zavřít
1 / 25
náhledy
Americká agentura pro letectví a vesmír (NASA) zveřejnila fotografii, která na první pohled upoutala celý svět. Zachycuje moment, kdy se potkávají tlakové vlny dvou letadel způsobené letem nadzvukovou rychlostí. Fotografie ale není jen nádherná, skrývá víc, než se na první pohled zdá.
Autor: NASA
Nejtěžší bylo načasování. Na jiné fotce, pořízené stejnou metodou, se interakce vln nevyskytuje. Dva letouny T-38 snímal tým NASA z letounu B-200 letícího ve výšce 10 km.
Autor: NASA
Ne vždy je potřeba k zobrazení tlakové vlny tak sofistikovaných metod. Třeba na této fotce mohl díky vodní páře ve vzduchu fotograf zachytil moment, kdy nízko letící letoun F-18 prorazil zvukovou bariéru, i obyčejným fotoaparátem. Rána, kterou let nadzvukovou rychlostí působí, je velmi hlasitá, ale z pohledu pozorovatele na zemi krátká (trvá asi setinu sekkundy). Obvykle je dostatečně hlasitá na to, aby probudila spící obyvatelstvo na zemi, a v některých případech může tlaková vlna poškodit budovy. Agentura NASA a několik komerčních firem hledají různé způsoby, jak hluk spojený s nadzvukovým letem omezit.
Autor: Profimedia.cz
K zachycení tlakových vln ve vzduchu využívají metodu šlírové fotografie. Tuto techniku (schlieren photography, z německého Schliere, pruh) vyvinul už v roce 1864 německý fyzik August Toepler. Metoda umožňuje zachytit proudění vzduchu. Zde je vyfocen letící projektil, šlírová metoda umožnila zachytit proudění vzduchu. Expoziční čas tohoto snímku je kratší než miliontina sekundy (záblesk blesku).
Autor: Profimedia.cz
Zde vidíme výstřel z pušky zachycený metodou šlírové fotografie. Na fotografii je detailně vidět proudění vzduchu. Díky krátkému záblesku světla je snímek ostrý navzdory vysoké rychlosti projektilu.
Autor: Profimedia.cz
NASA si tuto metodu upravila pro své výzkumné potřeby. Jeden z prvních experimentů NASA s metodou šlírové fotografie proběhl v roce 1993. Zde je vidět letoun T-38 v rychlosti Mach 1,1. Fotografii pořídil Leonard Weinstein z NASA. Šlo o zřejmě první zachycení rázové vlny nadzvukové rychlosti zvuku letadlem „naživo“. Do té doby se podobné fotografie dělaly v aerodynamických tunelech.
Autor: NASA
NASA nedělá fotky tlakových vln jen tak pro radost. Chce na jejich základě vylepšit konstrukci nadzvukových letadel. Něco lze vyzkoumat v aerodynamických tunelech (zde prototyp letounu QueSST), ale je samozřejmě lepší sledovat reálná nadzvuková letadla v akci.
Autor: NASA
Taková je vize NASA pro nadzvukový letoun LBFD (Low Boom Flight Demonstrator), který by ukázal směr vývoje a nastínil, jak by mohl vypadat nadzvukový letoun budoucnosti.
Autor: NASA
Jednou z možností je zvolit dobře, kudy nadzvukový letoun poletí. Rázová vlna je totiž slyšet jen v "pruhu", který se tvoří za letadlem v oblasti vymezené pomyslným kuželem. Nástroj CISBoomDA (Cockpit Interactive Sonic Boom Display Avionics) umožňuje pilotům v kokpitu přesně předpovědět, kde se rázová vlna nadzvukového letu projeví na zemi.
Autor: NASA
Letový inženýr kontroluje na interaktivním displeji průběh letu (ve stíhačce F-18).
Autor: NASA
Zpět ke šlírové fotografii. Tradičně je pro šlírovou fotografii potřeba mít pod kontrolou zdroj světla. Paprsky, které jsou kvůli lomu světla odkloněny, se nezakreslí, a na fotce se takové místo ukáže jako tmavé.
