NASA captura as primeiras imagens ar-ar da interação de ondas de choque supersônicas em voo

Caros Leitores,

“Nós nunca sonhamos que seria tão claro, tão lindo.”

O cientista físico JT Heineck, do Ames Research Center da NASA em Mountain View, Califórnia, vê pela primeira vez um conjunto de imagens há muito esperadas e leva um momento para refletir sobre mais de 10 anos de desenvolvimento de técnicas - um esforço que levou a um marco para a Diretoria da Missão de Pesquisa em Aeronáutica da NASA .

A NASA testou com sucesso uma tecnologia fotográfica aérea em vôo avançada, capturando as primeiras imagens da interação de ondas de choque de duas aeronaves supersônicas em vôo.

"Estou extasiado com o resultado dessas imagens", disse Heineck. "Com este sistema atualizado, aumentamos a velocidade e a qualidade de nossas imagens em pesquisas anteriores."

As imagens foram capturadas durante a quarta fase dos voos de orientação aérea com base em Schlieren Air-to-Air, ou AirBOS, que ocorreram no Armstrong Flight Research Center da NASA em Edwards, Califórnia. A série de voo viu testes bem-sucedidos de um sistema de imagens atualizado capaz de capturar imagens de alta qualidade de ondas de choque, mudanças rápidas de pressão que são produzidas quando uma aeronave voa mais rápido que a velocidade do som, ou supersônica. Ondas de choque produzidas por aeronaves se fundem enquanto viajam pela atmosfera e são responsáveis ​​pelo que é ouvido no solo como um estrondo sônico.

O sistema será usado para capturar dados cruciais para confirmar o projeto da X-59 Quiet SuperSonic Technology X-plane da agência , ou X-59 QueSST, que voará supersônico, mas produzirá ondas de choque de tal forma que, em vez de um alto estrondo sônico, apenas um ruído silencioso pode ser ouvido. A capacidade de voar supersônico sem um boom sônico pode um dia resultar no levantamento das restrições atuais ao vôo supersônico sobre a terra.

Um dos maiores desafios da série de voos foi o timing. A fim de adquirir esta imagem, originalmente monocromática e mostrada aqui como uma imagem composta colorida, a NASA voou um B-200, equipado com um sistema de imagem atualizado, a cerca de 30.000 pés, enquanto o par de T-38s foram necessários para não só permanecer em formação, mas para voar em velocidades supersônicas no exato momento em que eles estavam diretamente abaixo do B-200. As imagens foram capturadas como resultado de todas as três aeronaves estarem no exato lugar exato no exato momento certo designado pela equipe de operações da NASA.

Créditos: NASA Photo

As imagens apresentam um par de T-38 da Escola de Pilotos de Teste da Força Aérea dos EUA na Base Aérea de Edwards, voando em formação a velocidades supersônicas. Os T-38s estão voando a aproximadamente 30 pés de distância um do outro, com a aeronave à direita voando cerca de 10 pés abaixo do líder T-38. Com clareza excepcional, o fluxo das ondas de choque de ambas as aeronaves é visto e, pela primeira vez, a interação dos choques pode ser vista em vôo.

"Estamos olhando para um fluxo supersônico, e é por isso que estamos recebendo essas ondas de choque", disse Neal Smith, engenheiro de pesquisa da AerospaceComputing Inc., no laboratório de mecânica de fluidos da NASA Ames.

"O que é interessante é que, se você olhar para o T-38 traseiro, verá que esses choques interagem em uma curva", disse ele. “Isso ocorre porque o T-38 traseiro está voando na esteira da aeronave líder, então os amortecedores vão ter uma forma diferente. Esses dados realmente nos ajudarão a avançar nossa compreensão de como esses choques interagem. ”

O estudo de como as ondas de choque interagem umas com as outras, bem como com a pluma de escape de uma aeronave, tem sido um tema de interesse entre os pesquisadores. Pesquisas prévias de subescala schlieren no túnel de vento de Ames revelaram distorção dos choques, levando a esforços adicionais para expandir essa pesquisa para testes de vôo em larga escala.

Enquanto a aquisição dessas imagens para pesquisa marcou um dos objetivos da AirBOS, um dos objetivos primários era testar equipamentos avançados capazes de imagens de alta qualidade no ar, para ter o Flight Low-Boom da X-59. Demonstration, uma missão que usará o X-59 para fornecer aos reguladores dados estatisticamente válidos, necessários para possíveis mudanças na regulamentação, a fim de possibilitar um voo supersônico comercial silencioso sobre a terra.

Quando as aeronaves voam mais rápido que a velocidade do som, as ondas de choque se afastam do veículo e são ouvidas no solo como um estrondo sônico. Pesquisadores da NASA usam essa imagem para estudar essas ondas de choque como parte do esforço para tornar os estrondos sônicos mais silenciosos, o que pode abrir o futuro para um possível vôo supersônico sobre a terra. O sistema de câmeras atualizado usado na série de voos AirBOS permitiu que o supersônico T-38 fosse fotografado de muito mais perto, a aproximadamente 2.000 pés de distância, resultando em uma imagem muito mais clara em comparação com séries de voo anteriores.

Créditos: NASA Photo

Enquanto a NASA usou anteriormente a técnica de fotografia schlieren para estudar as ondas de choque , os voos AirBOS 4 apresentavam uma versão atualizada dos sistemas schlieren aerotransportados anteriores, permitindo aos pesquisadores capturar três vezes a quantidade de dados na mesma quantidade de tempo.

