Μετά από περισσότερα από 10 χρόνια σκληρής δουλειάς, η NASA έφτασε σε ένα άλλο ορόσημο. Είμαστε συνηθισμένοι στη NASA να φτάνει στα ορόσημα, αλλά αυτό είναι λίγο διαφορετικό. Όλα αυτά αφορούν έναν τύπο φωτογραφίας που καταγράφει εικόνες της ροής των υγρών.
Ονομάζεται Schlieren Photography και το schlieren είναι Γερμανικά για "ραβδώσεις". Αναπτύχθηκε για πρώτη φορά το 1864 από έναν Γερμανό φυσικό που ονομάστηκε August Toepler για να μελετήσει την υπερηχητική κίνηση. Τώρα, η NASA το χρησιμοποιεί για να δει τι συμβαίνει όταν τα αεροσκάφη τζετ σπάσουν το φράγμα ήχου, σε μια προσπάθεια να εξαλειφθεί η ηχητική έκρηξη που τη συνοδεύει. Και οι εικόνες που παίρνουν είναι πολύ ωραίες.
«Ποτέ δεν ονειρευτήκαμε ότι θα ήταν τόσο καθαρό, τόσο όμορφο».
- Φυσικός Επιστήμονας J.T. Heineck της Έρευνας Ames της NASA.
Υπάρχουν όμως περισσότερα από αυτό από την καραμέλα. Είναι όλα μέρος μιας προσπάθειας δημιουργίας πιο ήσυχων υπερηχητικών αεροσκαφών. Αυτήν τη στιγμή, υπάρχουν αυστηροί κανόνες για την πτήση υπερηχητικών αεροσκαφών στην ξηρά, επειδή ο θόρυβος είναι τόσο δυνατός. Αλλά αν το πρόβλημα θορύβου μπορεί να επιλυθεί, θα επιτρέψει ταχύτερα αεροπορικά ταξίδια.
Αυτές οι εικόνες schlieren τραβήχτηκαν από άλλο αεροσκάφος καθώς παρακολουθούσαν τα δύο αεροσκάφη T-38 από τη Βάση Πολεμικής Αεροπορίας Edwards. Το αεροσκάφος με την κάμερα είναι ένα B-200 και αποτελεί μέρος του προγράμματος AirBOS (Air-to-Background Background Oriented Schlieren) της NASA. Η ίδια η AirBOS είναι μέρος του Εμπορικού Υπερηχητικού Τεχνολογικού Έργου της NASA.
Αυτές οι νεότερες εικόνες προέρχονται από ένα αναβαθμισμένο σύστημα απεικόνισης schlieren που μπορεί να συλλάβει υψηλότερης ποιότητας εικόνες κραδασμών από ποτέ. Μια ηχητική έκρηξη δημιουργείται όταν τα κύματα από διαφορετικά μέρη του αεροσκάφους συγχωνεύονται και ταξιδεύουν στην ατμόσφαιρα. Λεπτομερείς εικόνες όπως αυτές θα προωθήσουν τη μελέτη του φαινομένου της ηχητικής έκρηξης.
«Ποτέ δεν ονειρευτήκαμε ότι θα ήταν τόσο καθαρό, τόσο όμορφο. Είμαι εκστατικός για το πώς αποδείχθηκαν αυτές οι εικόνες », δήλωσε ο J.T. Heineck, Φυσικός Επιστήμονας στο Κέντρο Έρευνας Ames της NASA. «Με αυτό το αναβαθμισμένο σύστημα, βελτιώσαμε, κατά σειρά μεγέθους, τόσο την ταχύτητα όσο και την ποιότητα των εικόνων μας από προηγούμενες έρευνες».
Τα δεδομένα από αυτές τις εικόνες schlieren θα χρησιμοποιηθούν για το σχεδιασμό ενός δοκιμαστικού αεροσκάφους. Το αεροσκάφος, που ονομάζεται X-59 Quiet Supersonic Technology X-Plane, θα είναι ένα αεροπλάνο μονό αεριωθούμενου πλάτους μήκους 94 ft και 29,5 ft. Το X-59 είναι μέρος αυτού που η NASA αποκαλεί Επίδειξη πτήσης Low-Boom (LBFD.) Η ημερομηνία ολοκλήρωσης του στόχου είναι κάποτε το 2021. (Καλύτερη βιασύνη, NASA.)
Το ζεύγος των T-38 πετάει σε σφιχτό σχηματισμό με υπερηχητικές ταχύτητες. Το επικεφαλής αεροσκάφος βρίσκεται περίπου 30 πόδια μπροστά από τα αεροσκάφη που ακολουθούν και αντισταθμίζονται κάθετα κατά περίπου 10 πόδια. Αυτό δεν είναι μεγάλη υπόθεση για πιλότους υψηλής εκπαίδευσης της USAF, αλλά υπήρχε μια επιπλέον ρυτίδα. Το B-200 ήταν περίπου 30.000 πόδια, με τα T-38s 2.000 πόδια κάτω, πιο κοντά από το προηγούμενο σύστημα απεικόνισης. Και τα T-38s έπρεπε να φτάσουν σε υπερηχητικές ταχύτητες τη στιγμή που πέταξαν κάτω από το B-200 και το σύστημα απεικόνισης schlieren.
«Η μεγαλύτερη πρόκληση ήταν να κάνουμε το χρονοδιάγραμμα σωστό για να βεβαιωθούμε ότι θα μπορούσαμε να πάρουμε αυτές τις εικόνες». Heather Maliska, υπεύθυνος επιμέρους έργων της AirBOS.
