Po ponad 10 latach ciężkiej pracy NASA osiągnęła kolejny kamień milowy. Jesteśmy przyzwyczajeni do osiągania kamieni milowych przez NASA, ale ten jest nieco inny. Chodzi o rodzaj fotografii, która rejestruje obrazy przepływu płynów.
Nazywa się to Schlieren Photography, a schlieren jest po niemiecku „smugami”. Po raz pierwszy został opracowany w 1864 roku przez niemieckiego fizyka Augusta Toeplera do badania ruchu naddźwiękowego. Teraz NASA używa go, aby zobaczyć, co dzieje się, gdy odrzutowe samoloty przełamują barierę dźwiękową, aby wyeliminować towarzyszący temu boom dźwiękowy. A obrazy, które otrzymują, są całkiem fajne.
„Nigdy nie marzyliśmy, że będzie to tak jasne, tak piękne”.
- Physical Scientist J.T. Heineck z NASA Ames Research.
Jest jednak coś więcej niż słodycze. Wszystko to jest częścią wysiłku stworzenia cichszych samolotów naddźwiękowych. Obecnie obowiązują surowe zasady dotyczące latania samolotami naddźwiękowymi nad lądem, ponieważ hałas jest tak głośny. Ale jeśli problem hałasu można rozwiązać, pozwoli on na szybszą podróż samolotem.
Te obrazy Schlieren zostały przechwycone przez inny samolot, gdy obserwował dwa odrzutowce T-38 z bazy sił powietrznych Edwards. Samolot z aparatem to B-200 i jest to część programu NASA AirBOS (Air-to-air Background Oriented Schlieren). Sam AirBOS jest częścią komercyjnego naddźwiękowego projektu technologicznego NASA.
Te najnowsze obrazy pochodzą z ulepszonego systemu obrazowania Schlieren, który może rejestrować obrazy fal uderzeniowych wyższej jakości niż kiedykolwiek wcześniej. Boom dźwiękowy powstaje, gdy fale uderzeniowe z różnych części samolotu łączą się i przemieszczają w atmosferze. Szczegółowe zdjęcia tego typu posuną postęp w badaniu zjawiska boomu dźwiękowego.
„Nigdy nie marzyliśmy, że będzie to tak jasne, tak piękne. Jestem zachwycony tym, jak wyglądały te obrazy ”- powiedział J.T. Heineck, fizyk z Ames Research Center NASA. „Dzięki temu ulepszonemu systemowi poprawiliśmy o rząd wielkości zarówno szybkość, jak i jakość naszych zdjęć z poprzednich badań.”
Dane z tych zdjęć Schlieren zostaną wykorzystane do zaprojektowania testowego samolotu. Samolot, zwany X-59 Quiet Supersonic Technology X-Plane, będzie samolotem jednosilnikowym o długości 94 stóp i szerokości 29,5 stopy. X-59 jest częścią tego, co NASA nazywa demonstracją niskiego boomu (LBFD). Docelowy termin ukończenia to około 2021 r. (Lepiej się pospiesz, NASA).
Para T-38 leci w ciasnej formacji z prędkością naddźwiękową. Samolot prowadzący znajduje się około 30 stóp przed samolotem nadążającym i jest przesunięty w pionie o około 10 stóp. To nie jest wielka sprawa dla dobrze wyszkolonych pilotów USAF, ale pojawił się dodatkowy zmarszczek. B-200 znajdował się na wysokości około 30 000 stóp, a T-38s 2000 stóp poniżej, bliżej niż w poprzednim systemie obrazowania. A T-38 musiały osiągnąć prędkości naddźwiękowe dokładnie w momencie, gdy przeleciały pod B-200 i jego systemem obrazowania Schlierena.
„Największym wyzwaniem była próba ustawienia prawidłowego harmonogramu, aby mieć pewność, że uda nam się uzyskać te obrazy”. Heather Maliska, kierownik podprojektów AirBOS.
- Heather Maliska, kierownik podprojektów AirBOS.
„Największym wyzwaniem była próba ustawienia prawidłowego harmonogramu, aby upewnić się, że możemy uzyskać te obrazy”, powiedziała Heather Maliska, kierownik podprojektów AirBOS. Kamery mogą nagrywać tylko przez około trzy sekundy, a to krótkie okno nagrywania musiało pokrywać się dokładnie z tymi trzema sekundami, w których T-38 znajdowały się pod B-200. „Jestem absolutnie zadowolony z tego, jak zespół był w stanie to osiągnąć. Nasz zespół operacyjny wykonał już tego typu manewr. Wiedzą, jak ustawić manewr, a nasi piloci NASA i lotnicy wykonali świetną robotę, będąc tam, gdzie powinni być. ”
„Co ciekawe, jeśli spojrzysz na tylny T-38, zobaczysz, że te wstrząsy współdziałają na krzywej”, powiedział. „To dlatego, że nadążający T-38 leci w ślad za czołowym samolotem, więc wstrząsy będą miały inny kształt. Te dane naprawdę pomogą nam lepiej zrozumieć, w jaki sposób te szoki wchodzą w interakcje ”.
Poziom szczegółowości, jakiego nigdy wcześniej nie widziałem
„Widzimy tutaj poziom szczegółów fizycznych, o którym sądzę, że nikt wcześniej nie widział” - powiedział Dan Banks, starszy inżynier ds. Badań w NASA Armstrong. „Patrząc na dane po raz pierwszy, myślę, że wszystko poszło lepiej, niż się spodziewaliśmy. To bardzo duży krok. ”
Nowy system obrazowania Schlieren ma pewne aktualizacje w stosunku do poprzednich wersji. Ma szerszy obiektyw niż poprzednie systemy, co pozwala na dokładniejsze pozycjonowanie samolotu. Ma również większą liczbę klatek na sekundę. Przy 1400 klatkach na sekundę znacznie łatwiej jest zobaczyć szczegóły fal dźwiękowych. Ma także szybsze systemy przechowywania danych, które idą w parze ze zwiększoną liczbą klatek na sekundę.
B200 otrzymał także kilka ulepszeń dzięki nowemu systemowi obrazowania. Inżynierowie awioniki opracowali nowy system instalacji kamery, aby montaż był łatwiejszy i szybszy.
„W poprzednich wersjach AirBOS integracja systemu kamer z samolotem i uruchomienie go zajęły tydzień lub dłużej. Tym razem udało nam się go uruchomić i funkcjonować w ciągu jednego dnia - powiedział Tiffany Titus, inżynier operacji lotniczych. „To czas, w którym zespół badawczy może wykorzystać, aby wyjść i polecieć, i zdobyć te dane”.
NASA już od dłuższego czasu pracuje nad cichym lotem naddźwiękowym i wykorzystali różne sposoby jego badania. Wykorzystano tunele aerodynamiczne, ponieważ są one projektowane we wszystkich samolotach, ale NASA wymyśliła inny sposób. Około trzy lata temu wykorzystali Słońce jako tło do zobrazowania fal dźwiękowych z naddźwiękowych dżetów. Sprawdź wideo poniżej z CNN.
Commercial Supersonic Technology Project nie koncentruje się wyłącznie na redukcji hałasu podczas boomów dźwiękowych. Analizuje także wydajność paliwową, emisje, ciężar konstrukcyjny i elastyczność, które stanowią przeszkodę w lepszym podróżowaniu samolotem. Zebrane dane będą udostępniane organom regulacyjnym w USA i na całym świecie.
