Nach mehr als 10 Jahren harter Arbeit hat die NASA einen weiteren Meilenstein erreicht. Wir sind es gewohnt, dass die NASA Meilensteine erreicht, aber dies ist etwas anders. Hier geht es um eine Art Fotografie, die Bilder des Flüssigkeitsflusses aufnimmt.
Es heißt Schlieren Photography und schlieren ist deutsch für "Streifen". Es wurde erstmals 1864 von einem deutschen Physiker namens August Toepler entwickelt, um die Überschallbewegung zu untersuchen. Jetzt nutzt die NASA es, um zu sehen, was passiert, wenn Düsenflugzeuge die Schallmauer durchbrechen, um den damit einhergehenden Schallknall zu beseitigen. Und die Bilder, die sie bekommen, sind ziemlich cool.
"Wir haben nie davon geträumt, dass es so klar und schön sein würde."
- Physikalischer Wissenschaftler J.T. Heineck von Ames Research der NASA.
Das ist mehr als nur eine Augenweide. Dies alles ist Teil der Bemühungen, leisere Überschallflugzeuge zu entwickeln. Im Moment gibt es strenge Regeln für das Fliegen von Überschallflugzeugen über Land, weil der Lärm so laut ist. Wenn das Lärmproblem jedoch gelöst werden kann, ist ein schnellerer Flugverkehr möglich.
Diese Schlierenbilder wurden von einem anderen Flugzeug aufgenommen, als es die beiden T-38-Jets von der Edwards Air Force Base aus beobachtete. Das Flugzeug mit der Kamera ist eine B-200 und Teil des AirBOS-Programms (Air-to-Air Background Oriented Schlieren) der NASA. AirBOS selbst ist Teil des kommerziellen Überschalltechnologieprojekts der NASA.
Diese neuesten Bilder stammen von einem verbesserten Schlieren-Bildgebungssystem, mit dem Bilder von Stoßwellen in höherer Qualität als je zuvor aufgenommen werden können. Ein Überschallknall entsteht, wenn Stoßwellen aus verschiedenen Teilen des Flugzeugs zusammenfließen und sich durch die Atmosphäre bewegen. Detaillierte Bilder wie diese werden die Untersuchung des Sonic Boom-Phänomens vorantreiben.
„Wir haben nie davon geträumt, dass es so klar und schön sein würde. Ich bin begeistert davon, wie sich diese Bilder entwickelt haben “, sagte J.T. Heineck, Physikalischer Wissenschaftler am Ames Research Center der NASA. "Mit diesem aktualisierten System haben wir sowohl die Geschwindigkeit als auch die Qualität unserer Bilder gegenüber früheren Untersuchungen um eine Größenordnung verbessert."
Die Daten aus diesen Schlierenbildern werden zum Entwurf eines Testflugzeugs verwendet. Das Flugzeug, X-59 Quiet Supersonic Technology X-Plane genannt, wird ein 94 Fuß langes, 29,5 Fuß breites Einzeljet-Flugzeug sein. Die X-59 ist Teil der von der NASA als Low-Boom Flight Demonstration (LBFD) bezeichneten Demonstration. Der geplante Fertigstellungstermin liegt irgendwann im Jahr 2021. (Beeilen Sie sich besser, NASA.)
Die beiden T-38 fliegen mit Überschallgeschwindigkeit in einer engen Formation. Das Leitflugzeug befindet sich etwa 30 Fuß vor dem nachlaufenden Flugzeug und ist vertikal um etwa 10 Fuß versetzt. Für gut ausgebildete USAF-Piloten ist das keine große Sache, aber es gab eine zusätzliche Falte. Die B-200 befand sich in einer Höhe von etwa 30.000 Fuß, die T-38 in einer Entfernung von 2.000 Fuß näher als das bisherige Bildgebungssystem. Und die T-38 mussten genau in dem Moment Überschallgeschwindigkeit erreichen, in dem sie unter der B-200 und ihrem Schlieren-Bildgebungssystem flogen.
