Alors qu'un avion de chasse monte et accélère rapidement vers l'avant, un bang sonique se répercute sur la surface du jet et sur les ondes sonores environnantes. Au mieux, c'est une nuisance sonore désagréable. Au pire, cela peut endommager la surface de l'avion. Dissiper cette onde de choc présente un défi de taille car les méthodes traditionnelles ont tendance à offrir efficacité ou précision, mais pas les deux.

Aujourd'hui, des chercheurs de l'Université nationale de Yokohama au Japon ont développé un capteur de choc unifié pour dissiper rapidement et avec précision les ondes de choc nocives. Ils ont publié leurs résultats le 4 juillet dans le Journal de physique computationnelle .

« Il existe un besoin croissant d'une méthode de détection des chocs simple et précise en dynamique des fluides numérique, " dit Keiichi Kitamura, professeur agrégé d'ingénierie à l'Université nationale de Yokohama au Japon. Mais les scientifiques ne veulent pas éliminer complètement les chocs - tous les chocs ne sont pas mauvais, après tout. Lorsqu'il est appliqué correctement, une onde de choc peut traverser les calculs rénaux et désintégrer les roches calcifiées pour faciliter le passage d'une personne. Ce processus nécessite beaucoup plus de précision pour éviter d'endommager les tissus sains, mais cela peut prendre du temps.

"Le choc a été appliqué au domaine médical par la lithotritie extracorporelle par ondes de choc, " Kitamura a déclaré. "C'est l'un des traitements les plus courants pour les calculs rénaux aux États-Unis d'Amérique. Mais la plupart des méthodes conventionnelles de protection contre les chocs sont conçues pour satisfaire uniquement la précision ou l'efficacité."

"Dans tous les cas, il est très important d'identifier rapidement l'emplacement exact de l'onde de choc, " dit Kitamura.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont combiné une méthode de traitement d'image avec une théorie sur les conditions attendues en physique des écoulements compressibles - lorsque l'écoulement de fluide a des effets compressibles, comme la création d'une onde de choc lorsque le fluide se déplace plus vite que la vitesse du son. C'est cette vitesse qui est responsable du choc.

Les chercheurs ont modifié la méthode de traitement de l'imagerie pour rechercher la pression au lieu de changements discontinus de luminosité dans les images numériques. Cela leur permet de voir rapidement l'onde de choc. En combinant l'image visualisée du choc avec la théorie de la façon dont la pression devrait sauter à travers le choc, les chercheurs peuvent prédire avec précision comment une onde de choc spécifique se comportera. La méthode du processus d'imagerie est ce que Kitamura appelle « pas cher en calcul, " puisqu'il se concentre uniquement sur les contours de la plus grande pression, plutôt que d'essayer de tenir compte de toute la pression variable dans l'image.

Les chercheurs ont également comparé leur méthode à des capteurs traditionnels pour tester l'efficacité et la précision :le capteur Kanamori-Suzuki et le capteur Ducros. Le Kanamori-Suzuki utilise la théorie des caractéristiques d'écoulement pour détecter les chocs et il est connu pour sa précision. Le Ducros est largement utilisé et connu pour son efficacité peu coûteuse.

« Dans nos exemples, nous avons confirmé que notre méthode est aussi précise que la méthode Kanamori-Suzuki et aussi bon marché que le capteur Ducros, " dit Kitamura.

Actuellement, la méthode est limitée à des grilles de cellules carrées, c'est ce que le logiciel d'imagerie utilise. Prochain, l'équipe prévoit d'étendre sa méthode pour l'appliquer à un large éventail de grilles structurées différemment. Cela pourrait être appliqué à une variété de technologies, y compris des améliorations dans la façon dont un jet dissipe le choc.

"Au fur et à mesure que cette recherche avance, la capacité de capture des chocs deviendra plus efficace, conduisant à des réductions de coûts drastiques dans le développement de véhicules aéronautiques et la poursuite des développements spatiaux, " dit Kitamura.