经(jing)过十多年(nian)的(de)努力,NASA已经(jing)达(da)到(dao)(dao)了另一个里程碑。我们(men)习惯于NASA达(da)到(dao)(dao)里程碑,但这个有(you)点不(bu)同(tong)。这是一种捕捉(zhuo)流体(ti)图像的(de)摄影(ying)类型。

它被称为Schlieren摄(she)影(ying),而(er)schlieren则是德(de)国(guo)人的“条纹”。它最(zui)初由一位名叫August Toepler的德(de)国(guo)物理学(xue)家于1864年开发,用于研究超(chao)音速运(yun)动。现在,美(mei)国(guo)国(guo)家航(hang)空(kong)航(hang)天局正在利用它来(lai)了解当(dang)喷气式飞机(ji)打破音障(zhang)时会发生什(shen)么,以(yi)努力(li)消除伴(ban)随它的音爆。他们(men)得到的图(tu)像非(fei)常酷(ku)。


“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(chu)此之外,还有更多的(de)东西比眼睛糖果(guo)(guo)。这是(shi)制造(zao)更安静的(de)超音(yin)(yin)速(su)飞(fei)(fei)机的(de)努力的(de)一部(bu)分(fen)。目(mu)前,由于噪(zao)(zao)音(yin)(yin)非常大,因此在(zai)陆(lu)地上飞(fei)(fei)行(xing)超音(yin)(yin)速(su)飞(fei)(fei)机有严格的(de)规(gui)定。但如(ru)果(guo)(guo)噪(zao)(zao)音(yin)(yin)问题可以解决,它将允许更快(kuai)的(de)空中旅行(xing)。

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(zhei)些最(zui)新的(de)图(tu)(tu)像(xiang)来自升级的(de)纹(wen)影成像(xiang)系统,可以捕获比以往更(geng)高质量的(de)冲击波图(tu)(tu)像(xiang)。当来自飞机不(bu)同部(bu)分的(de)冲击波合并在(zai)一起并穿过大气层时,会产生(sheng)声波。像(xiang)这(zhei)样(yang)的(de)详(xiang)细图(tu)(tu)像(xiang)将推动对音爆现象的(de)研究(jiu)。

来自(zi)NASA的(de)纹影(ying)成像(xiang)系统的(de)更多冲击波眼睛糖果。超音速(su)飞行中(zhong)T-38的(de)“刀口”镜头。图片来源:NASA

“我(wo)们从来没有想(xiang)过(guo)它会如此(ci)清(qing)晰,这(zhei)美(mei)(mei)丽。我(wo)对这(zhei)些图(tu)像的结果(guo)感(gan)到欣喜若狂,“美(mei)(mei)国宇航局艾姆斯研究中心物(wu)理(li)科学家JT Heineck说(shuo)。“通(tong)过(guo)这(zhei)个升级后的系统,我(wo)们在一个数量级上(shang)提高了以往研究中图(tu)像的速(su)度(du)和(he)质量。”

来自这(zhei)些纹影图像(xiang)的(de)数据将(jiang)用于设计(ji)测试飞机。这(zhei)架名(ming)为X-59 Quiet Supersonic Technology X-Plane的(de)飞机将(jiang)是(shi)一架94英尺长,29.5英尺宽(kuan)的(de)单(dan)喷气飞机。X-59是(shi)NASA称(cheng)之为低空飞行演示(LBFD)的(de)一部(bu)分(fen)。目标完成(cheng)日期是(shi)在(zai)2021年的(de)某(mou)个时间(jian)。(更好的(de)是(shi),NASA。)

X-59低架(jia)飞(fei)行示范(LBFD)车辆的例证。图片来源(yuan):NASA。

这对T-38以(yi)超音(yin)速飞行。主飞机位于尾随飞机前方约(yue)(yue)30英(ying)尺(chi)处,它们垂直(zhi)偏移(yi)约(yue)(yue)10英(ying)尺(chi)。这对训练有(you)素的(de)(de)(de)美国(guo)空(kong)军(jun)飞行员来说没什么(me)大(da)不(bu)了的(de)(de)(de),但是(shi)还有(you)一个额外的(de)(de)(de)皱纹。B-200大(da)约(yue)(yue)在30,000英(ying)尺(chi)处,T-38在2000英(ying)尺(chi)以(yi)下(xia)(xia),比之前的(de)(de)(de)成(cheng)像(xiang)系(xi)统(tong)更接近。T-38必须在它们飞到(dao)B-200及其(qi)纹影成(cheng)像(xiang)系(xi)统(tong)下(xia)(xia)面的(de)(de)(de)那一刻(ke)达(da)到(dao)超音(yin)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(zi)项目经理Heather Maliska说:“最大的(de)挑战是努力确(que)保时机(ji)正确(que),以(yi)确(que)保我(wo)们(men)能够获得这些图像。” 摄像机(ji)只能录制约三(san)秒钟,而短录音窗口必(bi)须与T-38在(zai)B-200下的(de)精确(que)三(san)秒钟一致。“我(wo)对球队的(de)表现非(fei)常满意。我(wo)们(men)的(de)运营团队之前(qian)已经完(wan)成了这种类型的(de)操作。他(ta)们(men)知道如何使(shi)机(ji)动排队,我(wo)们(men)的(de)美国宇航局飞行员和空(kong)军飞行员在(zai)他(ta)们(men)需要的(de)地方(fang)做(zuo)得非(fei)常好。“

