Efter mere end 10 års hårdt arbejde har NASA nået en anden milepæl. Vi er vant til, at NASA når milepæle, men denne er lidt anderledes. Denne handler om en type fotografering, der fanger billeder af strømmen af væsker.
Det kaldes Schlieren Photography, og schlieren er tysk for "striber." Det blev først udviklet i 1864 af en tysk fysiker ved navn August Toepler for at studere supersonisk bevægelse. Nu bruger NASA det til at se, hvad der sker, når jetfly bryder lydbarrieren i et forsøg på at eliminere den soniske bom, der ledsager den. Og de billeder, de får, er temmelig seje.
”Vi har aldrig drømt om, at det ville være så klart, dette smukt.”
- Physical Scientist J.T. Heineck fra NASAs Ames Research.
Der er dog mere ved dette end øjen-slik. Det hele er en del af en indsats for at skabe mere støjsvage supersoniske fly. Lige nu er der strenge regler for at flyve supersoniske fly over land, fordi støjen er så høj. Men hvis støjproblemet kan løses, tillader det hurtigere flyrejser.
Disse schlieren-billeder blev fanget af et andet fly, da det så de to T-38-jetfly fra Edwards Air Force Base. Flyet med kameraet er en B-200, og det hele er en del af NASAs AirBOS-program (Air-to-air Background Oriented Schlieren). AirBOS er selv en del af NASAs kommercielle Supersonic Technology Project.
Disse nyeste billeder kommer fra et opgraderet schlieren-billeddannelsessystem, der kan optage billeder af chokbølger i højere kvalitet end nogensinde før. En lydbom oprettes, når stødbølger fra forskellige dele af flyet smelter sammen og rejser gennem atmosfæren. Detaljerede billeder som disse vil fremme studiet af det soniske boomfenomen.
”Vi drømte aldrig om, at det ville være så klart, så smukt. Jeg er i ekstase over, hvordan disse billeder viste sig, ”sagde J.T. Heineck, fysisk videnskabsmand ved NASAs Ames Research Center. "Med dette opgraderede system har vi i en størrelsesorden forbedret både hastigheden og kvaliteten af vores billedmateriale fra tidligere forskning."
Dataene fra disse schlieren-billeder vil blive brugt til at designe et testfly. Flyet, kaldet X-59 Quiet Supersonic Technology X-Plane, vil være et 94 ft langt, 29,5 ft bredt enkelt jetfly. X-59 er en del af, hvad NASA kalder Low-Boom Flight Demonstration (LBFD.) Måldatoen for gennemførelsen er en gang i 2021. (Bedre hast, NASA.)
Parret T-38 flyver i en tæt formation med supersoniske hastigheder. Det førende fly er omkring 30 fod foran det bagerste fly, og de er forskudt lodret med cirka 10 fod. Det er ingen big deal for højtuddannede USAF-piloter, men der var en ekstra rynke. B-200 var omkring 30.000 fod, med T-38'erne 2.000 fod under, tættere end det tidligere billedbehandlingssystem tillod. Og T-38'erne måtte nå supersoniske hastigheder på det nøjagtige øjeblik, hvor de fløj under B-200 og dets schlieren-billedsystem.
”Den største udfordring var at prøve at få timingen korrekt for at sikre os, at vi kunne få disse billeder.” Heather Maliska, AirBOS-underprojektleder.
- Heather Maliska, AirBOS-underprojektleder.
”Den største udfordring var at forsøge at få timingen korrekt for at sikre os, at vi kunne få disse billeder,” sagde Heather Maliska, AirBOS-underprojektleder. Kameraerne kan kun optage i cirka tre sekunder, og det korte optagervindue måtte falde sammen med de nøjagtige tre sekunder, som T-38'erne var under B-200. ”Jeg er absolut tilfreds med, hvordan teamet var i stand til at trække dette ud. Vores operationsteam har gjort denne type manøvre før. De ved, hvordan man får en manøvrering op, og vores NASA-piloter og luftvåbnens piloter gjorde et godt stykke arbejde, hvor de var nødt til at være. ”
”Det, der er interessant, er, hvis du ser på den bageste T-38, ser du disse chok slags interagerer i en kurve,” sagde han. ”Dette skyldes, at den bageste T-38 flyver i kølvandet på det førende fly, så chokerne bliver formet forskelligt. Disse data vil virkelig hjælpe os med at fremme vores forståelse af, hvordan disse chok interagerer. ”
Et detaljeringsniveau, der aldrig er set før
”Vi ser et niveau af fysiske detaljer her, som jeg ikke tror, nogen nogensinde har set før,” sagde Dan Banks, senior forskningsingeniør ved NASA Armstrong. ”Bare at se på dataene for første gang, jeg tror, at tingene fungerede bedre, end vi havde forestillet os. Dette er et meget stort skridt. ”
Det nye schlieren-billedbehandlingssystem har nogle opgraderinger i forhold til tidligere versioner. Det har en vidvinkelobjektiv end tidligere systemer, hvilket muliggør en mere nøjagtig placering af flyet. Det har også en hurtigere billedhastighed. Ved 1400 billeder i sekundet er det meget nemmere at se detaljen i lydbølgerne. Det har også hurtigere datalagringssystemer til at gå sammen med dets øgede billedhastighed.
B200 modtog også nogle opgraderinger med det nye billeddannelsessystem. Avionics-ingeniører udviklede et nyt installationssystem til kameraet for at gøre monteringen lettere og hurtigere.
”Med tidligere iterationer af AirBOS tog det op til en uge eller mere at integrere kamerasystemet i flyet og få det til at fungere. Denne gang var vi i stand til at få det ind og fungere inden for et døgn, ”sagde Tiffany Titus, flyveoperatør. ”Det er tid, forskerteamet kan bruge til at gå ud og flyve og hente disse data.”
NASA har arbejdet på stille supersonisk flyvning i lang tid, og de har brugt en række forskellige måder til at studere det. Vindtunneler er blevet brugt, som de er i alt flydesign, men NASA kom på en anden måde. For omkring tre år siden brugte de Solen som baggrund til at afbilde lydbølgerne fra supersoniske jetfly. Se videoen nedenfor fra CNN.
Det kommercielle Supersonic Technology Project er ikke kun fokuseret på at reducere støj ved lydbomme. Det ser også på brændstofeffektivitet, emissioner og strukturel vægt og fleksibilitet, som alle er hindringer for bedre flyrejser. De indsamlede data vil blive delt med tilsynsorganer i USA og over hele verden.
