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Wissenschaft

Faszinierendes Nasa-Foto

Treffen sich zwei Überschallflugzeuge

Zwei Jets im Überschallflug, nur wenige Meter voneinander entfernt - eine aktuelle Nasa-Aufnahme zeigt, wie sich die Stoßwellen beider Maschinen überlagern. Die Fototechnik soll helfen, neue Flugzeuge leiser zu machen.

NASA

Trainingsflugzeuge des Typs Northrop T-38 im Überschallflug

Mittwoch, 06.03.2019   18:03 Uhr

Wenn nur der Krach nicht wäre. Gleich mehrere Teams weltweit arbeiten derzeit daran, zivile Überschallflieger zu entwickeln. Seit dem Betriebsende der britisch-französischen Concorde im Jahr 2003 gibt es so etwas schließlich nicht mehr.

Doch neben der Frage, wie viel Kohlendioxid eine Flotte solcher extrem schneller Jets ausstoßen würde, macht den Forscher auch das Problem des Überschallknalls zu schaffen. Ganz wegzubekommen ist er nicht - aber technische Lösungen sollen dabei helfen, die Geräuschbelästigung durch mögliche neue Flugzeugmodelle zumindest zu minimieren.

Die US-Weltraumbehörde Nasa befasst sich auch mit Luftfahrtforschung. Sie arbeitet derzeit zusammen mit dem Flugzeugbauer Lockheed Martin an einem Überschall-Testflugzeug, bei dem Lösungen für einen leiseren Knall ausprobiert werden sollen. Noch kann der Jet mit der Bezeichnung X-59 nicht fliegen. Das wird ab dem Jahr 2022 erwartet. Doch bereits jetzt arbeitet man an den wissenschaftlichen Methoden, mit denen dann seine Eigenschaften vermessen werden sollen.

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Bei einem Test dazu ist kürzlich am Armstrong Flight Research Center in Edwards (US-Bundesstaat Kalifornien) ein faszinierendes Bild entstanden. Es zeigt zwei Trainingsflugzeuge des Typs Northrop T-38 im Überschallflug. Die beiden Militärmaschinen haben einen Abstand von weniger als zehn Metern. Außerdem fliegt die hintere der beiden etwas niedriger als die vordere, die Höhendifferenz beträgt ungefähr drei Meter.

Fotoverfahren rund 150 Jahre alt

Aus einem weiteren, 600 Meter darüber fliegenden Flugzeug der Typs Beechcraft King Air 200 fotografierten die Nasa-Experten nun die für das bloße Auge unsichtbaren Stoßwellen, die beide Flieger in der Luft produzierten - und die auch verantwortlich für das Entstehen des Überschallknalls sind.

Die King Air war dabei deutlich langsamer als die beiden Düsenjets unterwegs. Das Kamerasystem an Bord machte von den weiter unten dahin jagenden Maschinen Hunderte Fotos pro Sekunde. Dabei gelang es den Wissenschaftlern nach eigenen Angaben zum ersten Mal überhaupt, die Interaktion zweier Stoßwellen während des Flugs aus der Luft zu dokumentieren.

Das Verfahren, das dabei zum Einsatz kam, ist die sogenannte Schlierenfotografie. Sie wurde in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts von dem deutschen Physiker August Toepler entwickelt. Die Technik wird auch für die Forschung in Windkanälen genutzt und setzt darauf, dass die Luft durch Stoßwellen und Verwirbelungen stellenweise über einen anderen optischen Brechungsindex verfügt als normalerweise.

