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"Supersonic Shockwave Interaction" von sonorman

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Ausgangsbeitrag

sonorman
sonorman14.03.1909:50
(Bilder: NASA)

Die NASA hat erstmals mittels einer fotografischen Luft-zu-Luft-Technologie und unter Zuhilfenahme der "Air-to-Air Background Oriented Schlieren flights" (AirBOS) zwei eng beieinander fliegende Flugzeuge in dem Moment fotografiert, in dem sie die Schallmauer durchbrechen.

Dazu war ein absolut genaues Timing notwendig, damit die Flugzeuge die Schallmauer genau am richtigen Ort und zur richtigen Zeit durchbrechen.

“I am ecstatic about how these images turned out. “With this upgraded system, we have, by an order of magnitude, improved both the speed and quality of our imagery from previous research.” – Physical Scientist J.T. Heineck vom NASA Ames Research Center in Kalifornien, Silicon Valley

Sinn und Zweck ist die Erforschung von Möglichkeiten, den Überschallknall zu dämpfen. So soll das Experimentalflugzeug X-59 Quiet SuperSonic Technology X-plane (X-59 QueSST) statt eines Knalls wenn überhaupt nur eine Art Rumpeln oder ein schwaches "Fump" erzeugen, wenn es die Schallmauer durchbricht.


Quelle

Kommentare

nane
nane14.03.19 10:03
Sehr beeindruckend! Danke für das Bild und die Info!
Das Leben ist ein langer Traum an dessen Ende kein Wecker klingelt.
eiq
eiq14.03.19 11:35
sonorman
Dazu war ein absolut genaues Timing notwendig, damit die Flugzeuge die Schallmauer genau am richtigen Ort und zur richtigen Zeit durchbrechen.
Das klingt in dieser Formulierung schwieriger als es ist. Die T-38 mussten nicht im gleichen Moment "die Schallmauer durchbrechen", sondern "nur" mit Überschallgeschwindigkeit im engen Formationsflug an der richtigen Stelle unter der B-200 entlang fliegen - was natürlich schon schwierig genug ist.
athlonet14.03.19 12:01
eiq
Das klingt in dieser Formulierung schwieriger als es ist. Die T-38 mussten nicht im gleichen Moment "die Schallmauer durchbrechen", sondern "nur" mit Überschallgeschwindigkeit im engen Formationsflug an der richtigen Stelle unter der B-200 entlang fliegen - was natürlich schon schwierig genug ist.

Also ich glaube schon, dass das Bild genau den Moment des Durchbrechens der Schallmauer zeigt.
Das rechte vordere Flugzeug hat es noch gar nicht ganz geschafft. Das linke "sticht" gerade seine Spitze durch die Schallwelle.
Würden beide Jets bereits mit Überschall-Geschwindigkeit fliegen, sähe das Bild anders aus (siehe hier: da steckt die Nase deutlich weiter in der vordersten Schallwelle).
Alebron
Alebron14.03.19 12:07
Oh, zu meiner Kindheit in Ostfriesland waren diese Düsenjäger immer nervig, die flogen da im Flachland teilweise nur 50 m über den Boden, und bei meiner Oma ist durch den Knall schon mal ein Fenster gesprungen.
Die sind so tief geflogen, man konnte die Piloten erkennen.
Heute fliegt da nicht mehr so viel, aber in den 80igern war da eine Menge los, in Oldenburg war der Fliegerhorst.
sonorman
sonorman14.03.19 12:33
eiq
Du beziehst Dich wahrscheinlich auf diesen Absatz:
NASA
In order to capture these images, the King Air, flying a pattern around 30,000 feet, had to arrive in a precise position as the pair of T-38s passed at supersonic speeds approximately 2,000 feet below. Meanwhile, the cameras, able to record for a total of three seconds, had to begin recording at the exact moment the supersonic T-38s came into frame.

Das klingt in der Tat so, als hätten die nur mit Überschall vorbei fliegen müssen. Da es aber darum geht, den Moment des Knalls zu analysieren, musste wohl auch genau der Moment des Durchbrechens der Schallmauer getroffen werden.
eiq
eiq14.03.19 17:36
sonorman
Da es aber darum geht, den Moment des Knalls zu analysieren, musste wohl auch genau der Moment des Durchbrechens der Schallmauer getroffen werden.
Diesen „Moment des Knalls“ gibt es in der Form aber gar nicht. Bei Wikipedia ist es schon erklärt:
Wikipedia
Auch wenn der Knall an einer Stelle nur einmalig wahrgenommen wird, entsteht keineswegs ein einziger Knall, wenn die Schallmauer durchbrochen wird. Die untere Mantellinie des Kegels bestimmt den Zeitpunkt, wann der Knall den Empfänger erreicht und dieser ihn hört, noch vor der Wahrnehmung z. B. der Motorengeräusche. Währenddessen bewegt sich der Kegel allerdings fort, weshalb ein weiterer Empfänger in einiger Entfernung ebenfalls von ihm erreicht wird und einen weiteren Knall hört. Der Knall beim Fliegen mit Überschallgeschwindigkeit wird erst nach dem Überfliegen des Beobachters (verzögert um die Flughöhe, also bei 340 Metern um eine Sekunde) von diesem wahrgenommen. Der Schall und damit der Überschallknall eines sich mit Überschallgeschwindigkeit bewegenden Objekts wird demnach „nachgeschleppt“.

