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新的成像過程以更低的成本產生更準確的結果。圖片來源：橫濱國立大學 Takeshi Fujimoto、Taro Kawasaki 和 Keiichi Kitamura

當戰斗機快速上升并向前加速時，音爆會在噴氣式飛機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，它會損壞飛機的表面。消散這種沖擊波是一項艱巨的挑戰，因為傳統方法往往能提供效率或精度，但不能同時提供兩者。

現在，日本橫濱國立大學的研究人員開發了一種統一的沖擊傳感器，可以快速準確地消除有害沖擊波。他們于 7 月 4 日在《計算物理學雜志》上發表了他們的結果。

日本橫濱國立大學工程學副教授 Keiichi Kitamura 說：“計算流體動力學中越來越需要一種簡單而準確的沖擊檢測方法。” 但科學家們并不想完全消除沖擊——畢竟不是所有的沖擊都是壞的。如果應用得當，沖擊波可以流過腎結石并分解鈣化的巖石，使人更容易通過。該過程需要更高的準確性以避免損壞健康組織，但這可能非常耗時。

“通過體外沖擊波碎石術，沖擊已應用于醫療領域，”北村說。“這是美國最常見的腎結石治療方法之一。但大多數傳統的防震方法旨在滿足準確性或效率。”

“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。

在這項新研究中，研究人員將圖像處理方法與可壓縮流動物理學中預期條件的理論相結合——當流體流動具有可壓縮效應時，例如當流體移動速度超過聲速時會產生沖擊波。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尋找壓力，而不是數字圖像中亮度的不連續變化。這使他們能夠快速看到沖擊波。通過將沖擊的可視化圖像與壓力應如何跨越沖擊的理論相結合，研究人員可以準確地預測特定沖擊波的表現。成像處理方法是北村所說的“計算成本低”，因為它只關注最大壓力的輪廓，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傳感器進行了比較，以測試效率和準確性：Kaamori-Suzuki 傳感器和 Ducros 傳感器。Kanamori-Suzuki 使用流動特性理論來感知沖擊，并以其準確性而著稱。Ducros 被廣泛使用并以其低廉的效率而聞名。

“在我們的示例中，我們確認我們的方法與 Kanamori-Suzuki 方法一樣準確，并且與 Ducros 傳感器一樣便宜，”Kitamura 說。

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，該團隊計劃擴展他們的方法以應用于各種不同結構的網格。這可以應用于各種技術，包括改進噴氣機消散沖擊的方式。

“隨著這項研究的進展，震動捕捉能力將變得更加高效，從而導致開發飛行器和追求太空發展的成本大幅降低，”北村說。