Wenn man dieses Phänomen vor einem bekannten Hintergrund wie in diesem Fall dem Wüstenboden fotografiert, lassen sich daraus die Bewegungen der Luft sichtbar machen. Für die gezeigte Aufnahme wurden verschiedene Bilder im Computer miteinander kombiniert. Sie war ursprünglich schwarz-weiß und wurde nachkoloriert.

chs

insgesamt 12 Beiträge
Websingularität 06.03.2019
1. Kann man auch zuhause machen
Hier das Video meiner Schlierenfotographie vom Haartrockner: https://youtu.be/8hYgO2kJd5A?t=17 Als Modellraketenbauer ein nützliches Werkzeug um Strömungsverhalten zu studieren.
Hier das Video meiner Schlierenfotographie vom Haartrockner: https://youtu.be/8hYgO2kJd5A?t=17 Als Modellraketenbauer ein nützliches Werkzeug um Strömungsverhalten zu studieren.
2cv 06.03.2019
2. Concorde...
Ich hatte selbst das ganz besondere Erlebnis eines Flugs mit der Concorde, genau genommen zwei Mal, einmal mit der französischen "Air Loisirs" auf einem Rundflug über den Ärmelkanal und die westlich davon gelegene [...]
Ich hatte selbst das ganz besondere Erlebnis eines Flugs mit der Concorde, genau genommen zwei Mal, einmal mit der französischen "Air Loisirs" auf einem Rundflug über den Ärmelkanal und die westlich davon gelegene Nordsee, sowie einem British Airways Flug von LHR nach JFK. (Beide Tickets habe ich mir hart erarbeitet, sie wurden mir weder geschenkt noch hatte ich das Glück reicher Eltern.) Ich habe allerdings auch die Concorde einmal über dem Meer erlebt - der (doppelte) Überschallknall ist schon enorm und man versteht sofort, daß ein Betrieb wie beispielsweise über dem europäischen und amerikanischen Kontinent nur unterhalb Mach 1.0 zumutbar war (was letztendlich das wirtschaftliche Aus für die Braniff-Concordes auf dem US-Kontinent bedeutete). Letztes Wochenende war am 2. März 2019 der 50. Jahrestag des Concorde-Erstflugs und ich hatte die besondere Ehre, dort den letzten Concorde-Kapitän der im Technik-Museum Sinsheim ausgestellten Maschine kennenlernen zu können. Hier begreift man noch einmal die aussergewöhnliche Ingenieurskunst, die zur Entwicklung dieser Maschine geführt hatten, in einer Dekade, die durch die Mondlandung, TV, Chemie, Automobile und andere technologische Meilensteine glänzen konnte. Der Überschallknall ist und bleibt das Problem Nummer 1 beim Überschall-Flugbetrieb... Mich würde wirklich interessieren, ob letztendlich nicht eher die Lösung im Parabelflug in großen Höhen liegt, und damit der größtmöglichen Vermeidung von Atmosphäre, und nicht in der Adaption des Flugkörpers. Und lassen wir in dieser Diskussion bitte die wirtschaftlichen und Umwelt-Aspekte aussen vor (die sicherlich ihre Berechtigung haben) - ich würde mich freuen, wenn passende Referenzen zu beiden "Transport-Philosophien" von Foristen beigetragen werden könnten. Danke vorab!
quark2@mailinator.com 06.03.2019
3.
Dürfte auch bei einem engen Schwarm Hyperschalldronen weiterhelfen ... Aber schönes Bild. Überhaupt sorgt Schlierenfotografie immer wieder für faszinierende Bilder, die eigentlich unmöglich erscheinen.
Dürfte auch bei einem engen Schwarm Hyperschalldronen weiterhelfen ... Aber schönes Bild. Überhaupt sorgt Schlierenfotografie immer wieder für faszinierende Bilder, die eigentlich unmöglich erscheinen.
fuhbar 06.03.2019
4. Danke, chs!
Endlich mal ein wissenschaftlicher Artikel, der für Außenstehende verständlich und dabei fachlich korrekt beschreibt. Das gibt es nicht so häufig. Wem Strömungsvisualisierung gefällt, sei Milton Van Dykes Buch "An Album [...]
