NASA Armstrong: postęp rejestrowaniu obrazów fal uderzeniowych

Dźwięk nigdy nie wyglądał tak dobrze! Za pomocą specjalnej ręcznej kamery naukowcy z NASA Armstrong Flight Research Center w Edwards w Kalifornii wykonali ostatnio zdjęcia fal uderzeniowych pochodzących z samolotu badawczego F-15B. Armstrong nadal udoskonala wykorzystanie procesu zwanego fotografią Schlierena, który rejestruje obrazy fal dźwiękowych, aby wesprzeć misję Quesst i jej centralny element, cichy naddźwiękowy samolot X-59.

Podczas testów w locie wykonanych 16 grudnia 2022 r. naukowcy z firmy Armstrong uzyskali najnowsze zdjęcia przy użyciu ulepszonego sprzętu z poprzednich eksperymentów. Fotograf uchwycił fale uderzeniowe z F-18 lecącego pod F-15.

„To wszystko jest w ramach przygotowań do X-59. Chcemy mieć sprawdzony system, który będzie w stanie obrazować fale uderzeniowe X-59” – powiedział Ed Haering, główny badacz fotografii Schlierena. „W ten sposób możemy mieć dowód na rozkład fali uderzeniowej wokół X-59, który, miejmy nadzieję, nie będzie odczuwalny na ziemi”.

Podobnie jak w lato gorąca powierzchnia zmienia gęstość powietrza w pobliżu, sprawiając, że obiekty w tle wydają się rozmyte, fotografia Schlierena wykorzystuje zakrzywione światło do tworzenia obrazów fal uderzeniowych. Fotografia Schlierena wykorzystuje teksturowane tło, takie jak krawędź Słońca lub plamy na Słońcu, do wizualizacji zmian gęstości powietrza wytwarzanych przez samolot.

Gdy promienie świetlne opływają samolot, zmiana gęstości powietrza spowodowana przepływem powietrza zakrzywia światło, sprawiając, że krawędź Słońca i plamy słoneczne wydają się poruszać. Następnie oprogramowanie oblicza, w jaki sposób poruszył się każdy punkt i rekonstruuje falę uderzeniową w obraz Schlierena.

Podczas gdy wykorzystanie fotografii Schlierena przez NASA koncentruje się na możliwości zobaczenia pewnego dnia unikalnych fal uderzeniowych z X-59, jej zastosowania wykraczają poza misję Quesst. Haering powiedział, że naukowcy mogliby również zastosować tę technikę do projektowania innych samolotów lub poprawy przepływu powietrza – i oszczędności paliwa – w ciężarówkach. Powiedział, że mogliby nawet użyć go do optymalizacji rozmieszczenia turbin wiatrowych.

„Mamy nadzieję, że będzie to gotowa usługa dla firmy Armstrong lub innych osób do oceny ich pojazdów” – powiedział Haering. „Wiedza o tym, gdzie naprawdę porusza się powietrze, wiele mówi o tym, co robi Twój pojazd, jaka jest jego wydajność i jak możesz go ulepszyć”.

NASA planuje przeprowadzić dodatkowe loty, aby przetestować ręczną kamerę późną zimą lub wczesną wiosną 2023 r. W ramach tych testów fotograf uchwyci F-15B z samolotu oddalonego o 10 000 stóp. Dwa samoloty będą lecieć zsynchronizowane na różnych wysokościach, aby sprawdzić, czy spowoduje to utratę wyrazistości obrazów. Ustalając, jakie czynniki wpływają na przejrzystość, naukowcy mogą w przyszłości organizować lepsze eksperymenty,

„Przeprowadziliśmy podobne testy w 2014 roku” – powiedział Haering. „Rekonstruujemy sprzęt z lepszą kamerą i zapewniamy lepsze prowadzenie pilota”.

Naukowcy planują włączenie nowego systemu Schlieren do przyszłych testów – zamontowana na skrzydle kapsuła będzie służyć jako główna kamera. Kamera ręczna będzie służyć do wykonywania kopii zapasowej”.

Jeszcze w tym roku podczas testów badacze spróbują wykonać dwa rodzaje zdjęć. W ramach pierwszych, które Haering nazywa normalnym widokiem, oba samoloty lecą po równoległych torach, a fotograf fotografuje prosto drugi samolot.

„W miarę wzrostu wysokości gęstość jest coraz niższa, więc fale uderzeniowe powinny zacząć zanikać, ale nie wiemy gdzie” – powiedział Haering. „Mam nadzieję, że powyżej 60 000 stóp. Ta wysokość jest maksymalną planowaną dla lotów X-59”.

W przypadku drugiego rodzaju zdjęć jeden samolot będzie leciał za drugim na innej wysokości. Gdy samoloty będą zachowywać tę samą odległość od siebie, zespół wypróbuje różne kąty, aby zobaczyć, w którym momencie fale uderzeniowe mogą zacząć zanikać.

Misja Quesst ma na celu zaprojektowanie i zbudowanie samolotu badawczego NASA X-59 z technologią, która redukuje grzmoty dźwiękowe do delikatnych uderzeń. NASA przeleci X-59 nad wybranymi zamieszkałymi terenami i zbierze dane na temat reakcji ludzi na dźwięk generowany podczas lotu naddźwiękowego. Agencja przekaże ten zestaw danych amerykańskim i międzynarodowym organom regulacyjnym, aby mogły ponownie rozważyć przepisy zabraniające komercyjnych lotów naddźwiękowych nad lądami.