Après plus de 10 ans de dur labeur, la NASA a franchi une nouvelle étape. Nous sommes habitués à ce que la NASA atteigne des jalons, mais celui-ci est un peu différent. Il s'agit d'un type de photographie qui capture des images de l'écoulement des fluides.
Il s’appelle Schlieren Photography, et schlieren est allemand pour «stries». Il a été développé pour la première fois en 1864 par un physicien allemand nommé August Toepler pour étudier le mouvement supersonique. Maintenant, la NASA l'utilise pour voir ce qui se passe lorsque les avions à réaction franchissent la barrière acoustique, dans le but d'éliminer le boom sonore qui l'accompagne. Et les images qu'ils obtiennent sont plutôt cool.
"Nous n'avons jamais rêvé que ce serait aussi clair, aussi beau."
- Physicien J.T. Heineck de la NASA Ames Research.
Mais il y a plus que du bonbon pour les yeux. Tout cela fait partie d'un effort pour créer des avions supersoniques plus silencieux. À l'heure actuelle, il existe des règles strictes concernant le vol d'avions supersoniques au-dessus du sol, car le bruit est si fort. Mais si le problème du bruit peut être résolu, il permettra un voyage aérien plus rapide.
Ces images schlieren ont été capturées par un autre avion alors qu'il observait les deux avions T-38 de la Edwards Air Force Base. L'avion avec la caméra est un B-200, et il fait partie du programme AirBOS (Air-to-air Background Oriented Schlieren) de la NASA. AirBOS lui-même fait partie du projet de technologie supersonique commerciale de la NASA.
Ces images les plus récentes proviennent d'un système d'imagerie schlieren amélioré qui peut capturer des images d'ondes de choc de meilleure qualité que jamais. Un boom sonore est créé lorsque les ondes de choc de différentes parties de l'avion fusionnent et voyagent dans l'atmosphère. Des images détaillées comme celles-ci feront avancer l'étude du phénomène du boom sonique.
«Nous n'avons jamais rêvé que ce serait aussi clair, aussi beau. Je suis ravi du résultat de ces images », a déclaré J.T. Heineck, physicien au centre de recherche Ames de la NASA. «Avec ce système amélioré, nous avons, par un ordre de grandeur, amélioré à la fois la vitesse et la qualité de nos images par rapport aux recherches précédentes.»
Les données de ces images schlieren seront utilisées pour concevoir un avion d'essai. L'appareil, baptisé X-Plane X-59 Quiet Supersonic Technology, sera un avion à réaction unique de 94 pieds de long et 29,5 pieds de large. Le X-59 fait partie de ce que la NASA appelle la démonstration de vol à faible flèche (LBFD). La date d'achèvement cible est en 2021. (Mieux vaut se dépêcher, la NASA.)
La paire de T-38 vole en formation serrée à des vitesses supersoniques. L’avion de tête se trouve à environ 30 pieds de l’avion de fuite et il est décalé verticalement d’environ 10 pieds. Ce n'est pas grave pour les pilotes hautement qualifiés de l'USAF, mais il y avait une ride supplémentaire. Le B-200 était à environ 30 000 pieds, le T-38 à 2 000 pieds au-dessous, plus près que le précédent système d'imagerie. Et les T-38 ont dû atteindre des vitesses supersoniques au moment exact où ils ont volé sous le B-200 et son système d'imagerie schlieren.
"Le plus grand défi était d'essayer d'obtenir le bon timing pour nous assurer que nous pourrions obtenir ces images." Heather Maliska, chef de sous-projet AirBOS.
- Heather Maliska, chef de sous-projet AirBOS.
«Le plus grand défi a été d'essayer d'obtenir le bon timing pour nous assurer que nous pourrions obtenir ces images», a déclaré Heather Maliska, chef de sous-projet AirBOS. Les caméras ne peuvent enregistrer que pendant environ trois secondes, et cette courte fenêtre d'enregistrement devait coïncider avec les trois secondes exactes pendant lesquelles les T-38 étaient sous le B-200. «Je suis absolument satisfait de la façon dont l'équipe a réussi. Notre équipe d'exploitation a déjà effectué ce type de manœuvre. Ils savent comment aligner la manœuvre, et nos pilotes de la NASA et les pilotes de l'Air Force ont fait un excellent travail en étant là où ils devaient être. »
"Ce qui est intéressant, c'est que si vous regardez le T-38 arrière, vous voyez ces amortisseurs interagir dans une courbe", a-t-il déclaré. «C'est parce que le T-38 traînant vole dans le sillage de l'avion de tête, donc les amortisseurs vont avoir une forme différente. Ces données vont vraiment nous aider à mieux comprendre comment ces chocs interagissent. »
Un niveau de détail jamais vu auparavant
"Nous voyons ici un niveau de détails physiques que personne ne pense avoir vu auparavant", a déclaré Dan Banks, ingénieur de recherche principal à la NASA Armstrong. "En regardant les données pour la première fois, je pense que les choses se sont mieux déroulées que nous ne l'imaginions. C'est un très grand pas. »
Le nouveau système d'imagerie schlieren a quelques améliorations par rapport aux versions précédentes. Il a un objectif à angle plus large que les systèmes précédents, permettant un positionnement plus précis de l'avion. Il a également une fréquence d'images plus rapide. À 1400 images par seconde, il est beaucoup plus facile de voir le détail des ondes sonores. Il dispose également de systèmes de stockage de données plus rapides pour accompagner sa fréquence d'images accrue.
Le B200 a également reçu quelques améliorations avec le nouveau système d'imagerie. Les ingénieurs en avionique ont développé un nouveau système d'installation pour la caméra afin de rendre le montage plus facile et plus rapide.
«Avec les versions précédentes d'AirBOS, il a fallu jusqu'à une semaine ou plus pour intégrer le système de caméra dans l'avion et le faire fonctionner. Cette fois, nous avons pu l'installer et le faire fonctionner en une journée », a déclaré Tiffany Titus, ingénieur des opérations aériennes. "C'est le temps que l'équipe de recherche peut utiliser pour sortir et voler et obtenir ces données."
La NASA travaille sur le vol supersonique silencieux depuis un certain temps, et elle a utilisé diverses méthodes pour l'étudier. Des souffleries ont été utilisées, comme elles le sont dans tous les modèles d'avion, mais la NASA a trouvé une autre façon. Il y a environ trois ans, ils ont utilisé le soleil comme toile de fond pour imager les ondes sonores des jets supersoniques. Découvrez la vidéo ci-dessous de CNN.
Le projet de technologie supersonique commerciale ne se concentre pas uniquement sur la réduction du bruit des booms soniques. Il examine également l'efficacité énergétique, les émissions ainsi que le poids et la flexibilité structurels, qui sont tous des obstacles à une meilleure circulation aérienne. Les données recueillies seront partagées avec les organismes de réglementation aux États-Unis et dans le monde.
