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NASA首度拍片2架超音速飞机冲击波互动照片,它们

发布时间:2019-06-13 15:38编辑:千赢国际官网浏览(75)

    图片 1科学家改进了一种古老的摄影技术,利用太阳的亮度和独特质地,捕捉了超音速飞机产生的冲击波细节。

    超音速喷气机及其冲击波是什么样子的?

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    图片 3图为美国空军试飞员学校的飞行员以1.05倍声速驾驶T-38C超音速飞机飞行。

    美国国家航空航天局本月早些时候拍摄了其令人难以置信的画面。

    美国太空总署周三表示,该署透过一个利用10年时间研发出来的空对空摄影技术作出创举,首度拍摄2架超音速飞机在飞行时,其冲击波交互作用的照片。NASA正在研发不会发出巨大「音爆」(sonic boom)的超音速飞机,在研发过程中,创下这项成果。

      北京时间5月5日消息,一架由美国空军试飞员学校的飞行员驾驶的T-38C超音速飞机从太阳前方疾飞而过,冲击波大得连光线都发生了弯曲,这惊人的一幕被一张照片记录了下来。

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    所谓的音爆是指,当飞机飞行速度超过音速,即海平面速度每小时约1225公里,飞机对周围空气施加压力,所产生的冲击波汇合时,便会制造震耳欲聋的音爆。

      该照片使用了一种名为纹影摄影的拍照技术的升级版。纹影摄影是一种有着150年历史的古老拍照技术,通常利用一处明亮的光源和绘有斑点的背景来 捕捉空气密度的变化。冲击波会对空气造成挤压和拉伸,导致空气密度发生改变,从而改变光线在空气中折射的路径,并在阴影图像上体现出来。

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    音爆可构成重大困扰,不只令地面上的人受惊,也可以令窗户碎裂。因此包括美国在内,有些地区对超音速飞机飞行设下严格限制。

      老技术,新花样

    如果超音速飞机在头顶飞行,人们会听到很大的噪音。但事实证明,即使没有声音,飞得比声速还快的冲击波的图像也令人惊叹。在上图中,美国宇航局拍摄了两架T-38飞机以略高于音速的速度在加利福尼亚上空飞行。

    NASA希望能研发出新的超音速飞机,令发出的声响变得低沉,而不是音爆。研发过程中首次拍摄到这次突破性的影像。

      在过去,纹影技术需要一个非常明亮的光源和一些复杂的光学设备,因此人们通常在研究风洞中的超音速飞机时才会使用这种技术。但NASA近日研发出了利用纹影技术的新方法,让太阳或月亮既可以充当光源,又可以同时作为拍摄所需的斑驳的背景。

    为了获得这张照片,美国宇航局派出了一架超级国王的空气涡轮螺旋桨飞机,其飞行高度约为30000英尺,飞行速度为257千米/小时。这两个超音速喷气式飞机,前后间隔约10米,垂直间隔约3米。在拍摄图像时,图像中的飞机就在国王飞机下方。

    NASA表示,在加州的NASA阿姆斯特朗飞行研究中心(Armstrong Flight Research Center),飞行员驾驶2架超音速T-38喷射机近距离飞行,上方第3架飞机装有高速摄影机,拍摄到有关冲击波交会的影像。

      NASA此举是为了设计出噪音更低的超音速飞机。美国联邦航空管理局从1973年开始,便禁止噪音巨大的喷气式飞机飞过未加管制的区域,因为它们会产生 极其巨大的声波。但NASA指出,如果科学家能更好地弄清冲击波的构造,他们就能预言冲击波会在何时、何处达到最大值,从而帮助设计师们降低超音速喷气机 的噪声。

    国王飞机的腹部有可以打开或关闭的端口,摄影设备位于其中一个端口中,因此可以向下拍摄。

    NASA还说,能捕捉到这样精细的冲击波画面,对于NASA的X-59实验性超音速飞机开发计划「至关重要」。

      NASA近日与洛克希德?马丁公司签订了一份价值2亿美元的合同,让后者设计噪音更低的超音速飞机。如果资金跟得上的话,早期试飞将于2020年开始。

    “我们有高分辨率的高速照相机,当时我们正在拍摄沙漠,”丹·班克斯说,他是美国宇航局阿姆斯特朗飞行研究中心的高级研究工程师。阿姆斯特朗飞行研究中心位于加利福尼亚爱德华兹。“然后是目标飞机,T-38飞到了我们的下方。”

      有一些公司目前也在研究超音速飞机。例如,美国Spike Aerospace航空公司正在研发一款商用飞机,只需3小时就能从纽约飞到伦敦,飞行速度达1.8马赫,即声速的1.8倍(每小时2205公里)。他们 还有一个更美妙的想法:将纽约和伦敦之间的飞行时间缩短为半小时。后者的概念机名叫Skreemr,将利用“磁轨炮发射”系统起飞,飞行速度将至少是声速 的10倍(每小时12300公里)。(叶子)

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    在下面的图片中,你可以看到一架T-38的侧面声屏障被打破,形成冲击波。在这种情况下,国王飞机仍在超音速喷气机上方,但T-38已经开始侧翻。

    班克斯解释说,冲击波是超音速飞机在空中飞行时形成的,就像快艇前面的弓形波。他说:“空气基本上不能自行消失。”在上图中,T-38的速度是1.01马赫,刚好超过音速。(马赫数1是声速,它实际上会随着飞机的高度变化而变化。)

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    由于空气密度的变化,才使得人们能够拍摄到冲击波。“密度的变化会引起折射率的变化,”班克斯说。“当冲击波穿过沙漠地面时,你会看到这里的特征,灌木刷会显得轻微移动。”换句话说,冲击波是可见的,因为它们扭曲了背景,就像夏天炎热的停车场散发出的热量改变了你对其背后事物的认识一样。”

    班克斯说:“它看起来就像一架幽灵飞机。”

    据称,美国国家航空航天局目前正在研制一种名为X-59 奎斯特的飞行器,该机构的目标是使其成为超音速飞行器,但不要太大声。美国航天局在一份声明中说,它应该只会发出“安静的隆隆声”。

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