Efter mer än 10 år med hårt arbete har NASA nått en annan milstolpe. Vi är vana vid att NASA når milstolpar, men den här är lite annorlunda. Det här handlar om en typ av fotografering som tar bilder av vätskeströmmen.
Det kallas Schlieren Photography, och schlieren är tyska för "streck". Det utvecklades först 1864 av en tysk fysiker vid namn August Toepler för att studera supersonisk rörelse. Nu använder NASA det för att se vad som händer när jetflygplan bryter ljudbarriären, i ett försök att eliminera den soniska bom som följer med den. Och bilderna de får är ganska coola.
"Vi drömde aldrig om att det skulle vara så klart, så vackert."
- Physical Scientist J.T. Heineck från NASAs Ames Research.
Det finns dock mer än ögongodis. Det är allt en del av ett försök att skapa tystare supersoniska flygplan. Just nu finns det strikta regler för att flyga supersoniska flygplan över land eftersom bruset är så högt. Men om ljudproblemet kan lösas, tillåter det snabbare flygresor.
Dessa schlieren-bilder fångades av ett annat flygplan när det såg de två T-38-strålarna från Edwards Air Force Base. Flygplanet med kameran är en B-200, och det är allt en del av NASA: s AirBOS (Air-to-air Background Oriented Schlieren) -program. AirBOS själv är en del av NASA: s kommersiella Supersonic Technology Project.
Dessa senaste bilder kommer från ett uppgraderat schlieren-bildsystem som kan fånga högkvalitativa bilder av chockvågor än någonsin tidigare. En sonisk bom skapas när chockvågor från olika delar av flygplanet smälter samman och reser genom atmosfären. Detaljerade bilder som dessa kommer att främja studien av det soniska boomfenomenet.
”Vi drömde aldrig om att det skulle bli så klart, så vackert. Jag är extatisk över hur dessa bilder visade sig, sade J.T. Heineck, fysikalisk forskare vid NASA: s Ames Research Center. "Med det uppgraderade systemet har vi, i storleksordning, förbättrat både hastigheten och kvaliteten på våra bilder från tidigare forskning."
Uppgifterna från dessa schlieren-bilder kommer att användas för att designa ett testflygplan. Flygplanet, kallad X-59 Quiet Supersonic Technology X-Plane, kommer att vara en 94 fot lång, 29,5 ft bred enkelstråleflygplan. X-59 är en del av vad NASA kallar Low-Boom Flight Demonstration (LBFD.) Målet för slutförande av mål är någon gång 2021. (Bättre hast, NASA.)
Paret T-38 flyger i en tätt formning med supersoniska hastigheter. Ledningsflygplanet ligger ungefär 30 fot framför det bakre flygplanet, och de kompenseras vertikalt med cirka 10 fot. Det är ingen stor sak för högt utbildade USAF-piloter, men det fanns en extra rynka. B-200 var cirka 30 000 fot, med T-38s 2 000 fot under, närmare än det tidigare bildsystemet tillät. Och T-38: erna var tvungna att nå supersoniska hastigheter i exakt det ögonblick som de flög under B-200 och dess schlieren avbildningssystem.
"Den största utmaningen var att försöka få rätt timing för att se till att vi kunde få dessa bilder." Heather Maliska, AirBOS delprojektledare.
- Heather Maliska, AirBOS delprojektledare.
"Den största utmaningen var att försöka få timingen korrekt för att se till att vi kunde få dessa bilder," sa Heather Maliska, AirBOS-delprojektledare. Kamerorna kan bara spela in i cirka tre sekunder, och det korta inspelningsfönstret var tvungen att sammanfalla med de exakta tre sekunderna som T-38 var under B-200. ”Jag är helt nöjd med hur laget kunde dra bort det här. Vårt operationsteam har gjort den här typen av manöver tidigare. De vet hur man kommer att ställa upp manövern och våra NASA-piloter och flygvapenpiloter gjorde ett bra jobb där de behövde vara. ”
"Det som är intressant är att om du tittar på den bakre T-38 ser du dessa chocker typ av interaktion i en kurva," sade han. ”Detta beror på att den efterföljande T-38 flyger i spåren av de ledande flygplanen, så chockerna kommer att formas annorlunda. Dessa data kommer verkligen att hjälpa oss att förbättra vår förståelse för hur dessa chocker interagerar. ”
En detaljnivå som aldrig sett förut
"Vi ser en fysisk detaljnivå här som jag inte tror att någon någonsin har sett förut", säger Dan Banks, senior forskningsingenjör vid NASA Armstrong. ”Jag tittar bara på data för första gången och jag tror att saker och ting fungerade bättre än vi trott. Detta är ett mycket stort steg. ”
Det nya schlieren-avbildningssystemet har vissa uppgraderingar jämfört med tidigare versioner. Den har en bredare vinkelobjektiv än tidigare system, vilket möjliggör en mer exakt placering av flygplanet. Det har också en snabbare bildhastighet. Med 1400 bilder per sekund är det mycket lättare att se ljudvågens detalj. Det har också snabbare datalagringssystem att följa med sin ökade bildhastighet.
B200 fick också några uppgraderingar med det nya bildsystemet. Avionics-ingenjörer utvecklade ett nytt installationssystem för kameran för att göra monteringen enklare och snabbare.
”Med tidigare iterationer av AirBOS tog det upp till en vecka eller mer att integrera kamerasystemet i flygplanet och få det att fungera. Den här gången kunde vi få in den och fungera inom en dag, säger Tiffany Titus, ingenjör för flygoperationer. "Det är dags att forskarteamet kan använda sig för att gå ut och flyga och få den informationen."
NASA har arbetat med tyst supersonisk flygning ganska länge, och de har använt olika sätt att studera det. Vindtunnlar har använts, som de är i alla flygplan design, men NASA kom med ett annat sätt. För ungefär tre år sedan använde de solen som bakgrund för att avbilda ljudvågorna från supersoniska jets. Kolla in videon nedan från CNN.
Commercial Supersonic Technology Project är inte bara inriktat på att minska bullret för soniska bom. Den tittar också på bränsleeffektivitet, utsläpp och strukturell vikt och flexibilitet, som alla är hinder för bättre luftfärd. De insamlade uppgifterna kommer att delas med tillsynsorgan i USA och runt om i världen.
