Na meer dan 10 jaar hard werken heeft NASA weer een mijlpaal bereikt. We zijn eraan gewend dat NASA mijlpalen bereikt, maar deze is een beetje anders. Deze gaat helemaal over een soort fotografie die beelden vastlegt van de stroom van vloeistoffen.
Het heet Schlieren Photography en schlieren is Duits voor 'strepen'. Het werd voor het eerst ontwikkeld in 1864 door een Duitse natuurkundige genaamd August Toepler om supersonische beweging te bestuderen. Nu gebruikt NASA het om te zien wat er gebeurt als straalvliegtuigen de geluidsbarrière doorbreken, in een poging de sonische knal die daarmee gepaard gaat te elimineren. En de afbeeldingen die ze krijgen zijn best cool.
'We hadden nooit durven dromen dat het zo helder, zo mooi zou zijn.'
- Fysisch wetenschapper J.T. Heineck van NASA's Ames Research.
Er is echter meer aan de hand dan eye-candy. Het maakt allemaal deel uit van een poging om stillere supersonische vliegtuigen te maken. Op dit moment zijn er strikte regels voor het over land vliegen met supersonische vliegtuigen omdat het geluid zo hard is. Maar als het geluidsprobleem kan worden opgelost, zal het een snellere vliegreis mogelijk maken.
Deze schlieren-beelden werden vastgelegd door een ander vliegtuig terwijl het de twee T-38-jets van de Edwards Air Force Base bekeek. Het vliegtuig met de camera is een B-200 en het maakt allemaal deel uit van NASA's AirBOS-programma (Air-to-air Background Oriented Schlieren). AirBOS zelf maakt deel uit van NASA's Commercial Supersonic Technology Project.
Deze nieuwste afbeeldingen zijn afkomstig van een geüpgraded schlieren-beeldvormingssysteem dat schokgolven van hogere kwaliteit kan vastleggen dan ooit tevoren. Een geluidsgiek ontstaat wanneer schokgolven uit verschillende delen van het vliegtuig samenvloeien en door de atmosfeer reizen. Gedetailleerde beelden zoals deze zullen de studie van het fenomeen van de sonische boom bevorderen.
'We hadden nooit durven dromen dat het zo helder, zo mooi zou zijn. Ik ben extatisch over hoe deze beelden zijn geworden, 'zei J.T. Heineck, fysisch wetenschapper bij NASA's Ames Research Center. "Met dit geüpgradede systeem hebben we, in een orde van grootte, zowel de snelheid als de kwaliteit van onze beelden verbeterd uit eerder onderzoek."
De gegevens van deze schlieren-afbeeldingen worden gebruikt om een testvliegtuig te ontwerpen. Het vliegtuig, het X-59 Quiet Supersonic Technology X-Plane, wordt een 94 ft lang, 29,5 ft breed single-jet vliegtuig. De X-59 maakt deel uit van wat NASA de Low-Boom Flight Demonstration (LBFD) noemt. De einddatum van het doel is ergens in 2021. (beter opschieten, NASA.)
Het paar T-38's vliegt in supersonische snelheden in een strakke formatie. Het leidende vliegtuig is ongeveer 30 voet voor op het achterliggende vliegtuig en ze zijn ongeveer 10 voet verticaal verschoven. Dat is geen probleem voor hoogopgeleide USAF-piloten, maar er was een extra rimpel. De B-200 was ongeveer 30.000 voet, met de T-38s 2.000 voet lager, dichterbij dan het vorige beeldvormingssysteem toestond. En de T-38's moesten supersonische snelheden bereiken op het moment dat ze onder de B-200 en zijn schlieren-beeldvormingssysteem vlogen.
"De grootste uitdaging was om de timing correct te krijgen om er zeker van te zijn dat we deze beelden konden krijgen." Heather Maliska, AirBOS-subprojectmanager.
- Heather Maliska, AirBOS-subprojectmanager.
"De grootste uitdaging was om de timing juist te krijgen om er zeker van te zijn dat we deze beelden konden krijgen", zegt Heather Maliska, AirBOS-subprojectmanager. De camera's kunnen slechts ongeveer drie seconden opnemen en dat korte opnamevenster moest samenvallen met precies drie seconden dat de T-38's zich onder de B-200 bevonden. "Ik ben absoluut blij met hoe het team dit voor elkaar heeft gekregen. Ons operatieteam heeft dit soort manoeuvres eerder gedaan. Ze weten hoe ze de manoeuvre op één lijn moeten krijgen, en onze NASA-piloten en de luchtmachtpiloten hebben geweldig werk geleverd waar ze moesten zijn. '
"Wat interessant is, is dat als je naar de achterste T-38 kijkt, je deze schokken een soort van interactie ziet in een bocht", zei hij. “Dit komt omdat de slepende T-38 in het kielzog van het leidende vliegtuig vliegt, dus de schokken zullen een andere vorm krijgen. Deze gegevens zullen ons echt helpen om beter te begrijpen hoe deze schokken op elkaar inwerken. ”
Een nooit eerder vertoond detailniveau
"We zien hier een niveau van fysieke details waarvan ik denk dat niemand het ooit eerder heeft gezien", zegt Dan Banks, senior research engineer bij NASA Armstrong. "Als ik voor het eerst naar de gegevens kijk, denk ik dat het beter is gegaan dan we ons hadden voorgesteld. Dit is een hele grote stap. '
Het nieuwe schlieren-beeldvormingssysteem heeft enkele upgrades ten opzichte van eerdere versies. Het heeft een bredere hoeklens dan eerdere systemen, waardoor het vliegtuig nauwkeuriger kan worden gepositioneerd. Het heeft ook een snellere framesnelheid. Met 1400 frames per seconde is het veel gemakkelijker om de details van de geluidsgolven te zien. Het heeft ook snellere gegevensopslagsystemen die passen bij de hogere framesnelheid.
De B200 kreeg ook enkele upgrades met het nieuwe beeldvormingssysteem. Avionica-ingenieurs hebben een nieuw installatiesysteem voor de camera ontwikkeld om de montage gemakkelijker en sneller te maken.
“Bij eerdere herhalingen van AirBOS duurde het een week of langer om het camerasysteem in het vliegtuig te integreren en aan de praat te krijgen. Deze keer konden we het binnen een dag binnen krijgen en laten functioneren ', zegt Tiffany Titus, vluchtingenieur. "Dat is de tijd die het onderzoeksteam kan gebruiken om uit te gaan en te vliegen, en die gegevens op te halen."
NASA werkt al geruime tijd aan een stille supersonische vlucht en ze hebben verschillende manieren gebruikt om het te bestuderen. Er zijn windtunnels gebruikt, zoals in alle vliegtuigontwerpen, maar NASA bedacht een andere manier. Ongeveer drie jaar geleden gebruikten ze de zon als achtergrond om de geluidsgolven van supersonische stralen in beeld te brengen. Bekijk de onderstaande video van CNN.
Het Commercial Supersonic Technology Project is niet alleen gericht op het verminderen van het geluid voor geluidsgieken. Het kijkt ook naar brandstofefficiëntie, emissies en structureel gewicht en flexibiliteit, die allemaal belemmeringen zijn voor een betere vliegreis. De verzamelde gegevens worden gedeeld met regelgevende instanties in de VS en de rest van de wereld.