Um die X-59 möglichst leise zu kriegen, werden die Wissenschaftler daher sicher diesen dauerhaften Zustand beim Überschallflugzeug untersucht haben, nicht die kurzfristigen Auswirkungen zum exakten Zeitpunkt des Durchbrechens der Schallmauer.
sonorman
sonorman14.03.19 18:15
eiq

Wenn ich mich in dem Anfangskommentar nicht zu 100% wissenschaftlich korrekt ausgedrückt habe, bitte ich um Deine Nachsicht. Die Details sind ja verlinkt.
Pymax
Pymax14.03.19 18:24
nane
Sehr beeindruckend! Danke für das Bild und die Info!
Schließe mich da uneingeschränkt an!
eiq
eiq14.03.19 18:46
sonorman
Das war gar nicht als Kritik gemeint, nur als Hinweis zum Verständnis des Experiments. Tut mir leid, wenn es so rüberkam.
Da ich neben einem NATO-Fliegerhorst aufgewachsen bin, hat mich dieses Thema schon immer fasziniert. Auch wenn ich manchmal Angst hatte, dass die Fenster den Druckwellen der Tornados nicht standhalten.
torfdin14.03.19 21:43
hi (super, eigentlich sollte ich grad andere Sachen machen, aber dieser Themenbereich interessiert mich doch mächtig), danke sonorman für den Artikel!

Erst hatte ich gedacht, dass sowohl der Unterschall-Bereich als auch der Überschall-Bereich die generell triviale Lösung seien. (okay, der Überschall-Bereich die etwas kompliziertere triviale Lösung)
Interessant dürfte der Übergang von Unter- zu Überschall sein.

Darum ging es wohl aber nicht, sondern um das deutlich verbesserte Aufnahmesystem.

Die T-38
NASA
... had to arrive in a precise position as the pair of T-38s passed at supersonic speeds approximately 2,000 feet below. ...
[...das Beobachtungsflugzeug...]musste an genau der Position ankommen, bei der die beiden T-38 bei Überschallgeschwindigkeit ungefähr 2000 Fuß tiefer vorbei flogen ...

Hintergedanke war wohl der Einbau und die Benutzung der deutlich verbesserten Kamera, die nun 1400 Bilder/Sec, einen größeren Bildwinkel erfassen, ein genaueres Ausrichten auf die Studienobjekte und durch höhere Speicheranbindung letztendlich deutlich bessere Bildqualität erlaubt:
NASA
... The upgraded system included the addition of a camera able to capture data with a wider field of view. This improved spatial awareness allowed for more accurate positioning of the aircraft. The system also included a memory upgrade for the cameras, permitting researchers to increase the frame rate to 1400 frames per second, making it easier to capture a larger number of samples. Finally, the system received an upgraded connection to data storage computers, which allowed for a much higher rate of data download. This also contributed to the team being able to capture more data per pass, boosting the quality of the images. ...

Dieses System soll bei der Erfassung der Luftströmungen im Überschall-Bereich genauere Detailansichten der Strömungs-Schlieren erlauben, die dann wissenschaftlich besser ausgewertet werden könnten ...

Da an einem Überschallflugzeug nicht an jeder Stelle die gleiche Strömungsgeschwindigkeit herrscht, ist genau der Wechsel von Unter- in den Überschallbereich kritisch/schwierig/interessant.
Bin ja mal auf die Ergebnisse gespannt - bzw. die Auswirkungen auf die aerodynamische Gestaltung der künftigen Fluggeräte ...
immer locker bleiben - sag' ich, immer locker bleiben [Fanta 4]
sonorman
sonorman14.03.19 21:52
torfdin
…Darum ging es wohl aber nicht, sondern um das deutlich verbesserte Aufnahmesystem.

Genau. Und in diesem speziellen Fall um die Interaktion der Schockwellen bei zwei dicht beieinander fliegenden Flugzeugen.
…the first-ever images of the interaction of shockwaves from two supersonic aircraft in flight
torfdin14.03.19 22:03
sonorman
torfdin
…Darum ging es wohl aber nicht, sondern um das deutlich verbesserte Aufnahmesystem.
Genau. Und in diesem speziellen Fall um die Interaktion der Schockwellen bei zwei dicht beieinander fliegenden Flugzeugen.
…the first-ever images of the interaction of shockwaves from two supersonic aircraft in flight
... bei so'was wäre ich gerne dabei, bei sowas würde ich sehr gerne bei der Auswertung mitarbeiten
immer locker bleiben - sag' ich, immer locker bleiben [Fanta 4]

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