NASA capta pela primeira vez imagens de ondas de choque

NASA capta pela primeira vez imagens de ondas de choque de aviões supersônicos

A NASA, agência espacial americana, capturou imagens inéditas da interação de ondas de choque de dois aviões supersônicos em pleno voo.

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A imagem acima é uma das primeiras da interação ar-ar de ondas de choque de duas aeronaves supersônicas voando em formação. As imagens, originalmente monocromáticas e mostradas aqui como imagens compostas coloridas, foram capturadas durante uma série de voo supersônico, em parte, para entender melhor como os choques interagem com os gases oriundos das aeronaves, bem como entre si. A obtenção das fotografias faz parte dos esforços para desenvolver aeronaves capazes de romper barreira do som sem produzir o chamado ‘estrondo sônico’ — um estrondo tão alto que pode ser ouvido em solo.

As imagens mostram dois jatos T-38 da Força Aérea dos Estados Unidos durante um voo teste realizado em um centro de pesquisa na Base Aérea de Edwards, na Califórnia.

As imagens foram feitas durante testes com equipamentos atualizados que podem capturar imagens de alta qualidade de ondas de choque, as rápidas mudanças de pressão produzidas quando um avião voa a velocidades supersônicas, informou um comunicado da NASA. Quando uma aeronave excede a velocidade do som, significa que está a uma velocidade acima de 1.235 km/h (1 Ma, ou Mach1), essas ondas de choque se encontram e um estrondo sônico é criado.

Estrondo sônico

A NASA informou também que o sistema de imagens será usado para testar o projeto de seu X-59 Quiet SuperSonic Technology X-plane ou X-59 QuesSST. Espera-se que X-59 QueSST voe mais rápido que a velocidade do som, mas suas ondas de choque produzirão um ruído menor em vez de um “boom” supersônico, também chamado de “estrondo sônico”, um som tão alto que pode ser ouvido em solo.

É importante ressaltar que qualquer aeronave produz ondas sonoras em voo. Mas somente os jatos viajando a velocidade maiores que as de propagação das ondas sonoras produzem os estrondos sônicos.

Quando um avião voa em velocidade de cruzeiro, a cerca de 800 quilômetros por hora, as ondas sonoras produzidas por ele seguem se propagando à frente da aeronave. Lembre-se que o som se propaga a 1.235 km/h.

Mas em um jato supersônico, a própria fonte das ondas sonoras, ou seja, a aeronave, viaja a velocidade maiores que a velocidade de propagação do som, gerando as chamadas ondas de choque. O estrondo sônico é o som associado a essas ondas de choque.

As novas imagens das ondas de choque

Originalmente monocromáticas, as imagens são o resultado de uma nova tecnologia fotográfica, que levou dez anos para ser desenvolvida. Elas fazem parte do projeto AirBOS, que busca reduzir o impacto acústico de aeronaves supersônicas.

“Esses dados vão nos ajudar a avançar no entendimento de como essas ondas de choque interagem”, afirma Neal Smith, engenheiro de pesquisa em mecânica dos fluídos no laboratório do Centro de Pesquisa Ames, da agência espacial.

Ilustração da aeronave planejada pela Nasa identificada como X-59 Quiet SuperSonic Technology X-plane ou X-59 QuesSST. “X-59 foi projetado de modo que, quando voando em modo supersônico, as pessoas no solo não ouvirão nada além de um baque sonoro silencioso — se é que ouvirão alguma coisa”, informou a NASA. (Crédito: NASA)

Futuramente, o “X-59 QueSST testará suas silenciosas tecnologias supersônicas voando sobre comunidades nos Estados Unidos. Os dados cientificamente válidos coletados desses sobrevoos serão apresentados aos reguladores dos EUA e internacionais, que usarão as informações para ajudá-los a criar regras baseadas nos níveis de ruído que permitam novos mercados comerciais para o voos supersônicos”, de acordo com planos da NASA.

As imagens das ondas de choque interagindo entre si foram registras quando os dos dois jatos voavam mais rápido que a velocidade do som a cerca de dez metros (30 pés) de distância um do outro, com a aeronave à direita cerca de três metros (10 pés) abaixo do outro T-38. Elas foram obtidas durante voos no Armstrong Flight Research Center da NASA em Edwards, Califórnia como parte do programa AirBOS (Air-to-Air Background Oriented Schlieren).

Como as fotos foram registradas?

As imagens foram capturadas por um avião King Air B-200, equipado com a nova tecnologia fotográfica, que permite registrar 1,4 mil quadros por segundo.

A tecnologia denominada de Schlieren  é uma maneira de visualizar as mudanças nos padrões de pressão no ar ao redor dos aviões. O sistema de imagens Schlieren permite aos pesquisadores capturar três vezes a quantidade de dados no mesmo período de tempo, disse a NASA. O King Air B-200 estava voando a 9 mil metros de altitude e a 600 metros acima dos dois jatos T-38 que foram fotografados.

Os jatos T-38 voavam a uma altura de 8,4 mil metros quando as imagens foram captadas pela NASA. — Foto: NASA.
Os jatos T-38 voavam a uma altura de 8,4 mil metros quando as imagens foram captadas pela NASA. O sistema de câmeras atualizado usado na série de voos do programa AirBOS permitiu que o supersônico T-38 fosse fotografado de muito mais perto resultando em uma imagem muito mais clara em comparação com as séries de voo anteriores — Foto: NASA.

A NASA afirmou que o fluxo de ondas de choque de duas as aeronaves supersônicas foi registrada pela primeira vez e as interações dos choques dessas ondas pode ser vista durante voo. “Estamos olhando para um fluxo supersônico, e é por isso que estamos percebendo essas ondas de choque”, explicou Smith. “O que é interessante é que, se você olhar para a traseira do T-38, verá que esses choques interagem em uma curva”, disse ele. “Isso ocorre porque o T-38 atrás está voando no rastro da aeronave líder, então as ondas de choque vão ter uma forma diferente. Esses dados realmente nos ajudarão a avançar nossa compreensão de como esses choques interagem”.

Para capturar essas imagens, o King Air B-200 com as câmeras tinha que chegar a um local preciso exatamente ao mesmo tempo em que o par de jatos T-38 passava em velocidades supersônicas a cerca de 610 metros (2.000 pés) abaixo. As câmeras gravam por três segundos, então elas tiveram que começar a gravar no exato momento em que os supersônicos T-38s entraram em cena.

“O maior desafio foi tentar sincronizar o tempo certo para garantir que poderíamos obter essas imagens”, disse Heather Maliska, gerente de subprojeto da AirBOS. “Estou absolutamente feliz com a forma como que a equipe conseguiu fazer isso. Nossa equipe de operações já fez esse tipo de manobra antes. Eles sabem como alinhar a manobra. E nossos pilotos da NASA e da Força Aérea fizeram um ótimo trabalho estando onde precisavam estar”, disse. “Eles foram astros do rock.”

A etapa inicial do projeto do X-59 QueSST foi anunciada pela agência espacial dos Estados Unidos em 2017.

Leia mais na nossa matéria “NASA anuncia conclusão de etapa inicial de seu projeto de avião supersônico”.

Com informações da NASA.

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