- Heather Maliska, υπεύθυνος έργου της AirBOS.
«Η μεγαλύτερη πρόκληση ήταν να κάνουμε το σωστό χρονοδιάγραμμα για να βεβαιωθούμε ότι θα μπορούσαμε να πάρουμε αυτές τις εικόνες», δήλωσε η Heather Maliska, υπεύθυνη του έργου AirBOS. Οι κάμερες μπορούν να εγγράψουν μόνο για τρία δευτερόλεπτα και αυτό το σύντομο παράθυρο εγγραφής έπρεπε να συμπίπτει με τα ακριβή τρία δευτερόλεπτα που τα T-38 ήταν κάτω από το B-200. «Είμαι απολύτως ευχαριστημένος με το πώς η ομάδα μπόρεσε να το ξεπεράσει. Η ομάδα λειτουργίας μας έχει κάνει αυτόν τον τύπο ελιγμών στο παρελθόν. Ξέρουν πώς να παρατάξουν τον ελιγμό, και οι πιλότοι της NASA και οι πιλότοι της Πολεμικής Αεροπορίας έκαναν εξαιρετική δουλειά όταν ήταν απαραίτητο να είναι. "
«Αυτό που είναι ενδιαφέρον είναι, αν κοιτάξετε το πίσω T-38, βλέπετε αυτά τα σοκ να αλληλεπιδρούν σε μια καμπύλη», είπε. «Αυτό συμβαίνει επειδή το T-38 που ακολουθεί πετάει μετά από τα κορυφαία αεροσκάφη, οπότε τα σοκ θα διαμορφωθούν διαφορετικά. Αυτά τα δεδομένα θα μας βοηθήσουν να κατανοήσουμε πώς αλληλεπιδρούν αυτά τα σοκ ».
Ένα επίπεδο λεπτομέρειας που δεν έχει ξαναδεί
«Βλέπουμε εδώ ένα επίπεδο φυσικής λεπτομέρειας που δεν νομίζω ότι έχει δει ποτέ κάποιος», δήλωσε ο Dan Banks, ανώτερος ερευνητής μηχανικός της NASA Armstrong. «Απλά κοιτάζοντας τα δεδομένα για πρώτη φορά, νομίζω ότι τα πράγματα λειτούργησαν καλύτερα από ό, τι φανταζόμασταν. Αυτό είναι ένα πολύ μεγάλο βήμα. "
Το νέο σύστημα απεικόνισης schlieren έχει μερικές αναβαθμίσεις σε σχέση με τις προηγούμενες εκδόσεις. Έχει ευρυγώνιο φακό από τα προηγούμενα συστήματα, επιτρέποντας την ακριβέστερη τοποθέτηση του αεροσκάφους. Έχει επίσης ταχύτερο ρυθμό καρέ. Με 1400 καρέ ανά δευτερόλεπτο, είναι πολύ πιο εύκολο να δείτε τη λεπτομέρεια των ηχητικών κυμάτων. Έχει επίσης ταχύτερα συστήματα αποθήκευσης δεδομένων για να ταιριάζει με τον αυξημένο ρυθμό καρέ.
Το B200 έλαβε επίσης μερικές αναβαθμίσεις με το νέο σύστημα απεικόνισης. Οι μηχανικοί της Avionics ανέπτυξαν ένα νέο σύστημα εγκατάστασης για την κάμερα για να κάνουν την τοποθέτηση ευκολότερη και ταχύτερη.
«Με προηγούμενες επαναλήψεις του AirBOS, χρειάστηκε έως και μία εβδομάδα ή περισσότερο για να ενσωματωθεί το σύστημα κάμερας στο αεροσκάφος και να το λειτουργήσει. Αυτή τη φορά μπορέσαμε να το βάλουμε και να λειτουργήσουμε μέσα σε μια μέρα », δήλωσε ο Tiffany Titus, μηχανικός πτήσεων. "Αυτή είναι η στιγμή που η ερευνητική ομάδα μπορεί να χρησιμοποιήσει για να βγει και να πετάξει, και να πάρει αυτά τα δεδομένα."
Η NASA εργάζεται για μια ήσυχη υπερηχητική πτήση για αρκετό καιρό και έχουν χρησιμοποιήσει διάφορους τρόπους για να μελετήσουν. Έχουν χρησιμοποιηθεί αιολικές σήραγγες, όπως είναι σε όλα τα σχέδια αεροσκαφών, αλλά η NASA βρήκε έναν άλλο τρόπο. Πριν από περίπου τρία χρόνια, χρησιμοποίησαν τον Ήλιο ως φόντο για να απεικονίσουν τα ηχητικά κύματα από υπερηχητικά τζετ. Δείτε το παρακάτω βίντεο από το CNN.
Το Έργο Commercial Supersonic Technology δεν εστιάζεται μόνο στη μείωση του θορύβου για ηχητικές εκρήξεις. Εξετάζει επίσης την αποδοτικότητα των καυσίμων, τις εκπομπές και το δομικό βάρος και την ευελιξία, τα οποία αποτελούν εμπόδια για καλύτερη αεροπορική μεταφορά. Τα δεδομένα που συλλέγονται θα κοινοποιηθούν σε ρυθμιστικούς φορείς στις ΗΠΑ και σε όλο τον κόσμο.