Autor: NASA
NASA experimentovala i se šlírovou metodou, která využívala jako pozadí samotné Slunce, respektive jeho okraj (Background-Oriented Schlieren Using Celestial Objects, neboli BOSCO)
Autor: NASA
Fotografování metodou BOSCO (Background Oriented Schlieren using Celestial Objects) probíhá ze země s využitím Slunce. Protože Slunce zabírá relativně malou část oblohy, museli fotografové využít teleskop. Letadlo je tak při fotografování vzdálené přes 12 kilometrů.
Autor: NASA
Výsledná šlírová fotografie pořízená metodou BOSCO (Background Oriented Schlieren using Celestial Objects) ukazuje nadzvukový let.
Autor: NASA
Nadzvukový tryskáč T-38C zachycený při nadzvukovém letu. K zachycení byla použita technika šlirové fotografie.
Autor: NASA
Později ale NASA přešla na lepší metodu, která umožňuje pořídit mnohem detailnější snímky tlakových vln. Metoda šlírové fotografie ze vzduchu využívá pozadí ke změření tlakových vln. Technika se nazývá AirBOS (Air-to-air Background Oriented Schlieren).
Autor: NASA
Zachycení tlakové vlny způsobené nadzvukovou rychlostí nad pouští Mojave pomocí technologie AirBOS (air background oriented schlieren). Je vidět, že AirBOS umožňuje vytvořit mnohem podrobnější záběry, což je pro studium důležité.
Autor: NASA
Patent „AIR - TO - AIR BACKGROUND ORIENTED SCHLIEREN TECHNIQUE“ číslo US10169847 ukazuje princip AirBOS.
Autor: US Patent Office
Letoun se speciální kamerou (Instrument platform) letí nad fotografovaným letounem (Target plane) a kamera snímá pixely referenčního obrazu (podkladu) oproti zkreslenému podkladu a podle toho vyhodnotí a zakreslí tlakovou vlnu (projeví se odlišným průchodem paprsků světla lokálně stlačeným vzduchem).
Autor: US Patent Office
Letoun T-38 zachycený v roce 2019 šlírovou metodou shora (Air-to-air Background Oriented Schlieren – AirBOS). Opět vidíme detaily, které byly vědcům doposud skryté. Jak ale zachytit interakci rázových vln? Na to jsou potřeba tři letadla.
Autor: NASA
Focení probíhalo z výrazně pomalejšího vrtulového letounu B-200 (na fotografii) ve výšce 10 tisíc metrů. Nejdůležitější proto bylo načasování. Fotografovaná letadla T-38 letěla asi 600 metrů pod B-200. Piloti všech letadel museli být perfektně synchronizovaní, kamery totiž mohly natáčet jen tři sekundy a během této doby musela letadla T-38 obě letadla letět stejnou nadzvukovou rychlostí, zatímco byla v záběru.
Autor: NASA
Letoun T-38C slouží jako častý cíl pro testování šlirové fotografie v rámci NASA. Dokáže vyvinout maximální rychlost kolem 1,1 Machu.
Autor: NASA
Fotografie zachycuje dva nadzvukové letouny T-38, které letí nadzvukovou rychlostí asi devět metrů od sebe. To umožnilo vědcům vizualizovat interakci rázových vln obou letounů. K zachycení byla využita technika AirBOS (Air-to-air Background Oriented Schlieren). Na obrázku je výřez z kompozitního kolorovaného snímku.
Autor: NASA
Za povšimnutí stojí především detaily, které ukazují interakci obou rázových vln. Právě tato interakce je předmětem zkoumání vědců NASA z týmu Armstrong Flight Research Center. Chtějí tak najít způsob, jak tyto rázové vlny minimalizovat nebo kompenzovat.
Autor: NASA
Fotografie tlakových vln a jejich interakce jsou klíčové pro vědecký výzkum jejich mechanismu. Cílem výzkumu QueSST je vývoj nového typu nadzvukového letadla (na obrázku vizualizace letadla X-59), které by dokázalo cestovat nadzvukovou rychlostí bez hlasitého třesku s tím spojeného.
Autor: NASA
