beeldverwerkingsmethode om druk te zoeken in plaats van discontinue helderheidsveranderingen in digitale afbeeldingen. Hierdoor kunnen ze de schokgolf snel zien. Door het gevisualiseerde beeld van de schok te combineren met de theorie van hoe de druk over de schok moet springen, onderzoekers kunnen nauwkeurig voorspellen hoe een specifieke schokgolf zich zal gedragen. De beeldverwerkingsmethode is wat Kitamura "computationeel goedkope, " omdat het zich richt op alleen de contouren van de grootste druk, in plaats van te proberen rekening te houden met alle variabele druk in het beeld.

De onderzoekers vergeleken hun methode ook met traditionele sensoren om te testen op efficiëntie en nauwkeurigheid:de Kanamori-Suzuki-sensor en de Ducros-sensor. De Kanamori-Suzuki gebruikt de theorie van stromingskarakteristieken om schokken te detecteren en staat bekend om zijn nauwkeurigheid. De Ducros wordt veel gebruikt en staat bekend om zijn goedkope efficiëntie.

"In onze voorbeelden we hebben bevestigd dat onze methode net zo nauwkeurig is als de Kanamori-Suzuki-methode en zo goedkoop als de Ducros-sensor, ' zei Kitamura.

Momenteel, de methode is beperkt tot rasters van vierkante cellen, dat is wat de beeldsoftware gebruikt. Volgende, het team is van plan hun methode uit te breiden zodat deze kan worden toegepast op een breed scala aan verschillend gestructureerde rasters. Dit kan worden toegepast op verschillende technologieën, inclusief verbeteringen in hoe een jet schokken verdrijft.

"Naarmate dit onderzoek vordert, het vermogen om schokken op te vangen zal efficiënter worden, wat leidt tot drastische kostenbesparingen bij het ontwikkelen van vliegtuigvoertuigen en het nastreven van ruimtevaartontwikkelingen, ' zei Kitamura.