“有趣的(de)是,如(ru)果你(ni)看(kan)一下T-38的(de)后部,你(ni)会(hui)(hui)看(kan)到(dao)这(zhei)些震动(dong)在一条(tiao)曲线中相互作(zuo)用(yong),”他说。“这(zhei)是因(yin)为(wei)尾随的(de)T-38飞(fei)(fei)机(ji)在领先(xian)的(de)飞(fei)(fei)机(ji)之后飞(fei)(fei)行,所(suo)以冲(chong)击(ji)的(de)形状将会(hui)(hui)有所(suo)不同。这(zhei)些数据确(que)实有助于我们进一步了(le)解这(zhei)些冲(chong)击(ji)是如(ru)何相互作(zuo)用(yong)的(de)。“

从未见过的详细程度

美国宇航局阿姆斯特朗的(de)高级研究(jiu)工程师丹班克斯说:“我们在这里看(kan)到的(de)物理细(xi)节水平(ping)让我觉得以(yi)前没(mei)有(you)人(ren)见过。” “只是第一次看(kan)数据,我认为(wei)事情比我们想象的(de)要好。这是一个非(fei)常(chang)重要的(de)一步。“

新的纹影成像(xiang)系统(tong)比以(yi)前的版本(ben)有(you)一(yi)些升(sheng)级(ji)。它具(ju)有(you)比以(yi)前系统(tong)更(geng)宽的角(jiao)度(du)镜(jing)头,可(ke)(ke)以(yi)更(geng)准确地定位飞机(ji)。它还具(ju)有(you)更(geng)快(kuai)的帧(zhen)(zhen)速率(lv)。以(yi)每秒1400帧(zhen)(zhen)的速度(du),可(ke)(ke)以(yi)更(geng)容易地看到(dao)声波的细节。它还具(ju)有(you)更(geng)快(kuai)的数据存储系统(tong)以(yi)及其增加的帧(zhen)(zhen)速率(lv)。

来(lai)自先前成(cheng)像系(xi)统(tong)的较旧图(tu)(tu)像显示(shi)了所谓的“跨音速(su)飞行(xing)”中的单个T-38,即飞机从亚音速(su)飞行(xing)到(dao)超音速(su)飞行(xing)的确(que)切时刻。图(tu)(tu)片来(lai)源:NASA

B200还通过新的成像(xiang)系(xi)(xi)统获得了(le)一(yi)些(xie)升级。航空电子(zi)工程师为相机(ji)开发了(le)一(yi)种新的安装(zhuang)系(xi)(xi)统,使(shi)安装(zhuang)更(geng)容易,更(geng)快捷。

“通过以前的AirBOS迭代(dai),将相机(ji)系统集成(cheng)到飞(fei)机(ji)上(shang)并(bing)使其正常(chang)工作需要一周(zhou)或更长(zhang)时间。这次我(wo)们(men)能够(gou)在一天内完(wan)成(cheng)并(bing)运作,“飞(fei)行(xing)运营(ying)工程师(shi)Tiffany Titus说。“这是研究(jiu)团(tuan)队可(ke)以用来外出飞(fei)行(xing)并(bing)获取数据的时间。”

T-38和schlieren成像(xiang)系统(tong)只(zhi)是(shi)(shi)NASA超(chao)音(yin)速商业技术项目的(de)(de)(de)一部分。在(zai)上图中(zhong),美(mei)(mei)国宇(yu)航局试飞员在(zai)德(de)克萨斯(si)州加尔维斯(si)顿(dun)海岸外进行了一次安静的(de)(de)(de)超(chao)音(yin)速潜水演习,以创建一个更安静的(de)(de)(de)音(yin)爆(bao)版(ban)本,以获得(de)招募的(de)(de)(de)社区调查反馈数(shu)据。测试飞行员爬升到大(da)约50,000英(ying)尺(chi),接(jie)着是(shi)(shi)超(chao)音(yin)速倒(dao)置潜水。这会(hui)产生声波冲击波,使(shi)其在(zai)特定区域更安静。与此同时,美(mei)(mei)国宇(yu)航局的(de)(de)(de)研究(jiu)人员利(li)用地面上的(de)(de)(de)电子调查和麦克风(feng)监测站,将社区反馈与航班的(de)(de)(de)声级相匹(pi)配。这是(shi)(shi)为未来的(de)(de)(de)X-59 QueSST准(zhun)备NASA社区响(xiang)应模型。

NASA一直致力于安静的超音速飞行,他们(men)已经用各种(zhong)方(fang)式研(yan)究它(ta)(ta)。风洞已被使用,因(yin)为(wei)它(ta)(ta)们(men)在(zai)所有飞机设计中(zhong),但NASA提(ti)出了另(ling)一种(zhong)方(fang)式。大约三年前,他们(men)以太阳(yang)为(wei)背景,对超音速喷气式飞机的声(sheng)波进行成像。查看CNN下面的视(shi)频。

商业超音(yin)速(su)技术项目不仅仅专注于降低声波(bo)轰击的噪音(yin)。它还关注燃油效率,排放,结构重量和灵(ling)活性,所有(you)这些都阻碍了更好的航空旅行。收集的数据将(jiang)与美国(guo)和世界(jie)各(ge)地的监管机(ji)构共(gong)享。