"Die größte Herausforderung bestand darin, das richtige Timing zu finden, um sicherzustellen, dass wir diese Bilder erhalten können." Heather Maliska, Teilprojektleiterin von AirBOS.
- Heather Maliska, AirBOS-Teilprojektmanagerin.
"Die größte Herausforderung bestand darin, das richtige Timing zu finden, um sicherzustellen, dass wir diese Bilder erhalten", sagte Heather Maliska, AirBOS-Teilprojektmanagerin. Die Kameras können nur etwa drei Sekunden lang aufnehmen, und dieses kurze Aufnahmefenster musste mit den genauen drei Sekunden übereinstimmen, in denen sich die T-38 unter der B-200 befanden. "Ich bin absolut zufrieden damit, wie das Team dies geschafft hat. Unser Betriebsteam hat diese Art von Manöver bereits durchgeführt. Sie wissen, wie man das Manöver in eine Reihe bringt, und unsere NASA-Piloten und die Luftwaffenpiloten haben großartige Arbeit geleistet, wo sie sein mussten. “
"Interessant ist, wenn man sich den hinteren T-38 ansieht, sieht man, dass diese Schocks in einer Kurve interagieren", sagte er. „Dies liegt daran, dass die nachlaufende T-38 im Gefolge des führenden Flugzeugs fliegt und die Stoßdämpfer daher anders geformt werden. Diese Daten werden uns wirklich helfen, besser zu verstehen, wie diese Schocks zusammenwirken. “
Ein noch nie dagewesener Detaillierungsgrad
"Wir sehen hier ein Maß an physischen Details, von dem ich glaube, dass es noch niemand zuvor gesehen hat", sagte Dan Banks, leitender Forschungsingenieur bei der NASA Armstrong. "Wenn ich nur die Daten zum ersten Mal betrachte, denke ich, dass die Dinge besser geklappt haben, als wir es uns vorgestellt hatten. Dies ist ein sehr großer Schritt. “
Das neue Schlieren-Imaging-System verfügt über einige Upgrades gegenüber früheren Versionen. Es hat ein Weitwinkelobjektiv als frühere Systeme, was eine genauere Positionierung des Flugzeugs ermöglicht. Es hat auch eine schnellere Bildrate. Mit 1400 Bildern pro Sekunde ist es viel einfacher, die Details der Schallwellen zu erkennen. Es hat auch schnellere Datenspeichersysteme, die mit der erhöhten Bildrate einhergehen.
Der B200 erhielt auch einige Upgrades mit dem neuen Bildgebungssystem. Die Ingenieure von Avionics haben ein neues Installationssystem für die Kamera entwickelt, um die Montage einfacher und schneller zu machen.
„Bei früheren AirBOS-Iterationen dauerte es bis zu einer Woche oder länger, bis das Kamerasystem in das Flugzeug integriert und funktionsfähig war. Diesmal konnten wir es innerhalb eines Tages in Betrieb nehmen “, sagte Tiffany Titus, Flugbetriebsingenieurin. "Das ist die Zeit, die das Forschungsteam nutzen kann, um zu fliegen und diese Daten zu erhalten."
Die NASA arbeitet seit einiger Zeit an einem ruhigen Überschallflug und hat verschiedene Methoden verwendet, um ihn zu untersuchen. Wie in allen Flugzeugkonstruktionen wurden Windkanäle verwendet, aber die NASA hat einen anderen Weg gefunden. Vor ungefähr drei Jahren verwendeten sie die Sonne als Hintergrund, um die Schallwellen von Überschalljets abzubilden. Schauen Sie sich das Video unten von CNN an.
Das kommerzielle Überschalltechnologieprojekt konzentriert sich nicht nur auf die Reduzierung des Geräusches für Überschallknalle. Es geht auch um Treibstoffeffizienz, Emissionen sowie strukturelles Gewicht und Flexibilität, die alle Hindernisse für einen besseren Flugverkehr darstellen. Die gesammelten Daten werden an Aufsichtsbehörden in den USA und auf der ganzen Welt weitergegeben.
