经过十多年的努力,NASA已经达到了另一个里程碑。我们习惯于NASA达到里程碑,但这个有点不同。这是一种捕捉流体图像的摄影类型。

它被称为Schlieren摄影,而schlieren则是德国人的“条纹”。它最初由一位名叫August Toepler的德国物理学家于1864年开发,用于研究超音速运动。现在,美国国家航空航天局正在利用它来了解当喷气式飞机打破音障时会发生什么,以努力消除伴随它的音爆。他们得到的图像非常酷。


“我们从来没有想过它会如此清晰,这美丽。”

- 美国宇航局艾姆斯研究的物理科学家JT Heineck。

除此之外,还有更多的东西比眼睛糖果。这是制造更安静的超音速飞机的努力的一部分。目前,由于噪音非常大,因此在陆地上飞行超音速飞机有严格的规定。但如果噪音问题可以解决,它将允许更快的空中旅行。

这些纹影图像被另一架飞机捕获,因为它观看了爱德华兹空军基地的两架T-38喷气式飞机。带相机的飞机是B-200,它是NASA的AirBOS(空对空背景导向的Schlieren)计划的一部分。AirBOS本身是NASA 商业超音速技术项目的一部分。

这些最新的图像来自升级的纹影成像系统,可以捕获比以往更高质量的冲击波图像。当来自飞机不同部分的冲击波合并在一起并穿过大气层时,会产生声波。像这样的详细图像将推动对音爆现象的研究。

来自NASA的纹影成像系统的更多冲击波眼睛糖果。超音速飞行中T-38的“刀口”镜头。图片来源:NASA

“我们从来没有想过它会如此清晰,这美丽。我对这些图像的结果感到欣喜若狂,“美国宇航局艾姆斯研究中心物理科学家JT Heineck说。“通过这个升级后的系统,我们在一个数量级上提高了以往研究中图像的速度和质量。”

来自这些纹影图像的数据将用于设计测试飞机。这架名为X-59 Quiet Supersonic Technology X-Plane的飞机将是一架94英尺长,29.5英尺宽的单喷气飞机。X-59是NASA称之为低空飞行演示(LBFD)的一部分。目标完成日期是在2021年的某个时间。(更好的是,NASA。)

X-59低架飞行示范(LBFD)车辆的例证。图片来源:NASA。

这对T-38以超音速飞行。主飞机位于尾随飞机前方约30英尺处,它们垂直偏移约10英尺。这对训练有素的美国空军飞行员来说没什么大不了的,但是还有一个额外的皱纹。B-200大约在30,000英尺处,T-38在2000英尺以下,比之前的成像系统更接近。T-38必须在它们飞到B-200及其纹影成像系统下面的那一刻达到超音速。

飞行系列的最大挑战之一是时间安排。为了获得这张图片,最初是单色的,并在这里显示为彩色合成图像,NASA飞行了一架B-200,配备了更新的成像系统,大约30,000英尺,而这对T-38不仅要保留在形成,但是在它们直接位于B-200下方的精确时刻以超音速飞行。由于所有三架飞机都在NASA运营团队指定的正确时间处于正确的位置,因此捕获了这些图像。
致谢:美国宇航局照片


“最大的挑战是试图确保时机正确,以确保我们能够获得这些图像。”Heather Maliska,AirBOS子项目经理。

- AirBOS子项目经理Heather Maliska。 

AirBOS子项目经理Heather Maliska说:“最大的挑战是努力确保时机正确,以确保我们能够获得这些图像。” 摄像机只能录制约三秒钟,而短录音窗口必须与T-38在B-200下的精确三秒钟一致。“我对球队的表现非常满意。我们的运营团队之前已经完成了这种类型的操作。他们知道如何使机动排队,我们的美国宇航局飞行员和空军飞行员在他们需要的地方做得非常好。“

“有趣的是,如果你看一下T-38的后部,你会看到这些震动在一条曲线中相互作用,”他说。“这是因为尾随的T-38飞机在领先的飞机之后飞行,所以冲击的形状将会有所不同。这些数据确实有助于我们进一步了解这些冲击是如何相互作用的。“

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美国宇航局阿姆斯特朗的高级研究工程师丹班克斯说:“我们在这里看到的物理细节水平让我觉得以前没有人见过。” “只是第一次看数据,我认为事情比我们想象的要好。这是一个非常重要的一步。“

新的纹影成像系统比以前的版本有一些升级。它具有比以前系统更宽的角度镜头,可以更准确地定位飞机。它还具有更快的帧速率。以每秒1400帧的速度,可以更容易地看到声波的细节。它还具有更快的数据存储系统以及其增加的帧速率。

来自先前成像系统的较旧图像显示了所谓的“跨音速飞行”中的单个T-38,即飞机从亚音速飞行到超音速飞行的确切时刻。图片来源:NASA

B200还通过新的成像系统获得了一些升级。航空电子工程师为相机开发了一种新的安装系统,使安装更容易,更快捷。

“通过以前的AirBOS迭代,将相机系统集成到飞机上并使其正常工作需要一周或更长时间。这次我们能够在一天内完成并运作,“飞行运营工程师Tiffany Titus说。“这是研究团队可以用来外出飞行并获取数据的时间。”

T-38和schlieren成像系统只是NASA超音速商业技术项目的一部分。在上图中,美国宇航局试飞员在德克萨斯州加尔维斯顿海岸外进行了一次安静的超音速潜水演习,以创建一个更安静的音爆版本,以获得招募的社区调查反馈数据。测试飞行员爬升到大约50,000英尺,接着是超音速倒置潜水。这会产生声波冲击波,使其在特定区域更安静。与此同时,美国宇航局的研究人员利用地面上的电子调查和麦克风监测站,将社区反馈与航班的声级相匹配。这是为未来的X-59 QueSST准备NASA社区响应模型。

NASA一直致力于安静的超音速飞行,他们已经用各种方式研究它。风洞已被使用,因为它们在所有飞机设计中,但NASA提出了另一种方式。大约三年前,他们以太阳为背景,对超音速喷气式飞机的声波进行成像。查看CNN下面的视频。

商业超音速技术项目不仅仅专注于降低声波轰击的噪音。它还关注燃油效率,排放,结构重量和灵活性,所有这些都阻碍了更好的航空旅行。收集的数据将与美国和世界各地的监管机构共享。