captcha image

Hasło zostanie wysłane na twojego e-maila.

Po raz pierwszy na świecie udało się zrobić z powietrza zdjęcie oddziaływania na siebie fal uderzeniowych samolotów lecących z prędkością dźwięku lub wyższą. Zdjęcia są tak wyraźne i szczegółowe, że naukowcy „nigdy nie marzyli, iż to będzie takie jasne i tak piękne”. Ten eksperyment to jeden z koniecznych kroków, które mają doprowadzić do opracowania cichej technologii naddźwiękowej. 

Dwa odrzutowce T38 lecące z prędkością naddźwiękową. To i następne zdjęcia są koloryzowane dla podkreślenia istotnych elementów zjawiska (fot. NASA)

Fotografie zostały zrobione podczas czwartej fazy lotów w ramach projektu Air-to-Air Background Oriented Schlieren (AirBOS), które NASA przeprowadziła w Armstrong Flight Research Center w Edwards w Kalifornii. Uzyskanie tak dobrych zdjęć jest rezultatem 10 lat doskonalenia techniki wykorzystania fotografii smugowej (metoda szlirenowa, od niem.  słowa Schlieren– smugi) do obrazowania niewidocznych gołym okiem fal uderzeniowych, jakie pojawiają się, gdy samolot porusza się z prędkością wyższą niż prędkość dźwięku.

Na zdjęciu powyżej widać formację dwóch odrzutowców T-38s ze szkoły pilotów testowych z Edwards US Air Force Base. Samoloty lecą z prędkością ponaddźwiękową w odległości ok. 9 metrów od siebie, przy czym samolot znajdujący się z tyłu jest ok. 3 metry poniżej pierwszego. 

Bardzo wyraźnie widać przepływ fal uderzeniowych wokół obu samolotów i po raz pierwszy można zobaczyć, jak podczas lotu oddziałują one pomiędzy sobą. Kiedy patrzy się na drugi samolot T-38, można zobaczyć, że jego fale uderzeniowe wchodzą w interakcje z tymi pochodzącymi od pierwszego i mają inny kształt. 

Po raz pierwszy udało się zrobić tak wyraźne zdjęcia fal uderzeniowych dwóch lecących samolotów. (fot. NASA)

Po co to wszystko?

Odpowiedź jest w zasadzie prosta. Kiedy samolot porusza się z prędkością naddźwiękową, wytwarza fale uderzeniowe, które słyszymy na ziemi jako tzw. grom dźwiękowy. 

Co prawda cywilne samoloty zdolne rozwinąć prędkość dźwięku, takie jak Concorde czy TU-144, nie są już eksploatowane, jednak prędkość dźwięku
nieustannie przekraczają samoloty wojskowe. Poza tym producenci poważnie myślą o powrocie tego typu pasażerskich konstrukcji na niebo. 

Problem w tym, że jest to na tyle głośne zjawisko, że amerykańskie przepisy FAA (Federalna Administracja Lotnictwa) zabraniają lotów z taką prędkością nad lądem. 

Nad Polską wojskowe loty z prędkością naddźwiękową nie mogą być wykonywane na wysokości mniejszej niż 10 tys. metrów (konkretnie do poziomu FL 340), a nad pewnymi obszarami, np. Trójmiastem, Warszawą czy Krakowem są zupełnie zabronione. 

NASA, która przez dziesiątki lat prowadziła badania nad lotami naddźwiękowymi, współpracuje z koncernem Lockheed Martin nad projektem cichego samolotu X-59 Quiet SuperSonic Technology (QueSST), w którym dźwiękowy efekt działania fali uderzeniowej będzie sprowadzony do minimum. 

Rysunek koncepcyjny “cichego” samolotu X-59 QueSST. (fot. NASA)

Zaprezentowane w marcu wysokiej rozdzielczości fotografie smugowe są częścią misji badawczej, która ma m.in. na celu ustalenie, w jaki sposób fale uderzeniowe oddziałują na siebie nawzajem oraz na pozostawiane za samolotami smugi spalin (żadne tam chemitrailsy!). Określenie położenia i siły fal uderzeniowych i zawirowań powietrza ma zasadnicze znaczenie dla zrozumienia, jakie elementy konstrukcji samolotu mają wpływ na akustyczny efekt działania fali uderzeniowej. 

