Etter mer enn ti år med hardt arbeid har NASA nådd en annen milepæl. Vi er vant til at NASA når milepæler, men denne er litt annerledes. Dette handler om en type fotografering som tar bilder av væskestrømmen.
Det kalles Schlieren Photography, og schlieren er tysk for "streker." Den ble først utviklet i 1864 av en tysk fysiker ved navn August Toepler for å studere supersonisk bevegelse. Nå bruker NASA den for å se hva som skjer når jetfly bryter lydbarrieren, i et forsøk på å eliminere den soniske bommen som følger med den. Og bildene de får er ganske kule.
"Vi drømte aldri at det ville være så klart, så vakkert."
- Fysisk vitenskapsmann J.T. Heineck ved NASAs Ames Research.
Det er mer enn dette øye-godis. Det hele er en del av et forsøk på å lage roligere supersoniske fly. Akkurat nå er det strenge regler for å fly supersoniske fly over land fordi støyen er så høy. Men hvis støyproblemet kan løses, tillater det raskere flyreiser.
Disse schlieren-bildene ble tatt av et annet fly da det så på de to T-38-jetflyene fra Edwards Air Force Base. Flyet med kameraet er en B-200, og det hele er en del av NASAs AirBOS-program (Air-to-air Background Oriented Schlieren). AirBOS selv er en del av NASAs kommersielle Supersonic Technology Project.
Disse nyeste bildene kommer fra et oppgradert bildesystem med schlieren som kan ta bilder av sjokkbølger av høyere kvalitet enn noen gang før. En lydbom skapes når sjokkbølger fra forskjellige deler av flyet smelter sammen og reiser gjennom atmosfæren. Detaljerte bilder som disse vil fremme studien av det soniske boomfenomenet.
”Vi drømte aldri at det ville være så klart, så vakkert. Jeg er i ekstase over hvordan disse bildene viste seg, sier J.T. Heineck, fysisk vitenskapsmann ved NASAs Ames Research Center. "Med dette oppgraderte systemet har vi, etter en størrelsesorden, forbedret både hastigheten og kvaliteten på bildene våre fra tidligere forskning."
Dataene fra disse schlieren-bildene vil bli brukt til å designe et testfly. Flyet, kalt X-59 Quiet Supersonic Technology X-Plane, vil være et 94 fot langt, 29,5 fot bredt enkeltstrålefly. X-59 er en del av det NASA kaller Low-Boom Flight Demonstration (LBFD.) Måldatoen for ferdigstillelse er en gang i 2021. (Better rush, NASA.)
Paret T-38 flyr i tett formasjon i supersoniske hastigheter. Det ledende flyet ligger omtrent 30 fot foran det etterfølgende flyet, og de er forskjøvet vertikalt med omtrent 10 fot. Det er ikke så viktig for høyt trente USAF-piloter, men det var en ekstra rynke. B-200 var omtrent 30 000 fot, med T-38s 2000 fot under, nærmere enn det forrige bildesystemet tillot. Og T-38-ene måtte nå supersoniske hastigheter i akkurat det øyeblikket de fløy under B-200 og dets schlieren-avbildningssystem.
"Den største utfordringen var å prøve å få timingen riktig for å sikre at vi kunne få disse bildene." Heather Maliska, AirBOS delprosjektleder.
- Heather Maliska, AirBOS-prosjektleder.
"Den største utfordringen var å prøve å få timingen riktig for å sikre at vi kunne få disse bildene," sa Heather Maliska, AirBOS-underprosjektleder. Kameraene kan bare ta opp i cirka tre sekunder, og det korte opptaksvinduet måtte sammenfalle med de nøyaktige tre sekundene som T-38-ene var under B-200. ”Jeg er helt fornøyd med hvordan teamet klarte å få tak i dette. Operasjonsteamet vårt har gjort denne typen manøvre før. De vet hvordan de skal få en manøvrering, og våre NASA-piloter og flyvåpenpiloter gjorde en god jobb å være der de måtte være. ”
"Det som er interessant, er at hvis du ser på den bakre T-38, ser du disse sjokkene slags samvirke i en kurve," sa han. “Dette fordi den etterfølgende T-38 flyr i kjølvannet av de ledende flyene, så sjokkene kommer til å formes annerledes. Disse dataene vil virkelig hjelpe oss med å fremme vår forståelse av hvordan disse sjokkene samhandler. ”
Et detaljnivå aldri sett før
"Vi ser et nivå av fysiske detaljer her som jeg ikke tror noen noen gang har sett før," sa Dan Banks, senior forskningsingeniør ved NASA Armstrong. "Bare ser på dataene for første gang, tror jeg at ting fungerte bedre enn vi hadde trodd. Dette er et veldig stort skritt. ”
Det nye schlieren-bildesystemet har noen oppgraderinger i forhold til tidligere versjoner. Den har en vidvinkelobjektiv enn tidligere systemer, noe som muliggjør mer nøyaktig plassering av flyet. Den har også en raskere bildefrekvens. Med 1400 bilder per sekund er det mye enklere å se detaljene i lydbølgene. Det har også raskere datalagringssystemer å gå sammen med den økte bildefrekvensen.
B200 fikk også noen oppgraderinger med det nye bildesystemet. Avionics-ingeniører utviklet et nytt installasjonssystem for kameraet for å gjøre monteringen enklere og raskere.
"Med tidligere iterasjoner av AirBOS tok det opptil en uke eller mer å integrere kamerasystemet i flyet og få det til å fungere. Denne gangen kunne vi få det inn og fungere i løpet av et døgn, ”sa Tiffany Titus, ingeniør for flyoperasjoner. "Det er på tide at forskerteamet kan bruke til å gå ut og fly, og få de dataene."
NASA har jobbet med stille supersonisk flyging en god stund, og de har brukt en rekke måter å studere det på. Vindtunneler har blitt brukt, slik de er i all flyutforming, men NASA kom på en annen måte. For rundt tre år siden brukte de Solen som bakgrunn for å avbilde lydbølgene fra supersoniske jetfly. Sjekk ut videoen nedenfor fra CNN.
Commercial Supersonic Technology Project er ikke bare fokusert på å redusere støyen for lydbommer. Den ser også på drivstoffeffektivitet, utslipp og strukturell vekt og fleksibilitet, som alle er hindringer for bedre flyreiser. Dataene som samles inn vil bli delt med tilsynsorganer i USA og rundt om i verden.