"Estamos vendo um nível de detalhes físicos aqui que eu não acho que ninguém tenha visto antes", disse Dan Banks, engenheiro sênior de pesquisa da NASA Armstrong. “Apenas olhando os dados pela primeira vez, acho que as coisas funcionaram melhor do que imaginávamos. Este é um passo muito grande ”.

As imagens foram capturadas a partir de uma NASA B-200 King Air, usando um sistema de câmera atualizado para aumentar a qualidade da imagem. O sistema atualizado incluiu a adição de uma câmera capaz de capturar dados com um campo de visão mais amplo. Esta consciência espacial melhorada permitiu um posicionamento mais preciso da aeronave. O sistema também incluiu uma atualização de memória para as câmeras, permitindo que os pesquisadores aumentassem a taxa de quadros para 1400 quadros por segundo, facilitando a captura de um número maior de amostras. Finalmente, o sistema recebeu uma conexão atualizada com os computadores de armazenamento de dados, o que permitiu uma taxa muito maior de download de dados. Isso também contribuiu para que a equipe pudesse capturar mais dados por passe, aumentando a qualidade das imagens.

Além de uma recente atualização de aviônicos para a King Air, que melhorou a capacidade da aeronave de estar exatamente no exato momento exato, a equipe também desenvolveu um novo sistema de instalação para as câmeras, reduzindo drasticamente o tempo que levou. para integrá-los com a aeronave.

“Com as iterações anteriores do AirBOS, levou uma semana ou mais para integrar o sistema de câmeras à aeronave e fazer com que funcionasse. Desta vez, conseguimos entrar e funcionar em um dia ”, disse Tiffany Titus, engenheira de operações de vôo. "É hora de a equipe de pesquisa poder usar para sair e voar, e obter esses dados."

O X-plano Silencioso X-59 SuperSonic Technology, ou QueSST, testará suas silenciosas tecnologias supersônicas voando sobre comunidades nos Estados Unidos. O X-59 foi projetado de modo que, quando voando supersônico, as pessoas no solo não ouvirão nada além de um baque sonoro silencioso - se é que existe alguma coisa. Os dados cientificamente válidos coletados a partir desses sobrevôos comunitários serão apresentados aos reguladores norte-americanos e internacionais, que usarão as informações para ajudá-los a criar regras baseadas em níveis de ruído que permitam novos mercados comerciais para o vôo supersônico sobre a terra.

Créditos: NASA Image

Embora o sistema de câmeras atualizado e o upgrade de aviônicos no B-200 tenham melhorado muito a capacidade de conduzir esses vôos com mais eficiência do que nas séries anteriores, a obtenção das imagens ainda requer muita habilidade e coordenação de engenheiros, controladores de missão e pilotos de ambos Escola Piloto de Testes da NASA e da Força Aérea dos EUA.

A fim de capturar essas imagens, o King Air, voando um padrão de cerca de 30.000 pés, teve que chegar em uma posição precisa como o par de T-38s passou a velocidades supersônicas de aproximadamente 2.000 metros abaixo. Enquanto isso, as câmeras, capazes de gravar por um total de três segundos, tiveram que começar a gravar no exato momento em que os supersônicos T-38 entraram em cena.

"O maior desafio foi tentar obter o tempo certo para garantir que poderíamos obter essas imagens", disse Heather Maliska, gerente do subprojeto da AirBOS. “Estou absolutamente feliz com a forma como o time conseguiu fazer isso. Nossa equipe de operações já fez esse tipo de manobra antes. Eles sabem como alinhar a manobra, e nossos pilotos da NASA e da Força Aérea fizeram um ótimo trabalho estando onde precisavam estar. ”

"Eles eram astros do rock."

Os dados dos voos da AirBOS continuarão a ser analisados, ajudando a NASA a aperfeiçoar as técnicas para esses testes, a fim de melhorar ainda mais os dados, com vôos futuros em altitudes mais elevadas. Esses esforços ajudarão no avanço do conhecimento sobre as características das ondas de choque, à medida que a NASA avança em direção a voos silenciosos de pesquisa supersônica com o X-59 e se aproximam de um importante marco na aviação.

O AirBOS foi voado como sub-projeto sob o projeto Commercial Supersonic Technology da NASA .

Usando a técnica de fotografia schlieren, a NASA conseguiu capturar as primeiras imagens ar-ar da interação de ondas de choque de dois aviões supersônicos voando em formação. Estes dois aviões T-38 da Escola de Piloto de Teste da Força Aérea dos EUA estão voando em formação, a aproximadamente 30 pés de distância, a velocidades supersônicas, ou mais rápido que a velocidade do som, produzindo ondas de choque normalmente ouvidas no solo como um estrondo sônico. As imagens, originalmente monocromáticas e mostradas aqui como imagens compostas coloridas, foram capturadas durante uma série de vôo supersônico, em parte, para entender melhor como os choques interagem com as plumas das aeronaves, assim como entre si.

Créditos: NASA Photo

Matt Kamlet 

NASA Armstrong Flight Research Center

Última atualização: 6 de março de 2019Editor: Monroe Conner

Fonte: NASA / 06/02/2019

https://www.nasa.gov/centers/armstrong/features/supersonic-shockwave-interaction.html

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HélioR.M.Cabral (Economista, Escritor e Pesquisador Independente na Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).

Membro da Society for Science and the Public (SSP) e assinante de conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration) e ESA (European Space Agency).

Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela NASA.

Participa também do projeto The Globe Program / NASA Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of State.

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