Endlich mal ein wissenschaftlicher Artikel, der für Außenstehende verständlich und dabei fachlich korrekt beschreibt. Das gibt es nicht so häufig. Wem Strömungsvisualisierung gefällt, sei Milton Van Dykes Buch "An Album of Fluid Motion" empfohlen. Wunderbar :-)
quark2@mailinator.com 06.03.2019
5.
Wenn man sich die Zahlen zu Alan Shepards suborbitalem Raumflug ansieht, kommt nicht viel Hoffnung auf, daß eine solche oder ähnliche Trajektorie unser Transportproblem lösen könnte. Vielleicht übersehe ich was, aber [...]
Zitat von 2cvIch hatte selbst das ganz besondere Erlebnis eines Flugs mit der Concorde, genau genommen zwei Mal, einmal mit der französischen "Air Loisirs" auf einem Rundflug über den Ärmelkanal und die westlich davon gelegene Nordsee, sowie einem British Airways Flug von LHR nach JFK. (Beide Tickets habe ich mir hart erarbeitet, sie wurden mir weder geschenkt noch hatte ich das Glück reicher Eltern.) Ich habe allerdings auch die Concorde einmal über dem Meer erlebt - der (doppelte) Überschallknall ist schon enorm und man versteht sofort, daß ein Betrieb wie beispielsweise über dem europäischen und amerikanischen Kontinent nur unterhalb Mach 1.0 zumutbar war (was letztendlich das wirtschaftliche Aus für die Braniff-Concordes auf dem US-Kontinent bedeutete). Letztes Wochenende war am 2. März 2019 der 50. Jahrestag des Concorde-Erstflugs und ich hatte die besondere Ehre, dort den letzten Concorde-Kapitän der im Technik-Museum Sinsheim ausgestellten Maschine kennenlernen zu können. Hier begreift man noch einmal die aussergewöhnliche Ingenieurskunst, die zur Entwicklung dieser Maschine geführt hatten, in einer Dekade, die durch die Mondlandung, TV, Chemie, Automobile und andere technologische Meilensteine glänzen konnte. Der Überschallknall ist und bleibt das Problem Nummer 1 beim Überschall-Flugbetrieb... Mich würde wirklich interessieren, ob letztendlich nicht eher die Lösung im Parabelflug in großen Höhen liegt, und damit der größtmöglichen Vermeidung von Atmosphäre, und nicht in der Adaption des Flugkörpers. Und lassen wir in dieser Diskussion bitte die wirtschaftlichen und Umwelt-Aspekte aussen vor (die sicherlich ihre Berechtigung haben) - ich würde mich freuen, wenn passende Referenzen zu beiden "Transport-Philosophien" von Foristen beigetragen werden könnten. Danke vorab!
Wenn man sich die Zahlen zu Alan Shepards suborbitalem Raumflug ansieht, kommt nicht viel Hoffnung auf, daß eine solche oder ähnliche Trajektorie unser Transportproblem lösen könnte. Vielleicht übersehe ich was, aber seine Redstone-Mercury brauchte deutlich mehr (Verlust)masse um ein winziges bischen Masse zu bewegen. Daß der Flug etwas höher ging, fällt kaum ins Gewicht, da dafür ja die Entfernung kurz war. Eine Landung per Fallschirm etc. ist auch nichts für den Linienflug. Es liefe auch ein kleines Shuttle hinaus ... Eigentlich flog schon die Concord höher als akzeptabel, da man in der Höhe quasi erstickt, auch wenn man eine Sauerstoffmaske trägt. Noch höher und dieses Risiko steigt, sauerstoff-atmende Triebwerke versagen ab ca. 30km etc. Hinzu kommt, daß Shepard wohl 11g ausgesetzt war :-) ... Wie gesagt, es kann sein, daß ich was übersehe, aber es wird einen Grund geben, warum Aérospatiale/BAC, Tupolev und Boeing alle in der Atmosphäre blieben. Allerdings sollte man nicht vergessen, daß die damaligen Arbeiten auch genutzt worden, um dann die überschallschnellen strategischen Bomber zu bauen. Diese Motivation fällt jetzt weg. Kleinere Geschäftsflugzeuge sollten aber vom Knall her kein Problem sein. Ich hatte das meine ganze Jugend hindurch und irgendwie fehlt es mir sogar :-).

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