NASA ma przetestować ulepszone narzędzia do oceny cichszych uderzeń dźwiękowych wytwarzanych przez naddźwiękowy samolot X-59.
Narzędzia te obejmują sondę wykrywającą wstrząsy, która zbiera szczegółowe dane dotyczące ciśnienia na podstawie fal uderzeniowych generowanych podczas lotu naddźwiękowego. Sondy te, kluczowe dla walidacji modeli komputerowych przewidujących siłę fali uderzeniowej, są dostępne w dwóch wersjach ukierunkowanych na różne pola pomiarowe i będą testowane przy użyciu samolotu F-15B w różnych konfiguracjach lotu.
Narzędzie do pomiaru uderzenia dźwiękowego NASA
NASA przygotowuje się do testowania udoskonaleń w kluczowym narzędziu zaprojektowanym do pomiaru charakterystycznych „uderzeń dźwiękowych” wytwarzanych przez cichy naddźwiękowy samolot badawczy X-59.
Narzędzie to, zwane sondą wykrywającą wstrząsy, to stożkowe urządzenie do zbierania danych o powietrzu, zaprojektowane specjalnie w celu wychwytywania unikalnych fal uderzeniowych generowanych przez X-59. Naukowcy z Centrum Badań nad Lotami Armstronga w Edwards w Kalifornii opracowali dwie wersje sondy do zbierania precyzyjnych danych o ciśnieniu podczas lotu naddźwiękowego. Jedna wersja jest zoptymalizowana do pomiarów w bliskim polu, wychwytując fale uderzeniowe blisko źródła statku powietrznego. Druga sonda jest przeznaczona do pomiarów w średnim polu i zbierania danych na wysokościach od 5000 do 20 000 stóp poniżej X-59.
Testy lotów naddźwiękowych i gromadzenie danych
Kiedy samolot leci z prędkością naddźwiękową, generuje fale uderzeniowe, które przemieszczają się w otaczającym powietrzu, wytwarzając głośne huki dźwiękowe. X-59 został zaprojektowany tak, aby odwracać te fale uderzeniowe, redukując głośne uderzenia dźwiękowe do cichszych uderzeń dźwiękowych. Podczas lotów testowych samolot F-15B z sondą wykrywającą wstrząsy przymocowaną do nosa będzie latał X-59. Sonda o długości około 6 stóp będzie w sposób ciągły zbierać tysiące próbek ciśnienia na sekundę, wychwytując zmiany ciśnienia powietrza podczas przelotu przez fale uderzeniowe. Dane z czujników będą niezbędne do sprawdzenia modeli komputerowych prognozujących siłę fal uderzeniowych wytwarzanych przez X-59, główny element misji NASA Quesst.
„Sonda wykrywająca wstrząsy działa jak źródło prawdy, porównując przewidywane dane z pomiarami w świecie rzeczywistym” – powiedział Mike Frederick, główny badacz sondy w NASA.
W przypadku sondy bliskiego pola F-15B przeleci blisko za X-59 na wysokości przelotowej około 55 000 stóp, wykorzystując konfigurację „podążaj za liderem”, umożliwiającą badaczom analizowanie fal uderzeniowych w czasie rzeczywistym. Sonda średniego pola, przeznaczona do oddzielnych misji, będzie zbierać bardziej przydatne dane, gdy fale uderzeniowe będą zbliżać się do ziemi.
Postępy w technologii analizy fali uderzeniowej
Zdolność sond do wychwytywania niewielkich zmian ciśnienia jest szczególnie ważna w przypadku X-59, ponieważ oczekuje się, że jego fale uderzeniowe będą znacznie słabsze niż w przypadku większości samolotów naddźwiękowych. Porównując dane z sond z przewidywaniami zaawansowanych modeli komputerowych, badacze mogą lepiej je ocenić dokładność.
„Sondy mają pięć portów ciśnieniowych, jeden na końcu i cztery wokół stożka” – powiedział Frederick. „Te porty mierzą zmiany ciśnienia statycznego, gdy samolot przelatuje przez fale uderzeniowe, pomagając nam zrozumieć charakterystykę wstrząsów konkretnego samolotu”. Porty łączą swoje pomiary w celu obliczenia lokalnego ciśnienia, prędkości i kierunku przepływu powietrza.
Ulepszenia technologii wykrywania wstrząsów
Naukowcy wkrótce ocenią ulepszenia sondy wykrywającej wstrząsy bliskiego pola podczas lotów testowych, podczas których sonda zamontowana na jednym F-15B będzie zbierać dane, ścigając drugi F-15 podczas lotu naddźwiękowego. Ulepszenia obejmują umieszczenie przetworników ciśnienia sondy – urządzeń mierzących ciśnienie powietrza na stożku – zaledwie 5 cali od jej portów. W poprzednich projektach przetworniki umieszczano w odległości prawie 3 metrów, co opóźniało czas rejestracji i zniekształcało pomiary.
W poprzednich projektach wrażliwość na temperaturę również stanowiła wyzwanie, powodując wahania dokładności w zależności od zmieniających się warunków. Aby rozwiązać ten problem, zespół zaprojektował system ogrzewania utrzymujący przetworniki ciśnienia w stałej temperaturze podczas lotu.
„Sonda spełni wymagania dotyczące rozdzielczości i dokładności misji Quesst” – powiedział Frederick. „Ten projekt pokazuje, jak NASA może wykorzystać istniejącą technologię i dostosować ją do nowych wyzwań”.