Technika sprzed 155 lat w służbie NASA

Za spektakularnymi zdjęciami zrobionymi przez NASA kryje się jeszcze jedna ciekawostka. Jest nią sama technika uzyskiwania fotografii smugowych, która została wynaleziona w 1864 roku przez niemieckiego fizyka Augusta Toeplera. 

Wszystkie zdjęcia są standardowo czarno-białe, to co widzieliśmy powyżej to efekt późniejszej koloryzacji. (fot. NASA)

Wizualizacja smugowa od lat wykorzystywana jest nie tylko do obrazowania fal uderzeniowych, ale generalnie przepływu płynów czy gazów wokół obiektów. Można ją równie dobrze wykorzystać do zwizualizowania ruchu powietrza w profesjonalnej kuchni i sprawdzania skuteczności działania wentylacji.

Już prosty układ optyczny (źródło światła, zwierciadło wklęsłe, aparat i przesłona w formie ostrza ustawiona w ognisku) wystarczy, żeby zobaczyć to, co niewidzialne nieuzbrojonym okiem. Kluczem jest umieszczenie ostrza w ognisku, w którym przecinają się promienie światła skupione i odbite przez lustro. 

Samo ostrze pozostaje niewidoczne dla kamery czy aparatu – znajduje się przecież w ognisku – i działa jak przesłona, usuwająca część promieni i podnosząca kontrast na tyle, że zaczyna być widoczny ruch powietrza. Właściwie smugi pochodzą od zmian gęstości ośrodka (powietrza), które działają jak mikrosoczewki, zmieniające bieg liniowych promieni światła. Po detale odsyłam na stronę Centrum Nauki Kopernik, a co może taki prosty układ zobaczcie na filmie zrobionym na Wydziale Fizyki UAM.

Zakończona ostatnio przez NASA seria lotów Air-to-Air Background Oriented Schlieren (AirBOS) bazuje dokładnie na tych samych założeniach, ale nie wykorzystuje ani zwierciadła, ani ostrza. Korzysta za to z tła, jakim jest pustynia Mojave.

Nowa metoda obrazowania Background Oriented Schlieren (BOS) wymaga stosunkowo prostej optyki, zamontowanej na pokładzie samolotu i jednolitego terenu, który posłuży za tło do fotografii. 

Najpierw z wysokości referencyjnej nagrywany jest obraz tła. Następnie rejestrowane są zdjęcia obiektu lecącego dokładnie nad tym samym fragmentem tła. Ze względu na dużą prędkość przemieszania się badanych samolotów, wykorzystywana jest w tym celu kamera poklatkowa, pracująca z szybkością 1400 kl/s.

Fotografia fal uderzeniowych jest wynikiem pracy algorytmów przetwarzania obrazu, które potrafią zobaczyć zniekształcenia wzorcowego obrazu tła, wynikające ze zmiany współczynnika załamania światła pod wpływem zmian gęstości ośrodka (powietrza) spowodowanych przelotem samolotów.

Trzeba wziąć pod uwagę, że dwa lecące z prędkością naddźwiękową T-38 fotografowane były z pokładu małego samolotu B-200 King Air, znajdującego się ok. 610 metrów nad nimi. 

By uzmysłowić sobie, jak dużym skokiem jakościowym była ta ostatnia próba, napiszę, że w 2016 roku fotografie smugowe na tle Słońca były robione przez NASA z odległości 12 km (z poziomu ziemi)!

Zrobienie każdego ze zdjęć, które możemy teraz oglądać wymagało, aby wszyscy piloci znaleźli się dokładnie w tym samym miejscu i w tym samym czasie. To było wielkie wyzwanie, bo to „miejsce” to obszar nieco ponad 30 metrów!

Jeśli macie trochę sprzętu fotograficznego, sami możecie próbować złapać niewidzialne. Jak to zrobić przeczytacie w PetaPixel.

Źródło

NASA po raz pierwszy uchwyciła interakcje fal uderzeniowych dwóch samolotów
5 (100%) 3 głosów

2
Dodaj komentarz

avatar
 
1 Comment threads
1 Thread replies
0 Followers
 
Most reacted comment
Hottest comment thread
2 Comment authors
Andrzej PająkStanisław Recent comment authors

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

  Subscribe  
najnowszy najstarszy oceniany
Powiadom o
Stanisław
Gość
Stanisław

Smugi spalin? ^.o zaraz pod artykułem (swoją drogą bardzo ciekawym) jest link do innego artykułu, innego autora(czy też autorki) który wyjaśnia, że ani nie są to chemtrailsy ani spaliny…

Nie ma więcej wpisów