Come un jet da combattimento sale rapidamente e accelera in avanti, un boom sonico si riverbera sulla superficie del getto e attraverso le onde sonore circostanti. Nella migliore delle ipotesi, è inquinamento acustico sgradevole. Al peggio, può danneggiare la superficie dell'aereo. Dissipare questa onda d'urto rappresenta una sfida difficile poiché i metodi tradizionali tendono a offrire efficienza o precisione, ma non entrambi.

Ora i ricercatori della Yokohama National University in Giappone hanno sviluppato un sensore di shock unificato per dissipare rapidamente e accuratamente le onde d'urto dannose. Hanno pubblicato i loro risultati il ​​4 luglio nel Journal of Computational Physics .

"C'è una crescente necessità di un metodo di rilevamento degli urti semplice e accurato nella fluidodinamica computazionale, "ha detto Keiichi Kitamura, professore associato di ingegneria presso la Yokohama National University in Giappone. Ma gli scienziati non vogliono eliminare completamente gli shock:non tutti gli shock sono negativi, Dopotutto. Se applicato correttamente, un'onda d'urto può fluire attraverso i calcoli renali e disintegrare le rocce calcificate per facilitarne il passaggio. Tale processo richiede una precisione significativamente maggiore per evitare di danneggiare i tessuti sani, ma può richiedere molto tempo.

"Lo shock è stato applicato al campo medico attraverso la litotripsia extracorporea ad onde d'urto, " Kitamura ha detto. "È uno dei trattamenti più comuni per i calcoli renali negli Stati Uniti d'America. Ma la maggior parte dei metodi convenzionali di protezione dagli urti sono progettati per soddisfare solo l'accuratezza o l'efficienza".

"In tutti i casi, è di grande importanza identificare rapidamente la posizione esatta dell'onda d'urto, " disse Kitamura.

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno combinato un metodo di elaborazione delle immagini con una teoria sulle condizioni previste nella fisica del flusso comprimibile, quando il flusso del fluido ha effetti comprimibili, come creare un'onda d'urto quando il fluido si muove più velocemente della velocità del suono. Questa velocità è ciò che è responsabile dello shock.

I ricercatori hanno modificato il metodo di elaborazione delle immagini per cercare la pressione anziché i cambiamenti discontinui di luminosità nelle immagini digitali. Ciò consente loro di vedere rapidamente l'onda d'urto. Combinando l'immagine visualizzata dell'urto con la teoria di come la pressione dovrebbe saltare attraverso l'urto, i ricercatori possono prevedere con precisione come si comporterà una specifica onda d'urto. Il metodo del processo di imaging è quello che Kitamura chiama "a basso costo computazionale, " poiché si concentra solo sui contorni di maggiore pressione, piuttosto che tentare di spiegare tutta la pressione variabile nell'immagine.

I ricercatori hanno anche confrontato il loro metodo con i sensori tradizionali per testare l'efficienza e la precisione:il sensore Kanamori-Suzuki e il sensore Ducros. Il Kanamori-Suzuki utilizza la teoria delle caratteristiche del flusso per rilevare gli urti ed è noto per la sua precisione. Il Ducros è ampiamente utilizzato e noto per la sua efficienza economica.

"Nei nostri esempi, abbiamo confermato che il nostro metodo è accurato quanto il metodo Kanamori-Suzuki ed economico quanto il sensore Ducros, " disse Kitamura.

Attualmente, il metodo è limitato a griglie di celle quadrate, che è ciò che utilizza il software di imaging. Prossimo, il team prevede di espandere il proprio metodo per applicarlo a un'ampia gamma di griglie strutturate in modo diverso. Questo potrebbe essere applicato a una varietà di tecnologie, compresi miglioramenti nel modo in cui un getto dissipa gli urti.

"Mentre questa ricerca avanza, la capacità di catturare gli urti diventerà più efficiente, portando a drastiche riduzioni dei costi nello sviluppo di veicoli aerei e nel perseguire sviluppi spaziali, " disse Kitamura.